鄂尔多斯盆地苏里格气田中、下二叠统砂岩储层敏感性影响因素分析*

曾 伟 董 明 孔令明 朱 曰

(西南石油大学)

鄂尔多斯盆地苏里格气田中、下二叠统砂岩储层敏感性影响因素分析*

曾 伟 董 明 孔令明 朱 曰

(西南石油大学)

为减小苏里格气田在勘探开发过程中造成的储层损害，针对其中下二叠统砂岩储层的敏感性进行了实验研究，从岩石学特征和孔喉结构特征上分析了储层敏感性影响因素。研究结果表明:储层速敏性弱，与孔喉直径小、粘土矿物微粒直径较大有关;水敏性差异大，与凝灰质杂基含量多少有关;碱敏性弱，高pH值碱液提高储层渗透率与储层中高岭石被强碱溶蚀有关;酸敏性大小取决于酸液类型和储层中方解石及绿泥石含量;应力敏感性强，与储层致密、喉道类型主要为片状喉道有关。根据储层的敏感性，提出了相关的储层保护和改造措施。图7表1参12

苏里格气田 储层损害 敏感性 影响因素 保护 改造

1 储层地质特征

苏里格气田中、下二叠统气藏储层岩性以灰色中粗粒岩屑砂岩和岩屑石英砂岩为主，石英颗粒含量在72%左右，岩屑含量在28%左右，储层中不含长石。填隙物分为杂基和胶结物，杂基含量一般在1% ～10%之间，成分主要为凝灰质。胶结物主要有石英、方解石和粘土矿物，石英胶结物主要以石英次生加大形式产出，含量在6%左右。方解石胶结物呈斑块状连晶胶结，含量在5%左右，为无铁方解石。粘土胶结物含量在6%左右，以高岭石为主，占粘土矿物总量的70%左右;次为绿泥石，占20%左右;再次为伊利石，占10%左右;储层中不含蒙脱石和伊/蒙混层矿物。储层物性差，平均渗透率0.50mD，平均孔隙度8.10%，为典型的低孔、低渗储层。储层孔隙类型以原生粒间孔隙为主，次为粒内溶孔和高岭石晶间孔。喉道类型以片状喉道为主，间有少量缩颈喉道及管束状喉道。储层孔喉较细小，最大孔喉直径一般小于4μm，中值孔喉直径一般小于1μm。

2 储层敏感性及影响因素分析

2.1 速敏性

速敏性是指因流体流动速度变化引起储层中微粒运移堵塞孔喉，造成渗透率下降的现象。

由于研究层段为气藏储层，速敏实验中需用氮气作为实验流体测量储层的速敏性，但在气测速敏实验中存在气体滑脱效应影响的问题。众所周知，随着测量压力的增加，气体流速的加大，即使没有微粒运移，气测渗透率本身也是要降低的，这就是气体滑脱效应造成的。因此，在气测速敏实验中，随着气体流速的增加，储层渗透率的降低应是滑脱效应和微粒运移堵塞共同造成。为了校正气体滑脱效应影响，我们设计了二次速敏实验方法，在常规速敏实验完成后(第一次)，把压力和流量降到初始点，再逐渐增加压力和流量直到第一次的最终点(第二次)(图1)。在第一次气体速敏曲线中，渗透率降低是由微粒运移和气体滑脱效应共同引起，第二次速敏曲线中，渗透率降低仅由气体滑脱效应引起，因为第二次测的气体流量比第一次测的气体最大流量低，微粒不再运移。如果储层无速敏性，两条曲线应完全重合，如果储层有速敏性，二次曲线渗透率应低于一次曲线渗透率，并在某个压力和流量点相交重合。因此，一次曲线初始渗透率与二次曲线初始渗透率之差，就代表了速敏性引起的渗透率下降，从而消除了气体滑脱效应的影响。气测速敏指数可表示为:

式中:

DK—即速敏指数，速敏性引起的渗透率损害率，%;

图1 气测速敏损害机理图

经滑脱效应校正后，14个储层样品速敏指数为1.8% ～23.6%，平均12.68%，储层损害程度为弱。近年来的研究结果表明，低渗致密砂岩储层速敏性一般很弱［1，2］。速敏性强弱与微粒直径相对于孔喉直径的大小有关［3］:当微粒直径小于孔喉直径的1/10时，微粒在孔喉中运移，一般不产生堵塞;当微粒直径大于孔喉直径时，将被挡在孔喉之外，无法对孔喉形成堵塞;当微粒直径是孔喉直径的1/3～2/3时，微粒最容易在孔喉中卡住，形成桥塞，严重影响储层渗透率。研究层段储层中微粒矿物主要为高岭石，其晶体大小一般在5μm～10μm之间，而储层最大孔喉直径一般小于4μm，高岭石将被挡在孔喉之外，不会造成孔喉堵塞。

前人在研究鄂尔多斯盆地上古致密砂岩储层气体速敏性时［4］，由于没经过气体滑脱效应校正，计算的速敏指数一般在30% ～50%之间，损害程度为中等，并认为气藏不宜高产量生产。本文经滑脱效应校正后，实际上储层速敏性很弱，在勘探、开发过程中可以不考虑储层的速敏性。

2.2 水敏性

储层中粘土矿物及其它自生矿物在原始地层条件下处于一种含有一定矿化度的盐水环境中，当淡水或低矿化度的水进入储层后，由于环境条件的改变，这些矿物就会发生膨胀、分散、脱落和运移，减小或堵塞储层喉道，造成储层渗透率降低。

当流体矿化度从地层水降低到淡水时，14个储层样品水敏指数为6.45% ～76.54%，平均36.64%，水敏指数变化大，损害程度从弱到强都有。储层中不含遇淡水强膨胀的蒙脱石和伊/蒙混层矿物，部分样品水敏性强的原因可能与其富含凝灰质杂基有关。研究发现，凝灰质杂基含量愈高储层水敏性愈强(图2)，凝灰质的膨胀机理有待进一步研究。

图2 水敏指数与凝灰质杂基含量关系

2.3 碱敏性

高pH值溶液进入储层，会改变粘土矿物颗粒表面的电荷分布，使粘土晶片间斥力增加，不利于粘土微结构的稳定，导致分散运移，从而损害地层。碱液还会与矿物和地层流体发生反应，生成诸如氢氧化钙、氢氧化镁、沸石、长石、硅酸盐、碳酸盐等沉淀［5，6］，从而堵塞孔喉，导致渗透率降低。前者是微粒运移问题，后者是结垢问题。

14个储层样品碱敏指数为6.98% ～22.58%，平均16.95%，损害程度为弱。当pH值从7增加到12时，储层渗透率呈先降低后增加的过程(图3)。在pH值小于10时，储层渗透率是逐渐降低的，这是由于碱液与储层粘土矿物发生表面阳离子交换，导致粘土晶片间相互排斥而分散，进而随流体而迁移，堵塞喉道，降低储层渗透率。储层损害程度不大，与粘土矿物晶粒普遍大于孔喉直径有关，即使其分散运移也不会造成严重的孔喉堵塞。当pH值从10增加到12时，储层渗透率得到大幅度提高，这是由于高pH值溶液溶蚀了储层中的高岭石。碱敏实验前，储层中的高岭石分布均匀，晶形良好(图4A)，实验后，高岭石被溶蚀成残缺状，分布不均，晶形差(图4B)。高岭石主要是酸性水介质条件下长石溶蚀的产物［7，8］，反过来在强碱条件下高岭石也可被溶蚀［9，10］。

“意”是道德意志，是人们在完成目标的社会实践过程中，表现出来的克服重重艰难险阻、不怕困难、顽强拼搏的毅力与坚持不懈的精神。人的道德素养的形成离不开道德意志，道德意志对人们道德素养的形成有着调控作用。人们的道德控制力、意志力自然十分重要。正所谓“克己复礼为仁”，人必须克制住自己的冲动，遵纪守法，即可达到所谓道德修养的最高境界，即所谓“仁”。

图3 碱敏实验曲线

图4 碱敏实验前后高岭石分布对比

2.4 酸敏性

酸敏性指酸液与储层中某些矿物发生反应生成沉淀，造成孔喉堵塞，使储层渗透率降低。酸敏评价实验的目的就是要了解不同酸液是否对储层产生损害及损害程度的大小，以便选择适合于储层的酸液进行施工，以达到最佳的酸化效果和保护储层的目的。

实验中用了12%盐酸和3%氢氟酸两种酸进行酸敏性实验，实验结果见表1。

表1 酸敏实验结果

4个样品盐酸酸敏指数为 －224.14% ～32.56%，平均－97.54%，储层损害程度从无到强都有。盐酸酸敏性强弱取决于储层中盐酸易溶矿物含量与盐酸敏感性矿物含量的相对多少，研究层段储层中盐酸易溶矿物主要为方解石，而盐酸敏感性矿物主要为绿泥石。当方解石胶结物含量高而绿泥石胶结物含量低时，储层无盐酸酸敏性，酸敏实验后储层渗透率得到了提高，这是由于盐酸溶蚀了储层中的方解石。在盐酸酸敏实验前，方解石分布均匀(图5A)，而实验后，方解石被溶蚀成残缺状(图5B)。当方解石胶结物含量较低而绿泥石胶结物含量较高时，储层盐酸酸敏性较强，盐酸虽然能溶解碳酸盐矿物，但同时又和铁绿泥石反应生成氢氧化铁或氢氧化亚铁沉淀，从而损害储层。另外，盐酸酸化后还可能引起绿泥石从颗粒表面脱落，造成微粒运移、堵塞，同样损害储层。

4个样品氢氟酸酸敏指数为 －100.9% ～37.0%，平均－14.82%，储层损害程度也从无到强都有。氢氟酸可以溶解一些不溶于盐酸的硅酸盐矿物(主要为粘土矿物)，但同时又能与一些含钙、镁的矿物(主要为方解石、白云石)反应，生成氟化钙、氟化镁等沉淀，当然也能生成氟硅酸盐、氟铝酸盐沉淀，但以前者为主。这些沉淀物堵塞孔喉，造成渗透率下降。氢氟酸酸敏性强弱主要取决于储层中氢氟酸敏感性矿物方解石含量的多少，当储层中含有较多的方解石胶结物时，储层有较强的氢氟酸酸敏性，方解石含量愈高，酸敏损害愈大。相反，当储层中方解石胶结物含量较少时，则无氢氟酸酸敏性，酸化后渗透率得到了提高，主要是氢氟酸溶蚀了储层中的高岭石胶结物。在氢氟酸酸敏实验前，储层中的高岭石分布均匀，晶形好(图6A)，而实验后，高岭石被溶蚀成残缺状，分布不均，晶形差(图6B)。

2.5 应力敏感性

应力敏感性是指岩石渗透率随有效应力(或称净围压)的增加而下降的现象。致密砂岩储层常具强的应力敏感性，且渗透率愈低应力敏感性愈强［11，12］。

据14个样品实验结果，当有效应力从2MPa增加至40MPa时，储层渗透率逐渐降低，应力敏感指数为76.2% ～96.4%，平均84.8%，储层损害程度为强。研究层段为低孔、低渗的致密砂岩储层，喉道类型主要为片状喉道，这种扁平喉道在有效应力作用下极易被压缩［11］，因而储层具有强的应力敏感性。应力敏感性强弱还与储层岩石中塑性岩屑(主要为板岩、千枚岩、凝灰岩、泥页岩等)含量密切相关，塑性岩屑含量愈多，岩石抗压能力愈弱，应力敏感性就愈强(图7)。

3 结论与认识

图5 盐酸酸敏实验前后方解石分布对比

图6 氢氟酸酸敏实验前后高岭石分布对比

图7 应力敏感指数与塑性岩屑含量关系

(1)经滑脱效应校正后储层气测速敏性很弱，与储层致密、孔喉细小、粘土矿物微粒粒径较大有关。气藏勘探开发过程中可不考虑速敏性。

(2)储层水敏性差异大，从弱到强都有分布，与凝灰质杂基含量多少有关。在钻井、完井过程中要防止淡水及低矿化度水进入储层。

(4)储层酸敏性强弱，取决于酸液类型和储层中方解石、绿泥石胶结物含量。如果方解石多绿泥石少可选择盐酸酸化，如果绿泥石多方解石少可选择氢氟酸酸化。酸化前应进行详细的岩石化学成分分析，以便选择合适的酸液。

(5)储层应力敏感性强，与储层致密、喉道类型主要为片状喉道有关。在生产和测试过程中要进行合理的压差设计，尽量保持地层压力。

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INFLUENCING FACTORS OF RESERVOIR SENSITIVITY IN MIDDLE AND LOWER PERMIAN SANDSTONE，SULIGE GASFIELD，ORDOS BASIN

ZENG Wei，DONG Ming，KONG Lingming and ZHU Yue(Southwest Petroleum University)．

During E ＆ P of Sulige gasfield in Ordos Basin，certain damage is made for some reservoirs．In this study，in order to reduce reservoir damage，an experiment on reservoir sensitivity of Middle and Lower Permian sandstone is carried out，and some influencing factors of sensitivity are analyzed in terms of petrographic and pore－throat structural characteristics．Results show that:(1)velocity sensitivity is weak，which is related to small diameter of pore and throat as well as larger diameter of clay particle;(2)there is a big difference between water sensitivity，which is related to matrix content of tuffaceous;(3)alkali sensitivity is weak and alkali liquid with high pH value can improve permeability，which is related to kaolinite corroded by strong alkali;(4)acid sensitivity is dependent on acid－liquid type or content of calcite and chlorite in reservoir;and(5)stress sensitivity is strong，which is related to reservoir compactness and throat type(with sheetlike one as the soul)．In addition，some corresponding measures for reservoir protection and reform are provided based on these above－mentioned sensitivities．

Sulige gasfield，formation damage，sensitivity，influencing factors，preservation，reform

本文得到四川省重点学科建设项目(编号:SZD0414)的资助

曾伟，男，1963年出生，博士，西南石油大学副教授;主要从事油气地质综合研究工作。地址:(610500)四川省成都市新都区西南石油大学资源与环境学院。电话:13194973618。E－mail:zengwei3069@126.com

NATURALGAS EXPLORATION＆DEVELOPMENT．v．34，no．3 ，pp．31－34，7/25/2011

(修改回稿日期 2011－02－22 编辑 景岷雪)