鄂爾多斯盆地東部上古生界儲層敏感性實驗研究

石小虎 ，安文宏 ，王少飛 ，孫素芳

（1.中國石油長慶油田分公司勘探開發研究院，陜西西安 710021；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安 710021）

研究區位于鄂爾多斯盆地中央古隆起東側的伊陜斜坡上，范圍西起榆林，東至佳縣-吳堡地區，北抵大堡當，南達子長-清澗地區，面積約30 000 km2。儲層巖性以灰色巖屑砂巖為主，巖石成分成熟度變化大，結構成熟度較高，儲層平均滲透率0.184 mD，平均孔隙度6.10%，為典型的低孔低滲儲層。儲層孔隙類型以石英加大后的殘余粒間孔和纖維狀綠泥石環邊膠結后的原生粒間孔隙為主，微裂縫較發育，喉道類型以片狀或彎曲的片狀喉道為主,最大孔喉半徑在0.404～6.14之間，平均1.67，中值孔喉半徑平均0.267，孔喉較細小。地層水為高礦化度的氯化鈣水型，平均總礦化度為178.8 mg/L。

1 儲層敏感性實驗分析

1.1 應力敏感性

應力敏感是指巖石滲透率隨有效應力（或稱凈圍壓）的增加而下降的現象，應力敏感有雙重意義:常規條件下儲層物性與原地條件下物性測定值之間的差異；井下條件物性隨有效應力變化而變化的特性[1]，有效應力的增加導致滲透率下降有兩種方式:（1）巖石表面細小顆粒脫落堵塞孔隙；（2）壓縮孔隙喉道及裂縫而使儲層滲透率降低。

本次實驗分析了14個樣品，實驗數據顯示當有效應力從2 MPa增加至40 MPa時，儲層滲透率損害率在82.6%～97.9%，平均為91.37%，儲層應力敏感性強。

該區致密砂巖儲層以片狀喉道為主，喉道細小，喉道間接觸面積寬而易于接觸，且微裂縫較發育，故其應力敏感性較強，而巖石骨架顆粒在有效應力增加的情況下，在有效彈性范圍內亦有變小的趨勢，導致巖石滲透率下降，研究層段應力敏感性強弱與石英顆粒含量高低呈明顯的負相關關系（見圖1），石英顆粒含量越高，儲層抗壓作用越強，應力敏感性就越弱，此外，從粘土礦物微結構方面分析表明:掃描電鏡下自然斷面上可觀察到的形態精致的粘土，巖石斷面斷開處恰是粘土斷口接觸點，伊利石絲縷狀網狀結構并不能充分抵抗應力的增加，可能會彎曲變形甚至斷折，導致應力敏感性增加[2]。

1.2 水鎖效應

當儲層中存在兩種不相混流體時，一種流體對另一種流體的滲流能力的影響，使其滲流能力降低，當這種流體是水時，稱這種現象叫水鎖。

在上古生界氣層中，天然氣與水對巖石表面的潤濕性差異很大，若巖石中石英含量較高，儲層的親水性增強。由于潤濕性差異引起了毛管力的不同作用，水作為潤濕相極易占據小孔道以及分布在大孔道的顆粒周界附近，而作為非潤濕相的氣體只能占據大孔道的中間部分，水作為不連續相，分散狀存在于氣層中；加之上古氣層孔徑小，喉道窄，非均質性強，當氣體通過被水占據的孔喉時，毛細管力成為阻力，降低了氣體的滲流能力。

據28個樣品實驗結果，儲層水鎖效應滲透率傷害率最大為88.517%，最小為80.981%，平均值83.611%，儲層水鎖效應強。

1.2.1 水鎖傷害程度與巖性關系 水鎖與巖性有關，喉道細，泥質含量高的儲層，水鎖傷害也越大（見圖2、圖3）。

1.2.2 水鎖傷害程度與滲透率、孔隙度關系 水鎖的傷害程度與滲透率，呈負相關，相關系數為0.638 1，滲透率越大，傷害程度越小（見圖4）。

1.2.3 儲層原始含水飽和度與水鎖的關系 圖5為儲層原始含水飽和度與水鎖傷害程度關系曲線。儲層原始含水飽和度與水鎖傷害程度呈負相關，相關系數為0.715 8。含水飽和度越高，水鎖傷害程度越小。

1.3 速度敏感性

儲層的速敏性是指外來流體流速過高，使那些非膠結或膠結不好的地層微粒運移沉積，堵塞儲層的孔喉通道，研究儲層的速敏性的目的在于了解儲層的臨界流速及儲層中流體流動速度的變化與滲透率的關系，找出儲層發生速敏的臨界流速，并評價速敏程度。

本次實驗選取25個樣品儲層速敏滲透率傷害率為37.32%～67.46%，平均49.44%，臨界流速為1.14～12.68 m/d，平均6.83 m/d，為中度敏感性。

速敏程度與儲層物性的相關性呈現為，滲透率、孔隙度越小，孔隙結構越差，速敏程度越高（見圖6、圖7），這是因為儲層孔徑小，喉道窄，地層中的微粒運移就越容易堵塞。從液體滲透率恢復程度看，滲透率恢復程度都比較低，一旦發生微粒運移，這些微粒在原有的流體速度下很難被排出。速敏的臨界流速與孔隙度、滲透率有一定的關系，臨界流速與滲透率的相關性較好，呈正相關，相關系數為0.826 1（見圖8），與孔隙度的相關性不好，相關系數為0.639 0（見圖9），但為上升趨勢，意即氣測滲透率、孔隙度越大，速敏的臨界流速就越大。

速敏也受巖石組構的控制，通常儲層泥質總量增加，或伊利石類粘土增高，速敏傷害率越高（見圖10）。另外，孔隙結構中喉道半徑對速敏也有影響（見圖11），小喉道易被遷移的微粒堵塞。

1.4 水敏感性

儲層中的粘土礦物在接觸低鹽度流體時可能產生水化膨脹，從而降低儲層的滲透率。儲層的水敏性是指當與儲層不配伍的外來流體進入儲層后引起粘土膨脹、分散運移，從而導致滲透率下降的現象，實驗的目的就是要了解這一膨脹、分散、運移的過程，評價水敏程度。水敏程度和孔隙度、滲透率有一定的關系，總趨勢是隨滲透率、孔隙度的增大，水敏指數減小，傷害程度減弱。本次實驗中當流體礦化度從地層水降低到淡水時，24個樣品儲層水敏滲透率傷害最大63.38%，最小21.18%，平均為35.4%，總體表現為中-弱敏感性。

分析表明喉道細、泥質多、伊利石、伊/蒙混層高的儲層水敏傷害大，多硅質膠結的儲層水敏弱（見圖12）,中值半徑越小，水敏傷害越大（見圖13）。

1.5 鹽敏性

鹽敏實驗可認為是水敏的另一種做法，當地層水鹽度急劇變化時，粘土礦物表面與地層流體中的離子平衡迅速破壞，粘土層立即分離，結構的穩定性減弱，在流體流動狀態下，引起滲透率傷害，這種傷害叫“鹽度沖擊”傷害。其實驗的目的是了解儲層在地層水礦化度不斷下降時，液體滲透率的變化過程，從而找出滲透率明顯下降的臨界礦化度。

上古生界產氣層為盒8、山2、太原組，經鹽敏實驗，這三個層的鹽敏都不強，屬于弱鹽敏（見表1），其臨界鹽度盒8為無，太原組大于25 000 mg/L，山2層較高，大于50 000 mg/L，圖14為上古生界氣層鹽敏典型曲線，從曲線上看，隨著地層水礦化度的降低，滲透率下降幅度小，很平緩。這主要是因為所選的樣品氣體滲透率對于上古氣層來說都比較大，盒8平均為1.126×10-3μm2，太原組為 6.901×10-3μm2，山 2 層的滲透率較小為 0.706×10-3μm2。

如前所述，水敏程度與滲透率成反比，滲透率越大其傷害程度越小，其次，鹽敏實驗是逐漸降低地層水礦化度，是按照鹽度減半的規則降低鹽度的，這樣就避免了“鹽度沖擊”造成滲透率下降，反映出滲透率下降緩慢，鹽敏較弱。

1.6 酸敏實驗

儲層的酸敏性是指酸液進入儲層后與儲層中酸敏性礦物作用產生凝膠，沉淀式釋放微粒，致使儲層滲透率下降的現象。導致儲層酸敏傷害的形式主要有兩種，一是產生化學沉淀式凝膠，二是破壞巖石的原有結構產生微粒，加劇速敏性。

表1 鹽敏實驗分析表

表2 酸敏實驗分析表

實驗結果（見表2），盒8、山2、太原層的酸敏實驗，采用15%HCl作為注入酸液，其中盒8、山2的酸敏性比較弱，酸敏指數為0.16、0.09，屬于弱酸敏，而太原組的酸敏較強，酸敏指數為0.45，屬中等酸敏。從圖15注酸前后地層水滲透率變化圖，可見注酸后滲透率明顯降低，其中盒8、山2層滲透率分別下降4%和2%，而太原組滲透率下降了11%。注酸后滲透率傷害程度（見圖16）。

本次實驗另外選了研究區4套樣品做了土酸敏感性實驗，土酸濃度分別為3%HF+12%HCl、6%HF+3%HCl，從實驗結果（見表2）看，當土酸濃度為3%HF+12%HCl時，酸敏性較強，酸敏指數為0.62，屬于中等偏強酸敏，當土酸濃度為6%HF+3%HCl時，酸敏性較弱，酸敏指數為0.09，屬于弱酸敏。

1.7 堿敏實驗

儲層的堿敏性是指堿性工作液進入儲層后，與儲層巖石或儲層液體接觸，發生各種化學反應，產生化學沉淀或新生礦物，造成地層結垢，使儲層的滲流能力下降的現象。其實驗的目的是了解儲層在堿液的pH值為多少時產生的傷害較大，找出儲層臨界pH值，為氣層作業液的選擇提供依據。主要研究堿液與儲層巖石的反應，堿-巖反應的主要傷害是產生各種垢、硅質沉淀[3]，溶解地層中的膠結物，破壞結構。

實驗所選的堿液為NaOH，將其配置成pH為8～9和14兩種堿液，分別注入同一塊巖芯。所選的樣品是幾個主要產氣層，沒有對所有上古生界氣層進行實驗，實驗結果（見表3）。

從實驗結果看，盒8、山2、太2層都存在著堿敏，盒8層當注入弱堿（pH8～9）時，堿液與儲層的巖石發生反應，滲透率傷害了38.46%，強堿（pH14）注入后，滲透率也有所下降，但下降幅度不大，滲透率傷害只增加了8%，為48.15%，而山2、太2層當注入弱堿時，滲透率傷害不大，分別為1.31%、10.82%，當強堿注入后，堿液與儲層巖石反應劇烈，滲透率傷害了41.05%和76.61%。滲透率隨堿液pH變化曲線（見圖17），注堿后滲透率傷害直方圖（見圖18），從這兩幅圖看，注不同堿后，滲透率都有所下降，但下降幅度不同，傷害程度也不同，盒8層注弱堿后堿敏指數為0.38，屬于中等偏弱，注強堿后堿敏指數為0.46，屬中等堿敏；山2層注弱堿后，堿敏指數為0.01，屬無堿敏，注入強堿后，堿敏指數為0.41，屬中等偏弱；太2層注弱堿后，堿敏指數為0.11，屬弱堿敏，注入強堿后，堿敏指數為0.77，屬于強堿敏。

表3 堿敏實驗分析表

2 結論

（1）研究區低滲、致密型碎屑巖儲層，具有中高速敏，中-弱水敏、弱酸敏、弱堿敏、弱鹽敏等敏感性特征。

（2）應力敏感性是儲層傷害的主要形式之一，應力敏感性與喉道類型、微裂縫是否發育、粘土礦物微結構的穩定性緊密相關,它與巖石致密程度正相關，與石英顆粒含量負相關。

（3）水鎖效應是儲層傷害的另一種主要形式毛細管力和巖石潤濕性是水鎖效應強弱的主要控制因素致密儲層水鎖效應會長期存在,且嚴重傷害儲層滲透性。對儲層滲透性傷害最大的是水鎖，細喉道、泥質高、物性偏低的儲層則水鎖傷害較嚴重。

［1］尹昕.大牛地氣田砂巖儲層敏感性實驗研究［J］.天然氣工業，2005，25（8）：31-34.

［2］王尤富，李貴峰.平湖油田儲層敏感性實驗研究［J］.石油天然氣學報，2009，31（3）：103-105.

［3］李召成，馬玉新.A油田三疊系儲層敏感性研究［J］.油氣井測試，2001，10（6）：53-55.