储层速敏效应形成机理及其垂向差异因素分析——以塔北隆起吉拉克地区三叠系储层为例

韩登林，张双源，袁文芳，冯志超，欧阳传湘，彭舒琪

（1.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，武汉430100；2.长江大学地球科学学院，武汉430100；3.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒841000；4.中国石油长庆油田分公司第一采油厂，陕西延安716000；5.长江大学石油工程学院，武汉430100；6.新疆大学，乌鲁木齐830046）

储层速敏效应形成机理及其垂向差异因素分析
——以塔北隆起吉拉克地区三叠系储层为例

韩登林1，2，张双源2，袁文芳3，冯志超4，欧阳传湘5，彭舒琪6

（1.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，武汉430100；2.长江大学地球科学学院，武汉430100；3.中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒841000；4.中国石油长庆油田分公司第一采油厂，陕西延安716000；5.长江大学石油工程学院，武汉430100；6.新疆大学，乌鲁木齐830046）

轮南吉拉克地区三叠系TⅡ24小层表现出强速敏效应，且速敏损害率高值主要集中于TⅡ24小层的上部（TⅡ24-2单层和TⅡ24-1单层），垂向差异特征明显。通过显微薄片观察，结合X射线衍射荧光光谱和毛管压力曲线测试分析，分别从宏观和微观的角度探讨引发层段内强速敏效应的形成机理。研究认为，含量较高的黏土矿物以及岩浆岩岩屑的溶蚀残余颗粒，是研究层段内易迁移微小颗粒的主要来源，而孔喉结构参数也表明研究层段内孔喉连通性整体较差，这两方面因素是强速敏效应的主控因素；另外，上述控制因素在垂向上表现出明显的差异性，黏土矿物相对富集于TⅡ24小层的上部，而孔喉连通性也在TⅡ24小层的上部相对较差，两者共同构成了速敏损害率垂向差异的主控因素。

速敏效应；黏土矿物；微粒运移；三叠系；塔北隆起

0　引言

随着油气勘探开发的日益精细化，储层敏感性效应作为制约油气勘探和开采的重要因素之一，其分布预测及保护措施研究的重要性逐渐显现出来，已成为储层研究的必备工序［1-5］。针对储层敏感性的地质学研究，目前主要集中于敏感性评价方法［2-6］、敏感性类型与黏土矿物关系［7-10］及敏感性预测算法［11-15］等方面，但上述研究多以敏感性效应本身为出发点，继而追踪引发敏感性的机理，而对于敏感性效应的时空分异性特征却未见有广泛涉及。

近几年，轮南吉拉克地区三叠系碎屑岩地层成为颇受关注的有利储集体，但随着油田开发的日益深入，制约储层产能的因素已不仅仅局限于储量，钻井及开采过程中储层保护的重要性日益凸显。越来越多的勘探实践表明，在钻井和完井过程中，如果对目的层段内潜在敏感性效应未加深入了解，不仅会导致投产井减产，还可能会致使后续的增产措施失效。基于以上的原因，本次研究以吉拉克地区三叠系地层已表现出来的强速敏效应为例，分别从宏观和微观的角度探讨引发其速敏效应的潜在因素，明确速敏效应的损害机理、垂向强弱差异特征及其主控因素，以期在储层保护及改造措施制定方面做到有的放矢。

1　研究区概况

吉拉克地区隶属于塔北隆起构造带东段的吉拉克背斜，南邻北部凹陷，东接草湖凹陷，处于隆起与凹陷的过渡区［16］（图1）。目前，勘探目的层段为三叠系，其下统为一套灰黑色泥岩夹粉砂岩层，中上统为3个自下而上由粗到细的正旋回沉积，其岩性下部为浅灰、灰黄色砂砾岩、含砾不等粒砂岩及粗—细粉砂岩，上部为深灰、灰黑色泥岩夹粉砂岩或泥质粉砂岩。3个正旋回构成了3个油组，其中上旋回（上统）为TⅠ油组，中旋回和下旋回（中统）分别为TⅡ和TⅢ油组。

目前，吉拉克地区的主力产层主要为TⅡ油组内的TⅡ24小层，自下而上又可划分为6个单层（TⅡ24-6～TⅡ24-1）。TⅡ24-6～TⅡ24-3单层以中砂岩为主，夹部分中细砂岩层；上覆的TⅡ24-2单层和TⅡ24-1单层以细砂岩和中细砂岩为主。总体来看，TⅡ24小层自下而上呈现出粒度逐渐变细的退积沉积韵律。前人的研究认为，TⅡ24小层整体上处于辫状河三角洲前缘沉积环境内，水动力较强，为快速堆积的产物［17-18］。

图1　吉拉克地区构造纲要示意图（据文献［16］修改）Fig.1　A simplified map showing tectonic location of Jilake area

图2　吉拉克地区研究层段速敏效应测试曲线Fig.2　The curve of velocity sensitivity in the target zone in Jilake area

2　储层速敏效应特征

储层速敏效应主要是指由于流体流动速度变化导致储层岩石中微粒发生运移，从而堵塞喉道，致使储层岩石渗透率发生变化的现象［5］。本次研究针对吉拉克地区主力产层（TⅡ24）进行储层速敏损害的室内评价测试，并针对不同的流速，得出流速敏感性实验曲线（图2）。分析对不同样品所测得的速敏效应损害率可知，TⅡ24小层的速敏损害率较高，为81.3%～791.3%，平均为340.6%，均属于强速敏级别。

值得一提的是，按照垂向单层划分，速敏损害率的相对低值主要分布于TⅡ24-6～TⅡ24-3单层，而上覆的TⅡ24-2和TⅡ24-1单层的样品速敏损害率相对较高。垂向上的损害率差异明显。

3　储层速敏效应垂向差异控制因素探讨

从表面上看，样品所表现出的速敏效应是由流体渗流速度的变化所引起的（参见图2），但就其本质而言，则是储层内易发生迁移的微粒和孔喉特征在一定外部条件激化下的外在反映，即在引发储层速敏效应的因素中，钻采过程中任何引起储层内微粒发生运移并且造成其堵塞喉道的诸多外部条件是外因，储层中微粒的运移及喉道特征则是内因［6，19-22］。因此，研究储层伤害的内因，即储层内易迁移微粒的产出和分布以及喉道特征，是探究速敏差异控制因素的关键。

3.1骨架成分因素

研究层段岩性主要为岩屑砂岩（图3），少量长石质岩屑砂岩，不同单层间无明显的成分差异。其中，岩浆岩岩屑占据了岩屑总类的绝大多数。岩浆岩岩屑的化学不稳定性导致其在埋藏阶段遭受酸性溶蚀，容易形成大量的粒内溶孔。这种粒内溶孔一方面增强了储层的孔隙性能；另一方面，研究层段内岩浆岩岩屑的溶蚀并非完全溶蚀，而是在颗粒内呈现出一种近似于网状的溶蚀面貌（图版Ⅰ），并产生大量细小的溶蚀残余颗粒，这种残余颗粒在具一定流速的外部流体介质条件下，会发生物理崩解而形成零散且更细小的颗粒，从而引发微粒运移，并造成较强的速敏效应［19-20］。

图3　吉拉克地区研究层段碎屑组分三角图Fig.3　Triangular diagram of clastic componnent in the target zone in Jilake area

3.2黏土矿物因素

凭借着极其微小的粒度和充填孔隙的产状，黏土矿物作为储层内最易迁移的微粒，被认为是引发储层潜在速敏效应的关键因素之一［8-9］。各单井研究层段内黏土矿物含量整体较高，体积分数一般为10%～15%（图4）。

图4　吉拉克地区部分单井研究层段黏土矿物含量垂向分布Fig.4　The vertical distribution of clay minerals in the target zone of a part of single well in Jilake area

研究层段内黏土矿物组合主要为“伊利石+高岭石+绿泥石”，仅在TⅡ24小层的上部（TⅡ24-2和TⅡ24-1单层）可见少量伊/蒙混层矿物。TⅡ24小层广泛发育的高岭石矿物，以书页状充填于粒间孔隙内（图版Ⅱ-1～Ⅱ-4），伊利石矿物则主要呈片状和片丝状充填于粒间孔隙内（图版Ⅱ-5～Ⅱ-6）。高岭石和伊利石矿物在黏土矿物中相对更易发生迁移，其较高的全岩含量是研究层段内速敏效应整体较高的主控因素。

前已述及，三叠系TⅡ24小层总体上自下而上粒度逐渐变细，揭示出了伴随基准面上升阶段的沉积物源的退积过程。相应地，孔隙内所附着的黏土矿物含量也呈现出自下而上增高的趋势（参见图4），其高值主要集中于TⅡ24小层的上部（TⅡ24-2和TⅡ24-1单层）。这种黏土矿物的垂向富集差异，成为引发储层速敏效应垂向差异的因素之一。

3.3物性因素

三叠系TⅡ24小层孔隙度主要为20%～30%，渗透率主要为10～1 000 mD，整体上属于中孔、中渗储层。但是无论是孔隙性还是渗透性，TⅡ24-1和TⅡ24-2单层都明显差于下伏单层（TⅡ24-3～TⅡ24-6）（图5），这无疑会引发敏感性效应的垂向差异，而这也恰恰体现在速敏效应损害率的垂向差异上。

图5　吉拉克地区部分单井研究层段渗透率垂向分布Fig.5　The vertical distribution of permeability in the target zone of a part of single well in Jilake area

3.4孔喉因素

虽然三叠系TⅡ24小层整体上孔隙度和渗透率均较高，但其储层的孔喉连通性却欠佳。由于研究层段位于辫状河三角洲前缘沉积环境，近物源搬运使得岩石骨架颗粒的磨圆较差，从而造成了储层的喉道形态以片状—弯片状和缩颈状为主，并且喉道半径分布不均。分析孔喉连通性参数（退汞效率和孔喉分选系数）表明，研究层段（以吉拉105井为例）整体退汞效率低于30%，且孔喉分选系数平均值约为2.5（图6），反映出研究层段孔喉连通性整体较差。

纵向上，单井（以吉拉105井为例）研究层段内退汞效率以及孔喉分选系数自下而上均明显降低（图6），表明孔喉分布的均质性和连通性自下而上变差，反映出储层潜在敏感性效应自下而上明显增强，而这也体现在层段内速敏损害率的垂向差异性上。

图6　吉拉克地区吉拉105井研究层段孔喉参数垂向分布Fig.6　The vertical distribution of pore throat parameters in the target zone of Jila 105 well in Jilake area

4　结论及建议

（1）研究层段表现出明显的强速敏效应，而层段内发育的大量易发生迁移的微小颗粒是引发该效应的主控因素。层段内含量较高的黏土矿物颗粒以及岩浆岩岩屑溶蚀改造产出的大量细小残余颗粒，是上述微小颗粒的主要组成部分。

（2）研究层段速敏效应损害率在垂向上呈现出明显的差异性，上部TⅡ24-1和TⅡ24-2单层的速敏效应明显强于下伏的TⅡ24-3～TⅡ24-6单层。导致该垂向差异的因素既有物质组分因素，也有孔喉特征因素。一方面，已发生迁移的黏土矿物明显富集于研究层段上部的TⅡ24-1和TⅡ24-2单层；另一方面，研究层段上部的TⅡ24-1和TⅡ24-2单层的孔喉连通性明显弱于下伏的TⅡ24-3～TⅡ24-6单层。这两方面的因素是引发研究层段速敏效应垂向差异的主控因素。

（3）在明确了研究层段强速敏效应形成机理的基础上，就储层的保护措施而言，在钻采过程中应该尽量避免在储层内引发高流速流体，这就要求在该过程中，严格控制起、下钻速度，并在油气开采环节内，持续控制开采速度。

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图版Ⅰ

图版Ⅰ说明：吉拉克地区研究层段岩浆岩岩屑溶蚀-崩解显微特征。1.吉拉105井，4 337.20 m，TⅡ24-1；2.吉拉105井，4 342.80 m，TⅡ24-2；3.吉拉105井，4 343.50 m，TⅡ24-3；4.吉拉105井，4 343.50 m，TⅡ24-2；Q.石英；Lv.岩浆岩岩屑；Kf.钾长石

图版Ⅱ

图版Ⅱ说明：吉拉克地区研究层段高岭石和伊利石矿物显微特征。1.吉拉105井，4 343.50 m，TⅡ24-2；2.吉拉105井，4 336.80 m，TⅡ24-1；3.吉拉101井，4 346.83 m，TⅡ24-1；4.轮南58井，4 343.47 m，TⅡ24-1；5.吉拉103井，4 353.18 m，TⅡ24-1；6.吉拉105井，4 335.20 m，TⅡ24-1；Q.石英；Lv.岩浆岩岩屑；Kf.钾长石；Kao.高岭石；I.伊利石

（本文编辑：于惠宇）

Formation mechanism and vertical distribution of velocity sensitivity effect in reservoir:An example from Triassic sandstone reservoir in Jilake area，Tabei uplift

Han Denglin1，2，Zhang Shuangyuan2，Yuan Wenfang3，Feng Zhichao4，Ouyang Chuanxiang5，Peng Shuqi6
（1.Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources，Ministry of Education，Yangtze University，Wuhan 430100，China；2.School of Geosciences，Yangtze University，Wuhan 430100，China；3.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Tarim Oilfield Company，Korla 841000，Xinjiang，China；4.No.1 Oil Production Plant，PetroChina Changqing Oilfield Company，Yan’an 716000，Shannxi，China；5.College of Petroleum Engineering，Yangtze University，Wuhan 430100，China；6.Xinjiang University，Urumqi 830046，China）

As a main production layer of Jilake area in Tabei uplift，the TII24layer is subject to a considerable variety of velocity sensitivity.The higher values of the velocity sensitivity effect are concentrated in the upper part of the TⅡ24layer（single sand layers of TⅡ24-1and TⅡ24-2），showing a marked vertical disparity.The formation mechanism of velocity sensitivity effect within the layer was thoroughly analyzed from macroscopic and microscopic perspective by means of observing thin section，analyzing the X-ray fluorescence spectra and measuring the capillary pressure curve. The result shows that high content of clay minerals and the remaining particles of dissolved volcanic grains constitutethe main source of the transmittable particles within the layer.The pore throat structure parameters indicate pore throat connectivity is relatively poor.The two aspects mentioned above are the main controlling factors for the strong velocity sensitivity.Relatively high content of clay minerals and comparatively poor pore throat connectivity in the upper part of the TII24 layer are the key controlling factors for the vertical disparity of the velocity sensitivity damage.

velocitysensitivity；clayminerals；particle migration；Triassic；Tabei uplift

TE112

A

1673-8926（2015）05-0019-06

2015-04-29；

2015-06-02

湖北省教育厅科学研究计划项目“库车坳陷白垩系碎屑岩储层水-岩相互作用的动力学机制剖析”（编号：B2013285）和长江大学青年人才基金项目“断层带格局下碎屑岩压实改造特征研究”（编号：2015cqr08）联合资助

韩登林（1979-），男，博士，副教授，从事储集层成岩作用方面的教学与研究工作。地址：（430100）湖北省武汉市长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室。E-mail：handl@yangtzeu.edu.cn。