黄陵探区上畛子区块延长组长6储层敏感性研究

邢 隆，崔军平,2，杨桂林，王育强，赵 金

(1.西北大学地质学系，陕西西安 710069； 2.西北大学大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069)

油田生产石油的过程中，储层都会和外部进来的流体以及其中的物质发生接触，如果外部流体与储层不合适，就会造成储层渗流能力的降低，对储层造成损害，产生敏感性[1-6]。为了有效地避免这种情况的发生，需要清楚地掌握敏感性理论，采取必要的方法，控制敏感性对储层的损害，为油田开发提供可靠的技术支撑[7-8]。黄陵探区上畛子区块在构造位置上位于陕北斜坡的南部，为向西倾斜的单斜构造，本区长6储层属于三角洲前缘亚相，沉积相带展布主要呈北东分布，砂体在10～20 m，以低孔低渗为主，属于岩性油藏，油气藏是在岩性、物性双重控制下形成的，油层开发时间短，地质情况复杂，开发难度大[9-12]。虽然前人对黄陵探区上畛子区块沉积相和储层特征做了大量研究，但是对于储层敏感性的系统性研究相对较少，因此笔者应用敏感性试验等数据分析储层敏感性特征和微观机理，为下一步油田勘探开发、防止储层伤害、完成长久稳定高产提供根据。

1 储层基础特征

1.1 储层岩石学特征

对长6储层47个样品的薄片资料进行统计，岩石类型以灰白色长石砂岩和岩屑长石砂岩为主(图1)。石英的平均含量为20.9%；长石平均含量为48.2%，钾长石和斜长石在长石中占很大比例；黑云母平均含量为3.9%，一般不超过7%；变质岩和岩浆岩岩屑是主要的岩屑类型，一般不超过14.5%。

研究区长6储层的填隙物以方解石、长石质、绿泥石和水云母为主。方解石含量高，介于1%～45%，平均为7.78%；长石质和绿泥石相对方解石含量少，前者介于1%～25%，平均为6.49%，后者介于1%～13%，平均为5.44%；水云母含量介于0%～10%，平均为3.41%。填隙物中还有少量高岭石、浊沸石及硅质，极少量石英加大和磁铁矿等。

砂岩粒度多为细粒和中—细粒，碎屑分选中等—好，次棱—次圆状是主要的磨圆形式，点—线接触是碎屑颗粒之间的主要方式，胶结类型有孔隙式胶结、连晶式胶结，少量压嵌式胶结。

图1 黄陵探区上畛子区块长6储层砂岩分类Fig.1 Sandstone classification of Chang-6 reservoir of Shangzhenzi block in Huangling exploration area

1.2 敏感性矿物特征

X衍射分析表明，研究区长6储层中方解石及黏土矿物是储层敏感性主要的影响矿物。黏土矿物质量分数为2%～21%，平均值为10.21%。其中，绿泥石的相对含量为51%～80%，呈针叶状产出(图2a、2b)；绿泥石的膨胀性不是很强烈，但大多数含有铁，它对油层的潜在影响主要表现为和酸反应形成沉淀物，造成沉淀物堵塞孔隙[13]。伊利石的相对含量为11%～34%，主要呈蜂窝状产出(图2c)；伊利石遇水膨胀性不明显，主要通过微粒运移和形成微孔隙进而造成高束缚水饱和度两个方面对油层产生伤害[13]。伊/蒙混层的相对含量为8%～18%，呈孔隙充填式产出(图2d)；伊/蒙混层有较高的亲水性和膨胀性，遇水膨胀，对油层产生损害，并且因为储层中伊/蒙混层膨胀导致混层黏土的解体，造成微粒分散迁移，使油层的渗透率下降[12]。(表1)

图2 研究区长6储层矿物和岩石显微照片Fig.2 Micrographs of minerals and rocks in Chang-6 reservoir of the study area

表1 黄陵探区上畛子区块长6储层黏土矿物分析Table 1 Clay minerals analysis of Chang-6 reservoir of Shangzhenzi block in Huangling exploration area

1.3 储层物性特征

由长6储层336块样品的物性化验资料可知：储层孔隙度分布在1.80%～16.1%之间，平均值为7.95%；渗透率分布在0.03～8.19 mD之间，平均值为0.48 mD，属特低—超低孔、特低渗—超低渗储集层。

1.4 微观孔隙结构储集空间

研究区储层孔隙类型主要以粒间孔和溶孔为主，其中溶孔的含量大于粒间孔。储层粒间孔隙呈不规则状，粒间孔隙相对较发育，充填矿物类型丰富，孔隙内充填自生绿泥石及石英次生加大现象。

长6储层排驱压力为1.4～11.0 MPa，平均为5.9 MPa；毛细管中值压力为5.25～44.51 MPa，平均为20.30 MPa；平均孔喉半径为0.32 μm；分选系数为0.54～1.57，平均为0.91；最大汞饱和度为24.40%～95.11%，平均为70.26%；退汞效率为18.48%～32.38%，平均为25.69%。长6储层喉道类型为点状、弯片状，主要是细喉型，储层孔隙结构复杂，低孔细喉型占很大比例。

2 敏感性试验结果

此次敏感性试验严格执行行业标准SY/T 5358—2010《储层敏感性流动实验评价方法》，试验温度为49 ℃，地层水矿化度为60 g/L。

速敏试验结果(图3a和3b)显示：大部分样品呈现无速敏性，弱速敏性次之；敏感性指数在0.05～0.61范围内，平均为0.28；临界流速分布范围为0.13～3.38 m/d，平均为0.867 m/d；伤害率在4.53%～61.12%之间，平均达到28%。

水敏试验结果(图3c和3d)显示：大部分样品呈现无水敏性，弱水敏性次之；敏感指数在0～0.56范围内，平均为0.26。

盐敏试验结果(图3e和3f)显示：大部分样品呈现中等偏弱盐敏性，弱盐敏性次之；临界盐度介于2～25 g/L之间，平均为19 g/L。

酸敏试验结果(图3g和3h)显示：大部分样品呈现酸敏性改善，酸敏指数在-449.87～0之间，平均为-56.58。

碱敏试验结果(图3i和3j)显示：大部分样品呈现中等偏弱碱敏性的特征，碱敏指数分布范围为0～0.68，平均为0.30。

总的来说，研究区长6储层具备弱速敏、弱水敏、中等偏弱盐敏、酸敏性改善、中等偏弱碱敏的敏感性特征。

图3 黄陵探区上畛子区块长6储层敏感性试验结果直方图Fig.3 Histogram of Chang-6 reservoir sensitivity experiment of Shangzhenzi block in Huangling exploration area

3 储层敏感性微观机理分析

3.1 速敏性

速敏性的形成是由于外来流体在储层中的流动，导致储层中的微粒运移并在喉道处堆积堵塞喉道，使储层渗透率降低[5]。

当流体在储层流动时，填隙物中的方解石、长石及石英等非黏土矿物有可能形成“桥堵”和“卡堵”[1]。一方面，由于研究区长6储层的部分区域成岩作用比较强烈，岩石致密，长石、石英和方解石难以迁移，因此对储层速敏的影响不强烈。另一方面，速敏的形成与黏土矿物的类型有关。长6储层中的主要黏土矿物为绿泥石和伊利石，速敏性黏土矿物高岭石和伊利石的含量相对较少，所以长6储层总体呈现弱速敏的特征。部分地区出现中等速敏，与储层物性和孔喉结构存在有一定关系，矿物颗粒半径大于孔喉半径，颗粒易于在喉道堆积，从而导致油气层渗透率的降低。

3.2 水敏性

水敏性的形成是由于当淡水或低矿化度流体在储层中流动时对储层中的黏土矿物产生影响，使其发生膨胀并在储层中运移，导致储层渗透率发生下降[2]。

储层形成水敏性与黏土矿物有很大关系。不同黏土矿物的膨胀性不一样，其中蒙脱石遇水膨胀性最强，伊/蒙混层次之，绿泥石和伊利石的膨胀能力相对较弱，高岭石遇水不发生膨胀[14-17]。研究区长6储层主要的黏土矿物是绿泥石和伊利石，其次是伊/蒙混层，蒙脱石不发育，并且储层中黏土矿物的总含量不高，这与研究区弱水敏的特征相符合。在储层不同深度有不同的黏土矿物含量，造成研究区部分区域出现了中等偏强水敏性。应注意伊/蒙混层含量高的地区，在注水时加入一定比例的防彭剂，可以防止对储层造成伤害。

3.3 盐敏性

盐敏性是由于不同矿化度的流体在储层中流动时形成黏土矿物膨胀、分散或运移，造成储层渗透率降低的现象[2]。

和水敏性一样，黏土矿物是产生盐敏性的重要原因。当矿化度依次减小的流体在储层中流动时，其中的黏土矿物会部分发生膨胀，使储层受到一定的伤害。研究区长6储层绿泥石、伊利石和伊/蒙混层是主要的黏土矿物。由于伊/蒙混层中含有一定量的蒙脱石，使其也具有一定的膨胀性，因此当地层水矿化度下降时，伊/蒙混层和伊利石有很大可能发生膨胀。研究区储层伊利石的含量大于伊/蒙混层的含量，并且伊/蒙混层中蒙脱石层占10%～25%，主要为伊利石层，但是伊利石膨胀性不强，因此不是储层盐敏产生的重要因素。因而研究区长6储层总体呈现中等偏弱盐敏性的特征。长6储层在注水开发时要使注入流体的矿化度大于临界矿化度，从而降低对储层的损害。

3.4 酸敏性

酸敏性的形成是由于在储层中流动的酸液与其中的矿物产生化学反应，从而形成沉淀或使固体微粒运移，使储层渗透率降低[2]。

用浓度为15%的HCl处理岩心样品后，得到的试验结果(图4)表明：长6储层的8块样品中有7块样品在酸后出现了渗透率提高的现象，有一块样品酸后渗透率没有变化。这主要与绿泥石和碳酸盐岩有关，研究区储层中的绿泥石相对含量高，当其遇到盐酸时会与之反应生成Fe(OH)3沉淀，使储层渗透率下降。长6储层的填隙物中含有方解石类碳酸盐岩矿物，当遇到盐酸溶液时易发生溶蚀，导致储层渗透率升高。储层中方解石、白云石等碳酸盐岩矿物的含量高于绿泥石，造成研究区内大部分地区与酸反应后渗透率上升；储层内碳酸盐岩矿物与酸反应的溶蚀量和绿泥石与酸反应生成Fe(OH)3沉淀的量互补，是储层渗透率没有下降的原因。

图4 黄陵探区上畛子区块长6储层酸前和酸后渗透率对比Fig.4 Comparison of permeability before and after acid in Chang-6 reservoir of Shangzhenzi block in Huangling exploration area

3.5 碱敏性

碱敏性的产生是指当碱性的工作液在储层中流动时，和储层及其中的物质发生反应后造成储层受到损害，从而导致储层渗透能力下降的现象[1]。

图5 黄陵探区上畛子区块长6储层用碱前后渗透率对比Fig.5 Comparison of permeability before and after alkali in Chang-6 reservoir of Shangzhenzi block in Huangling exploration area

由研究区碱敏试验结果(图5)可知：长6储层8块碱敏分析样品中有6块样品的渗透率发生降低，剩余2块样品渗透率不变；其中有2块位于研究区东南部的样品碱敏较强，渗透率降低幅度大。当碱性工作液进入储层后，与其中的矿物发生反应，产生硅酸盐沉淀堵塞孔喉，并且碱性流体可能与黏土矿物表面的Ca2+、Mg2+等二价阳离子发生反应生成氢氧化物沉淀，造成渗透率的下降。因此，在储层开发过程中碱性工作液要保持适当的弱碱性，防止对储层造成损害。

4 结论

(1)黄陵探区上畛子区块长6储层岩石矿物主要是长石和石英，碎屑分选呈现中等—好，磨圆以次棱—次圆状为主，碎屑颗粒之间多为点—线接触。敏感性矿物多见方解石和黏土矿物绿泥石、伊利石和伊/蒙混层，孔隙度平均值为7.95%，渗透率平均值为0.48 mD，孔隙类型多为粒间孔和溶孔。

(2)黄陵探区上畛子区块长6储层敏感性属于弱速敏、弱水敏、中等偏弱盐敏、酸敏性改善、中等偏弱碱敏的特征。

(3)黄陵探区上畛子区块长6储层敏感性主要与黏土矿物和碳酸盐等敏感性矿物有关，成岩作用对储层敏感性也存在影响。弱速敏与储层致密、连通性差、黏土矿物高岭石含量少有关；弱水敏和中等偏弱盐敏都与储层中含量相对较少的伊/蒙混层有关；酸敏损害程度改善主要受储层内方解石等碳酸盐岩大范围存在控制；中等偏弱碱敏与储层中的碱敏矿物和黏土矿物表面的二价阳离子有一定的关系。