江汉盆地潜江组盐间页岩油藏储层盐析伤害特征

龚 兵，杨 峰，胡博宇

(1.中国石化江汉油田分公司，湖北 潜江 433123；2.中国地质大学(武汉)，湖北 武汉 430074)

0 引 言

中国页岩油气资源非常丰富，主要含油气盆地在勘探开发过程中钻遇的泥页岩层段大都有油气显示[1-4]。江汉盆地潜江组发育193个盐韵律层段，累计厚度约为2 000 m，盐间页岩油地质储量达1.00×108t。试油试采期间，潜江凹陷王场构造30余口井获得工业油流，盐间泥页岩油藏具有较大的开采潜力[5]。目前，国内外页岩油的研究主要集中在页岩油资源潜力、地质特征、形成条件和富集规律等方面[6-10]。盐间泥页岩油藏由于储层特殊性，生产过程中存在盐颗粒的析出、沉淀、运移等盐析现象。盐析颗粒可堵塞储层流动通道，引起单井产能严重递减，但目前尚未开展盐析对盐间泥页岩油藏储层物性影响的评价研究。针对江汉盆地潜江凹陷潜江组盐间泥页岩油藏，通过开展储层岩性、物性测试以及流体流动过程中的盐析伤害研究，并结合高分辨率场发射扫描电镜，对盐间页岩油藏盐析引起储层物性伤害进行综合评价。

1 储层盐析伤害物理模拟实验

1.1 实验样品

实验岩心取自江汉盆地潜江凹陷古近系潜江组潜三段泥页岩。泥页岩总有机碳含量为0.5%～2.5%，干酪根鉴定结果显示，有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ型为主。镜质体反射率为0.50%～0.88%，处于低熟—中等成熟阶段。X射线衍射分析结果显示，潜江凹陷潜江组盐间页岩油藏储层矿物组成复杂，主要由碎屑矿物、蒸发岩类矿物、碳酸盐类矿物组成，总体表现为“低石英、高碳酸盐、中低黏土矿物”的特征(表1)。地层蒸发盐类矿物含量高，主要为17.35%～34.98%，平均含量为25.12%。部分样品的钙芒硝含量可达22.00%以上。黏土矿物主要为伊利石，含量为27.00%～36.68%，平均为31.91%。石英矿物含量很低，为0.50%～13.30%，平均为5.31%。碳酸盐矿物含量为26.00%～49.66%，平均为35.08%。潜江凹陷盐间页岩油藏主要岩相类型包括泥质钙芒硝岩、云质泥页岩和泥质白云岩等[11]。实验研究主要选取这3种典型岩相的页岩样品进行储层物性伤害评价。

该地区典型井产出地层水的离子浓度分析结果显示，产出水矿化度非常高，达26×104mg/L以上。水样中的离子浓度主要包括：Na+为95 659 mg/L，Ca2+为785 mg/L，SO42-为9 592 mg/L，HCO3-为1 092 mg/L，Cl-为142 038 mg/L，总矿化度平均为264 373 mg/L。

潜江凹陷潜江组潜三段地层富含蒸发盐类，同时加上高矿化度地层水，极易发生盐类的溶解重结晶作用，生成固态盐颗粒随着地层流体流动，导致堵塞地层通道。

表1 江汉盆地潜江凹陷潜江组盐间页岩油藏储层矿物含量

1.2 实验方法

考虑到盐析后，盐颗粒在地层中运移的影响，盐析伤害评价采用动态盐析和静态盐析2种实验方法进行。同时，根据储层基本矿物组成，制作了大量的泥质钙芒硝岩样进行动态及静态盐析伤害对比。静态盐析实验为岩样吸收高矿化度地层水后生成盐沉淀的静态反应，动态盐析实验则同时监测沉淀的盐颗粒在岩心中随地层水的运移情况。静态盐析实验时，将岩心置于装有地层水的高压反应容器，容器内地层水压力设置为20 MPa，测量反应前后干燥样品的孔隙度。同时为了监测盐析反应的快慢，大约间隔0.5 h，取样干燥后测量孔隙度，待静态盐析完全反应、孔隙度数值趋于稳定后，测量样品的覆压(约为20 MPa)渗透率。动态盐析实验采用油田产出的地层水进行覆压下的岩心驱替，直至样品的液测渗透率为常数，具体实验步骤：①样品置于恒温干燥箱中干燥12 h后，取出样品测初始孔隙度；②将样品放入驱替装置内，并逐步增加围压至地层覆压(约为20 MPa)，测量样品的初始渗透率；③用地层水对样品进行恒流驱替，并计算液测渗透率；④样品液测渗透率完成后，取出样品干燥，再次测孔隙度。

2 动态及静态盐析对岩石物性的影响

2.1 静态盐析后岩石孔隙度、渗透率

静态盐析时典型泥页岩样品的孔隙度随盐析时间的变化趋势见图1。由图1可知：静态盐析对储层岩石物性伤害反应迅速，岩样与高矿化度地层水一经接触即引起孔隙度的迅速下降，在约3.0 h之后，孔隙度伤害慢慢稳定；盐析伤害与样品的岩性有关，盐析对泥质钙芒硝岩的孔隙度伤害最大，云质泥页岩的孔隙度伤害次之，泥质白云岩的孔隙度伤害最小。泥质钙芒硝岩由于富含蒸发盐类矿物，如钙芒硝、石膏等，这些蒸发盐矿物吸水之后生成固态晶体，引起孔隙结构的堵塞。静态盐析实验3.0 h后，泥质钙芒硝岩样品孔隙度从9.7%降至3.8%，孔隙度伤害率达到60.8%；云质泥页岩样品的孔隙度从8.8%降至5.0%；对于蒸发盐矿物含量较少的泥质白云岩样品，盐析对其孔隙度的影响很小，静态盐析实验3.0 h后，泥质白云岩样品的孔隙度几乎没有变化。

图1 样品静态盐析孔隙度随时间的变化

表2为样品静态盐析稳定后孔渗伤害变化情况。由表2可知：盐析实验后，云质泥页岩孔隙度平均降低了41.8%，渗透率平均降低了61.7%；泥质钙芒硝样品孔隙度平均降低了57.4%，渗透率平均降低了80.2%。这说明盐析对钙芒硝含量高的样品的伤害大于其他类型岩石。

表2 盐间页岩油藏岩石静态盐析孔渗变化

2.2 动态盐析后岩石孔隙度、渗透率

表3为动态盐析前后岩样孔渗数据变化情况。由表3可知：云质泥页岩样品驱替前渗透率为0.036 00 mD，驱替后渗透率仅为0.000 59 mD，渗透率降低幅度达到98.4%；泥质钙芒硝岩样品的渗透率降低幅度平均为89.4%，略低于云质泥页岩样品的渗透率降低程度，但泥质钙芒硝岩样的孔隙度降低幅度(平均为66.6%)大于云质泥页岩的孔隙度降低幅度(40.6%)。这说明泥质钙芒硝岩样易发生盐析，盐析生成的颗粒易堵塞通道。云质泥页岩样品的渗透率伤害可能与黏土矿物吸水后微观骨架颗粒之间的胶结程度下降，而弱化的骨架胶结易在有效应力下发生破坏有关。

表3 盐间页岩油藏岩石动态盐析孔渗变化

2.3 盐析、盐颗粒运移对储层物性的影响

图2对比了动态及静态盐析前后岩心孔渗数据变化情况。由图2可知：盐析对储层物性伤害很大，引起孔渗关系大幅度偏向坐标原点；静态盐析和动态盐析对样品造成的孔隙度差别不大，但动态盐析引起的渗透率降低幅度大于静态盐析的影响。对于泥质钙芒硝岩样品，静态盐析引起的渗透率降低幅度平均为80.2%，动态盐析则引起渗透率约降低了89.4%，比静态盐析造成渗透率约为9.2个百分点的附加伤害。这主要是由于动态盐析在静态盐析伤害的基础上，增加了盐颗粒的运移堵塞。盐间油藏盐颗粒运移引起的储层物性伤害不可忽视。盐析发生后，随着生产的进行，盐颗粒在孔隙通道中流动。盐颗粒达到狭小孔喉处时，发生卡断堵塞流动通道，引起盐间油藏储层物性的附加伤害。对于云质泥页岩样品，动态盐析后的渗透率降低幅度远大于静态盐析，这主要是由于岩石吸水后胶结弱化后的岩石骨架崩解所致。云质泥页岩样品动态盐析后易于碎裂。

图2 动静态盐析伤害实验结果对比

3 盐析伤害后的储层微观结构

采用高分辨率场发射扫描电镜观察了盐析前后岩石的微观结构。在未进行盐析实验的样品中，扫描电镜可看到样品中发育大量的碳酸盐岩矿物溶蚀孔隙和一定的裂缝通道(图3、4)。其中，裂缝长度可达几十个微米，宽度为3～5 μm。溶蚀孔孔隙直径约为1～4 μm。

图3 盐析前样品中的裂缝通道

图4 盐析前样品中的溶蚀孔和杂基质孔隙

盐析实验后，很难再观察到连通的裂缝和未被填充的大孔隙。扫描电镜结果显示，样品的裂缝被球状的盐颗粒集合体堵塞(图5、6)。这些单个的盐颗粒大小不均，颗粒长度为1～5 μm，颗粒宽度为1～4 μm，多约为3 μm。在盐析伤害严重的泥质钙芒硝岩样中观察到大量盐颗粒聚集组成盐颗粒集合体，盐颗粒集合体的直径最大可达10 μm，易卡堵裂缝通道或填充孔洞，造成储层流体流动通道破坏。

图5 盐析后盐颗粒集合体堵塞裂缝

图6 盐析后盐颗粒填充矿物间的孔道

4 结 论

(1) 江汉盆地潜江组盐间泥页岩储层富含蒸发盐类，与高矿化度地层水接触时易发生盐析，引起储层物性的伤害。盐析对储层物性的影响与岩性有关，盐析对泥质钙芒硝岩的孔隙度伤害最大，降低约57.4%，云质泥页岩的孔隙度伤害次之，降低约41.8%，泥质白云岩的孔隙度伤害最小。

(2) 泥质钙芒硝岩盐析后由于盐颗粒堵塞孔道，引起渗透率降低幅度达89.4%；云质泥页岩样动态盐析后孔隙度降低约40.6%，渗透率降低高达98.4%，云质泥页岩样的物性伤害主要由于岩石吸水后在有效应力作用下的骨架崩解引起。

(3) 场发射扫描电镜直接证实了盐颗粒和盐集合体对孔道的堵塞。盐析实验后，大量形成的直径达数个微米的盐颗粒集合体可卡堵裂缝和孔隙，是盐间页岩油藏储层流动通道被破坏的主要原因。