准噶尔盆地盐北地区下乌尔禾组储层敏感性形成机理及评价

王　剑，周基贤，刘　明，杨红霞，杨　召，廖健德.

(新疆油田分公司实验检测研究院，新疆克拉玛依　834000)

准噶尔盆地玛湖凹陷东斜坡盐北地区二叠系下乌尔禾组油气显示活跃，但试油结果差异大(其中玛东2井在3753～3768 m井段压裂日产油8.34 t，累产油566.95 t；玛202井在3778～3802 m井段压裂，日产油6.10 t，累产油487.32 t；盐001井在4705～4729 m段酸化，日产油0.14 t，累产油1.31 t)，产量普遍较低，规模储量难以有效落实和开发，分析其受储层敏感性影响较大。

前人对该区冲积扇体的沉积、成藏、储层成岩作用、孔隙演化等都进行过一定研究[1-4]，认为该区下乌尔禾组油藏为受达巴松扇和夏盐扇体控制的扇三角洲前缘砾岩油藏，并且储层厚度从斜坡区往东部剥蚀区逐渐减小。前人对该区储层敏感性研究较少，对该区储层敏感性特征和成因机制不明确，难以给工程和评价提供有效地质依据[5]。因此开展储层敏感性研究对于盐北地区下乌尔禾组地层岩性油气藏的勘探开发具有重要意义。

笔者在储层岩石学和流动试验分析结果的基础上，确定储层中敏感性矿物的类型、产状和含量，量化评价敏感性造成储层伤害的程度和成因机制，为探索与该地层相配伍的流体提供依据，力求在钻井时采用合理的钻井液进行钻进或者在储层改造时选择合适的压裂液，最大限度地保护油层，促进稳产开发。

1　储层基本特征

1.1　储层岩石学特征

盐北地区主要包括玛东2井区和夏盐2井区，沉积受盐北扇和夏盐扇的控制。储层岩性主要为灰色、绿灰色砂砾岩，其次为砂岩。

砾石成分以凝灰岩为主(35%)，安山岩及碎屑岩次之(分别为15%和20%)，砾石粒径在2～40 mm不等，多为次圆状，分选差。粒间砂质成分以岩屑(占砂质成分的65%以上)为主，其次为石英和长石，岩屑成分基本与砾石成分相同。储层填隙物主要为泥质和浊沸石，还有少量的方解石。泥质杂基常见水云母化。黏土矿物绝对含量为4.1%～9.2%。盐北地区下乌尔禾组黏土矿物主要由伊/蒙混层、绿泥石、绿/蒙混层、伊利石和高岭石组成，但各井区黏土相对百分含量存在差异。

1.2　物性及孔喉结构特征

储层孔隙度在2.1%～19.1%之间，平均为7.12%；渗透率在0.01～193 mD之间，平均为1.18 mD(图1)。通过压汞试验得出，排驱压力为0.07～2.76 MPa，平均为0.72 MPa；饱和度中值压力为4.82～20.42 MPa，平均为14.77 MPa；最大孔喉半径为0.27～10.22 μm，平均为2.2 μm；视退汞效率为8.44%～46.09%，平均为25.55%。总体来看，储层属于中低孔低渗细喉—微细喉型，容易发生各种敏感性伤害[6]。

图1　盐北地区下乌尔禾组孔渗直方图Fig.1　Porosity and permeability histogram of lower Urho formation reservoir in Yanbei area

2　储层敏感性试验分析及评价

参照《储层敏感性流动实验评价方法》进行大量岩心流动试验，并总结分析了其敏感性特征，发现下乌尔禾组储层主要存在水敏性、速敏性、酸敏性和盐敏性4类敏感性。

2.1　水敏性

下乌尔禾组储层水敏感性资料有8块，分别来自盐北2井、玛东2井、玛东3井、玛211井和盐北1井。试验中所使用的都是CaCl2型水模拟地层水。试验方法是，先用地层水(或模拟地层水)流过岩心，再用矿化度为地层水矿化度1/2的盐水(次地层水)流过岩心，最后用去离子水流过岩心。测定这3种不同盐度的水对岩心渗透率的定量影响，并由此分析岩心的水敏程度[7]。

由水敏感性特征曲线(图2)可知，储层渗透率降低发生在整个矿化度段内，显示明显的水敏性特征。总体上，砂砾岩类储层敏感性强于砂岩类，损害率较高。玛211井和玛东3井损害率达到50%以上，属于中等偏强水敏性；并且其由地层水矿化度降至次地层水时的渗透率下降程度大于由次地层水矿化度降至无离子水时的渗透率下降程度，说明其在高矿化度段内就已经发生较强水敏(表1、图2)。

表1　盐北地区下乌尔禾组储层水敏性特征及评价参数Table 1　Reservoir water sensitivity characteristics andevaluation parameters of lower Urho formationreservoir in Yanbei area

图2　盐北地区下乌尔禾组储层水敏感性特征曲线Fig.2　Reservoir water sensitivity characteristic curves of lower Urho formation reservoir in Yanbei area

2.2　速敏性

下乌尔禾组储层水速度敏感性有7块样品，分别来自玛211井、玛202井、夏盐2井和盐北1井。

整体上，随着注入速度的增大，注入水渗透率呈现出减小的趋势；并且除了夏盐2井和玛211井的一块样品，其余都无临界速度，敏感性特征曲线上无明显拐点，说明随着流速的增大，渗透率的变化不明显。总的来说，该区下乌尔禾组储层表现出中等偏弱或弱速敏感特征(表2、图3)。

表2　盐北地区下乌尔禾组储层速敏性特征及评价参数Table 2　Reservoir velocity sensitivity characteristics andevaluation parameters of lower Urho formationreservoir in Yanbei area

图3　盐北地区下乌尔禾组储层速度敏感性特征曲线Fig.3　Reservoir velocity sensitivity characteristic curves of lower Urho formation reservoir in Yanbei area

2.3　酸敏性

下乌尔禾组储层酸敏感性有6块样品，分别来自玛211井、夏盐2井、盐002井和盐北1井。本次试验注入酸类型为12%HCl+3%HF。

由酸敏感性特征曲线(图4)可知，玛211井下乌尔禾组储层岩样(3760.89 m)注酸后地层水的渗透率快速下降，当pH值恢复到7.04时，注酸后地层水的渗透率损失率为59.6%。酸敏损害程度为中等偏强酸敏。盐北1井下乌尔禾组储层岩样(4009.04 m)注酸后地层水的渗透率缓慢下降，当pH值恢复到6.03时，注酸后地层水的渗透率损失率为11.8%。总体来说，酸敏损害程度为中等偏弱(表3、图4)。

表3　盐北地区下乌尔禾组储层酸敏性特征及评价参数Table 3　Reservoir acid sensitivity characteristics andevaluation parameters of lower Urho formationreservoir in Yanbei area

图4　玛211井和盐北1井下乌尔禾组储层酸敏感性特征曲线Fig.4　Acid sensitivity characteristic curves of well Ma-211 and well Yanbei-1

2.4　盐敏性

下乌尔禾组储层盐敏感性有7块样品，分别来自玛211井、玛201井、盐北1井和盐002井。本次试验水型为CaCl2型。

由盐度敏感性特征曲线(图5)可知，该区下乌尔禾组储层随着注入水矿化度的下降，储层岩样渗透率始终呈现出减小的趋势。除了盐北1井和玛201井储层临界盐度为中等外(玛201井为7500.00 mg/L，盐北1井为5055.75 mg/L)，其余都呈现为高临界盐度。相对而言，高矿化度段时的渗透率损失率大于低矿化度段时的渗透率损失率(表4、图5)。说明在高矿化度时，样品渗透率开始下降。从另一个层面也说明，该区水敏性较强。

表4　盐北地区下乌尔禾组储层盐敏性特征及评价参数Table 4　Reservoir salt sensitivity characteristics andevaluation parameters of lower Urho formationreservoir in Yanbei area

图5　盐北地区下乌尔禾组储层盐敏性特征曲线Fig.5　Reservoir salt sensitivity characteristic curves of lower Urho formation reservoir in Yanbei area

3　敏感性形成机理及储层保护措施

储集层损害机理需要从内因、外因及内外因的结合上来进行研究和认识。内因是指储层本身的岩性、物性及油气水流体性质造成损害的原因。外因是指施工作业时任何能引起储集层微观结构原始状态发生改变，并使得储集层的原始渗透率等有所下降的各种外部作业条件。内因为储集层的潜在损害因素，其只有在一定外因作用下才变为真实损害[8]。

3.1　水敏性形成机理

该区影响储层水敏感性损害程度的主要因素是水敏性黏土矿物伊/蒙混层的含量。伊/蒙混层矿物一般呈粒表不规则状(图6a)，遇淡水易膨胀(为原体积的6～10倍)，其损害形式为晶格膨胀和分散运移。其在不配伍的流体的作用下，首先产生膨胀，引起地层渗透率下降；其次，在流体达到一定速度时，膨胀后的伊/蒙混层便会迅速地从骨架颗粒上脱落下来，形成溶液中的悬浮粒子，经运移后便在一定条件下沉淀，堵塞孔隙喉道，造成油层损害。一般说来，伊/蒙混层矿物的相对含量越高，储层水速敏感性的损害程度则越高[8-10]。

玛东2井区伊/蒙混层含量相对高，其次为绿泥石和伊利石，并且有自生高岭石出现；夏盐2井区伊/蒙混层含量明显减少，绿泥石和绿/蒙混层含量明显增加(表5)。

图6　粒间矿物的微观形貌特征Fig.6　Microscopic morphology of intergranular mineralsa.粒表不规则状的伊/蒙混层矿物，玛211，3768.18 m，灰色砂砾岩；b.微粒状石英，玛211，3789.27 m，灰色砂砾岩； c.定向片状伊利石，盐北2，4354.89 m，灰黑色细砂岩；d.粒表弯曲片状伊利石，玛东3，4412.46 m，灰褐色砂砾岩； e.叶片状绿泥石，玛211，3783.72 m，灰色砂砾岩；f.浊沸石，玛211，3789.27 m，灰色砂砾岩

井号矿物含量/%伊/蒙混层伊利石高岭石绿泥石绿/蒙混层黏土绝对含量浊沸石方解石玛东275.2011.20—10.603.006.80—4.00玛20170.202.20—27.60—5.10——玛20291.303.70—5.00—4.10——玛21167.505.80—26.70—6.001.50—盐北141.5310.5019.3028.6705.20—3.60玛东376.009.003.403.807.906.80—7.90盐00136.009.50041.1013.404.4020.303.10盐00236.4013.60—38.2011.805.9011.301.25夏盐226.1014.00—32.5027.408.306.400.80

由全岩分析可知，在玛东2井区各井中，黏土矿物总量(4.1%～6.8%)较高，伊/蒙混层矿物相对含量也较高(41.53%～91.3%)，因此其水敏性较强。夏盐2井区伊/蒙混层矿物相对含量较低(26.1%～36.4%)(表5)，以有序混层为主(蒙皂石层占20%～30%)，推断其具有相对较弱的潜在水敏性。

3.2　速敏性形成机理

速敏性主要是由速敏性矿物在外来流体的冲击下发生运移，堵塞孔喉，降低渗透率所产生。速敏性矿物是指储层中因流体流速过高，水化膨胀产生的细分散黏土矿物以及杂基中胶结不紧的微粒(如高岭石、毛发状伊利石、微晶石英(图6b)等)分散运移损害渗透率的矿物。高岭石晶层之间主要靠范德华分子键力联系，而非原子力，晶层之间联系弱，硬度低，具有完善的{001}解理，在机械力(包括一定高速流体的流动冲击)的作用下，便会沿解理面裂开形成鳞片状的微粒，分散运移，损害储层渗透率[11]。该区的速敏性矿物主要是高岭石，但是其含量较低(仅玛东3井和盐北1井存在，相对含量分别为3.4%和19.3%)，微晶石英也极少量。同时通过微观分析，发现伊利石(相对含量为2.2%～14%)主要以薄膜型存在，而不是毛发状(桥接型)，所以很少发生微粒运移(图6c、6d)。因此，整体上盐北地区储层具有弱速敏感性的特征。

3.3　酸敏性形成机理

酸敏性是由储集层中酸敏矿物与酸液作用发生化学沉淀或酸蚀后释放微粒引起渗透率下降而产生。该区酸敏性矿物主要有绿泥石、绿/蒙混层矿物、浊沸石和方解石。本次试验注入酸类型为12%HCl+3%HF。其中与盐酸(HCl)作用发生氢氧化铁沉淀的矿物都是含铁高的一类矿物，如绿泥石。但是绿泥石晶形可分为二八面体和三八面体，前者是含铁绿泥石，后者几乎不含铁[8]。本区绿泥石都是叶片状的含铁绿泥石(图6e)。而与氢氟酸(HF)作用产生氟化钙沉淀物的矿物都是含钙高的一类矿物[12-13]，如浊沸石(图6f)、方解石和白云石等。

玛东2井区，绿泥石及绿/蒙混层矿物含量为5%～28.67%，几乎不含浊沸石(仅玛211井为1.5%)，方解石含量为4%～7.9%，酸敏性较弱。而夏盐2井区酸敏性矿物含量相对较高，其中绿泥石及绿/蒙混层矿物含量为50%～59.9%，浊沸石含量为6.4%～20.3%，方解石含量为0.8%～3.1%，具有中等偏弱酸敏性特征(表5、图7)。

3.4　盐敏性形成机理

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。盐度敏感性伤害机理与水敏感性伤害机理相似(其实水敏矿物仅是水溶液中矿化度为最小时的一种特定称呼)，如蒙皂石、伊/蒙混层矿物与流体接触时发生膨胀及运移，从而堵塞孔喉。该区储层物性较差，孔、缝中易被盐敏矿物充填。储层的水敏性和盐敏性存在一定的相关性。如玛211井水敏性较强，则它表现为高临界盐度特征(10651.01～21302.02 mg/L)，临界盐度处于次地层水与地层水矿化度之间。

图7　盐北地区黏土矿物平面分布Fig.7　Plane distribution of clay minerals in Yanbei area

3.5　储层保护措施及建议

对于储层敏感性损害的防护，一直以来都是油田增储上产的重点。例如在准噶尔盆地东部地区多层系油层的开发过程中，采用黏土稳定剂对水敏性强的储层进行预处理，可以稳定、抑制黏土膨胀，起到保护油层、提高压裂效果的作用(表6)。

对于处于玛湖东斜坡的盐北地区，玛东2井区具有中等偏强水敏、中等偏弱速敏、无—弱酸敏、高临界盐度的特征，夏盐2井区具有弱潜在水敏、中等偏弱速敏、中等偏弱酸敏的特征。玛东2井区，特别是玛东3井和玛211井，由于其中等偏强的水敏性，因此在作业过程中选择了脱水原油体系作为压裂液，加入膨剂，保持黏土稳定，同时重点考虑原油的降阻性能，添加油基减阻增稠剂，有效地避免水敏性对储层的伤害。而夏盐2井区具有弱潜在水敏，可适当考虑。针对弱至中等偏弱速敏的特征，在制定油水井日产液量和日注水量时，重点考虑了控制工作液进入储层的速度，从而减少水速敏对储层的伤害。夏盐2井区比玛东2井区酸敏性强，损害的方式为矿物和施工液反应生成Fe(OH)3、CaF2沉淀，堵塞孔喉，因此后期在对井区内其他井进行酸化压裂改造过程中，应该慎重选择合理的酸化工艺和酸液体系，并在酸液中加入足量的铁离子稳定剂(铁螯合剂)，还要控制酸化的规模。玛东2井区储层具有高临界盐度的特征，特别是玛211井，油田注入水、钻完井液、洗井液等这些外来流体总的矿化度应高于临界矿化度，这样才不会给地层带来严重的影响[14-15]。

表6　准噶尔盆地东部地区敏感性特征及工程建议Table 6　Characteristics of rock sensitivity and its engineering suggestions in eastern Junggar Basin

4　结论

(1)准噶尔盆地盐北地区下乌尔禾组储层属于中低孔低渗细喉—微细喉型，容易发生各种敏感性伤害。

(2)玛东2井区水敏矿物如伊/蒙混层矿物含量较高，并且存在少量自生高岭石，具有中等偏强水敏、中等偏弱速敏、无—弱酸敏、高临界盐度的特征；夏盐2井区伊/蒙混层矿物含量低，绿泥石、绿/蒙混层矿物、浊沸石等酸敏性矿物含量较高，具有弱潜在水敏、中等偏弱速敏、中等偏弱酸敏特征。不同的敏感性和不同种类的敏感性矿物含量具有很好的对应性。

(3)盐北地区水敏性和盐敏性主要是伊/蒙混层矿物遇水膨胀，堵塞孔喉所致；速敏因高岭石、毛发状的伊利石等在流体冲击下分散运移所产生；酸敏主要由绿泥石、绿/蒙混层矿物、浊沸石等遇酸产生氢氧化铁和氟化钙的沉淀所致。针对不同井区不同的敏感性特征，应该分别采取相应的储层保护措施。

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