准噶尔盆地阜东斜坡韭菜园子组储集层特征及敏感性

王剑，马聪，罗正江，吕剑，李二庭，张宝真，刘翠敏

（1.中国石油 砾岩油气藏勘探开发重点实验室，新疆 克拉玛依 834000；2.新疆维吾尔自治区砾岩油藏重点实验室，新疆克拉玛依 834000；3.中国石油 新疆油田分公司a.实验检测研究院；b.开发公司；c.风城油田作业区，新疆 克拉玛依 834000）

准噶尔盆地阜东斜坡油气勘探始于20世纪50年代，至2005 年随着北80 井区三叠系烧房沟组油藏和韭菜园子组油藏的发现，该区三叠系油气勘探进入高潮。然而，由于对阜东斜坡储集层敏感性认识不足，导致XQ4 井、XQ9 井、XQ14 井、XQ026 井等虽然在下三叠统韭菜园子组电测显示为油层，但试油效果不佳，以至于该区三叠系勘探停滞。因此，有必要对下三叠统韭菜园子组储集层敏感性开展精细研究。

前人对阜东斜坡储集层敏感性的研究，集中在中侏罗统头屯河组[1-8]，对下三叠统韭菜园子组储集层的研究较少，且主要针对的是岩性和孔隙结构[9-10]。在邻近的北三台地区，虽有对韭菜园子组储集层敏感性的研究，但涉及敏感性控制因素的分析并不多[10]。

本文采用传统的储集层敏感性评价方法，即利用岩心观察、薄片鉴定、X 射线衍射黏土矿物含量分析结合流动性实验进行储集层敏感性评价，引入静态浸泡实验，结合低电压扫描电镜原位分析方法，建立了动静态一体敏感性评价方法。在分析储集层微观特征的基础上，进一步厘清了黏土矿物类型及其发育程度，系统评价了韭菜园子组砂砾岩储集层敏感性类型、程度及其影响因素，并提出相应的储集层保护建议，旨在为研究区油气勘探开发有所裨益。

1 区域地质概况

阜东斜坡位于准噶尔盆地阜康断裂带以北、北三台凸起西侧和南侧，整体呈向东北抬升的单斜[1，4]，东西宽度为20～40 km，总面积约1 000 km2（图1），共有25口井钻遇下三叠统韭菜园子组。

图1 阜东斜坡韭菜园子组顶面构造及综合柱状剖面Fig.1.Top structure and comprehensive columnar section of Jiucaiyuanzi formation in Fudong slope

自晚二叠世末期，准噶尔盆地东部地区构造活动进入相对平静期，早—中三叠世，研究区接受博格达山的物源由南向北汇入，广泛发育湖泛沉积，沉积物源及沉积环境均具有继承性和稳定性[9]。整体上，研究区在韭菜园子组沉积期发育冲积扇砂体，常见砂砾岩（图2a、图2b）、含砾细砂岩（图2c、图2d）、中砂岩（图2e、图2f）、细—中粒砂岩和细砂岩（图2g、图2h）；砂体粒度概率累计曲线为两段式或三段式，碎屑主要由跳跃和悬浮2 个次总体组成，跳跃次总体含量较高，整体呈现牵引流沉积特征。

依据岩性和电性特征，研究区下三叠统韭菜园子组自下而上划分为韭一段和韭二段，含油砂体主要发育在韭二段底部。韭二段以砂岩和砂砾岩为主，单层砂体厚度约10 m，横向上砂体厚度变化较大，厚度分布与韭菜园子组整体厚度分布相似，具东厚西薄的趋势。韭一段岩性主要为细砂岩，单砂层厚度较小，为2～5 m。横向上韭一段储集层较韭二段分布更为广泛，自北向南逐渐减薄，自西向东逐渐增厚。

2 储集层基本特征

韭菜园子组沉积期的物源和沉积环境都十分稳定，韭一段和韭二段对应2 个沉积旋回，但主力储集层段的岩性均以细—中砂岩为主，碎屑组分、填隙物成分以及成岩作用均具有继承性和相似性，且2 个层段的含油砂层厚度不大。因此，若储集层微观特征分为2 段进行研究，差异性不显著，实际意义不大，因此本文以整个韭菜园子组为目标，开展储集层微观特征研究和储集层敏感性评价。

图2 阜东斜坡韭菜园子组储集层矿物特征和储集空间类型Fig.2.Mineral characteristics and accumulation space types of the reservoirs in Jiucaiyuanzi formation in Fudong slope

图3 阜东斜坡韭菜园子组储集层岩石组成及其含量Fig.3.Histogram of rock compositions and contents of the reservoirs in Jiucaiyuanzi formation in Fudong slope

（1）岩石学特征 岩石组成、岩石结构、孔隙结构等决定了储集层敏感性的类型和程度[11]。岩石薄片分析结果表明，研究区韭菜园子组储集层砂砾岩及砂岩的碎屑成分以岩屑为主，石英和长石次之（图2d、图2h）。碎屑颗粒间方解石、沸石、硅质和铁质胶结物发育，其中方解石胶结占主导（图2b），其次为沸石胶结（图3a）；杂基较为发育，以水云母化泥质（伊蒙混层、伊利石等）为主；黏土矿物主要为伊蒙混层、绿泥石和蒙脱石（图3b），伊蒙混层主要以交代矿物颗粒或颗粒表面薄膜状形式出现。

（2）孔隙类型 研究区韭菜园子组储集空间共7类，以剩余粒间孔、粒内溶孔和粒间溶孔为主（图2f）。粒间溶孔和粒内溶孔主要发育在细砂岩储集层中，剩余粒间孔常见于细砂岩、中砂岩以及砂砾岩中，裂缝主要发育在粗砂岩和砂砾岩中，微裂缝主要见于粉砂岩中，铸模孔则常见于细砂岩、中砂岩和砂砾岩中。

（3）物性特征 阜东斜坡韭菜园子组储集层孔隙度为10%～30%，集中分布于15%～25%；渗透率分布范围较广，多分布于0～50×103mD（图4）。总体上属于中孔中渗、低孔中渗和低孔低渗储集层。

（4）孔喉结构 储集层孔隙喉道可见孔隙缩小型、缩颈型、片状、弯片状和管束状，以缩颈型、弯片状喉道为主（图5a—图5c）。喉道宽度主要为2.5～7.5 μm，属于大喉道，且喉道宽度分布较为均一，表明其储集性能较好（图4c）。毛细管压力曲线表现为具有较低的排驱压力和宽缓的平台，说明孔喉歪度偏粗（图6）。

3 储集层敏感性评价

储集层受外来流体影响，渗透性变差，使得油层中流体的注入和流出效果变差，导致产能损失或产量下降[12]，通常采取岩心柱塞样品流动性实验开展储集层敏感性动态评价[13-14]。然而对于胶结疏松、膨胀性强及致密岩石来说，由于流体无法注入，无法获得相关流动性参数，因此不宜采用动态评价的方法研究这类岩石的敏感性。本文在动态流动性实验基础上，引入浸泡实验，以开展储集层敏感性的静态评价，提高致密储集层敏感性类型以及程度的分析水平。

图4 阜东斜坡韭菜园子组储集层物性参数和喉道宽度分布Fig.4.Distribution of reservoir physical properties throat width of Jiucaiyuanzi formation in Fudong slope

图5 阜东斜坡韭菜园子组储集层喉道特征和黏土矿物类型Fig.5.Throat characteristics and clay minerals of the reservoirs in Jiucaiyuanzi formation in Fudong slope

3.1 敏感性动态评价

（1）水敏性 选取阜东斜坡韭菜园子组储集层的6 块岩心样品开展水敏性实验，模拟地层水为CaCl2型，使用模拟地层水、矿化度为地层水矿化度一半的盐水（次地层水）和去离子水依次注入岩心。结果表明，随着注水体积的增加，样品的渗透率降低幅度不大（图7a），水敏性不强。从水敏指数计算结果来看，研究区水敏性与岩性关系不大，水敏指数为0.27～0.86，平均为0.46，总体属于中等偏弱，但在XQ11 井区，水敏指数为0.60～0.86，达到中等偏强（表1）。

（2）速敏性 实验选择用研究区韭菜园子组储集层8 块样品，随着实验用水流速的增大，样品的渗透率出现不同幅度的降低（图7b）。除XQ3 井之外的7 块细砂岩和中砂岩样品，渗透率降幅中等，速敏指数小于0.50，速敏性中等偏弱；XQ3 井含砾砂岩样品的敏感性特征曲线出现了明显拐点，尤其当流速大于25 m/d 时，渗透率大幅降低，速敏指数为0.53，速敏性中等偏强，推断速敏性可能受到岩性的影响。整体上，研究区速敏指数为0.01～0.53，平均为0.18，反映储集层速敏性总体中等偏弱。

图6 阜东斜坡韭菜园子组储集层压汞曲线Fig.6.Mercury injection curves of the reservoirs in Jiucaiyuanzi formation in Fudong slope

（3）盐敏性 选用CaCl2型水开展5块样品的盐敏性实验。结果表明，随着注入水矿化度的下降，渗透率整体呈降低的趋势；在矿化度较高时，中砂岩样品的渗透率开始下降，且在高矿化度段（大于10 000 mg/L）时的渗透率降低幅度大于低矿化度段时的渗透率降低幅度，呈现强盐敏性；粉细砂岩样品的渗透率降低幅度较小，呈现弱盐敏性；含砾砂岩样品随矿化度增大，渗透率增长不稳定，这可能与含砾砂岩的分选性差有关（图7c）。整体上，所有样品的临界盐度均较高（表1），表现为中等的盐敏性。

（4）酸敏性 选取阜东斜坡韭菜园子组储集层岩心的4块样品开展酸敏性实验，注入质量数为12%的HCl 和3%的HF 混合酸液，样品注酸后地层水pH 值快速增加（图7d），说明样品中快速发生了中和反应并生成沉淀。研究区酸敏指数为0.37～0.96（表1），即样品注酸后的渗透率损失率为37%～96%，平均渗透率损失率达66%，储集层呈现强酸敏性。

图7 阜东斜坡韭菜园子组储集层敏感性特征曲线Fig.7.Reservoir sensitivity curves of Jiucaiyuanzi formation in Fudong slope

综上所述，阜东斜坡韭菜园子组储集层的敏感性主要表现为水敏性、速敏性、盐敏性和酸敏性4 种类型；从程度上看，酸敏性最强，盐敏性中等偏强，水敏性和速敏性均中等偏弱。

3.2 敏感性静态评价

胶结疏松、遇水膨胀性强及致密岩性的流动性实验不易成功，这是因为样品不成形、浸泡损坏或驱替过程中压力过高导致实验液体无法进入样品内部，无法获得流动性实验参数。为解决这一问题，本文采用扫描电镜分析方法，对流动性实验无法开展敏感性评价的样品进行敏感性液体浸泡，并对浸泡前后的样品开展扫描电镜分析。不仅成功获得此类样品的静态敏感性分析结果，还发现了黏土矿物产状是影响敏感性的关键因素。该方法不仅应用于准噶尔盆地阜东斜坡储集层研究，还在吉木萨尔页岩油储集层研究中，发挥敏感性静态评价不受孔隙大小限制的优点，成功对微纳米孔隙储集层的敏感性变化进行了定量表征。

表1 阜东斜坡韭菜园子组储集层敏感性特征及评价参数Table 1.Reservoir sensitivity characteristics and evaluation parameters of Jiucaiyuanzi formation in Fudong slope

以XQ17 井取样深度为3 414.8 m 的韭菜园子组砂岩样品为例，敏感性实验浸泡液体为KCl 溶液，按照溶液质量分数2%、4%和6%分别开展3组实验，常温条件下，浸泡时间为4 h，实验结果见表2。

质量分数为2%的KCl溶液浸泡样品4 h后，样品颗粒表面包裹的伊蒙混层包膜变化较小；粒间充填的伊蒙混层矿物膨胀及黏土微粒迁移明显，局部区域的粒间溶孔明显变小或变大，水敏特征明显。

表2 阜东斜坡韭菜园子组储集层敏感性原位浸泡实验前后黏土矿物对比Table 2.Comparison of clay minerals before and after reservoir sensitivity static immersion experiments on Jiucaiyuanzi formation in Fudong slope

质量分数为4%的KCl溶液浸泡样品4 h后，样品颗粒表面包裹的伊蒙混层包膜变化较小；粒内溶孔变化微弱；粒间充填的伊蒙混层矿物膨胀及黏土微粒迁移现象明显可见，粒间溶孔结构改变明显。

质量分数为6%的KCl溶液浸泡样品4 h后，样品颗粒表面包裹的伊蒙混层包膜变化较小；粒间充填的伊蒙混层矿物膨胀，黏土颗粒脱落，微粒有迁移现象，粒间溶孔变化较大。

静态浸泡实验结果表明：选用不同质量分数KCl溶液浸泡储集层样品，对颗粒表面包裹的伊蒙混层包膜、粒内溶孔影响均较小；但粒间充填的伊蒙混层均有膨胀现象，使得粒间溶孔变小；且均发生黏土微粒迁移现象，从而导致孔隙结构发生变化，呈现水敏性。总体上看，粒间充填的伊蒙混层对岩石粒间溶孔结构有较大改变，对储集层的敏感性影响较大。

4 储集层敏感性控制因素

阜东斜坡韭菜园子组以洪泛湖相沉积为主，厚层泥岩发育，砂层较薄（图1b），储集层上、下泥岩层的黏土矿物含量较高，为该区储集层敏感性的形成提供了条件，但宏观地质条件并不直接决定敏感性的类型和程度，而黏土矿物的种类及产状、孔隙结构则直接导致了敏感性类型和程度的差异性，因此本文主要阐述储集层敏感性的微观控制因素。

4.1 填隙物类型及产状

前期研究表明，阜东斜坡韭菜园子组伊蒙混层容易引起储集层水敏性和速敏性，且伊蒙混层含量越高引起的敏感性越强[12]，但对储集层敏感性控制因素缺乏系统明确的认识。本文借助静态浸泡实验结合低电压扫描电镜原位分析方法，可以清晰观察到，呈膜状包裹在颗粒表面的伊蒙混层对储集层敏感性影响较小，但粒间充填的丝缕状和絮状伊蒙混层遇淡水易膨胀，堵塞孔喉，是导致储集层水敏性的主要原因（表2）。呈栉壳状附着于颗粒表面的伊利石、呈丝带状或发丝状沿颗粒表面向孔隙与喉道处伸展的伊利石，将储集层中大孔道分割成小孔道，导致渗透率降低，引起水敏。毛丝状或丝带状的伊利石微晶集合体可能会进一步分散（图5d），当外来流体进入时造成伊利石微粒运移，堵塞孔道，会引起速敏，由于伊利石在整个岩石中占比不高，因此储集层的水敏性和速敏性均较弱。高岭石多呈蠕虫状充填于岩石孔隙中（图5e），这类矿物对注入水的成分、离子强度及离子类型很敏感，易形成盐敏，但由于高岭石在研究区韭菜园子组储集层中含量不高，盐敏性表现为中等。综上所述，韭菜园子组储集层中伊蒙混层的产状和位置是决定敏感性程度的关键因素。

此外，研究区储集层中富含沸石和方解石胶结物（图5f、图5g），而含铁、含钙矿物是典型的酸敏性矿物[8,15]。扫描电镜下可见片状绿泥石集合体呈栉壳状或叶片状附着于颗粒表面（图5h），对储集层敏感性影响不大，但绒球状绿泥石集合体多充填于孔隙中（图5i），容易与酸液反应产生沉淀，使得渗透率降低，引发酸敏。流动性实验中用到的HF溶液与方解石及浊沸石等含钙高的矿物反应，产生氟化钙沉淀物，堵塞孔喉，致使渗透率下降，也是储集层酸敏性产生的主要原因。据统计，研究区沸石、方解石和绿泥石在岩石中的含量占比最高，3 种矿物的平均含量之和高达14.06%，因此引发的储集层酸敏性最强。

4.2 孔喉结构

孔喉结构也是影响储集层敏感性的一个重要因素，特别是喉道的大小和几何形状对储集层的伤害最为敏感，通常孔喉半径越小，越容易造成储集层敏感性增强[16]。阜东斜坡韭菜园子组储集层中的砂砾岩、粗砂岩和中砂岩颗粒粒度均匀，分选相对好，岩石储集空间以剩余粒间孔为主，喉道次之，且喉道半径大。黏土矿物遇水膨胀后的微粒在大的孔隙和喉道中流动较为顺畅，不易形成堵塞，因此研究区储集层水敏性及速敏性弱。但研究区储集层岩石中的喉道多呈缩颈型、片状和弯片状，黏土矿物遇酸反应后，产生的大分子化学沉淀物在弯曲的喉道中流动不畅，易形成堵塞，造成渗透率下降，最终导致储集层的强酸敏性。

5 储集层保护措施

在压裂过程中采取有效措施，降低敏感性对储集层的损害，一直以来都是油田增储上产的研究重点。研究区具有储集层酸敏性普遍较强的特点，损害方式为方解石、沸石等矿物和施工液反应生成Fe（OH）3和CaF2沉淀，进而堵塞孔喉，此外，XQ11 井等少数井具有储集层水敏性强的特点。因此建议在早期钻井过程中，钻井液中添加油基减阻增稠剂及防膨剂，进行酸处理，以保持储集层中黏土矿物稳定，从而避免酸敏性和水敏性对储集层的伤害。建议在试油试采过程中采用HCl溶液预冲洗，后期在酸化压裂改造过程中，慎重选择合理的酸化工艺和酸液体系，在酸液中加入足量的铁离子稳定剂等酸敏抑制剂，控制酸化的规模，从而避免酸敏对储集层的伤害。此外，针对研究区储集层高临界盐度的特征，建议在钻采过程中使用高于临界矿化度的注入水、钻井液、完井液、洗井液等液体，以降低盐敏对储集层的破坏。

6 结论

（1）阜东斜坡区韭菜园子组储集层岩性主要为细—中粒岩屑砂岩，储集空间类型主要为剩余粒间孔、粒内溶孔和粒间溶孔，总体上属于中孔低渗储集层。储集层酸敏性强，盐敏性表现为中等偏强，水敏性和速敏性整体上属于中等偏弱。

（2）黏土矿物的产状和生长位置是决定储集层敏感性程度的关键因素。研究区韭菜园子组储集层中，呈膜状包裹在颗粒表面的伊蒙混层对储集层敏感性影响较小，但粒间充填的丝状、絮状伊蒙混层才是造成储集层水敏的主因；丝带状伊利石则会导致水敏和速敏，蠕虫状高岭石易形成盐敏；岩石填隙物中富含的沸石和方解石胶结物及栉壳状、叶片状绿泥石是储集层强酸敏性的主要原因。孔喉的大小和歪度均对储集层敏感性程度有影响。研究区储集层属于大孔大喉，是水敏性及速敏性弱的原因，但喉道弯曲则会导致矿物遇酸反应生产的大分子沉淀物堵塞喉道，最终导致强酸敏。

（3）流动+静态浸泡动静态一体敏感性评价方法有效解决了胶结疏松、膨胀性强及致密岩性无法获取敏感性参数的问题，填补了长期以来特殊储集层无敏感性分析方法的空白，并能够更加直观地反映储集层敏感性机理，评价结果更具有科学性和指导性，在常规碎屑岩储集层乃至页岩油储集层中均得到了实际应用，对储集层敏感性评价具有广泛实用价值和借鉴意义。