关中地区中深层热储岩石学特征及潜在损害因素分析

罗向荣 赵智强 郭鸿 王璐 张乐 刘建强 任晓娟 平婉卓

摘要 為搞清关中地区中深层热储的潜在损害因素，以区内蓝田灞河组热储岩样为研究对象，采用铸体薄片、粒度分析、扫描电镜、CT扫描及X衍射等手段，在岩性分类的基础上，开展填隙物、物性及孔隙结构的研究，着重分析敏感性矿物、储渗空间与热储损害的关系。结果表明，各类热储岩石的黏土矿物质量分数从高到低依次为：粉砂岩>细砂岩>中砂岩>砂砾岩。热储层岩石物性分布范围较宽，渗透率与孔隙度存在一定的正相关关系。热储岩石的物性按岩性从好到差依次为：砂砾岩>中砂岩>细砂岩。杂基质量分数越高，热储岩石的物性越差。各类热储岩石中较大尺寸的孔喉对渗透率的贡献大，热储岩石中的地层微粒尤其是黏土矿物，在与外界流体接触或所处环境改变时，很容易发生分散、运移，对储层造成损害；热储岩石胶结疏松的特征加剧了热储岩石自身的微粒运移。

关键词 关中地区；热储岩石；损害；黏土矿物；物性；微粒运移

中图分类号：P314  DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2023-01-014

Petrological characteristics and potential damage factors of mid-deep

geothermal reservoirs in Guanzhong Area

LUO Xiangrong1，2， ZHAO Zhiqiang3， GUO Hong3， WANG Lu3，4， ZHANG Le3，4， LIU Jianqiang3， REN Xiaojuan1，2， PING Wanzhuo1，2

（1.Engineering Research Center of Development and Management for Low to Extra-Low Permeability Oil ＆ Gas

Reservoirs in West China， Ministry of Education， Xian Shiyou University， Xian 710065， China;

2.School of Petroleum Engineering， Xian Shiyou University， Xian 710065， China;

3.Shaanxi Hygrogeology Engineering Geology and Environment Geology Survey Center， Xian 710068， China;

4.Shaanxi Engineering Technology Research Center for Urban Geology and Underground Space， Xian 710068， China）

Abstract To get clear about potential damage factors of mid-deep geothermal reservoirs in Guanzhong area， the rock sample from geothermal reservoirs of Lantian-Bahe formation is taken as the research object. By means of casting thin sections， granularity analysis， scanning electron microscopy， CT scan and X-ray diffraction method， the studies on interstitial material， physical properties and pore structure are carried out based on the lithology classification， the relationships between sensitivity minerals， permeable-storage space and geothermal reservoirs damage are analyzed. The results showed that the order of clay mineral content of all kinds of geothermal reservoir rocks from the highest to the lowest was below： siltstone， fine sandstone， medium sandstone， glutenite. There was a positive correlation between permeability and porosity. According to lithology， the physical properties of geothermal reservoir rocks were in the order of glutenite， medium sandstone， fine sandstone. The higher the matrix content， the worse the physical properties of the geothermal reservoir rocks. The large-size pore throat in various types of geothermal reservoir rocks contributes greatly to permeability. When the formation particles in the rocks， especially clay minerals， contact with external fluids or their environment is changed， it is easy to disperse and migrate， causing damage to the reservoir. The characteristics of loose cementation of geothermal reservoir rocks aggravate its particle migration.

Keywords Guanzhong Area; geothermal reservoir rocks; damage; clay minerals; physical properties; particle migration

关中盆地位于鄂尔多斯盆地及秦岭造山带的过渡部位，受深部热源及构造发育等因素的影响，盆地热源及地热地质条件良好。据有关研究结果显示，全盆地中深层地热资源总量相当于标准煤4 612×108 t，为陕西全省探明煤炭资源总量的3.34倍［1-3］。热储岩性包括砂砾岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩等，多呈砂泥互层分布，且热储岩石胶结疏松。通过长时间的地热井生产实践，发现研究区普遍存在储层损害现象，如地热井产能下降、尾水回灌衰减快、回灌堵塞等［4-8］。然而，目前中国学者对热储层损害及保护技术的研究极少。因此，亟需对关中地区热储层的岩石学特征进行研究，搞清储层潜在的损害因素及机理，为热储的高效开发提供理论支撑。本研究从保护储层渗流通道的基本理念出发，对不同岩性热储层的岩石学特征进行深入的研究，得到了不同岩性热储层岩石的成分、孔隙结构特征，并分析了潜在的损害因素，为认识和研究热储层的损害机理提供依据。

1 热储层的基本地质概况

关中盆地是在不同构造基底之上的叠合式沉积盆地，其形成及演化过程呈多期的隆升和沉降。关中盆地地形自山区向盆地中心呈阶梯级降落，其地貌依次为基岩山、山前洪积扇、黄土台塬、河谷阶地。渭河自西向东横贯盆地中部，在潼关汇入黄河。地貌类型多，结构复杂，分布格局主要受阶状正断层和次级断块的差异运动所控制［9-10］。关中盆地北部为斜坡带，南部为拗陷区（见图1）；其由两个斜列的次级凹陷组成，即西安凹陷和固市凹陷，沉积厚度大，西安凹陷约7 000 m，固市凹陷约6 800 m；其主要的沉积时间由南西向北东逐渐变新，沉积中心偏南，南深北浅，为一“南断北超”的箕状凹陷，时代越新，特征就越明显。关中盆地断层极为发育，其边缘断裂常为两组断层追踪而成，形成锯齿状边界（见图2）。

关中盆地地处华北板块西部的鄂尔多斯地块与秦岭造山带之间，出露地层从太古界到新生界均有分布，前新生界及花岗岩构成了盆地的基底并出露于盆地边缘，巨厚的新生界形成了辽阔的关中盆地。关中盆地主要的热储地层分布于新生界地层，热储层主要包括第四系三门组以及新近系张家坡组、蓝田灞河组和寇家村—冷水沟组（高陵群）等，新生界（Kz）地层大面積深埋于盆地之下和出露于地表，为关中盆地地热井的主要开采层段。热储地层从古近系到第四系均有分布，缺失古近系古新统，始新统超覆于前新生界之上。本研究主要针对区内分布面积广、厚度大的蓝田灞河组热储层岩样展开分析。

2 颗粒成分及岩性分类

根据粒度分析、岩性观察和薄片鉴定结果，研究区热储层岩石大都是由几个不同粒级的碎屑所组成，热储层岩性主要包括4大类。

1）砾岩类。从颗粒成分来看，5～10 mm的砾石以石英为主，大砾石以变质岩为主，颗粒分布不均，属强小动力，快速堆积，胶结较为疏松，易碎裂（见图3A）。从粒度分布来看，中砾岩的粒度分选性较好，粒径分布在30～77.4 mm，含砂砾岩的粒度分选性相对较差，粒径主要分布在0.1～24.25 mm（见图4），其中包括中砾、细砾、粗砂、中砂等多个粒级。对于砂砾岩，由于很难制作铸体薄片而在镜下对碎屑颗粒的接触方式、孔隙特征等进行观察，故在制成砂砾岩模型后，将染色的环氧树脂压入制成的砂砾岩模型，待胶完全固结后打开砂砾岩模型，横切断面后在镜下进行观察（见图3B）。结果显示，砂砾岩颗粒的接触方式以点接触为主，岩石胶结程度较差，孔喉空间大。

2）中砂岩类。中砂岩的碎屑颗粒以岩屑为主，其次为石英，少许长石（见图5A）。岩屑以千枚岩岩屑、糜棱岩岩屑、片岩岩屑和变余粉砂岩岩屑为主，少许泥岩岩屑，部分岩屑发生溶蚀。石英以单晶为主，少许石英发生破裂或溶蚀，部分石英发生次生加大，加大边宽15  μm。长石以钾长石为主，其次为斜长石，长石普遍发生泥化，少许长石发生溶蚀。填隙物主要为黏土矿物，少许不透明矿物或硅质。黏土矿物呈隐晶状或薄膜状包裹碎屑颗粒。不透明矿物呈不规则状，零星分布。岩石致密度为疏松，碎屑颗粒主要呈次棱或次棱-次圆状，分选程度中等，接触关系以点接触为主，胶结类型为孔隙式胶结（见图5B、C）。从粒度分布来看，粒级主要为0.25～1.0 mm（见图4）。

3）细砂岩类。细砂岩的碎屑颗粒以石英为主，其次为长石，少许岩屑（见图6A）。其中，石英呈次棱角状，以单晶为主，少许石英发生破裂。长石以钾长石为主，其次为斜长石，部分长石发生泥化、绢云母化，少许长石沿解理缝破裂，少许长石发生溶蚀。岩屑主要为千枚岩岩屑、糜棱岩岩屑、花岗岩岩屑、凝灰岩岩屑和片岩岩屑等，少许岩屑弯曲变形。云母呈鳞片状，零星分布。填隙物以黏土矿物为主，其次为方解石或不透明矿物，偶见硅质。黏土矿物呈隐晶状，部分黏土矿物包裹碎屑颗粒，或呈薄膜状包裹碎屑颗粒。方解石以亮晶为主，少许方解石交代碎屑颗粒。不透明矿物呈不规则状，零星分布。岩石致密度为中等或疏松，碎屑颗粒主要呈次棱或次棱-次圆状，分选程度中等，接触关系以点或点线接触为主，胶结类型为孔隙式胶结或接触式胶结（见图6B、6C）。从粒度分布看，细砂岩粒级主要分布在0.1～0.25 mm（见图4）。

4）粉砂岩类。从颗粒成分来看，粉砂岩中碎屑颗粒以石英为主，少许长石和岩屑（见图7A）。石英质量分数为59％～63％，长石质量分数为5％～12％，岩屑质量分数为2％～3％，石英以单晶石英为主，次棱—次圆状。长石以钾长石为主，其次为斜长石，少许长石发生溶蚀。岩屑以片岩岩屑、石英岩岩屑等为主。云母呈鳞片状，分散分布。基底主要为黏土矿物，少许不透明矿物。黏土矿物混杂少许铁质，呈褐色。不透明矿物呈不规则状，零星分布。岩石致密度为中等，碎屑颗粒主要呈次棱或次棱—次圆状，分选程度差或中等，接触关系以悬浮为主，胶结类型为基底式胶结，即碎屑颗粒漂浮在基底中（见图7B、C）。从颗粒的粒度分布看，粒级在0.01～0.1 mm（见图4）。

3 填隙物特征

3.1 杂基

热储岩样的填隙物主要包括杂基和胶结物，其中，杂基的粒级以泥为主，也包括一些细粉砂，其粒度一般小于0.03 mm。根据粒度分析结果，统计各类热储岩石的杂基含量（见图8）可知，在热储岩岩样中，砂礫岩杂基的质量分数很低，小于等于0.14％，中砂岩杂基的质量分数为1.0％～7.5％，平均为4.6％，细砂岩杂基的质量分数为1.0％～7.0％，平均为4.4％，粉砂岩杂基的质量分数相对较高，分布在5.0％～10.0％，平均质量分数达到7.7％。

3.2 黏土矿物

3.2.1 黏土矿物的含量及类型本研究对蓝田灞河组的30块岩石样品进行了XRD全岩矿物分析和黏土矿物分析，得知其热储层岩石矿物种类多样，矿物成分以硅酸盐矿物为主，包括石英、斜长石、钾长石等，其次为黏土矿物，部分岩样还含有碳酸盐矿物（见图9）。从岩性来看，各类热储岩石的黏土矿物质量分数从高到低依次为：粉砂岩>细砂岩>中砂岩>砂砾岩。热储层中的造岩矿物绝大部分属于化学性质比较稳定的类型，如石英、长石，不易与工作液发生物理与化学作用，对热储层没有多大损害。储层敏感性矿物是指储层中与外界流体接触后发生一些物理化学反应，造成储层渗透率下降的一些矿物，主要为填隙物，以填隙物中的黏土矿物为主。

黏土矿物分析结果见图10。从岩性来看，砂砾岩的黏土矿物中伊蒙混层的质量分数最高，其次为伊利石。在中砂岩中，伊利石的质量分数最高，在46％～53％，平均为49.5％；其次为绿泥石，在34％～41％，平均为37.5％。在细砂岩中，伊蒙混层的质量分数最高，在28％～51％，平均为39.25％；其次为伊利石，在27％～38％，平均为33％；再次为绿泥石，为17％～32％，平均为22.75％。在粉砂岩中，伊利石的质量分数最高，在31％～41％，平均为36％；其次为伊蒙混层，在20％～46％，平均为33％；再次为绿泥石，在17％～32％，平均为24.5％。在伊蒙混层矿物中，蒙脱石的相对质量分数一般超过65％。

3.2.2 黏土矿物的产状

扫描电镜结果显示（见图11），黏土矿物广泛分布于热储岩石中，黏土矿物包裹碎屑颗粒或填充在粒间。伊蒙混层多呈丝絮状充填粒间孔隙，伊利石一般呈丝片状或丝缕状，蒙皂石呈丝絮状包裹粒表面并充填粒间孔隙，或呈蜂窝状充填粒间孔隙，绿泥石一般呈叶片状充填粒间孔隙。砂砾岩的孔隙内部充填伊蒙混层等黏土矿物，中砂岩粒间孔隙充填叶片状绿泥石和丝片状伊蒙混层，细砂岩粒间孔隙充填蜂窝状蒙皂石等黏土矿物，这些矿物微粒在所处环境发生变化或外力作用条件下极易发生脱落、运移，堵塞孔喉。

3.3 胶结物及胶结特征

胶结致密的岩石矿物微粒及孔隙结构相对稳定，而胶结疏松的岩石矿物微粒和孔隙结构不稳定性增强，容易受到外界影响。从各类热储岩石的胶结特征来看（见图3B，12），砂砾岩属快速堆积而成，胶结程度差，中砂岩以泥质孔隙式胶结为主，泥质胶结物很容易软化，导致岩石易碎，泥质胶结物及其孔隙充填的矿物微粒易在外力作用下发生剥落、运移;细砂岩的胶结类型也为孔隙式胶结，胶结物包括黏土矿物、不透明矿物和硅质。从总体看，砂砾岩和中砂岩胶结疏松，黏土、粉砂等矿物微粒多松散附着在孔壁上，流体的黏滞力和界面力作用能使微粒脱落运移，造成储层损害。细砂岩的胶结程度相对较好，矿物微粒多胶结于骨架颗粒上，但当流体产生的水动力很大时，就会超过微粒之间或微粒与基岩之间的胶结强度，原来与基岩胶结良好的微粒就会变得松散易动，它们会随流体运移到孔喉处，或单个颗粒堵塞孔隙，或几个颗粒同时通过孔喉时架桥在孔喉处形成桥堵［7］。

3.4 敏感性矿物与潜在损害因素

在热储层岩石中，胶结于骨架的颗粒或松散附着在孔壁上的黏土矿物都为敏感性矿物，在与外界流体接触或所处环境改变时，很容易发生分散、运移，对储层造成损害。同时，热储岩石尤其是砂砾岩和中砂岩，具有胶结疏松的特点，这更加剧了热储岩石中黏土矿物颗粒、粉砂等自身微粒的运移。根据矿物与流体发生反应造成的储层损害方式，将热储层可能存在的敏感性损害分为以下3种。

1）速敏。速敏即流速敏感性，是在高速流体流动作用下，地层微粒发生脱落、分散或运移，并堵塞喉道。热储岩石中，泥质胶结物和杂基包括伊蒙混层、伊利石等都属于速敏矿物。其中，砂砾岩中，黏土矿物质量分数平均为2.5％，主要为伊蒙混层和伊利石;中砂岩中，黏土矿物质量分数平均为11.3％，伊利石质量分数最高;细砂岩中，黏土矿物质量分数平均为16.4％，伊蒙混层和伊利石质量分数较高。由此可见，各类热储层都存在速敏矿物，都存在不同程度的速敏损害。

2）水敏和盐敏。遇水易产生晶格膨胀、分散、微粒运移的矿物称为水敏性／盐敏性矿物。热储岩石中普遍存在水敏／盐敏性矿物，如上所述，砂砾岩、中砂岩和细砂岩均含有伊蒙混层和伊利石，而在伊蒙混层中，蒙脱石的相对质量分数一般超过65％，当这些水敏性矿物与矿化度不同于地层水的水基流体作用时，会产生水化膨胀或分散、运移等，引起热储层渗透率下降。

3）酸敏。热储岩石中的绿泥石、蒙脱石等黏土矿物以及方解石、白云石等都是酸敏性矿物，当酸液进入热储岩石与矿物相互作用时，一方面，酸液可能与酸敏矿物发生反应产生化学沉淀，另一方面，酸液可能溶蚀胶结物或杂基，甚至碎屑颗粒，导致微粒运移。

此外，当热储层的压力下降时，岩石骨架受到的有效应力增加，导致热储层的渗透率降低。热储岩石，尤其是砂砾岩和中砂岩的胶结较为疏松（砂砾岩是快速堆积而成的，本身具有较好的可压性，中砂岩为泥质胶结，易软化，也具有较好的可压性），当有效应力增加时，岩石颗粒的排列更加紧密，孔喉收缩，具有较强的应力敏感性损害。

4 储层物性特征

4.1 测试方法

对于胶结非常疏松或松散的热储岩样，较难直接对其开展岩心实验分析，因而制作了填砂管岩心模型，开展岩心常规物性测定并进行后续实验。实验全部采用天然松散岩样充填在模型内，模型长度约为7 cm，直径约为3 cm。对于细砂岩和粉砂岩这一类胶结相对较好的岩样，一般都能取得完整的岩样柱体进行常规的物性分析，但后期饱和水测试水相渗透率时，岩样很容易破碎，因此先用环氧树脂胶均匀涂抹在岩样表面，后快速用热塑管包封，加热定型，48 h后即可使用岩样开展实验。

4.2 热储层的物性及分布

如图13所示，砂砾岩的渗透率主要分布在（194～1 540）×10-3μm2，平均为689×10-3μm2，孔隙度主要分布在17.3％～36.5％，平均为25.8％;中砂岩的渗透率主要分布在（105～

1 559.6）×10-3μm2，平均為755.7×10-3μm2，孔隙度分布在21.5％～27.8％，平均为25.1％;细砂岩渗透率分布在（4.2～73.6）×10-3μm2，平均23.7×10-3μm2，孔隙度分布在10.8％～21.3％，平均17.0％;粉砂岩的渗透率主要分布在（0.034 8～2.74）×10-3μm2，平均为0.607×10-3μm2，孔隙度主要分布在10.3％～19.0％，平均为14.0％。从总体来看，热储层岩石的物性分布范围较宽，渗透率与孔隙度存在一定的正相关关系。

本研究还发现，不同类型热储层的水相渗透率与气相渗透率的比值差异较大，这一比值可在一定程度上反映热储层中流体的渗流能力。由图14可以看出，砂砾岩的水相渗透率与气测渗透率比值明显大于中砂岩和细砂岩，粉砂岩的水相渗透率与气测渗透率比值最小，表明砂砾岩中流体的渗流能力最强，而粉砂岩中，边界层作用明显，流体的渗流能力变弱。

4.3 热储层物性的影响因素

4.3.1 岩性

如图15所示，各类岩性的热储岩石的渗透率和孔隙度有较大的差异。从气测渗透率来看，砂砾岩和中砂岩的气体渗透率较大，细砂岩的渗透率居中，粉砂岩的渗透率最小；从孔隙度来看，各类岩性的热储岩石的平均渗透率和孔隙度从高到底依次为：砂砾岩>中砂岩>细砂岩>粉砂岩。

4.3.2 填隙物含量

由图16可以看出，杂基含量越高，热储岩石的物性越差。分析还发现，黏土矿物的质量分数对热储层的渗透率也有一定的影响（见图17），热储岩石黏土矿物的质量分数与气测渗透率具有一定的相关性，黏土矿物的质量分数越高，热储岩样的气测渗透率越低。

5 储层的孔隙结构特征

5.1 孔隙类型

本研究采用铸体薄片、扫描电镜和CT扫描对热储岩石孔隙类型进行了分析，如图3B、5B、5C、6B、6C所示，中砂岩的孔隙性和孔隙连通性很好，孔隙类型主要为粒间孔，其次为岩屑溶孔和长石溶孔;细砂岩的孔隙性总体较好，其非均质性较强，部分孔隙性差，孔隙连通性差，而部分孔隙性很好，孔隙连通性很好，孔隙类型主要为粒间孔，其次为长石溶孔，少许岩屑溶孔;粉砂岩的孔隙性较差，孔隙非均质性较强，孔隙较为发育的区域呈斑状、带状，孔隙类型主要为粒间孔，其次为长石溶孔以及晶间微孔，以伊蒙混层晶间微孔为主。对于砂砾岩，其孔隙类型以粒间孔为主，孔隙连通性好。

本研究对中砂岩和细砂岩还开展了CT扫描分析，其中，ZZ1-18为中砂岩，渗透性能相对较好，ZZ1-8-10为细砂岩，渗透性能相对较差；由图18和图19可以看出，两块岩样的孔隙以粒间孔为主，中砂岩ZZ1-18的碎屑颗粒及孔喉明显较大，细砂岩ZZ1-8-10的孔喉相对较小，连通性较差。

5.2 孔隙结构与潜在损害

热储层岩石的孔隙类型主要为粒间孔，其次为长石溶孔和岩屑溶孔；热储层岩石的喉道类型多样，砂砾岩主要以缩颈状喉道为主，孔隙大，喉道粗（见图3B），中砂岩以缩颈状喉道和点状喉道为主（见图5B、C、19），细砂岩主要以点状和片状、弯片状喉道为主（见图6B、C、18），粉砂岩主要以管束状喉道为主（图7B、C）。从砂砾岩、中砂岩及细砂岩热储层的喉道类型和疏松胶结特征两方面看，各类热储层的损害特征如下。

1）在其他条件相同的情况下，对于砂砾岩，由于其喉道粗，固相颗粒侵入的深度大，造成的固相损害程度就比较严重。同时，其孔隙内部充填的自生石英、方解石和伊蒙混层等矿物微粒在外力作用下极易发生脱落、运移，因此，固相侵入及地层疏松微粒的运移会堵塞地层孔道，是砂砾岩热储主要的损害方式。

2）对于中砂岩，其喉道略细，也存在部分粗喉道，固相颗粒也可能会侵入，从而造成一定程度的固相损害。同时，泥质胶结物及其孔隙充填的伊蒙混层、蒙脱石等矿物微粒易在外力作用下发生剥落、运移，因此，地层疏松微粒分散或运移及固相侵入、黏土矿物水化膨胀是中砂岩热储主要的损害方式。

3）对于细砂岩，其孔隙小，喉道细而长，固相颗粒不易侵入，而胶结物包括黏土矿物、不透明矿物，以及粒间孔隙充填的蜂窝状蒙皂石等黏土矿物，较易剥落、运移。因此，地层疏松微粒分散或运移、黏土矿物水化膨胀是细砂岩热储主要的损害方式。

5.3 孔隙结构特征

5.3.1 孔隙结构参数

为定量表征各类热储岩石的孔隙结构特征，对热储岩样进行了压汞测试，各类热储岩石的压汞结果如图20所示。由图20可知，砂砾岩的孔喉尺寸分布范围较宽，主要分布在10～127 μm，峰值出现在50 μm和100 μm处;中砂岩的孔喉尺寸分布范围较宽，主要分布在3～40 μm，峰值出现在20 μm处;细砂岩的孔喉尺寸分布在0.004～6.0 μm，峰值出现在0.2～1.0 μm和4.0～5.0 μm处;粉砂岩的孔喉尺寸分布在0.004～1.1 μm，峰值出现在0.01～0.05 μm处和0.2～0.4 μm处。总体来看，从砂砾岩到粉砂岩，曲线峰值出现的位置逐渐左移，各类岩性的热储层孔喉尺寸从大到小依次为：砂砾岩>中砂岩>细砂岩>粉砂岩。

5.3.2 孔喉渗透率贡献率

为了得到对热储渗流起主要作用的孔喉空间尺度，本研究采用Purcell方法计算区间渗透率贡献值。储层岩石孔喉渗透率贡献率定义为：某孔喉对储层岩石渗透率的贡献占整个渗透率的百分数。

P某一区间=

〔∑j+1iΔSi-（i+1）（Pc）2i-（i+1）/∑Ni=1ΔSi（Pc）2i］×100%，

式中： Pc为毛管力， Si为毛管力对应的进汞饱和度。

图21为各类热储层岩石孔喉渗透率贡献值累积曲线，表1给出了对渗透率贡献较大的孔喉所占的比例。由图20和表1可以看出：在砂砾岩中，对渗透率贡献较大的孔喉尺寸为47～127 μm，贡献率为69.2％～93.1％，平均为79.4％，孔喉占比为27.7％～69.1％，平均为42.5％;在中砂岩中，对渗透率贡献较大的孔喉尺寸是19～40 μm，贡献率达71.6％～81.1％，平均为76.3％，孔喉占比为20.8％～26.7％，平均为23.8％;在细砂岩中，对渗透率贡献较大的孔喉尺寸是1.1～6.0 μm，贡献率达72.6％～87.3％，平均为80.8％，孔喉占比为4.1％～20.9％，平均为11.7％;在粉砂岩中，对渗透率贡献较大的孔喉尺寸是0.049～1.1 μm，贡献率达75.9％～90.0％，平均为82.8％，孔喉占比为10.3％～16.2％，平均为13.3％。从整体上来看，各类热储岩石中较大尺寸的孔喉尽管数量比较少，但对渗透率的贡献却非常大，而数量较多的小孔喉对渗透率贡献很小。

5.3.3 渗流空间大小与潜在损害

不同岩性热储层的孔隙结构有较大的差别， 砂砾岩的孔喉尺寸最大， 中值孔喉半径大于23.68 μm， 主要孔喉半径区间为10～127 μm； 其次为中砂岩，中值孔喉半径在5.47～7.89 μm， 主要孔喉半径区间为3～40 μm; 再次为细砂岩， 中值孔喉半径在0.027～0.104 μm，主要孔喉半径区间为0.01～6.0 μm;粉砂岩的孔喉尺寸最小，孔喉尺寸主要分布在0.004～1.1 μm。在热储层钻完井和回灌过程中，入井流体中的微粒可能会堵塞储层孔喉，因此本研究将各类热储岩石的孔喉作为目标渗流空间，对各类热储层的微粒堵塞特征进行了分析。

微粒的级配是影响微粒堵塞的主要因素［11］，根据前人的研究成果可知，微粒在孔喉中运移时的堵塞类型分为堵塞和封闭、限流、桥塞。当孔隙与颗粒的直径之比小于3时，形成外部滤饼;当孔隙与颗粒的直径之比大于3小于7时，形成内部滤饼;当孔隙与颗粒的直径之比大于7时，无滤饼形成。据此对造成热储岩石孔喉堵塞的微粒尺寸进行计算，结果如表2所示。在钻井过程中，固相颗粒极易侵入热储层，造成热储层损害［12-14］。通过对目前使用的地热井钻井液的粒度分析，得到固相颗粒粒径分布在0.3～10 μm（见图22），根据热储层岩石孔喉尺寸与微粒尺寸的配伍性关系可以推测，此钻井液中的固相颗粒会侵入砂砾岩和中砂岩。因为砂砾岩和中砂岩的孔喉较大，封闭和堵塞形成外部滤饼的微粒尺寸界限分别为84.7 μm和26.7 μm，因此砂砾岩和中砂岩不会形成外部滤饼。在砂砾岩和中砂岩中，固相微粒主要以限流和桥塞的方式堵塞孔喉，可能会形成内部滤饼。细砂岩中固相微粒堵塞孔喉主要以堵塞封闭或限流的方式为主，可形成外部泥饼。

6 结论

1）热储层按岩性可分为砂砾岩、中砂岩、细砂岩和粉砂岩。粉砂岩的渗透率极低，水相渗透率均小于0.01×10-3μm2，最低为0.000 549×10-3μm2，从热储渗流能力角度考虑，砂砾岩、中砂岩、细砂岩是主力热储层。

2）在热储层岩石中，胶结于骨架的颗粒或松散附着在孔壁上的黏土矿物都为敏感性矿物，包括伊蒙混层、伊利石、蒙脱石、绿泥石等，当与外界流体接触或所处环境改变时，很容易发生分散、运移，对储层造成损害。根据矿物与流体发生反应造成的储层损害方式，热储层存在的敏感性损害主要包括速敏、水敏和酸敏。

3）对砂砾岩渗透率贡献较大的孔喉尺寸为47～127μm，对中砂岩渗透率贡献较大的孔喉尺寸是19～40 μm，对细砂岩渗透率贡献较大的孔喉尺寸是1.1～6.0 μm，对热储渗透率贡献较大的是少数大尺寸孔喉渗流空间。热储层岩石内部胶结疏松的微粒及外来的微粒发生运移时，可能堵塞孔喉渗流空间。

4）砂砾岩孔隙大，喉道粗，固相侵入及地层疏松微粒运移堵塞地层孔道是主要的损害方式。中砂岩喉道略细，地层疏松微粒分散或运移及固相侵入、黏土礦物水化膨胀是主要的损害方式。细砂岩孔隙小，喉道细而长，固相颗粒不易侵入，地层疏松微粒分散或运移、黏土矿物水化膨胀是细砂岩热储主要的损害方式。

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（编 辑 雷雁林）