孟培偉，李志臻，李晨晨，李瑞雪，張 雨，田盼盼

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452)

0 引言

隨著我國(guó)諸多油氣田逐步進(jìn)入到開(kāi)發(fā)后期，我國(guó)石油勘探工作正經(jīng)歷“低滲透、深領(lǐng)域、隱蔽油氣藏、難開(kāi)采”的難題，儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)在油氣藏開(kāi)發(fā)中，尤其是對(duì)低滲儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)中愈發(fā)重要[1]。

低滲透儲(chǔ)層在開(kāi)發(fā)過(guò)程中極易受到多種因素的影響，最為突出的就是儲(chǔ)層敏感性問(wèn)題造成的孔隙度和滲透率的變化導(dǎo)致的儲(chǔ)層傷害，因此儲(chǔ)層敏感性研究對(duì)于低滲透油氣田的開(kāi)發(fā)具有十分重要意義[2]。

研究區(qū)塊位于山西呂梁境內(nèi)，屬致密砂巖氣藏，具有低孔、低滲、低溫和低壓的特征，主要有太原組和石盒子組2個(gè)氣藏。儲(chǔ)層砂巖主要包括石英、斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石等，黏土礦物豐富，儲(chǔ)層物性發(fā)生改變后極易形成儲(chǔ)層傷害。儲(chǔ)層與不匹配的外來(lái)流體作用后，儲(chǔ)層滲透率往往變差，會(huì)不同程度地?fù)p害油氣層，從而導(dǎo)致產(chǎn)能損失或者下降，影響該區(qū)塊低滲儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)。因此，針對(duì)該區(qū)塊的儲(chǔ)層基本特征和敏感性問(wèn)題進(jìn)行研究，為該區(qū)塊的開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)作用。

1 儲(chǔ)層基本特征

1.1 巖石學(xué)特征

根據(jù)鑄體薄片分析,A井區(qū)上石盒子組碎屑巖儲(chǔ)層以中-粗砂為主,部分樣品中礫石含量較高。主要巖石類型為巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖,如圖1所示。石英相對(duì)含量為33.0%～49.0%，平均相對(duì)含量為39.3%。長(zhǎng)石相對(duì)含量為25.0%～32.0%，平均相對(duì)含量為29.3%；其中鉀長(zhǎng)石相對(duì)含量為19.5%，斜長(zhǎng)石相對(duì)含量為9.8%，偶見(jiàn)黃鐵礦和呈團(tuán)塊狀零星分布的菱鐵礦。巖屑相對(duì)含量為30.8%，巖屑組合以變質(zhì)巖和火成巖為主；變質(zhì)巖巖屑主要為石英巖巖屑，其相對(duì)含量為20.5%；火成巖巖屑主要為酸性噴出巖巖屑和花崗巖巖屑，其相對(duì)含量分別為6.5%和3.3%。碎屑總量在薄片中占比為71.3%，填隙物總量占比為20.3%，其余為孔洞。表1為A井區(qū)上石盒子組薄片鑒定碎屑組分平均含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果；砂巖碎屑顆粒呈次棱角狀-次圓狀，顆粒接觸關(guān)系以點(diǎn)-線接觸為主，孔隙式膠結(jié)，偶見(jiàn)石英顆粒次生加大，如圖2所示。

圖1 A井區(qū)上石盒子組砂巖分類圖Fig.1 Sandstone classification map of Upper Shihezi Formation in well A

表1 A井區(qū)上石盒子組薄片鑒定碎屑組分平均含量統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of average content of detrital components identified in thin section of UpperShihezi Formation in well A

圖2 A井區(qū)上石盒子組巖石碎屑薄片鏡下特征Fig.2 Microscopic characteristics of lithoclastic thin sections of Upper Shihezi Formation in well A

A井區(qū)上石盒子組填隙物平均含量為20.3%，以碳酸鹽巖為主。方解石和白云石平均含量分別為10.5%和5.5%；其次是高嶺石，平均含量為9.3%；還有部分泥質(zhì),平均含量為5.3%。表2為A井區(qū)上石盒子組填隙物成分平均含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，巖石填隙物薄片鏡下特征如圖3所示。

表2 A井區(qū)填隙物成分平均含量統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistical table of average content of interstitial materials in well A

1.2 物性特征

A井區(qū)常規(guī)孔滲樣品34塊巖心全部位于上石盒子組；14塊井壁取心中有9塊位于上石盒子組，1塊位于太原組，4塊位于本溪組。

巖心分析表明，上石盒子組巖心儲(chǔ)層孔隙度最大值為11.9%，最小值為3.9%，平均值為9.5%，主要分布區(qū)間為10%～15%，占總數(shù)的50%，屬于低孔儲(chǔ)層；上石盒子組巖心儲(chǔ)層滲透率最大值為1.110×10-3μm2，最小值為0.035×10-3μm2，平均值為0.306×10-3μm2，屬于低滲儲(chǔ)層。儲(chǔ)層孔隙度、滲透率統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 A井區(qū)巖心上石盒子組儲(chǔ)層孔隙度、滲透率統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistical table of reservoir porosity and permeability of Upper Shihezi Formation in core of well A

上石盒子組壁心儲(chǔ)層孔隙度最大值為16.2%，最小值為5.2%，平均值為9.9%，主要分布區(qū)間為5%～10%和10%～15%，占總數(shù)的88.9%，屬于特低-低孔儲(chǔ)層；滲透率最大值為1.910×10-3μm2，最小值為0.021×10-3μm2，平均值為0.549×10-3μm2，主要分布區(qū)間為(0.1～0.5)×10-3μm2，占總數(shù)的44.4%，屬于低滲儲(chǔ)層。儲(chǔ)層孔隙度、滲透率統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

表4 A井區(qū)壁心上石盒子組儲(chǔ)層孔隙度、滲透率統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistical table of reservoir porosity and permeability of Upper Shihezi Formation in side-wall core of well A

綜上，A井區(qū)巖心上石盒子組儲(chǔ)層為低孔低滲儲(chǔ)層，儲(chǔ)層孔隙度、滲透率分布頻率如圖4和圖5所示。

圖4 A井區(qū)巖心上石盒子組儲(chǔ)層孔隙度分布頻率圖Fig.4 Frequency diagram of porosity distribution of Upper Shihezi Formation in core of well A

圖5 A井區(qū)巖心上石盒子組儲(chǔ)層滲透率分布頻率圖Fig.5 Frequency diagram of permeability distribution of Upper Shihezi Formation in core of well A

1.3 孔隙特征

儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能是通過(guò)儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)特征來(lái)描述的，對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行評(píng)價(jià)以及尋找有利儲(chǔ)層都要對(duì)儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究評(píng)價(jià)，好的孔隙結(jié)構(gòu)反映較好的儲(chǔ)層。

1.3.1 孔隙類型

通過(guò)大量的巖心觀察、掃描電鏡以及薄片照片分析等，上石盒子組平均面孔率為8.5%，儲(chǔ)集空間類型以原生粒間孔為主，含少量粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和晶間孔，偶見(jiàn)構(gòu)造縫。表5為A井區(qū)儲(chǔ)集空間類型平均含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其巖石薄片鏡下孔隙特征如圖6所示。原生粒間孔是在成巖作用過(guò)程中殘留下來(lái)的顆粒間的孔隙，當(dāng)壓實(shí)作用較弱，膠結(jié)作用也不很發(fā)育的成巖初期易存在；粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔以及晶間孔等次生孔隙，是巖石在埋藏過(guò)程中，長(zhǎng)石、巖屑和雜基等經(jīng)溶蝕作用、淋濾作用及交代作用等形成的。

表5 A井區(qū)儲(chǔ)集空間類型平均含量統(tǒng)計(jì)Table 5 Average content statistics of reservoir space types in well A

圖6 A井區(qū)上石盒子組巖石薄片鏡下孔隙特征Fig.6 Microscopic characteristics of rock slices of Upper Shihezi Formation in well A

掃描電鏡照片觀察，上石盒子組巖石致密，樣品表面部分黏土化；主要黏土礦物類型為伊利石和針葉片狀綠泥石，產(chǎn)狀為顆粒表面附著式、孔隙充填式；部分長(zhǎng)石溶蝕，形成粒內(nèi)孔隙；偶見(jiàn)自生石英和鈉長(zhǎng)石微晶，如圖7所示。

圖7 A井區(qū)上石盒子組掃描電鏡照片F(xiàn)ig.7 SEM photo of Upper Shihezi Formation in well A

陰極發(fā)光分析的2塊樣品全部來(lái)自于上石盒子組(如圖8所示)，巖石礦物主要為石英、巖屑和長(zhǎng)石，石英呈棕色和深藍(lán)色發(fā)光，鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石呈棕色發(fā)光，巖屑發(fā)光復(fù)雜。填隙物主要見(jiàn)泥質(zhì)和白云石，白云石含量較少，發(fā)橘紅色光，泥質(zhì)不發(fā)光。巖石孔隙發(fā)育中等-差，孔隙類型主要為粒間孔和少量溶蝕粒間孔，孔隙不發(fā)光。

圖8 A井區(qū)上石盒子組陰極發(fā)光分析Fig.8 Cathodoluminescence analysis of Upper Shihezi Formation in well A

1.3.2 孔隙結(jié)構(gòu)

A井區(qū)上石盒子組3個(gè)樣品的毛細(xì)管壓力(壓汞法)測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表6，樣品平均孔隙度為11.39%，平均滲透率為0.526×10-3μm2，表現(xiàn)為中孔-超低滲的物性特征；最大孔喉半徑平均值為2.306 μm，屬于微細(xì)孔喉，特征系數(shù)平均值為0.034，變異系數(shù)平均值為7.980，排驅(qū)壓力平均值為0.339 MPa，最大汞飽和度平均值為94.55%，退汞效率平均值為42.94%。A井區(qū)樣品壓汞曲線及汞飽和度分布頻率如圖9所示，孔喉頻率-滲透率貢獻(xiàn)值如圖10所示。

表6 A井區(qū)毛細(xì)管壓力(壓汞法)測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Table 6 The test data statistical table of capillary pressure (mercury injection method) in well A

圖9 A井區(qū)樣品壓汞曲線及汞飽和度分布頻率圖Fig.9 Mercury injection curve and mercury saturation distribution frequency diagram of samples in well A

圖10 A井區(qū)樣品孔喉頻率-滲透率貢獻(xiàn)值Fig.10 Pore throat frequency-permeability contribution of samples in well A

2 儲(chǔ)層敏感性分析

當(dāng)外部流體進(jìn)入目標(biāo)儲(chǔ)層時(shí)，由于其化學(xué)與物理性質(zhì)與儲(chǔ)層流體不配伍，使得儲(chǔ)層中的礦物及孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而造成儲(chǔ)層傷害，因此需對(duì)儲(chǔ)層敏感性進(jìn)行分析[3-4]。儲(chǔ)層傷害主要有2方面的原因[5-6]：1)儲(chǔ)層中的敏感性礦物遇到外來(lái)流體時(shí)，由于性質(zhì)差異，外來(lái)流體與儲(chǔ)層礦物進(jìn)行反應(yīng)而造成的傷害；2)由于人為施工不當(dāng)破壞了儲(chǔ)層內(nèi)不平衡關(guān)系。因此需要研究目標(biāo)區(qū)塊的儲(chǔ)層敏感性，為油氣田開(kāi)發(fā)中的儲(chǔ)層保護(hù)提供依據(jù)。

A井區(qū)儲(chǔ)層敏感性測(cè)試樣品共一組，位于上石盒子組，敏感性測(cè)試包括速敏、堿敏、水敏、酸敏和鹽敏，實(shí)驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358—2010進(jìn)行，所用流體均為目標(biāo)儲(chǔ)層的模擬地層水。

2.1 速敏分析

速敏是指流體流經(jīng)巖心時(shí)，流速增大后，巖心中附著的顆粒隨之移動(dòng)，使儲(chǔ)層喉道發(fā)生堵塞，造成儲(chǔ)層滲透率下降。不同的流速對(duì)儲(chǔ)層造成的傷害不同，因此速敏傷害程度是根據(jù)不同流速下滲透率與原始滲透率差值同原始滲透率對(duì)比的結(jié)果[7]。

實(shí)驗(yàn)在泵速為0.1 mL/min流速下驅(qū)替(10～15)PV后，按規(guī)定時(shí)間間隔分別測(cè)量壓力、流量、時(shí)間和溫度，待流動(dòng)狀態(tài)趨于穩(wěn)定后，記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算初始滲透率。然后設(shè)置泵速分別為0.25 mL/min,0.50 mL/min，0.75 mL/min,1.00 mL/min,1.50 mL/min,2.00 mL/min,3.00 mL/min,4.00 mL/min,5.00 mL/min和6.00 mL/min的流量下依次測(cè)定，當(dāng)測(cè)出臨界流速后，流量間隔可以加大。對(duì)于一些低滲的致密樣品，當(dāng)流量尚未達(dá)到6.00 mL/min，而壓力梯度已經(jīng)大于2 MPa/cm時(shí)可結(jié)束實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選用上石盒子組地層測(cè)試樣品1塊(樣品編號(hào)3-1)，速敏實(shí)驗(yàn)曲線如圖11所示，樣品速敏測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。

圖11 3-1號(hào)樣品速敏實(shí)驗(yàn)曲線圖Fig.11 Curve map of velocity sensitivity test for No.3-1 sample

表7 3-1號(hào)樣品速敏測(cè)試數(shù)據(jù)表

2.2 水敏分析

儲(chǔ)層的水敏性是當(dāng)外來(lái)流體進(jìn)入儲(chǔ)層時(shí)，由于化學(xué)與物理性質(zhì)的差異，引起儲(chǔ)層自身的黏土礦物發(fā)生水化膨脹，堵塞儲(chǔ)層喉道，降低儲(chǔ)層滲透率而形成傷害[5]。水敏性實(shí)驗(yàn)主要是為了研究目標(biāo)儲(chǔ)層的黏土礦物在外部水環(huán)境中的變化，從而分析其造成的儲(chǔ)層傷害。水敏實(shí)驗(yàn)選用A-X井上石盒子組地層測(cè)試樣品1塊，樣品編號(hào)3-2，井深1 499.71 m，孔隙度為6.6%，氣測(cè)滲透率為0.138×10-3μm2，水敏損害率為78.89%，水敏損害程度強(qiáng)，經(jīng)過(guò)3次測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 3-2號(hào)樣品水敏感性測(cè)試數(shù)據(jù)表Table 8 Test data sheet of water sensitivity for No.3-2 sample

2.3 鹽敏分析

儲(chǔ)層的鹽敏性是當(dāng)外部鹽水進(jìn)入儲(chǔ)層時(shí)，礦化度的差異造成儲(chǔ)層中黏土礦化物等發(fā)生水化膨脹，運(yùn)移后堵塞喉道孔隙，最終會(huì)降低儲(chǔ)層的滲透率[8]。鹽敏性實(shí)驗(yàn)選用上石盒子組地層測(cè)試樣品，樣品編號(hào)3-2，井深1 499.71 m，孔隙度為6.6%，氣測(cè)滲透率為0.138×10-3μm2，在鹽水礦化度分別為3 750 mg/L，7 500 mg/L，15 000 mg/L，22 500 mg/L和30 000 mg/L下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表9。測(cè)試結(jié)果表明，3-2號(hào)樣品臨界鹽度為22 500 mg/L，鹽敏損害率為78.91%，鹽敏損害程度強(qiáng)。

表9 3-2號(hào)樣品鹽敏測(cè)試數(shù)據(jù)表Table 9 Test data sheet of salt sensitivity for No.3-2 sample

2.4 酸敏分析

油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為了提高采收率，會(huì)對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行酸化處理，但是當(dāng)外來(lái)酸液進(jìn)入儲(chǔ)層后，地層中酸敏礦物與其進(jìn)行反應(yīng)，所生成的沉淀會(huì)損害儲(chǔ)層滲透率[9]。造成儲(chǔ)層酸敏傷害主要有2個(gè)原因[10]：一是外來(lái)酸液與礦物反應(yīng)產(chǎn)生沉淀；二是酸敏反應(yīng)所造成的儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)變化。因此在進(jìn)行酸化作業(yè)前需對(duì)儲(chǔ)層的酸敏傷害進(jìn)行分析。

酸敏性實(shí)驗(yàn)方法：巖心樣品使用煤油測(cè)定原始滲透率，隨后注入酸液停留1 h，再用煤油進(jìn)行重復(fù)測(cè)定直至滲透率參數(shù)穩(wěn)定。測(cè)試樣品位于上石盒子組地層。3-3號(hào)樣品酸敏測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表10，測(cè)試結(jié)果表明，3-3號(hào)樣品酸敏損害率為50.74%，酸敏損害程度中等偏強(qiáng)。

表10 3-3號(hào)樣品酸敏測(cè)試數(shù)據(jù)表Table 10 Test data sheet of acid sensitivity for No.3-3 sample

2.5 堿敏分析

堿敏是當(dāng)外部堿性流體進(jìn)入儲(chǔ)層后，儲(chǔ)層中的堿敏礦物或流體與外部流體發(fā)生反應(yīng)，對(duì)儲(chǔ)層滲透率造成傷害[11]。儲(chǔ)層堿敏傷害主要分為2種[12]：一是外部堿液與礦物的反應(yīng)。二是堿液中的氫氧根與儲(chǔ)層中的陽(yáng)離子反應(yīng)，二者均產(chǎn)生沉淀物而造成儲(chǔ)層傷害。

堿敏性實(shí)驗(yàn)采用上石盒子組地層測(cè)試樣品，樣品編號(hào)3-1，井深1 499.65 m，實(shí)驗(yàn)溫度25 ℃，孔隙度為8.9%，氣測(cè)滲透率為0.285×10-3μm2。實(shí)驗(yàn)?zāi)M地層水測(cè)試巖心樣品原始滲透率，再向巖心中注入不同堿度的鹽水，最后用該堿液測(cè)定巖心滲透率。測(cè)試結(jié)果如表11所示，3-1號(hào)樣品堿敏損害率為39.75%，堿敏損害程度中等偏弱。

表11 3-1號(hào)樣品堿敏感性測(cè)試數(shù)據(jù)表Table 11 Test data sheet of alkali sensitivity for No.3-1 sample

3 結(jié)語(yǔ)

該文針對(duì)某煤層氣區(qū)塊A井區(qū)儲(chǔ)層基本特征及敏感性進(jìn)行了分析，主要通過(guò)鑄體薄片分析了該區(qū)塊的巖石學(xué)特征，得出該碎屑巖儲(chǔ)層以中-粗砂為主，部分樣品礫石含量較高，巖石類型以長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖為主。對(duì)該井區(qū)常規(guī)孔滲樣品34塊巖心進(jìn)行了物性特征分析，并通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)儲(chǔ)層敏感性進(jìn)行了研究，得出了速敏、水敏、鹽敏、酸敏和堿敏的分析結(jié)果，對(duì)該區(qū)塊的儲(chǔ)層保護(hù)工作提供了一定思路。該文對(duì)該區(qū)塊的儲(chǔ)層分析仍存在不足，后期應(yīng)加強(qiáng)儲(chǔ)層巖石的粒度及分選情況、掃描電鏡分析及X-衍射全巖分析等試驗(yàn)研究，為研究區(qū)煤層氣的開(kāi)發(fā)提供更為全面的儲(chǔ)層分析結(jié)果及儲(chǔ)層保護(hù)信息。