延长气区石盒子组储层基础物性特征及压裂对策研究

张明，谢元，仝方超，王帅，罗立锦，王福成，蒲阳峰，何伊丽，李媛，马德敏

（1.陕西延长石油（集团）有限责任公司，油气勘探公司，陕西延安716000；2.陕西省石油化工研究设计院，陕西省石油精细化学品重点实验室，陕西西安710054）

延长气区石盒子组储层基础物性特征及压裂对策研究

张明1，谢元2，仝方超1，王帅1，罗立锦1，王福成1，蒲阳峰1，何伊丽1，李媛1，马德敏1

（1.陕西延长石油（集团）有限责任公司，油气勘探公司，陕西延安716000；2.陕西省石油化工研究设计院，陕西省石油精细化学品重点实验室，陕西西安710054）

储层物性对于油气开采具有重要意义，本文通过对延长气区石盒子组储层基础物性进行研究，为后续气井开采提供依据。研究内容主要包括岩石类型，矿物组成，储层孔隙度、渗透率、储层敏感性。通过研究发现石盒子组岩石类型主要为石英砂岩、岩屑砂岩、岩屑石英砂岩；岩石矿物以石英、方解石和黏土矿物为主；黏土矿物主要为伊利石、绿泥石和伊蒙混层矿物；孔隙度主要分布在4.0%～12.0%，平均为7.5%，渗透率主要分布在0.1×10-3μm2～0.5×10-3μm2，平均为0.70×10-3μm2，属于低孔低渗储层；储集层段填隙物主要为黏土矿物（水云母、高岭石、绿泥石）、硅质和碳酸盐胶结物；速敏为中等偏弱或无速敏，水敏为弱至中等偏弱，盐敏程度为弱到中等偏弱盐敏，酸敏为弱酸敏，部分有改善作用，碱敏为弱到中等偏弱碱敏。

石盒子组；储层物性；敏感性

延长气区油储层具有低孔、低压、低渗的特点［1-3］，伴随着越来越多的低渗透油气藏的发现，需要对储层特征有深层次的认识以供开发先进、成熟、适应、配套的储层改造技术［4］。由于低渗透油气藏储层的特殊性，存在着启动压力大，渗流阻力大，且呈非线性流动特征，再加上低渗透储层非均质性强，存在敏感性等难点，导致单井产量低，稳产难度大，驱替效率低，从而大大地增加了低渗透油气藏的开采难度［5，6］，因此对于储层基础物性的研究是提高低渗透油气田产率技术的关键。

石盒子组作为延长气田主力气层位，气藏主要受控于近南北向分布的河道砂体带及三角洲砂体带，系典型的岩性圈闭气藏，气藏岩性主要为碎屑砂岩，属于典型的“低孔、低渗、致密”砂岩气藏［7］。压裂是现阶段低渗透油气田增产的主要技术手段，但压裂过程中可能对储层造成一定的伤害，从而降低油气产率［8，9］，因此本文针对石盒子组进行了储层特征研究，通过对储层进行研究并提出了压裂对策。研究区域为西起延436井、延483井一线，东至延787井、南到延259井、北至延505井。

1　石盒子组岩石矿物特征

1.1石盒子组岩石类型

对延长气区石盒子组收集到的116块薄片资料进行统计研究，该研究区的岩石类型主要为石英砂岩、岩屑砂岩、岩屑石英砂岩（见图1）。

图1　延长气区石盒子组碎屑成分三角图

1.2石盒子组岩石矿物组成及分布

X衍射是确定岩石总体矿物组成的重要技术，通过对39口气井样品进行测试，实验结果（见表1）。

表1　延长气区石盒子组气层X衍射全岩分析统计表

由表1可知石盒子组以石英、方解石和黏土矿物为主，其中方解石和菱铁矿含量均较高，这两种碳酸盐矿物的发育预示着酸敏性会受到较大影响。

由于碳酸盐矿物的发育对储层影响较大，统计研究了碳酸盐矿物的分布频率（见图2）。

石盒子组所有样品碳酸盐矿物分布范围广，约有21.6%的样品碳酸盐矿物总计含量大于10%，主要是方解石、铁白云石和菱铁矿的贡献，其中在中砂岩、粗砂岩和含砾粗砂等岩性较有利的储层中，铁白云石和菱铁矿含量总计能达到11.4%，这些铁质碳酸盐矿物的发育指示了石盒子组酸敏改善作用将不会很明显。

表2　延长气区石盒子组黏土矿物分析统计表

图2　延长气区石盒子组储层碳酸盐矿物分布频率图（含方解石、白云石、铁白云石、菱铁矿）

对于黏土矿物，其类型多样，实验数据（见表2），由表2数据可知，石盒子组主要为伊利石、绿泥石和伊蒙混层矿物，其中伊利石最多，平均达到48.27%，其次是绿泥石，是典型的酸敏性矿物。伊蒙混层矿物作为典型的水敏性矿物含量也较高，通过对伊蒙混层矿物含量进行统计（见图3），含量超过20%的样品达到42%，由此会造成不同程度的水敏性，在水力压裂中需要在压裂中添加防膨剂等助剂。

图3　延长气区石盒子组伊蒙混层矿物分布频率图

1.3石盒子组储层填隙物研究

通过对石盒子组主要储集层段薄片鉴定结果显示填隙物主要为黏土矿物（水云母、高岭石、绿泥石）、硅质和碳酸盐胶结物，该组储层中填隙物较发育，百分比介于7.5%～29.5%，实验结果（见表3）。

由表3实验数据可以看出，该组黏土矿物含量较高，主要组成为高岭石、绿泥石、伊利石。其中呈碎屑外形的高岭石是碱性长石与火山碎屑的蚀变产物，呈杂基形态的高岭石是由火山灰蚀变而成。对于绿泥石，以薄膜形态存在的是沉积期后盆内自生产物，以杂基形态存在的是火山物质的蚀变产物。伊利石除了部分为凝灰质的蚀变产物和微量自生成因外，大部分来自物源区，是真正意义上的黏土杂基。

1.3 生化指标的测定 喂养8周时，在代谢笼中收集大鼠尿液，测定尿微量白蛋白(MAU)及肌酐(Cr)。尿MAU及Cr测定采用相应大鼠ELISA试剂盒(美国GTX公司)，计算两者比值(ACR)。

硅质胶结是该地区储集层段普遍存在的胶结物，平均含量为2.19%，其形态和产状多样，有孔隙式充填、环边加大等。由于硅质胶结物难以溶解，导致产生次生孔隙困难，会对储层物性造成较大影响。

碳酸盐类胶结物主要有方解石、铁方解石、铁白云石、菱铁矿，单井最大含量在15.67%～44.95%。方解石在各层段都有分布，白云石和菱铁矿胶结物分布较低。

表3　延长气区石盒子组主要储层段砂岩填隙物成分表

表4　延气2-延128井区石盒子组储层常规物性分析表

2　石盒子组孔隙度及渗透率研究

储层物性对于油气开采较为重要，通过对储层特征的研究可以初步判断储层油气的渗流特性，因此对储层常规物性进行了研究，实验结果（见表4、图4）。

从研究结果可知石盒子组储层孔隙度主要分布区间为4.0%～12.0%，这一区段占样品数的76.99%，孔隙度平均值7.5%，孔隙度大于12%的样品分布频率为10.16%。渗透率主要分布在0.1×10-3μm2～0.5×10-3μm2，该分布区段的样品数可占45.31%，平均0.70×10-3μm2，大于0.5×10-3μm2的样品分布频率占到18.27%，因此石盒子组储层具有低孔、低渗的特点不利于油气田开采。

图4　延长气区石盒子组孔隙度、渗透率分布频率图

3　石盒子组储层敏感性评价

储层敏感性是指各种外在因素对储层伤害的敏感性程度，一般包括速敏、水敏、盐敏、酸敏和碱敏五种。3.1流速敏感性评价

流速敏感性是指液体在流速剪切力的作用下，使岩样孔隙中的微粒移动，可能造成孔隙堵塞、喉道，造成储层渗透率下降程度。实验选择了5口井样品进行了测试，实验结果（见表5）。

表5　石盒子组速敏实验数据

由表5数据可以看出储层速敏程度为中等偏弱或无速敏，其中中等速敏主要与储层内丝发状伊利石、碎屑云母、长石蚀变的高岭石及形成的云母易产生微粒相关，同时由于石盒子组选取的样品多为粗砂岩，胶结疏松，速敏多偏弱，个别物性较好的粗粒石英砂岩，孔喉较大，或受裂缝影响，无速敏，因此针对中等速敏的层段在压裂过程中需要注意流速的控制。

3.2水敏性评价

水敏主要指黏土矿物的水化、膨胀和分散，导致微粒的释放，储层渗透率下降的现象。实验中选择了4口井进行了测定，实验数据（见表6）。

表6　延长气区石盒子组水敏实验数据

由表6实验结果可知，石盒子组弱至中等偏弱水敏，由前面研究可知石盒子组砂岩储层具有一定的黏土矿物含量，其中伊蒙混层矿物含量高，蒙脱石易吸水膨胀，高岭石易发生钠离子置换以及蚀变，易碎微粒的叠加效应，导致储层在与外来流体接触时易发生水敏现象，造成储层渗透率下降，影响储层物性，另一方面延长气区储层多属低渗、特低渗储层，即使渗透率降低幅度比较小，往往都会使储层失去开发价值，因此对于水敏性应引起重视，可以在压裂过程中加入助剂以降低对储层的伤害。

3.3盐度敏感性评价

盐敏指不同于地层水矿化度的流体进入储层时，引起黏土矿物的物理和化学变化，造成孔喉堵塞、渗透率下降的现象。实验中选择了6口井对储层盐敏性进行了研究，实验数据（见表7）。

由表7实验结果可知，注入不同浓度的地层水后，岩心渗透率减小幅度不等，结果表明石盒子组盐敏程度为弱至中等偏弱盐敏，因此在油气开采中需要注意对水质矿化度的控制以及其他助剂的添加。

3.4酸敏性评价

酸敏性指酸化液进入储层后产生凝胶、沉淀或释放出微粒，使地层渗透率下降的现象。通过对3口井进行15%的盐酸试验得出数据（见表8）。

从表8中数据可以看出石盒子组属于弱酸敏，部分属于改善性酸敏，分析认为：石盒子组含有大量的绿泥石，还有菱铁矿、铁方解石、铁白云石、硫铁矿等，盐酸与这些含铁矿物发生反应后在扩大孔喉的同时，会有新的沉淀物再次沉淀，由于研究区岩样普遍较致密，酸化后有所增大的孔喉又再次被沉淀物堵塞喉道，由此造成了储层伤害。当含铁碳酸盐矿物较少，或物性较好、孔喉较大，裂缝较发育，酸液就会对渗透率有改善作用，形成石盒子组内改善性酸敏。依据酸敏分析结果，要分层选择压裂方式，分层段压裂的方式更有利于造缝增产。

3.5碱敏性评价

碱敏性指外来流体中的碳酸根离子与储集岩或地层水中的钙、镁等离子发生化学反应，形成沉淀堵塞孔喉，是储层渗透率下降的现象，对研究区3口井样进行碱敏分析，分析结果（见表9）。

表7　延长气区石盒子组盐敏实验数据

表8　延长气区石盒子组酸敏实验数据

表9　延长气区石盒子组碱敏实验数据

由表9实验结果可知，石盒子组样品的碱敏指数分布在12%～90%，对于碱敏较高样品这是由于伊蒙混层等黏土矿物阳离子置换形成的含钠黏土，伊利石、高岭石、绿泥石、长石等矿物与碱性工作液发生了化学反应，物性较差时就会形成弱至强碱敏，因此石盒子组部分层段在开采过程中需要注意碱液注入对储层的伤害。

4　石盒子组压裂对策

针对石盒子组目前使用的羟丙基胍胶压裂液体系，其胍胶浓度介于0.45%～0.55%，并结合储层特征研究结果提出如下压裂对策：

（1）石盒子组属于低孔低渗储层，因此应采用稠化剂浓度、残渣较低的体系，并强化破胶效果，使压裂液破胶时间与施工时间一致，一方面保证液体的造缝能力，另一方面快速破胶、返排，减少压裂液体系对储层伤害。

（2）石盒子组储层岩石矿物存在水敏、酸敏，储层存在一定的水敏、盐敏、酸敏、碱敏，需要通过添加合适的助剂降低对储层伤害，如添加合适的防膨剂、黏土稳定剂；此外由于该组存在速敏，因此在压裂过程中应控制排量及压力减少因速度问题造成的储层伤害问题。

（3）石盒子组储层致密，可以通过工艺、助剂的改善提高压裂液返排率，降低气层水锁，如液氮助排技术、强制闭合快速返排、加入起泡剂、助排剂等助剂，使得返排液能高效的排出地层。

5　总结

（1）石盒子组岩石类型主要为石英砂岩、岩屑石英砂岩、岩屑砂岩。该组岩石矿物组成以石英、方解石和黏土矿物为主，其中方解石和菱铁矿含量均较高，酸敏性会受到较大影响，黏土矿物主要为伊利石、绿泥石和伊蒙混层矿物，存在酸敏性及水敏性。

（2）石盒子组主要储集层段薄片鉴定结果显示填隙物主要为黏土矿物（水云母、高岭石、绿泥石）、硅质和碳酸盐胶结物。

（3）石盒子组孔隙度主要分布在4.0%～12.0%，平均7.5%，渗透率主要分布在0.1×10-3μm2～0.5×10-3μm2，平均0.70×10-3μm2，属于低孔低渗储层。

（4）石盒子组速敏为中等偏弱或无速敏，弱至中等偏弱水敏，盐敏程度为弱到中等偏弱盐敏，酸敏为弱酸敏，部分有改善作用，碱敏为弱到中等偏弱碱敏。

（5）石盒子组压裂需采用低残渣、低伤害压裂液体系，同时需加入助剂预防储层伤害，辅助工艺技术增加返排效率。

［1］张龙海，周灿灿，刘国强，等.不同类型低孔低渗储集层的成因、物性差异及测井评价对策［J］.石油勘探与开发，2007，34（6）：702-710.

［2］杨仁超，韩作振，樊爱萍，等.鄂尔多斯盆地东南部二叠系碎屑岩物源分析［J］.山东科技大学学报（自然科学版），2007，26（3）：1-4.

［3］杨仁超，韩作振，李文厚，等.鄂尔多斯地区二叠系三角洲沉积特征及其模式［J］.西北大学学报（自然科学版），2004，34（3）：340-344.

［4］马永生，蔡勋育，赵培荣.石油工程技术对油气勘探的支撑与未来攻关方向思考-以中国石化油气勘探为例［J］.石油钻探技术，2016，44（2）：1-9.

［5］熊伟，高树生，胡志明，等.低、特低渗透砂岩气藏单相气体渗流特征实验［J］.天然气工业，2009，29（9）：75-77.

［6］柯文丽，喻高明，周文胜，等.稠油非线性渗流启动压力梯度实验研究［J］.石油钻采工艺，2016，38（3）：341-346.

［7］王若谷，李文厚，廖友运，等.鄂尔多斯盆地子洲气田上古生界山西组、下石盒子组储集层特征对比研究［J］.地质科学，2015，50（1）：249-261.

［8］李小玲，丁里，石华强，等.超低浓度羟丙基胍胶压裂液体系的研制及在苏里格气田的应用［J］，石油与天然气化工，2013，42（3）：274-278.

［9］廖礼，周琳，冉照辉，等.超低浓度胍胶压裂液在苏里格气田的应用研究［J］.钻采工艺，2013，36（5）：96-100.

The physical characteristics research of Shihezi reservoir of Yanchang gasfield and the fracturing countermeasures

ZHANG Ming1，XIE Yuan2，TONG Fangchao1，WANG Shuai1，LUO Lijin1，WANG Fucheng1，PU Yangfeng1，HE Yili1，LI Yuan1，MA Demin1
（1.Shanxi Yanchang Petroleum（Group）Co.，Ltd.，Oil and Gas Exploration Company，Yan'an Shanxi 716000，China；2.Shanxi Research Design Institute of Petroleum and Chemical Industry，Shanxi Key Laboratory of Fine Petroleum Chemicals，Xi'an Shanxi 710054，China）

The reservoir property is of great significance for oil and gas exploitation，this article through to study the basis reservoir physical property of the Shihezi reservoir of Yanchang to provide the basis information for subsequent gas well exploit.The research content mainly includes the rock types，mineral composition，reservoir porosity，permeability，reservoir sensitivity.The results show that Shihezi reservoir rock types are mainly of quartz sandstone，lithic quartz sandstone and lithic sandstone，mineral rock is given priority to withquartz，calcite and clay minerals，clay minerals are mainly include of illite，chlorite and the Illite Smectite（IS），the porosity is mainly distributed in 4.0%to 12.0%and the average is 7.5%，the permeability is mainly distributed in 0.1×10-3μm2to 0.5×10-3μm2with an average of 0.70×10-3μm2，the result shows the reservoir belongs to low porosity low permeability reservoir.The interstitial material of reservoir section are mainly include of silicious，carbonate cements and clay mineral mica that included hydromica，kaolinite and chlorite.The velocity sensitive degree belong to medium weak or no velocity sensitivity harm，the water sensitivity degree belong to weak to medium weak harm，the salt sensitivity degree belong to weak to medium weak harm，the acid sensitivity belong to weak harm and some are good for the reservoir，the alkali sensitivity belong to weak to medium weak harm.

Shihezi formation；reservoir property；sensitivity

TE122.23

A

1673-5285（2016）10-0093-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.10.022

2016－08-30

陕西省科技统筹创新工程计划项目，项目编号：2015KTCL01-02；陕西省延长石油（集团）油气勘探公司科研项目，项目编号：KT1615SFW0002。

张明，男（1984-），工程师，本科，主要从事油气田勘探开发及增产技术研究工作，邮箱：365509887@qq.com。