致密油藏储层敏感性评价及主控因素研究

王晓雯

(1.造山带与地壳演化教育部重点实验室，北京 100871;2.北京大学，北京 100871)

0 引言

吴起油田位于鄂尔多斯盆地西部，横跨伊陕斜坡和天环坳陷，属于典型致密砂岩油藏。其中，长6段油层组分布面积大、储层厚、含油性好，为该区的主力油层组。但由于长6段储层物性差、孔隙结构复杂、非均质性严重，当有外来流体侵入时，即使是微小影响也会对储层造成严重伤害，导致注水开发效果低下［1－4］。因此，需要在注水开发或储层改造前进行敏感性分析。目前常规储层敏感性分析方法较为笼统和简单，仅针对整段油层组进行总体评价，但在实际情况中，即使是同一段油层组内不同部位的储层，其孔隙结构、黏土矿物类型和含量的差异也会形成不同的储层敏感性，若注水过程中使用同一种敏感性评价结果，将对开发效果产生巨大影响［5－7］。因此，基于目标储层取心岩样高压压汞实验，选取了9个孔隙结构参数作为特征参数，建立了目标储层孔隙结构分类评价标准，并对不同类型孔隙结构储层的代表岩心开展储层敏感性评价实验，分别从速敏、水敏、盐敏、酸敏和碱敏5个方面对储层的敏感程度和影响因素进行分析，为研究区注水开发及储层改造提供了依据。

1 储层孔隙结构特征

研究区长6段的岩石类型主要为细－中粒长石砂岩，碎屑成分占岩石总体的30%左右，主要为长石、岩屑、石英。岩性以细砂为主，碎屑颗粒呈次棱—次圆状，颗粒支撑以点接触为主，其次为线接触，砂岩平均粒径为0.l～0.4 mm，成分成熟度低，结构成熟度偏高，成岩作用较为强烈。

1.1 孔隙类型

长6段储层孔隙类型包括原生孔隙和次生孔隙，以原生孔隙为主。原生孔隙主要为剩余粒间原生孔隙，其形状多为不规则状、三角状、多边状，孔隙直径为0.01～0.25 mm;次生孔隙包括粒间溶孔、粒内溶孔(图1a)、岩屑溶孔(图1b)及少量微裂缝(图1c)，次生孔隙平均面孔率为3.4%，平均孔隙直径为10～70 μm。粒间孔和长石溶孔为目标储层的主要储集空间。

图1 研究区长6段储层孔隙类型Fig.1 The pore types of Chang6Reservoir in study area

1.2 黏土矿物特征

长6段黏土矿物的平均含量为5.4%。黏土矿物类型主要以绿泥石为主，平均含量为42.2%;其次为高岭石和伊利石，平均含量分别为31.3%和23.8%;伊蒙混层含量最少，平均含量仅为13.1%。储层中的绿泥石主要以填隙物充填于孔隙中(图2a)，高岭石主要以鳞片状和蠕虫状充填于颗粒间(图2b)，伊利石主要以弯曲片状附着在颗粒表面(图2c)。

图2 研究区长6段黏土矿物Fig.2 The clay minerals of Chang6Reservoir in study area

1.3 孔隙结构分类

对目标储层13口取心井56块岩心样品进行高压压汞测试，选取孔隙度、渗透率、排驱压力、中值压力、分选系数、孔喉半径、最大进汞饱和度、孔喉组合和孔隙类型9个参数作为孔隙结构特征参数，应用Q型聚类分析方法［8－9］建立了目标储层孔隙结构分类评价标准(表1，括号内为平均值)，该分类评价方法考虑了各种孔隙和孔喉的大小与分布参数、储层渗流参数，更有利于全方位综合评价储层优劣。由表1可知:Ⅰ类储层孔隙结构参数较好，主要发育于水下分流河道中心微相主体带上，处于水动力能力强、沉积厚度大的砂体中，岩性为中－细粒长石砂岩。孔隙类型呈现出复合型孔隙网络，由剩余原生粒间孔、次生粒间孔、溶蚀孔和微裂缝组成，具有中孔、中细喉组合特征，孔喉间连通性好。Ⅱ类储层孔隙结构参数一般，主要发育于分流河道边缘主体带上，岩性为微－细粒长石砂岩。孔隙类型主要包括剩余原生粒间孔、次生粒间孔和溶蚀孔，具有小孔、细喉型组合特征，孔喉间连通性一般。Ⅲ类储层孔隙结构参数最差，主要发育于河道侧翼和分流间湾微相中，岩性主要为细粉砂岩，且泥质含量较高。该类储层主要发育晶间孔和纳米孔，孔喉间连通性差，储层非常致密。

表1 研究区长6段储层孔隙结构分类标准Table 1 The classification standard for pore structure of Chang6Reservoir in study area

2 储层敏感性评价

根据石油天然气行业标准《储层敏感性流动实验评价方法》［10］，对3类孔隙结构的岩心开展储层敏感性评价实验，分别从速敏、水敏、盐敏、酸敏和碱敏5个方面进行了敏感性评价。

2.1 速敏性

速敏性主要用于评价低渗透油藏的临界注水速度。由岩心速敏分析结果(表2)可知:流速对3类储层的影响相对较弱，Ⅰ类储层的速敏损害率为7.39%～14.77%，属于弱速敏性，最大临界流速为19.23 m3/d;Ⅱ类储层的速敏损害率为18.69%～31.63%，属于中等偏弱—弱速敏性，最大临界流速为27.67 m3/d;Ⅲ类储层的速敏损害率为32.38%～37.55%，属于中等偏弱速敏性，最大临界流速为19.55 m3/d。因此，注水开发过程中应以Ⅲ类储层的最大临界流速为日注水量的上限，即19.55 m3/d。此外，3类储层虽同属长6段，但其敏感性具有一定差异，造成这种差异的原因除孔隙结构和岩石类型外，黏土矿物类型和含量的影响作用不容忽视［11－14］。

表2 速敏性实验结果Table 2 The results of velocity sensitivity test

由于长6段经历了较强的成岩作用，岩石致密、胶结程度普遍较强，因此，碎屑组分对目标储层的速敏性影响相对较弱。对比不同类型孔隙结构储层的速敏损害率与黏土矿物含量关系(图3)可知，速敏指数与黏土矿物相对含量具有较好的对数函数关系。这主要是因为Ⅰ类储层中高岭石和伊利石含量较低，且储层物性和孔隙结构相对较好，在高流速作用下，高岭石和伊利石破裂后的细小微粒不易堵塞大孔喉，对渗透率的影响相对较小，速敏指数较低;而Ⅱ、Ⅲ类储层中黏土矿物含量较高，孔喉结构复杂，黏土矿物破裂后的微小颗粒易在孔喉处堆积，造成堵塞，导致储层渗透率降低。

图3 速敏指数与黏土矿物含量关系Fig.3 The relation between velocity sensitivity index and clay mineral content

2.2 水敏性

水敏性主要用于评价注入水与储层的配伍性。根据岩心水敏性分析结果(表3)可知:长6段储层中Ⅰ类和Ⅲ类储层为弱水敏，其中，Ⅰ类储层的水敏损害率为5.6%～24.5%，Ⅲ类储层的水敏损害率为 6.8%～8.0%;Ⅱ类储层的水敏损害率为32.4%～45.7%，属于中等偏弱水敏，水敏程度高于其他2类储层。

表3 长6段储层水敏性评价结果Table 3 The results of water sensitivity evaluation of Change6Oil－bearing Formation

伊利石与蒙脱石是2种典型的水敏性矿物，当2种矿物与水作用时，其体积发生剧烈膨胀，高价阳离子会与低价阴离子发生化学反应，发生水化［15－17］。而目标储层的伊利石主要以弯曲片状为主，此类形状的伊利石与水接触的面积非常大，其吸水后体积膨胀更加严重，导致孔喉更易堵塞。

2.3 盐敏性

盐敏性主要评价不同矿化度的注入水对储层黏土矿物的影响。实验所用地层水、稀释50%地层水、稀释25%地层水、去离子水的矿化度分别为50 000、25 000、12 500、0 mg/L。根据岩心盐敏性分析结果(表4)可知:长6段Ⅰ类储层的临界矿化度为5 000～2 5000 mg/L，Ⅱ类储层的临界矿化度为12 500～25 000 mg/L，Ⅰ、Ⅱ类储层为中等偏弱盐敏;Ⅲ类储层的临界矿化度为2 000～5 000 mg/L，属于弱盐敏，盐敏程度低于其他2类储层。

表4 长6段油层组3类储层盐敏性Table 4 The salt sensitivity of 3 types of reservoirs in Chang6Oil－bearing Formation

图4为注入水矿化度为12 500 mg/L时，注入水盐敏损害率与黏土矿物含量的关系。由图4可知，盐敏损害率与黏土矿物的相对含量呈指数函数关系。其中，Ⅱ类储层的盐敏损害率明显高于其他2类储层，主要因为Ⅱ类储层中的伊蒙混层和高岭石的含量较大，当伊蒙混层与低矿化度流体接触时易发生膨胀，高岭石在储层中含量超过40%时会发生扩散运移，导致孔喉堵塞，对渗透率造成伤害。

图4 盐敏损害率与黏土矿物相对含量的关系Fig.4 The relation between damage rate of salt sensitivity and relative content of clay minerals

2.4 酸敏性

酸敏性用于评价酸化措施对储层的影响。实验中所用酸液的质量分数为15%，根据长6段岩心酸敏性分析结果(表5)可知，3类储层的酸敏程度存在较大差异:Ⅰ类储层的酸敏损害率为52.8%～66.5%，属于中等偏强酸敏性;Ⅱ类储层的酸敏损害率为7.3%～12.7%，属于弱酸敏性;Ⅲ类储层的酸敏损害率为14.5%～31.4%，属于中等偏弱—弱酸敏性。

表5 长6段不同类型储层酸敏性Table 5 The acid sensitivity of different types of reservoirs in Chang6Oil－bearing Formation

由图5可知:Ⅰ类储层孔隙结构相对较好，但绿泥石含量超过了50%，注入的酸液易于与含铁绿泥石发生反应生成大量铁的氢氧化物沉淀，造成孔喉堵塞;Ⅱ类和Ⅲ类储层孔隙结构相对较差，但碳酸盐胶结物(方解石)含量较高，酸液与其发生溶蚀反应后对渗透率的贡献能够中和沉淀堵塞孔喉导致的渗透率损失。因此，Ⅱ类和Ⅲ类储层的酸敏损害率偏小。

图5 酸敏损害率与黏土矿物相对含量的关系Fig.5 The relation between damage rate of acid sensitivity and relative content of clay minerals

2.5 碱敏性

碱敏性主要用于评价碱性流体进入储层后对储层的伤害程度。实验中所使用KOH质量分数为10%，根据岩心碱敏性分析结果(表6)可知:Ⅰ类储层的碱敏损害率为28.8%～41.3%，属于中等偏弱碱敏性;Ⅱ类储层的碱敏损害率为2.8%～32.3%，属于中等偏弱—弱碱敏性;Ⅲ类储层的碱敏损害率为13.5%～21.4%，属于弱碱敏性。Ⅰ类储层的碱敏程度高于其他2类储层。

表6 研究区长6段不同类型储层碱敏性Table 6 The alkaline sensitivity of different types of reservoirs in Chang6Oil－bearing Formation

图6为碱敏指数与黏土矿物含量的关系。由图6可知:碱敏指数与碎屑颗粒石英和高岭石含量呈线性关系。此外，未发现碱敏损害率与其他黏土矿物相对含量具有相关性。在高pH值(pH＞9)碱液的作用下，储层骨架颗粒中的石英和高岭石能够被溶解，生成胶体沉淀，造成储层孔喉结构发生变化，使原本不易迁移的微粒在孔喉处聚集，导致渗透率下降［18］。Ⅰ类储层中石英的相对含量明显高于其他2类储层，更容易产生胶体沉淀和硅酸。此外，Ⅰ类储层中高岭石含量为49.13%～63.52%，在一定流速作用下容易破裂脱落，并在高温高pH值环境中与硅酸发生反应形成蒙脱石，进一步导致储层渗透率下降。因此，Ⅰ类储层的碱敏指数高于其他2类储层。

图6 碱敏损害率与黏土矿物含量的关系Fig.6 The relation between damage rate of alkaline sensitivity and relative content of clay minerals

3 结论及认识

(1)吴起油田长6段Ⅰ、Ⅱ类储层孔隙结构参数为较好—中等，在目标储层中占比较高;Ⅲ类储层最为致密，孔隙结构参数差，开发价值较低。

(2)吴起油田长6段Ⅰ类储层的敏感性相对较弱，Ⅱ、Ⅲ类储层的敏感性相对较强，与其各自的孔隙结构有关。在现场注水、酸化过程中，应加强注入水质、压差、酸液浓度的控制，尤其应加强对Ⅱ类和Ⅲ类储层的保护。

(3)3类储层敏感性主要由全岩和黏土矿物组成以及孔隙结构特征共同决定，并具有一一对应的函数关系。基于此，在缺乏大量岩心敏感性室内实验评价资料的条件下，可以借助全岩和黏土含量资料，充分利用这些函数关系来确定各种敏感指数，从而快速地评价储层的敏感性。