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冷湖地区新生界致密砂岩储层敏感性研究

2017-03-02王妍芝许永勃袁海莉毛建英

石油地质与工程 2017年1期
关键词:黏土砂岩敏感性

王妍芝,许永勃,袁海莉,毛建英

(1.中国石油青海油田公司勘探开发研究院,甘肃敦煌 736202;2.西安石油大学石油工程学院)

冷湖地区新生界致密砂岩储层敏感性研究

王妍芝1,许永勃2,袁海莉1,毛建英1

(1.中国石油青海油田公司勘探开发研究院,甘肃敦煌 736202;2.西安石油大学石油工程学院)

为了提高产能,减少柴达木盆地北缘冷湖地区油气开采过程中对砂岩储层造成的伤害,采用岩心流动实验,对该区致密储层的敏感性特征进行了研究,定量评价了储层敏感程度。实验结果表明:受岩石组成、黏土矿物、孔隙结构、成岩作用等因素影响,该区储层整体表现为较强的速敏性、水敏性和盐敏性,碱敏损害变化大,从无碱敏到强碱敏,弱酸敏性。此研究对该区的油气藏开发及油层保护具有一定的指导作用。

冷湖地区;新生界;储层敏感性;致密砂岩

储层敏感性评价主要是通过岩心流动实验,考察油气层岩心与各种外来流体接触后或环境条件改变后所发生的各种物理化学作用对岩石渗透率的影响程度[1]。柴达木盆地北缘勘探始于1969年,已发现油田4个,气田2个。冷湖地区作为重点油气勘探区域具有很好的勘探开发潜力,但储层致密,容易造成储层伤害,制约着该区块油气的高效开采。本文对该区块新生界致密砂岩储层敏感性评价,其目的是对储层潜在的伤害因素进行分析,掌握该储层敏感性特征,确定外来流体对储层可能造成的伤害程度,以便在今后的油气开发中采取有效的改造措施,保护油层,提高采收率[2]。受取心井条件限制,本文只对研究区N1、E32、E1+2致密砂岩储层敏感性进行了对比研究。

1 区域地质概况

冷湖构造带位于柴达木盆地北缘,沿祁连山走向由一系列雁行排列的背斜构成,冷湖构造带为一个典型的正花状构造,背斜两翼断层倾向相反,控制着背斜的构造形态,多条浅层的断层在深部合并在一起[3]。E1+2、E32沉积以冲积扇-扇三角洲沉积为主,在N1—N21沉积时期,柴达木盆地处于以干旱为主的古气候条件,受阿尔金和赛什腾山两大物源体系影响,形成了扇三角洲—滨浅湖沉积体系[4]。总之,在中生代—新生代,柴北缘周缘以冲积扇-扇三角洲沉积为主,沉积物粒度粗,分选差,磨圆差,沉积相带变化快。

2 储层基础特征

研究区N1储层粒度细,以粉砂岩为主,岩屑含量低,长石砂岩占相当比例;E32储层以粉砂-细粒砂为主,颗粒分选性较差;E1+2储层岩石粒度粗,以中-粗粒砂岩为主,岩石分选差。E32、E1+2储层以长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩为主,岩石成分成熟度较低。填隙物以方解石、泥质为主,含个别硬石膏、白云石、黄铁矿等,其中E1+2地层沉积相以冲积扇为主,杂基含量高,填隙物总量和泥质含量均高于其他地层。

X衍射全岩分析显示,研究区岩石矿物成分以石英、长石、碳酸盐、黏土矿物为主,N1储层碳酸盐矿物含量较其他地层高,黏土矿物以伊利石、伊蒙混层、绿泥石为主;E32和E1+2地层黏土矿物类型相似,以蒙脱石、伊蒙混层、伊利石为主,少量绿泥石,E32蒙脱石明显多于E1+2储层。

新生界致密砂岩埋深一般为2 000~3 000 m,压实作用中等,储层孔隙以原生孔为主,次生孔隙不发育,E1+2储层部分井段发育有微裂缝,渗透率以小于1×10-3μm2为主,E1+2储层渗透率好于其他储层;孔隙度以5%~10%为主,E32储层孔隙度好于其他储层。

3 储层敏感性实验分析

研究区的储层敏感性评价参照行业标准SY/T5358-2010《储层敏感性流动实验评价方法》[5],储层伤害评价标准如表1,本文共完成68块次储层伤害评价实验。

表1 储层敏感性损害程度评价指标

注:D表示各种敏感性损害率,%。

3.1 速敏性实验

速敏伤害是指在完井及生产过程中,当流体在储层中流动时引起储层中微粒的移动,堵塞孔喉,造成储层渗透率下降。速敏伤害的机理是,流体流动速度逐渐增大,当水动力超过微粒的重力和范氏力后,微粒开始移动,逐渐在喉道狭窄处堵塞喉道,造成渗透率下降[6]。

从实验结果看(表2),研究区E1+2储层速敏伤害程度强,一是因为该套储层为砂砾岩储层,岩石中泥质杂基含量高,岩石固结程度弱,黏土矿物微粒易从岩石颗粒剥离分散而发生运移,产生速敏伤害;二是因为该储层黏土矿物以蒙脱石、伊蒙混层、伊利石为主,伊利石主要表现为速敏性,该矿物具有片状、丝状结构,易从岩石颗粒剥离分散而发生运移,产生速敏伤害[7]。研究区E32储层速敏伤害相对较弱,伤害程度为弱-中等偏强,储层以方解石胶结为主,岩石固结程度高,粒间自由微粒少,不易形成微粒运移。因此,研究区E1+2储层在生产作业过程中应注意控制储层中流体速度,尽量避免速敏伤害。

3.2 水敏性实验

黏土矿物的膨胀及其扩散运移是引起储层水敏伤害的主要原因。储层内黏土矿物含量的高低、黏土矿物的成分及其产状、分布,储层孔隙结构特征等均会对水敏产生直接的影响,是水敏的内因,而外来流体盐度的改变是诱发水敏伤害的外因[6]。

表2 研究区储层速敏实验评价结果

水敏性最强的黏土矿物是蒙脱石,其次是伊/蒙混层,而绿泥石、伊利石的膨胀性很弱;膨胀性黏土含量越高,水敏性损害越强;岩石平均喉道半径越小,喉道迂曲度越大,则岩石的水敏性越强。致密砂岩储层渗透率很低,孔喉极其细小,易被堵塞,引起水敏性损害[8]。共完成13块样号的水敏实验,由实验结果知(表3),研究区储层岩石整体表现为较强的水敏感性,这与储层岩石中黏土矿物含量普遍偏高有关。X衍射分析显示,研究区N1地层中黏土矿物以伊利石、伊蒙混层、绿泥石为主,E32和E1+2地层以蒙脱石、伊蒙混层、伊利石为主,少量绿泥石,E32储层蒙脱石明显多于E1+2储层。因此,研究致密砂岩储层在生产作业过程中要特别注意水敏伤害的保护。

3.3 盐敏性实验

盐敏伤害是指不同矿化度流体进入地层后引起黏土矿物膨胀或者分散、运移,使得储层岩石渗透率发生变化的现象。储层产生盐度敏感性的根本原因是储层黏土矿物对于注入水的成分、离子强度及离子类型很敏感,会引起黏土矿物的膨胀、分散及运移等[6]。

实验结果表明(表4),研究区储层岩石临界矿化度为8 111~80 000 mg/L,临界矿化度普遍较高,临界矿化度在某种程度上也反映了水敏伤害程度,水敏性越强,临界矿化度也越高。随着注入流体矿化度的下降,岩石渗透率逐渐降低,说明储层内黏土矿物发生膨胀、分散运移,堵塞了渗流喉道,渗透率下降。对于研究区低渗透储集层而言,由于储集层物性较差、孔喉较细,储集层对矿化度是非常敏感的。在生产过程中特别要注意入井流体的矿化度,避免盐敏伤害。

3.4 酸敏性实验

储层酸处理后,由于胶结物的溶解,储层会释放出大量微粒,矿物溶解释放出的离子还可能再次沉淀,这些微粒或者沉淀将堵塞储层的渗流通道,削弱酸化效果,甚至导致酸化失败,引起地层酸敏伤害[6]。

实验结果表明(图1),研究区酸敏伤害程度总体表现为酸敏性不强,部分样品出现渗透率下降现象,表现为弱酸敏。酸敏实验中所用岩心样品均为除油后的干净岩心,而实际油藏岩石存在油水流体,加之实验本身也存在一些不确定因素,因此酸敏实验结果与实际油藏往往有一定的偏差。绿泥石等含铁矿物是酸敏性矿物,遇酸将会形成氢氧化铁胶体沉积,堵塞孔喉。X衍射分析显示,研究区储层含有少量绿泥石,对酸敏损害程度小。分析认为引起研究区酸敏伤害的主要原因为岩石中胶结物与酸溶解释放微粒,微粒在运移过程中堵塞喉道。

表3 研究区储层水敏实验评价结果

表4 研究区储层盐敏实验评价结果

图1 研究区储层酸敏实验结果

酸敏实验结果表明,研究区储层岩石为无酸敏或弱酸敏,因此在生产作业过程中不必过多考虑酸敏伤害。

3.5 碱敏性实验

地层流体一般为中性介质,如果进入储层的外来流体的pH值过高,会引起外来流体与储层的不配伍性,造成储层伤害,通常称为碱敏性伤害。储层中的碱敏性矿物主要有隐晶质石英、碳酸盐、高岭石及蒙脱石等。碱敏性伤害主要表现为碱敏性矿物的分散、脱落或生成新的硅酸盐沉淀,堵塞孔隙喉道[7-8]。

从实验结果看(表5),研究区储层岩石碱敏损害变化大,从无碱敏到强碱敏,碱敏伤害与岩石中所含碱敏矿物种类、含量有直接关系,也与岩石固结程度,孔喉大小等有关。研究区储层岩石碱敏损害变化很大,因此,在生产作业过程中要针对不同井区、不同井段进行具体分析,针对性做好地层碱敏伤害保护。

4 结论

(1)柴达木盆地北缘冷湖地区N1储层粒度细,以粉砂岩为主;E32储层以粉砂-细砂为主,颗粒分选性较差;E1+2储层岩石粒度粗,以中-粗砂岩为主,岩石分选差,填隙物以方解石、泥质为主,含个别硬石膏、白云石、黄铁矿等。

表5 研究区储层碱敏性实验评价

(2)X衍射分析显示,研究区以石英、长石、碳酸盐、黏土矿物为主,N1储层碳酸盐矿物含量较其他地层高,黏土矿物以伊利石、伊蒙混层、绿泥石为主;E32和E1+2储层以蒙脱石、伊蒙混层、伊利石为主,有少量绿泥石。

(3)岩心流动实验结果表明,研究区E1+2储层速敏伤害程度强,E32储层速敏伤害相对较弱,伤害程度为弱-中等偏强;整体表现为较强的水敏感性和盐敏感性;无酸敏或弱酸敏;碱敏损害变化大,从无碱敏到强碱敏。在生产作业过程中要注意控制储层中流体速度,尽量避免速敏伤害,注意水敏伤害和盐敏伤害的保护,针对性做好地层碱敏伤害保护。

[1] 万仁溥.采油工程手册[M].北京:石油工业出版社,2003:1-9.

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编辑:王金旗

1673-8217(2017)01-0088-04

2016-10-10

王妍芝,助理工程师,硕士,1985年生,2014年毕业于西安石油大学,现从事石油地质研究工作。

TE258

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