曹 杰，秦 紅，歐陽傳湘*，邱春霖，沈 暢

(1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，武漢 430100；2.中國石油塔里木油田勘探開發(fā)研究院，庫爾勒 841000)

研究儲層敏感性是探索油氣勘探和開采的重要基礎(chǔ)工作，其重要性主要體現(xiàn)在油氣分布預(yù)測和開采保護措施等方面。中國塔里木油田油氣儲藏豐富，以吐格爾明段和迪北段為例，如何在地形復(fù)雜的地段勘探開采及采取有效的保護措施成為技術(shù)的難點之一[1-2]。王棟明[3]根據(jù)特低滲強水敏油藏具有物性差、傾角高等特點，利用數(shù)理統(tǒng)計方法對所選取的區(qū)塊采用控制變量和分組類比的方式進行逐步的探索，可初步地實現(xiàn)提高低滲油藏的采收率和開發(fā)效益；徐加放等[4]對非常規(guī)油氣儲層敏感性的評價方法進行了進一步的探索，將回收率實驗引進到儲層敏感性評價，此方法更簡單、方便，且擁有良好的重復(fù)性能；此外，在微觀機理方面，李俊建等[5]利用QEMSCAN對礦物分布圖進行對比分析和Micro-CT掃描巖心切片所得到的灰度圖，成功建立CT掃描灰度值與不同礦物組分的對應(yīng)關(guān)系，對砂礫巖的水敏損害原因進行了探索，得出喉道的損傷程度大于孔隙的損傷程度是導(dǎo)致滲透率下降的主要原因。

圖1 庫車北部構(gòu)造位置圖Fig.1 Kuqa northern structural location map

在前人的基礎(chǔ)上，現(xiàn)以明南1井為例，針對儲層油氣開采過程中產(chǎn)生的水敏感性損害，引出本次探索的問題，主要有以下三點。

(1)庫車北部多次的構(gòu)造運動形成了明南1井處于復(fù)雜的地理環(huán)境，同時也造就了此井所處儲層存在非均質(zhì)性強的顯著特點，造成明南1井儲層水敏感性損害垂向差異。

(2)選取塔里木吐格爾明段明南1井各個小層的巖樣為研究對象，對儲層水敏感性垂向差異控制因素分析，從宏觀角度和微觀角度找出主控因素。

(3)在獲得研究數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，添加不同種類的黏土穩(wěn)定劑，進行不同濃度的損失率實驗，探究水敏感性傷害保護措施優(yōu)選的最佳方案。

1 研究區(qū)概況

如圖1所示，庫車拗陷的多次構(gòu)造運動形成了以南北、東西分帶的特征，以明南1井為例，其井位于庫車北部構(gòu)造帶，北依南天山褶皺帶，南臨陽北構(gòu)造帶、陽霞構(gòu)造區(qū)及秋里塔格沖斷帶，多樣的地理環(huán)境導(dǎo)致儲層情況復(fù)雜。

2 儲層水敏感性特征

儲層中含有大量的黏土礦物，易于外來流體發(fā)生水化作用，使儲層內(nèi)產(chǎn)生黏土膨脹、顆粒運移等減弱巖土體內(nèi)聚力，致使儲層巖石滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象。實驗對明南1井進行水敏感性損害評價，針對不同層位的巖樣，得出水敏感性實驗曲線。在對不同巖樣進行實驗測得數(shù)據(jù)表明，明南1井的克孜勒努爾組、陽霞組和阿合組整體表現(xiàn)出中等偏強到強水敏感性趨勢現(xiàn)象。

此外，如圖2所示，在克孜勒努爾組(4 024～4 394 m)、陽霞組(4 437～4 774 m)、阿合組(4 828～5 071 m)中劃分小層，可以觀察到水敏感性損害率相對較高的主要分布在克孜勒努爾組(J1kz2)，在深層中陽霞組(J1y1和J1y3)未能表現(xiàn)出較高的水敏損害率，更深層儲層阿合組(J1a)巖樣水敏損害率相對較高，其中以阿合組(J1a2)小層水敏損害率最高。儲層中垂直方向的各小層水敏損害率差異突出。

3 儲層水敏感性垂向差異控制因素分析

3.1 骨架分析

如圖3所示，本段儲層以巖屑砂巖為主，包含一部分石英砂巖、長石巖屑；但巖屑成分多樣，并且含有化學(xué)膠結(jié)物以硅質(zhì)和碳酸鹽質(zhì)為主[6-8]，易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；當儲層內(nèi)的鹽濃度下降時，會造成儲層內(nèi)的礦物成分表面電勢上升，受到的靜電斥力大于范德華引力，顆粒間的化學(xué)平衡遭到破壞，導(dǎo)致礦物顆粒在儲層內(nèi)變動，雖不會大幅度改變儲層骨架結(jié)構(gòu)和骨架成分，但會影響儲層內(nèi)原生結(jié)構(gòu)。此外，庫車侏羅系層段儲集空間形成原因復(fù)雜，也包含了原生粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔等易引發(fā)儲層敏感性各種因素，溶孔可以提高儲層的孔隙性，但也形成了顆粒間溶蝕顆粒，在外界流體的入侵中易引發(fā)較強的儲層敏感性[9-11]。

圖2 各層段水敏損害分布圖Fig.2 Water sensitive damage distribution map of each layer

圖3 各層段礦物成分三角圖Fig.3 Trigonometry of mineral composition of each interval

3.2 黏土礦物

在探索儲層水敏感性損害機理時，認為低礦化度的外來流體會在黏土礦物顆粒表面形成水化作用，顆粒間形成方向一致的水化膜，形成的斥力會使顆粒相互排斥，最終導(dǎo)致黏土礦物發(fā)生水化膨脹、游離運移等現(xiàn)象。在儲層的克孜勒努爾組、陽霞組和阿合組的分層中，黏土礦物含量較高，存在起伏趨勢，整體體積分數(shù)處于8.77%～17.52%。

對儲層內(nèi)黏土礦物存在的形式進行描述，如圖4(a)所示，高嶺石主要以書頁狀產(chǎn)出，且呈六邊晶形；如圖4(b)所示，伊利石和綠泥石主要以片狀填充孔隙的形式產(chǎn)出，揭示雜基成因；伊蒙混層形態(tài)呈現(xiàn)不規(guī)則，相較于其他黏土成分存在較少。

圖4 儲層黏土礦物主要形態(tài)Fig.4 Main forms of clay minerals in reservoir

X衍射分析結(jié)果顯示，儲層中各種黏土礦物相對含量相差極大，是引發(fā)儲層水敏感性效應(yīng)垂向差異的主要因素之一。如圖5所示，其中陽霞組和阿合組中伊蒙混層的相對含量分別是28%、33%，遠高于克孜勒努爾組，少量的伊利石和高嶺土礦物不會對砂層的滲透系數(shù)產(chǎn)生大的影響[12]，但是對于蒙脫石來說卻不同，即使量很少，也會導(dǎo)致砂層滲透性產(chǎn)生很大變化，前已述及，明南1井的克孜勒努爾組(J1kz2)、陽霞組(J1y2)和阿合組(J1a2)小層整體表現(xiàn)中等偏強到強水敏趨勢現(xiàn)象，且阿合組整體儲層表現(xiàn)出較高的水敏感性損害。

3.3 物性因素

對明南1井各小儲層巖樣進行壓汞實驗，實驗數(shù)據(jù)如表1所示。根據(jù)對測試結(jié)果的統(tǒng)計分析，其中以J1y2儲層的中值壓力最高，為14.41 MPa，其余依次是J1a1和J1kz2。整體來看明南1井的退汞效率隨井的深度呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，其中J1kz1小層退汞效率最高，為53.7%，但在各小層中退汞效率仍呈現(xiàn)出小幅度的起伏趨勢。明南1井儲層的平均孔喉半徑范圍為0.08～1.95 μm，數(shù)據(jù)結(jié)果表明：明南1井孔喉連通性以克孜樂努爾組相對較好，陽霞組次之，阿合組最差。此外，研究區(qū)域中孔喉多為細孔喉且連通性較差，當儲層中發(fā)生顆粒運移和黏土膨脹時，極易引起孔喉堵塞，滲透率降低。因此，研究區(qū)域復(fù)雜的孔喉特征是敏感性的重要因素之一[13-15]。

表1 明南1#各層段孔喉表征參數(shù)Table 1 Pore throat characterization parameters of each layer in well Mingnan 1

圖5 各層段黏土礦物X衍射圖Fig.5 X-ray diffraction pattern of clay minerals in each interval

4 水敏感性傷害保護措施優(yōu)選

在黏土礦物含量較高的儲層水敏感性實驗中[1]，添加適量的黏土穩(wěn)定劑，有利于防止水敏性礦物水化膨脹及分散運移，是降低儲層水敏感性損害的有效手段[16-19]。對分別含有CMG-A、HES、YLN-07的三種黏土穩(wěn)定劑進行不同濃度的損失率實驗，損失率測定實驗方法:首先將來自克孜勒努爾組、陽霞組、阿合組不同小儲層的8塊同質(zhì)量巖心進行粉碎，分別置于干燥皿中儲存，用標準目數(shù)篩進行篩選的巖心粉顆粒，經(jīng)過干燥、冷卻、稱量、均勻混合后加入一定濃度的黏土穩(wěn)定劑溶液靜置 24 h，干燥、篩選、稱量、計算。損失率計算公式為

(1)

式(1)中：K為巖屑損失率，%；W1為實驗前巖屑質(zhì)量，g；W2為實驗后巖屑質(zhì)量，g。

由表2分析可知，3%的YLN-07黏土穩(wěn)定劑是最有效防止黏土損失的穩(wěn)定劑；若從損失率和經(jīng)濟效益等方面綜合考慮，0.5%的HES黏土穩(wěn)定劑是最為理想的選擇。

表2 黏土穩(wěn)定劑損失率實驗結(jié)果Table 2 Experimental results of clay stabilizer loss rate

5 結(jié)論

(1)研究結(jié)果顯示，明南1井整體黏土含量較高，溶孔間含有大量溶蝕顆粒，產(chǎn)生水化膨脹、游離運移等現(xiàn)象是造成水敏感性損害的主要原因；在礦物成分三角圖中可觀察出，巖屑砂巖是克孜勒努爾組、陽霞組和阿合組的主要組成部分，其成分復(fù)雜多樣，并且含有化學(xué)膠結(jié)物，易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，是產(chǎn)生溶間顆粒的主要原因。

(2)明南1井以克孜勒努爾組(J1kz2)、陽霞組(J1y2)和阿合組(J1a1、J1a2)小層段為主表現(xiàn)出較高的感性損害。從黏土礦物X衍射圖可看出，儲層中黏土礦物含量非均質(zhì)性情況嚴重，陽霞組和阿合組中伊蒙混層含量相對富集，其他黏土礦物相對含量也存在較大差異；從物性因素分析，明南1井的退汞效率及孔喉半徑隨井深呈現(xiàn)下降趨勢，小層段物性差異明顯，體現(xiàn)出部分小層段孔喉連通性較差。故此上述原因均是造成明南1井小層段存在水敏感性損害差異的主要原因。

(3)針對明南1井存在水敏感性垂向差異，儲層黏土礦物非均質(zhì)性及小層位物性差異等問題，改進黏土穩(wěn)定劑損失率實驗，優(yōu)選出兩種選擇方式：若從最大程度減緩黏土損失方面考慮，3%的YLN-07黏土穩(wěn)定劑可最有效防止黏土損失；若從損經(jīng)濟效益等方面綜合考慮，0.5%的HES黏土穩(wěn)定劑是最為理想的選擇。