薛 丹，張遂安，吳新民，李旭航，杜軍軍，盧晨剛

（1.中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京102249；2.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，西安710065）

0 引言

根據(jù)美國能源信息署（EIA）公布的頁巖氣最新資源量結(jié)果，全球總的頁巖氣技術(shù)可采資源量為187萬億m3，其中中國的技術(shù)可采資源量為36萬億 m3，占總量的 20%，位居全球第一［1］。根據(jù)可采資源量和可采潛力可知，頁巖氣已成為繼致密砂巖氣和煤層氣之后第3種重要的非常規(guī)能源［2］，但是目前我國對(duì)頁巖氣的研究尚處于初級(jí)階段，且缺少對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層傷害機(jī)理的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，從而無法準(zhǔn)確判斷頁巖氣儲(chǔ)層的傷害機(jī)理，所以在開發(fā)中儲(chǔ)層傷害問題屢屢出現(xiàn)。

頁巖氣儲(chǔ)層孔隙度和滲透率均較低，且具有其特殊的成藏過程和儲(chǔ)層特征，所以不能按照常規(guī)砂巖儲(chǔ)層敏感性傷害的評(píng)價(jià)方法對(duì)頁巖儲(chǔ)層進(jìn)行敏感性傷害評(píng)價(jià)［3-6］。長(zhǎng)7油層組頁巖儲(chǔ)層中裂縫型頁巖和基質(zhì)型頁巖并存，二者的傷害機(jī)理不盡相同，并且微裂縫的發(fā)育程度影響了頁巖含氣性［7］，所以將常規(guī)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)與壓力脈沖衰減法實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，對(duì)同一儲(chǔ)層中的裂縫型頁巖和基質(zhì)型頁巖分別進(jìn)行敏感性評(píng)價(jià)，由此可避免使用單一類型頁巖敏感性傷害機(jī)理來解釋所有類型頁巖敏感性傷害的誤區(qū)，并且在保證實(shí)驗(yàn)精度的條件下可提高實(shí)驗(yàn)效率；另外，在速敏實(shí)驗(yàn)中采用氣體速敏和液體速敏相結(jié)合的方法，來研究頁巖氣在不同開發(fā)過程中發(fā)生的速敏現(xiàn)象。通過以上實(shí)驗(yàn)方法研究長(zhǎng)7油層組頁巖儲(chǔ)層的敏感性傷害機(jī)理，以期為頁巖氣的高效開發(fā)提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

下寺灣油田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的中南部，地貌上為黃土高原丘陵溝壑，地層整體為西傾的平緩單斜，地層傾角小于1°［8］，自下而上旋回沉積了延長(zhǎng)組長(zhǎng)10油層組至長(zhǎng)1油層組，對(duì)應(yīng)了湖盆擴(kuò)張—鼎盛—萎縮—消亡的全過程［9］。長(zhǎng)7油層組沉積時(shí)期，盆地進(jìn)入內(nèi)陸湖盆時(shí)期，接受半深湖—深湖沉積，期間氣候暖熱濕潤，豐富的植物性營養(yǎng)使湖生生物大量繁殖，半深湖亞相頁巖發(fā)育，長(zhǎng)7油層組以腐殖-腐泥型有機(jī)質(zhì)為主，頁巖的總有機(jī)碳含量（TOC）在湖盆中心相對(duì)較高，湖盆至周邊區(qū)域TOC 含量逐漸降低［10］。

2 儲(chǔ)層地質(zhì)特征

2.1 地層及巖性特征

下寺灣油田長(zhǎng)7油層組頁巖單層厚度為20～60 m，埋深為 500～1 800 m［11］，巖性為深灰—灰黑色厚層泥頁巖或炭質(zhì)泥巖與灰綠色—深灰色薄層粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖互層韻律。電性曲線表現(xiàn)為高電阻率、高自然伽馬、低電位的特征。烴源巖累計(jì)厚度大、分布范圍廣、生烴能力強(qiáng)。地化分析結(jié)果表明，TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本為3%～9%，平均為6%，有機(jī)質(zhì)干酪根類型以Ⅰ型為主，其次為Ⅱ型。據(jù)測(cè)定Ro為0.51%～1.25%，總體上屬于低成熟—成熟演化階段［12］。

2.2 儲(chǔ)層物性特征

長(zhǎng)7油層組頁巖主要發(fā)育粒間孔、粒內(nèi)孔、黃鐵礦晶間孔、有機(jī)質(zhì)孔及微裂縫等5種微觀孔隙類型［13］。根據(jù)氮?dú)馕椒ǎ?4］測(cè)得的結(jié)果，長(zhǎng) 7 油層組頁巖儲(chǔ)層孔隙度為0.63%～2.52%，平均為1.68%。另外，含粉砂質(zhì)紋層頁巖比純頁巖的孔隙發(fā)育，并且孔隙度隨著粉砂含量的增加而增大。對(duì)于滲透率較高的裂縫型頁巖可使用氣測(cè)滲透率的裝置測(cè)其滲透率，對(duì)于滲透率很低的基質(zhì)型頁巖則普遍選擇壓力脈沖衰減法［15］測(cè)其滲透率。根據(jù)測(cè)量結(jié)果（圖1）可知，長(zhǎng)7油層組頁巖儲(chǔ)層有效滲透率較低。

圖1 延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組頁巖滲透率分布直方圖Fig.1 Histogram of shalepermeability distribution of Chang 7 reservoir

2.3 儲(chǔ)層礦物組分特征

X射線衍射法是目前國際上頁巖組分分析應(yīng)用較為廣泛的分析法。使用X射線衍射儀，對(duì)下寺灣油田長(zhǎng)7油層組露頭巖樣和巖心試樣進(jìn)行XRD礦物組分分析測(cè)試。

2.3.1 頁巖全巖礦物組分分析

對(duì)采自下寺灣油田4口井的12塊長(zhǎng)7油層組頁巖氣儲(chǔ)層巖樣和3塊露頭巖樣進(jìn)行XRD全巖分析發(fā)現(xiàn)，頁巖儲(chǔ)層中石英含量最高，體積分?jǐn)?shù)為17.60%～72.30%，平均為43.81%，其次為黏土礦物，體積分?jǐn)?shù)為10.50%～61.60%，平均為 34.31%，之后為長(zhǎng)石（斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石），平均體積分?jǐn)?shù)約為14.12%，所占體積分?jǐn)?shù)小于5%的礦物依次為方解石、白云石、菱鐵礦以及黃鐵礦等（表1）。通過上述分析可見，黏土礦物在該頁巖儲(chǔ)層中的含量較高，應(yīng)進(jìn)一步分析各種敏感性黏土礦物所占的百分比。分析可知，巖樣中的黏土礦物以伊利石為主，平均體積分?jǐn)?shù)為66.42%，含有少量的綠泥石、伊/蒙混層、高嶺石等，但無蒙脫石，體積分?jǐn)?shù)依次平均為12.33%，11.20%，10.03%等，其中高嶺石和毛發(fā)狀伊利石為速敏性礦物，綠泥石為酸敏性礦物，伊/蒙混層為水敏性礦物，高嶺石、微晶石英和微晶長(zhǎng)石屬于堿敏性礦物［16］（表 2）。

表2 頁巖敏感性黏土礦物組分體積分?jǐn)?shù)Table 2 Sensitiveclay mineral composition of shale

表1 頁巖全巖礦物組分體積分?jǐn)?shù)Table 1 Mineral composition of shale whole rock

2.3.2 頁巖黏土礦物組分分析

對(duì)巖樣中黏土礦物各組分的相對(duì)含量進(jìn)行XRD

2.4 儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

通過對(duì)頁巖的微觀孔隙結(jié)構(gòu)分析，可以揭示黏土礦物晶體的定向排列、膠結(jié)結(jié)構(gòu)和微裂隙的發(fā)育及分布狀況等。還可揭示頁巖中微裂縫是否發(fā)育、發(fā)育的程度及微裂縫開度的大小等，這正是頁巖氣儲(chǔ)層是否容易受到傷害的重要因素。通常掃描電鏡是觀察和研究巖石內(nèi)部微裂縫等微觀結(jié)構(gòu)最有效的方法。

圖2 下寺灣油田長(zhǎng)7油層組頁巖掃描電鏡Fig.2 Scanning electron microscope diagrams of Chang 7 reservoir in Xiasiwan oilfield

長(zhǎng)7油層組頁巖儲(chǔ)層壓實(shí)程度高、結(jié)構(gòu)緊密，微裂縫發(fā)育，自然狀態(tài)下微裂縫開度可達(dá)4μm，并伴有孔洞發(fā)育（圖2）。根據(jù)巖石力學(xué)理論可知，微裂縫的發(fā)育會(huì)破壞巖石的完整性，減弱原巖的力學(xué)性能，是頁巖氣儲(chǔ)層潛在傷害的重要因素。當(dāng)有微裂縫存在時(shí)，工作液易在壓差作用下沿裂縫或微裂縫侵入地層，從而增加與地層中黏土礦物和有機(jī)質(zhì)的作用面積和作用幾率，使地層強(qiáng)度降低，增加了儲(chǔ)層傷害，裂縫雖然為儲(chǔ)層流體流出提供了較好的流動(dòng)空間，但也為外來流體及固相顆粒提供了進(jìn)入儲(chǔ)層的通道，由此需要選擇傷害小的作業(yè)技術(shù)、合理的工作液并控制施工時(shí)間，使作業(yè)過程中的濾失減小從而降低對(duì)儲(chǔ)層的傷害，可以考慮采用屏蔽暫堵技術(shù)或在工作液中添加降濾失劑等方法。

3 儲(chǔ)層敏感性傷害實(shí)驗(yàn)

敏感性實(shí)驗(yàn)一般包括速敏、水敏、堿敏、酸敏、應(yīng)力敏感等［17］，在某些特殊需求下有時(shí)也需要進(jìn)行溫度敏感實(shí)驗(yàn)。由于頁巖儲(chǔ)層很少用到酸壓技術(shù)或酸化增產(chǎn)技術(shù)，并且在鉆井和壓裂過程中進(jìn)入儲(chǔ)層的流體普遍呈弱堿性，所以未進(jìn)行酸敏實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)長(zhǎng)7油層組頁巖儲(chǔ)層的巖樣依次進(jìn)行速敏、水敏、堿敏、應(yīng)力敏感等實(shí)驗(yàn)，來研究該油層組頁巖儲(chǔ)層的敏感性傷害機(jī)理。

對(duì)采樣的巖心進(jìn)行敏感性實(shí)驗(yàn)前需根據(jù)裂縫是否存在和發(fā)育情況將其分為裂縫型巖心和基質(zhì)型巖心。通常對(duì)基質(zhì)型巖心需使用壓力脈沖衰減法進(jìn)行敏感性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，該方法是通過采集巖心上、下兩端的壓力差隨時(shí)間的變化曲線，通過計(jì)算得出巖心滲透率，可應(yīng)用于基質(zhì)型巖心的水敏、堿敏、應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)中，而裂縫型巖心則可以使用常規(guī)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行敏感性評(píng)價(jià)。

巖心滲透率傷害率計(jì)算公式［18］為

式中：Dk為敏感性滲透率傷害率；K傷為發(fā)生敏感性傷害后的滲透率，mD；K原為進(jìn)行某種敏感性實(shí)驗(yàn)前測(cè)得的原始滲透率，mD。

3.1 速敏傷害實(shí)驗(yàn)

流速敏感性是指因流體流動(dòng)速度過快引起儲(chǔ)層巖石中微粒運(yùn)移從而堵塞喉道，導(dǎo)致儲(chǔ)層巖石滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象［17］。

3.1.1 氣體速敏實(shí)驗(yàn)

選取富頁二井的2塊頁巖巖心和延頁509井的1塊頁巖巖心進(jìn)行氣體速敏實(shí)驗(yàn)，巖心孔滲參數(shù)如表3所列。在對(duì)巖心進(jìn)行速敏性實(shí)驗(yàn)時(shí)，可采用對(duì)同一巖心進(jìn)行2次速敏實(shí)驗(yàn)的方法來消除滑脫效應(yīng)的影響，在這2次速敏實(shí)驗(yàn)中滑脫效應(yīng)始終存在，但速敏是否存在無法確定。若2次實(shí)驗(yàn)曲線重合，說明沒有發(fā)生速敏；若第2次實(shí)驗(yàn)曲線低于第1次，則說明第1次實(shí)驗(yàn)中發(fā)生了速敏，產(chǎn)生微粒運(yùn)移，發(fā)生堵塞，導(dǎo)致在同樣流速設(shè)置的情況下進(jìn)行第2次實(shí)驗(yàn)時(shí)，滲透率值會(huì)低于第1次（圖3）。所以通過對(duì)比2次測(cè)量的曲線，可以得到消除滑脫效應(yīng)后的氣體速敏程度［19］。實(shí)驗(yàn)流體采用氮?dú)獠⒏鶕?jù)不同巖心的氣測(cè)滲透率值設(shè)置流量梯度依次進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖3所示。

表3 氣體速敏實(shí)驗(yàn)用巖心基本參數(shù)Table3 Basic parametersof coresfor gasvelocity sensitivity experiment

圖3 氣體速敏實(shí)驗(yàn)曲線Fig.3 Gasvelocity sensitivity curves

由圖3（a）—（b）可知，富頁二井2塊巖心的實(shí)驗(yàn)曲線基本重合，說明只有滑脫效應(yīng)的影響，沒有出現(xiàn)速敏現(xiàn)象，表明在流量超過了氣井產(chǎn)氣的最大流量時(shí)，2塊巖心并沒有發(fā)生速敏。由圖3（c）可見，消除滑脫效應(yīng)影響后的測(cè)量值低于最初測(cè)量值，主要是由于第1次測(cè)量過程中發(fā)生了氣體速敏，使?jié)B透率減小，在第2次測(cè)量過程中，已發(fā)生的速敏傷害減小了第2次的測(cè)量結(jié)果，表現(xiàn)出曲線低于第1次的曲線，最大傷害率為16.05%，為弱氣體速敏。

3.1.2 液體速敏實(shí)驗(yàn)

選取富頁二井的2塊頁巖巖心（4號(hào)、5號(hào)）和延頁509井的1塊頁巖巖心（6號(hào)）（表4），使用模擬地層水（礦化度為8%的KCl溶液）在地層溫度下以流量為 0.030 mL/min，0.050 mL/min，0.075 mL/min，0.100 mL/min（流量設(shè)置可根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整）進(jìn)行液體速敏實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖4所示。

表4 液體速敏實(shí)驗(yàn)用巖心基本參數(shù)Table4 Basic parametersof coresfor liquid velocity sensitivity experiment

圖4 液體速敏實(shí)驗(yàn)曲線Fig.4 Liquid velocity sensitivity curves

當(dāng)流量為0.075 mL/min時(shí)，根據(jù)公式（1）計(jì)算可知，3塊巖心的速敏滲透率傷害率均超過20%，已發(fā)生速敏傷害，可知該儲(chǔ)層臨界流量為0.050 mL/min，所以在之后的敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中驅(qū)替流量設(shè)置為0.04 mL/min。通過計(jì)算，4號(hào)巖心的最終速敏滲透率傷害率為30.42%，5號(hào)巖心的最終速敏滲透率傷害率為46.16%，均介于30%～50%，都屬于中等偏弱速敏，6號(hào)巖心的最終速敏滲透率傷害率為57.52%，超過了50%，屬于中等偏強(qiáng)速敏。由以上速敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，液測(cè)頁巖速敏程度普遍強(qiáng)于氣測(cè)頁巖。

3.2 水敏傷害實(shí)驗(yàn)

水敏是指較低礦化度的注入水進(jìn)入儲(chǔ)層后引起黏土膨脹或分散、運(yùn)移，使得儲(chǔ)層巖石滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象［20］。

3.2.1 基質(zhì)型巖心水敏傷害實(shí)驗(yàn)

根據(jù)測(cè)得的巖心空氣滲透率大小，選取滲透率較小的7號(hào)和8號(hào)巖心（表5），使用壓力脈沖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前對(duì)2塊巖心進(jìn)行抽真空，之后在地層溫度下分別以地層水、3/4地層水（礦化度為6%的KCl溶液）、1/2地層水（礦化度為4%的KCl溶液）、1/4地層水（礦化度為2%的KCl溶液）以及蒸餾水對(duì)其高壓飽和48 h以上［21］，每次飽和前后測(cè)其滲透率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

表5 水敏傷害實(shí)驗(yàn)基質(zhì)型巖心基本參數(shù)Table 5 Basic parameters of matrix cores for water sensitivity experiment

圖5 基質(zhì)型巖心水敏曲線Fig.5 Water sensitivity curvesof matrix cores

對(duì)圖5進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)7油層組頁巖基質(zhì)型巖心水敏滲透率最大傷害率小于40%，為中等偏弱水敏，臨界礦化度為1/2地層水，說明延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組頁巖儲(chǔ)層對(duì)低礦化度水甚至是蒸餾水敏感性較弱。

3.2.2 裂縫型巖心水敏傷害實(shí)驗(yàn)

選取富頁二井的2塊頁巖巖心（9號(hào)、10號(hào)）和延頁509井的1塊頁巖巖心（11號(hào)），采用常規(guī)巖心驅(qū)替法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（表6）。實(shí)驗(yàn)中先用模擬地層水測(cè)得巖樣初始滲透率，再用中間流體驅(qū)替10～15倍孔隙體積，停止驅(qū)替讓其與巖心充分反應(yīng)12 h，再測(cè)滲透率。中間流體礦化度依次設(shè)置為3/4地層水、1/2地層水、1/4地層水及蒸餾水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 裂縫型巖心水敏曲線Fig.6 Water sensitivity curvesof fractured cores

9號(hào)、10號(hào)、11號(hào)巖心的臨界礦化度均為1/2地層水，最終水敏滲透率傷害率分別為34.01%，48.78%和49.01%等，均介于30%～50%，屬于中等偏弱水敏。

表2中頁巖黏土礦物組分分析結(jié)果顯示，長(zhǎng)7油層組頁巖巖樣不含蒙脫石，但是含有少量伊/蒙混層，二者都是水敏性礦物在遇到低于地層水礦化度的液體時(shí)發(fā)生水化膨脹，易造成微粒脫落，在微裂縫或大一些的孔隙喉道中運(yùn)移，在小孔喉處發(fā)生堵塞［22］，影響頁巖氣的產(chǎn)出，從而使頁巖儲(chǔ)層受到傷害，但因伊/蒙混層含量不高，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果僅為中等偏弱水敏。

綜合基質(zhì)型頁巖和裂縫型頁巖的水敏傷害實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)二者均為中等偏弱水敏，分析其主要原因是由于長(zhǎng)7油層組不含蒙脫石，僅有少量伊/蒙混層，所以儲(chǔ)層的水敏程度較弱。

3.3 堿敏傷害實(shí)驗(yàn)

堿敏是指外來的堿性液體與儲(chǔ)層中的礦物發(fā)生反應(yīng)使其分散、脫落或生成新的沉淀或膠狀物質(zhì)，從而堵塞孔隙喉道，造成儲(chǔ)層滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象。

3.3.1 基質(zhì)型巖心堿敏傷害實(shí)驗(yàn)

從富頁二井和延頁509井分別選取1塊滲透率較小的巖心（表7），采用壓力脈沖衰減裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前對(duì)2塊巖心進(jìn)行抽真空，之后在地層溫度下分別以 pH 值為 7.0，8.5，10.0，11.5，13.0 的堿液（礦化度為8%的KCl溶液配置而成）對(duì)巖心高壓飽和48 h以上，每次飽和前后測(cè)其滲透率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

表7 堿敏傷害實(shí)驗(yàn)基質(zhì)型巖心基本參數(shù)Table 7 Basic parameters of matrix cores for alkalisensitivity experiment

圖7 基質(zhì)型巖心堿敏曲線Fig.7 Alkalisensitivity curvesof matrix cores

分析堿敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，長(zhǎng)7油層組頁巖儲(chǔ)層基質(zhì)型巖心堿敏滲透率傷害率分別為39.03%和41.15%，均小于50%，為中等偏弱堿敏，臨界pH值為8.5。

3.3.2 裂縫型巖心堿敏傷害實(shí)驗(yàn)

選取3塊裂縫型巖心（表8）進(jìn)行室內(nèi)堿敏實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中先用pH值為7的模擬地層水測(cè)巖樣初始滲透率，再用堿液驅(qū)替10～15倍的孔隙體積并與巖心充分反應(yīng)12 h，再繼續(xù)用該堿液驅(qū)替，測(cè)量液體滲透率。用不同pH值的堿液依次進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖8所示。

表8 堿敏傷害實(shí)驗(yàn)裂縫型巖心基本參數(shù)Table 8 Basic parameters of fractured cores for alkalisensitivity experiment

圖8 裂縫型巖心堿敏曲線Fig.8 Alkalisensitivity curves of fractured cores

對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)3塊巖心的臨界pH值為7.0～8.5，堿敏最終滲透率傷害率最大為63.52%，最小為44.90%，根據(jù)堿敏評(píng)價(jià)指標(biāo)，均屬于中等偏強(qiáng)堿敏，相比于其他傷害因素，堿敏傷害的程度較大。從礦物組分可看出，長(zhǎng)7油層組頁巖儲(chǔ)層含有大量的黏土礦物和石英，而高pH值堿液對(duì)黏土礦物、石英和長(zhǎng)石等礦物均具有溶解作用。pH值＞9的堿液可與高嶺石、石英等反應(yīng)生成膠體或發(fā)生沉淀而影響儲(chǔ)層滲透率，而反應(yīng)后生成的H4SiO4，在高溫及pH值＞9的條件下，還會(huì)與高嶺石反應(yīng)生成蒙脫石，對(duì)儲(chǔ)層造成進(jìn)一步傷害。pH值＞9的堿液還會(huì)與長(zhǎng)石在一定條件下發(fā)生水解反應(yīng)，生成高嶺石和石英，從而進(jìn)行礦物間的循環(huán)反應(yīng)，使儲(chǔ)層滲透率降低。另外，堿性工作液會(huì)誘發(fā)黏土礦物分散，造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)［23］。通常鉆井液和壓裂液都呈堿性，所以在鉆井和壓裂過程中都要對(duì)pH值進(jìn)行優(yōu)選，盡量減小其對(duì)儲(chǔ)層造成的傷害。

從基質(zhì)型巖心和裂縫型巖心的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，裂縫型巖心堿敏程度高于基質(zhì)型巖心?；|(zhì)型巖心在進(jìn)行飽和流體時(shí)，由于部分孔隙喉道非常細(xì)小使流體無法完全充填于巖心的所有孔隙體積中，所以堿敏性礦物與高pH值的流體反應(yīng)空間受限，從而導(dǎo)致基質(zhì)型巖心的堿敏傷害程度偏低；裂縫型頁巖由于裂縫的存在使外來流體與地層具有更大的接觸面積，所以堿敏傷害程度更嚴(yán)重，并且裂縫開度越大傷害程度越大。

3.4 應(yīng)力敏感傷害實(shí)驗(yàn)

在油氣藏的開采過程中，隨著儲(chǔ)層內(nèi)部液體的產(chǎn)出，儲(chǔ)層孔隙壓力降低，儲(chǔ)層巖石原有的受力平衡狀態(tài)發(fā)生改變。根據(jù)巖石力學(xué)理論，從一種應(yīng)力狀態(tài)變到另一種應(yīng)力狀態(tài)必然會(huì)引起巖石的壓縮或拉伸，即巖石發(fā)生彈性變形或塑性變形，巖石的變形必然會(huì)引起巖石孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙體積的變化，如孔隙體積的縮小，孔隙喉道和裂縫的閉合等［24］，這種變化將大大影響流體在其中的滲流。

3.4.1 基質(zhì)型巖心應(yīng)力敏感傷害實(shí)驗(yàn)

使用壓力脈沖衰減裝置對(duì)同一塊巖心進(jìn)行應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)時(shí)（表9），將凈圍壓值依次升至5.0 MPa，7.0 MPa，11 MPa，15 MPa，20 MPa 等，在每個(gè)設(shè)定的圍壓下保持1 h后測(cè)滲透率，之后再依次卸壓，仍然在每個(gè)圍壓下保持1 h后測(cè)滲透率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。

表9 應(yīng)力敏感傷害實(shí)驗(yàn)基質(zhì)型巖心基本參數(shù)Table 9 Basic parameters of matrix cores for stress sensitivity experiment

圖9 基質(zhì)型巖心應(yīng)力敏感曲線Fig.9 Stress sensitivity curves of matrix cores

分析基質(zhì)型巖心應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著凈圍壓的升高，巖心滲透率逐漸降低，并且降低幅度較大，當(dāng)凈圍壓升至20 MPa后滲透率傷害率高達(dá)94.29%，逐漸卸壓后滲透率恢復(fù)較少，當(dāng)凈圍壓卸至5 MPa后滲透率傷害率仍然達(dá)至84.10%，表現(xiàn)為強(qiáng)應(yīng)力敏感性，由此表明頁巖儲(chǔ)層應(yīng)力敏感傷害往往是不可逆的。

3.4.2 裂縫型巖心應(yīng)力敏感傷害實(shí)驗(yàn)

分別選取富頁二井的2塊頁巖巖心（18號(hào)、19號(hào)）和延頁509井的1塊頁巖巖心（20號(hào)）進(jìn)行裂縫型巖心應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)（表10）。該實(shí)驗(yàn)采用氮?dú)庾鳛榱鲃?dòng)介質(zhì)使用氣測(cè)滲透率裝置進(jìn)行應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中保持入口壓力不變，緩慢增加圍壓，使得凈圍壓依次為 2.5 MPa，3.5 MPa，5.0 MPa，7.0 MPa，9.0 MPa，11.0 MPa，15.0 MPa，20.0 MPa，測(cè)每個(gè)凈圍壓穩(wěn)定后對(duì)應(yīng)的滲透率數(shù)據(jù)，之后依次卸壓再測(cè)滲透率，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。

表10 應(yīng)力敏感傷害實(shí)驗(yàn)裂縫型巖心基本參數(shù)Table 10 Basic parameters of fractured cores for stress sensitivity experiment

圖10 裂縫型巖心應(yīng)力敏感曲線Fig.10 Stress sensitivity curves of fractured cores

分析裂縫型巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，18號(hào)、19號(hào)、20號(hào)巖心的臨界應(yīng)力均為2.5～3.5 MPa，而19號(hào)巖心對(duì)應(yīng)力更為敏感。當(dāng)凈圍壓增加到20 MPa時(shí)，滲透率傷害率最高達(dá)到96.90%，最小為90.52%。在壓力下降后，滲透率略有恢復(fù)，傷害率降至71.14%～86.44%，雖然恢復(fù)了12.46%～18.94%，但傷害率依舊高于70%，屬于強(qiáng)應(yīng)力敏感。

根據(jù)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組頁巖儲(chǔ)層礦物含量分析，黏土礦物和有機(jī)質(zhì)含量較高，在黏土礦物中伊利石含量最高，約占67%，并有一定量的綠泥石和高嶺石，高嶺石聚集體一般呈書頁狀或蠕蟲狀填充于孔隙中，該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，外力作用后巖樣變形小，當(dāng)孔喉由于有效應(yīng)力的增加而改變時(shí)，高嶺石由于自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定很難變形，會(huì)占有更大的空間，使?jié)B流通道變小，應(yīng)力敏感性加強(qiáng)；綠泥石晶片與顆粒表面垂直形成包殼狀或襯邊狀，在顆粒表面呈單片支架狀結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)，極大地減小了頁巖孔隙，從而減小了孔隙體積和滲透率。連接骨架顆粒的單片支架狀結(jié)構(gòu)在有效應(yīng)力增加時(shí)容易被破壞和壓實(shí)，但附著在巖石孔隙內(nèi)的綠泥石沒有被破壞，所以將占據(jù)孔隙中更大的比例，進(jìn)一步減小滲流空間。以片狀附著于巖石顆粒表面的伊利石同樣占據(jù)了部分孔隙，減小了滲流空間［25］。所以，由于長(zhǎng)7油層組黏土礦物含量高且產(chǎn)狀特殊導(dǎo)致了該儲(chǔ)層的強(qiáng)應(yīng)力敏感。

對(duì)比基質(zhì)型巖心和裂縫型巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過17號(hào)基質(zhì)型巖心與18號(hào)和20號(hào)裂縫型巖心對(duì)比，其最終傷害率高于微裂縫巖心，但對(duì)比裂縫開度更大的19號(hào)巖心，發(fā)現(xiàn)19號(hào)巖心的傷害率更大。說明當(dāng)裂縫開度達(dá)到一定程度后，裂縫型頁巖對(duì)應(yīng)力的敏感程度將高于基質(zhì)型頁巖，這主要是由于致密儲(chǔ)層中的裂縫與滲透率息息相關(guān)，當(dāng)大裂縫受到強(qiáng)應(yīng)力的影響，裂縫開度將急劇減小，滲透率也相應(yīng)快速降低，使儲(chǔ)層產(chǎn)氣能力急劇下降，但當(dāng)裂縫開度較小時(shí)，基質(zhì)型頁巖對(duì)應(yīng)力的敏感程度更強(qiáng)。這主要是由于基質(zhì)型頁巖本身滲透率低，產(chǎn)氣能力弱，一旦受強(qiáng)應(yīng)力影響，將增大不易變形礦物封堵的幾率，從而嚴(yán)重影響氣體正常產(chǎn)出甚至出現(xiàn)不產(chǎn)氣的現(xiàn)象，所以基質(zhì)型巖心的應(yīng)力敏感性強(qiáng)于微裂縫型巖心。無論是裂縫型頁巖和還是基質(zhì)型頁巖，在發(fā)生應(yīng)力敏感傷害后，都很難恢復(fù)到正常水平，說明頁巖儲(chǔ)層應(yīng)力傷害的不可逆性極強(qiáng)，所以在對(duì)儲(chǔ)層的鉆井、射孔作業(yè)以及后期開采的過程中，要盡量避免由于正壓差對(duì)儲(chǔ)層造成的壓實(shí)和過快開采使儲(chǔ)層快速虧空從而造成一系列應(yīng)力敏感傷害。

4 結(jié)論

（1）下寺灣油田長(zhǎng)7油層組頁巖儲(chǔ)層無氣體速敏或弱氣體速敏效應(yīng)，存在中等偏弱到中等偏強(qiáng)液體速敏。可適當(dāng)增加日采氣量開采，但要嚴(yán)格控制入井流體的流速。

（2）長(zhǎng)7油層組裂縫型巖心和基質(zhì)型巖心均存在中等偏弱水敏，主要是由于該儲(chǔ)層水敏性礦物含量較低，對(duì)低礦化度地層水敏感性不強(qiáng)。所以作業(yè)時(shí)入井流體的礦化度控制范圍可適度放大，但不可超過臨界礦化度。

（3）長(zhǎng)7油層組裂縫型巖心存在中等偏強(qiáng)堿敏，該類巖心反應(yīng)空間足夠大可促使礦物間的循環(huán)反應(yīng)；而基質(zhì)型巖心反應(yīng)空間受限，為中等偏弱堿敏。所以在鉆井、壓裂過程中需對(duì)入井流體的pH值進(jìn)行優(yōu)選，不可超過臨界pH值。

（4）長(zhǎng)7油層組裂縫型巖心和基質(zhì)型巖心都存在強(qiáng)應(yīng)力敏感，由于巖樣裂縫開度不同，對(duì)應(yīng)力的敏感程度不同，基質(zhì)型巖心的傷害率高于微裂縫型巖心但略低于裂縫型巖心?？煽紤]采用欠平衡鉆井、負(fù)壓射孔以及控制采氣速度等方法避免應(yīng)力變化引起的傷害。