姬塬地区长8超低渗储层黏土矿物分析及敏感性研究

潘少杰，王　猛，王文举，白耀星，李浩哲，高星星

(中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室，北京102249)



姬塬地区长8超低渗储层黏土矿物分析及敏感性研究

潘少杰，王猛，王文举，白耀星，李浩哲，高星星

(中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室，北京102249)

摘要：鄂尔多斯盆地姬塬地区长8储层具有超低渗特点，这种储层的敏感性伤害是制约油田开发的重要因素。为此，通过岩石薄片鉴定、X射线衍射、扫描电镜等岩心分析技术和敏感性流动实验对研究区储层的黏土矿物类型、含量、形态及敏感性进行综合研究，结果表明：研究区长8储层中存在绿泥石、伊利石、蒙皂石和伊/蒙混层4种黏土矿物，其中，绿泥石的相对含量最高，与储层孔渗性成正相关，蒙皂石和伊/蒙混层在储层中分布不均，与储层孔渗性成负相关。与此同时，储层存在弱—中等偏强速敏、弱—强水敏、弱—强盐敏、中等偏强—强酸敏、弱—中等偏弱碱敏的特征。研究结果为有效降低储层敏感性伤害提供参考依据。

关键词：敏感性；黏土矿物；敏感性流动实验；扫描电镜；储层伤害

姬塬地区位于鄂尔多斯盆地中西部(图1)，是盆地勘探开发的重点区块，主力油层为长8油层组，该油层组分布范围广、含油面积大、单井油层厚度大，近年来勘探开发取得了重大突破[1]。研究区长8储层为超低渗储层，具有启动压力高、非达西渗流及敏感性极强的特点[2-3]。

黏土矿物与油气的生成、运移和富集及储层的孔隙演化密切相关，受到国内外学者的普遍重视[4]。储层敏感性是制约油田开发的重要因素，尤其是低渗、特低渗储层的开发[5]。本文通过岩石薄片鉴定、X射线衍射、扫描电镜、铸体薄片和敏感性流动实验等方法对鄂尔多斯盆地姬塬地区长8超低渗储层的黏土矿物类型、含量和形态，以及敏感性进行研究，为预防和处理超低渗储层敏感性伤害提供参考依据。

1 储层地质特征

研究区主要发育浅水三角洲沉积，储层岩石类型以岩屑长石砂岩为主[6]。颗粒分选中等，磨圆较好，以次圆—次棱状为主，主要粒径为0.20～0.38mm。填隙物主要有方解石、硅质、水云母和黏土矿物等，其中硅质以石英自生加大方式存在，常常堵塞孔喉，降低孔隙间的连通性[7]。胶结类型主要为孔隙、加大—孔隙式胶结。孔隙类型以粒间溶孔、长石溶孔和岩屑溶孔为主。储层孔隙度分布于12.45%～16.89%之间，平均为14.94%；渗透率分布于0.51～2.25mD之间，平均为1.40mD；总体上储层具有低孔、低渗、非均质性强的特征。

2 储层黏土矿物分析

2.1 黏土矿物特征

X射线衍射分析表明，研究区长8储层黏土矿物相对含量为9%～17%(表1)，属于中等黏土矿物储层。在黏土矿物中，绿泥石的含量为38%～92%，扫描电镜下呈叶片状、书页片状分布于颗粒表面及颗粒之间(图2a)；伊利石含量为3%～13%，多以弯曲片状、片丝状分布于颗粒之间(图2b)；伊/蒙混层含量为0～55%，呈弯曲片状分布于颗粒表面及颗粒之间(图2c)；蒙皂石含量为0～14%，呈薄而弯曲的鳞片状(图2d)。绿泥石易造成酸敏感性，高岭石、伊利石易造成速敏感性，蒙皂石和伊/蒙混层易造成水敏感性、盐度敏感性，因此需要开展敏感性流动实验[8]。

表1　姬塬地区长8储层X射线衍射黏土矿物相对含量分析表

2.2 黏土矿物对储层物性的影响

黏土矿物的类型、含量、形态及产状对储层物性有重要影响[9]。在超低渗储层中，绿泥石含量与储层孔渗性成正相关，绿泥石含量越高，储层孔隙度和渗透率越高；绿泥石含量越低，储层孔隙度和渗透率越低。伊利石、伊/蒙混层含量与储层孔渗性成负相关，伊利石、伊/蒙混层含量越高，储层孔隙度和渗透率越低；伊利石、伊/蒙混层含量越低，储层孔隙度和渗透率越高(图3)。

3 储层敏感性实验分析

3.1 实验方法

储层敏感性分析的基础手段是岩样的敏感性流动实验，用不同类型的流动液或改变渗流条件来模拟储层伤害的动态过程，依据流动液的性质和岩样渗透率的变化评价各种敏感性[10]。岩样渗透率测定条件必须满足达西定律的要求，考虑气体滑脱效应和惯性阻力对测定结果的影响，选择使用合理的压力梯度或流速。实验盐水工作液通常根据评价区块现场情况进行室内配制，实验用油为精制油。与常规储层相比，超低渗储层对实验装置的测试精度要求更高，流量要求更低[11]，实验装置如图4所示。

3.2 实验结果

对姬塬地区5口井的长8储层岩心做了速敏、水敏、盐敏、酸敏和碱敏的敏感性流动实验，分析研究区储层的敏感性，评价标准参照SY/T 5358—2010执行[12]，实验结果如图5所示。

3.3 敏感性特征

总体而言，研究区长8储层存在弱—中等偏强速敏、弱—强水敏、弱—强盐敏、中等偏强—强酸敏、弱—中等偏弱碱敏的特征，其中水敏、盐敏损害率变化范围大(表2)。

表2　姬塬地区长8储层敏感性特征表

4 黏土矿物对敏感性的影响

4.1 伊利石

弯曲片状、片丝状的伊利石在高速流体作用下易破碎、运移，并在喉道处堆集，形成“桥堵”，导致速敏性损害。由X射线衍射可知，储层中存在少量这种形态的伊利石，造成储层存在弱—中等偏强速敏[13]。因此，在注水开发中应控制注入速度，避免伊利石颗粒运移堵塞油气通道。

4.2 蒙皂石、伊/蒙混层

黏土矿物具有不同程度的膨胀性，其中蒙皂石膨胀能力最强，其次为伊/蒙混层，而绿泥石、伊利石的膨胀性很弱，高岭石无膨胀性[14]。由X射线衍射可知，X153-060井储层存在14%的薄膜状蒙皂石，遇水极易水化膨胀，导致喉道变窄甚至堵塞喉道[15]，造成该井储层水敏、盐敏性偏强。其余4口井储层水敏、盐敏损害率变化较大，经X射线衍射发现是伊/蒙混层在储层中分布不均造成的。因此，在钻井、完井和注水开发时，应注意工作液的矿化度，且考虑使用防膨剂或黏土稳定剂，以减小水敏、盐敏性损害[16]。

4.3 绿泥石

绿泥石是一种特殊的2∶1型含水的层状铝硅酸盐矿物，极易在酸作用下发生化学反应，生成沉淀，损害地层[17]。由X射线衍射可知，C222-240井储层绿泥石含量较少，遇酸完全溶解，生成的Fe2+在酸性环境中未形成沉淀，改善了储层的渗透性；其余4口井储层绿泥石的相对含量为78%～92%，与酸反应后有剩余，残余的绿泥石晶片堵塞喉道，造成储层中等偏强—强的酸敏性[18]。因此，酸化过程中应注入足量的酸，使绿泥石完全反应，防止残余物堵塞喉道、降低储层渗透率[19]。

5 结论

(1)姬塬地区长8储层岩石类型大部分为岩屑长石砂岩；填隙物以黏土矿物、方解石、硅质和水云母为主；黏土矿物主要有绿泥石、伊利石、蒙皂石和伊/蒙混层；孔隙度平均为14.94%，渗透率平均为1.40mD，属超低渗储层。

(2)储层中绿泥石的含量最高，呈叶片状、书页片状；伊利石含量其次，呈弯曲片状、片丝状；伊/蒙混层含量变化范围大，呈弯曲片状；蒙皂石含量最少，呈薄而弯曲的鳞片状。绿泥石的含量与储层孔渗性成正相关，伊利石、伊/蒙混层的含量与储层孔渗性成负相关。

(3)储层存在弱—中等偏强速敏、弱—强水敏、弱—强盐敏、中等偏强—强酸敏和弱—中等偏弱碱敏的敏感性损害。在注水开发过程中应控制好注入速度，避免伊利石颗粒运移堵塞油气通道；在钻井、完井和注水开发时，应注意工作液的矿化度，且考虑使用防膨剂或黏土稳定剂；酸化时应注入足量的酸；鉴于研究区储层酸敏感性较强，可以考虑使用弱碱性的注入水以保护储层。

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Clay Mineral and Sensitivity Analysis of Chang 8 Ultra-low Permeability Reservoir in Jiyuan Area

Pan Shaojie, Wang Meng, Wang Wenju, Bai Yaoxing, Li Haozhe Gao Xingxing

(MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Beijing 102249, China)

Abstract:Chang 8 reservoir in Jiyuan Area, Ordos Basin features in ultra-low permeability, so reservoir sensitivity damage is an important factor restricting oilfield development. Therefore, we probed into the type, content and morphology of clay minerals, in the study area, based on rock thin section identification, X-ray diffraction, scanning electron microscopy and other core analysis techniques and sensitivity flow experiment. Results showed that chlorite, illite, montmorillonite and mixed illite-montmorillonite mixed-layer exited in the reservoir, among which the relative content of chlorite was the highest and was positively related to reservoir porosity and permeability, montmorillonite and mixed illite-montmorillonite were unevenly?distributed in the reservoir and this was negatively related to the reservoir porosity and permeability. Meanwhile, the reservoir has the characteristics of weak-moderate to strong velocity sensitivity, weak-strong water sensitivity, weak-strong salt sensitivity, improved-strong acid sensitivity and weak-moderate to weak alkali sensitivity. It could provide reference for effectively reducing the sensitivity damage to the reservoir.

Key words:sensitivity；clay mineral；sensitivity flow experiment；scanning electron microscope；reservoir damage

第一作者简介：潘少杰(1990年生)，男，硕士，研究方向为油气田开发。邮箱:1430642561@qq.com。

中图分类号：TE348

文献标志码：A

基金基目：国家自然科学基金资助项目(51404282)；中国石油大学(北京)科研基金资助(2462015YQ0217)。