延長氣區(qū)石盒子組儲層基礎物性特征及壓裂對策研究

張明，謝元，仝方超，王帥，羅立錦，王福成，蒲陽峰，何伊麗，李媛，馬德敏

（1.陜西延長石油（集團）有限責任公司，油氣勘探公司，陜西延安716000；2.陜西省石油化工研究設計院，陜西省石油精細化學品重點實驗室，陜西西安710054）

延長氣區(qū)石盒子組儲層基礎物性特征及壓裂對策研究

張明1，謝元2，仝方超1，王帥1，羅立錦1，王福成1，蒲陽峰1，何伊麗1，李媛1，馬德敏1

（1.陜西延長石油（集團）有限責任公司，油氣勘探公司，陜西延安716000；2.陜西省石油化工研究設計院，陜西省石油精細化學品重點實驗室，陜西西安710054）

儲層物性對于油氣開采具有重要意義，本文通過對延長氣區(qū)石盒子組儲層基礎物性進行研究，為后續(xù)氣井開采提供依據(jù)。研究內(nèi)容主要包括巖石類型，礦物組成，儲層孔隙度、滲透率、儲層敏感性。通過研究發(fā)現(xiàn)石盒子組巖石類型主要為石英砂巖、巖屑砂巖、巖屑石英砂巖；巖石礦物以石英、方解石和黏土礦物為主；黏土礦物主要為伊利石、綠泥石和伊蒙混層礦物；孔隙度主要分布在4.0%～12.0%，平均為7.5%，滲透率主要分布在0.1×10-3μm2～0.5×10-3μm2，平均為0.70×10-3μm2，屬于低孔低滲儲層；儲集層段填隙物主要為黏土礦物（水云母、高嶺石、綠泥石）、硅質(zhì)和碳酸鹽膠結物；速敏為中等偏弱或無速敏，水敏為弱至中等偏弱，鹽敏程度為弱到中等偏弱鹽敏，酸敏為弱酸敏，部分有改善作用，堿敏為弱到中等偏弱堿敏。

石盒子組；儲層物性；敏感性

延長氣區(qū)油儲層具有低孔、低壓、低滲的特點［1-3］，伴隨著越來越多的低滲透油氣藏的發(fā)現(xiàn)，需要對儲層特征有深層次的認識以供開發(fā)先進、成熟、適應、配套的儲層改造技術［4］。由于低滲透油氣藏儲層的特殊性，存在著啟動壓力大，滲流阻力大，且呈非線性流動特征，再加上低滲透儲層非均質(zhì)性強，存在敏感性等難點，導致單井產(chǎn)量低，穩(wěn)產(chǎn)難度大，驅(qū)替效率低，從而大大地增加了低滲透油氣藏的開采難度［5，6］，因此對于儲層基礎物性的研究是提高低滲透油氣田產(chǎn)率技術的關鍵。

石盒子組作為延長氣田主力氣層位，氣藏主要受控于近南北向分布的河道砂體帶及三角洲砂體帶，系典型的巖性圈閉氣藏，氣藏巖性主要為碎屑砂巖，屬于典型的“低孔、低滲、致密”砂巖氣藏［7］。壓裂是現(xiàn)階段低滲透油氣田增產(chǎn)的主要技術手段，但壓裂過程中可能對儲層造成一定的傷害，從而降低油氣產(chǎn)率［8，9］，因此本文針對石盒子組進行了儲層特征研究，通過對儲層進行研究并提出了壓裂對策。研究區(qū)域為西起延436井、延483井一線，東至延787井、南到延259井、北至延505井。

1　石盒子組巖石礦物特征

1.1石盒子組巖石類型

對延長氣區(qū)石盒子組收集到的116塊薄片資料進行統(tǒng)計研究，該研究區(qū)的巖石類型主要為石英砂巖、巖屑砂巖、巖屑石英砂巖（見圖1）。

圖1　延長氣區(qū)石盒子組碎屑成分三角圖

1.2石盒子組巖石礦物組成及分布

X衍射是確定巖石總體礦物組成的重要技術，通過對39口氣井樣品進行測試，實驗結果（見表1）。

表1　延長氣區(qū)石盒子組氣層X衍射全巖分析統(tǒng)計表

由表1可知石盒子組以石英、方解石和黏土礦物為主，其中方解石和菱鐵礦含量均較高，這兩種碳酸鹽礦物的發(fā)育預示著酸敏性會受到較大影響。

由于碳酸鹽礦物的發(fā)育對儲層影響較大，統(tǒng)計研究了碳酸鹽礦物的分布頻率（見圖2）。

石盒子組所有樣品碳酸鹽礦物分布范圍廣，約有21.6%的樣品碳酸鹽礦物總計含量大于10%，主要是方解石、鐵白云石和菱鐵礦的貢獻，其中在中砂巖、粗砂巖和含礫粗砂等巖性較有利的儲層中，鐵白云石和菱鐵礦含量總計能達到11.4%，這些鐵質(zhì)碳酸鹽礦物的發(fā)育指示了石盒子組酸敏改善作用將不會很明顯。

表2　延長氣區(qū)石盒子組黏土礦物分析統(tǒng)計表

圖2　延長氣區(qū)石盒子組儲層碳酸鹽礦物分布頻率圖（含方解石、白云石、鐵白云石、菱鐵礦）

對于黏土礦物，其類型多樣，實驗數(shù)據(jù)（見表2），由表2數(shù)據(jù)可知，石盒子組主要為伊利石、綠泥石和伊蒙混層礦物，其中伊利石最多，平均達到48.27%，其次是綠泥石，是典型的酸敏性礦物。伊蒙混層礦物作為典型的水敏性礦物含量也較高，通過對伊蒙混層礦物含量進行統(tǒng)計（見圖3），含量超過20%的樣品達到42%，由此會造成不同程度的水敏性，在水力壓裂中需要在壓裂中添加防膨劑等助劑。

圖3　延長氣區(qū)石盒子組伊蒙混層礦物分布頻率圖

1.3石盒子組儲層填隙物研究

通過對石盒子組主要儲集層段薄片鑒定結果顯示填隙物主要為黏土礦物（水云母、高嶺石、綠泥石）、硅質(zhì)和碳酸鹽膠結物，該組儲層中填隙物較發(fā)育，百分比介于7.5%～29.5%，實驗結果（見表3）。

由表3實驗數(shù)據(jù)可以看出，該組黏土礦物含量較高，主要組成為高嶺石、綠泥石、伊利石。其中呈碎屑外形的高嶺石是堿性長石與火山碎屑的蝕變產(chǎn)物，呈雜基形態(tài)的高嶺石是由火山灰蝕變而成。對于綠泥石，以薄膜形態(tài)存在的是沉積期后盆內(nèi)自生產(chǎn)物，以雜基形態(tài)存在的是火山物質(zhì)的蝕變產(chǎn)物。伊利石除了部分為凝灰質(zhì)的蝕變產(chǎn)物和微量自生成因外，大部分來自物源區(qū)，是真正意義上的黏土雜基。

1.3 生化指標的測定 喂養(yǎng)8周時，在代謝籠中收集大鼠尿液，測定尿微量白蛋白(MAU)及肌酐(Cr)。尿MAU及Cr測定采用相應大鼠ELISA試劑盒(美國GTX公司)，計算兩者比值(ACR)。

硅質(zhì)膠結是該地區(qū)儲集層段普遍存在的膠結物，平均含量為2.19%，其形態(tài)和產(chǎn)狀多樣，有孔隙式充填、環(huán)邊加大等。由于硅質(zhì)膠結物難以溶解，導致產(chǎn)生次生孔隙困難，會對儲層物性造成較大影響。

碳酸鹽類膠結物主要有方解石、鐵方解石、鐵白云石、菱鐵礦，單井最大含量在15.67%～44.95%。方解石在各層段都有分布，白云石和菱鐵礦膠結物分布較低。

表3　延長氣區(qū)石盒子組主要儲層段砂巖填隙物成分表

表4　延氣2-延128井區(qū)石盒子組儲層常規(guī)物性分析表

2　石盒子組孔隙度及滲透率研究

儲層物性對于油氣開采較為重要，通過對儲層特征的研究可以初步判斷儲層油氣的滲流特性，因此對儲層常規(guī)物性進行了研究，實驗結果（見表4、圖4）。

從研究結果可知石盒子組儲層孔隙度主要分布區(qū)間為4.0%～12.0%，這一區(qū)段占樣品數(shù)的76.99%，孔隙度平均值7.5%，孔隙度大于12%的樣品分布頻率為10.16%。滲透率主要分布在0.1×10-3μm2～0.5×10-3μm2，該分布區(qū)段的樣品數(shù)可占45.31%，平均0.70×10-3μm2，大于0.5×10-3μm2的樣品分布頻率占到18.27%，因此石盒子組儲層具有低孔、低滲的特點不利于油氣田開采。

圖4　延長氣區(qū)石盒子組孔隙度、滲透率分布頻率圖

3　石盒子組儲層敏感性評價

儲層敏感性是指各種外在因素對儲層傷害的敏感性程度，一般包括速敏、水敏、鹽敏、酸敏和堿敏五種。3.1流速敏感性評價

流速敏感性是指液體在流速剪切力的作用下，使巖樣孔隙中的微粒移動，可能造成孔隙堵塞、喉道，造成儲層滲透率下降程度。實驗選擇了5口井樣品進行了測試，實驗結果（見表5）。

表5　石盒子組速敏實驗數(shù)據(jù)

由表5數(shù)據(jù)可以看出儲層速敏程度為中等偏弱或無速敏，其中中等速敏主要與儲層內(nèi)絲發(fā)狀伊利石、碎屑云母、長石蝕變的高嶺石及形成的云母易產(chǎn)生微粒相關，同時由于石盒子組選取的樣品多為粗砂巖，膠結疏松，速敏多偏弱，個別物性較好的粗粒石英砂巖，孔喉較大，或受裂縫影響，無速敏，因此針對中等速敏的層段在壓裂過程中需要注意流速的控制。

3.2水敏性評價

水敏主要指黏土礦物的水化、膨脹和分散，導致微粒的釋放，儲層滲透率下降的現(xiàn)象。實驗中選擇了4口井進行了測定，實驗數(shù)據(jù)（見表6）。

表6　延長氣區(qū)石盒子組水敏實驗數(shù)據(jù)

由表6實驗結果可知，石盒子組弱至中等偏弱水敏，由前面研究可知石盒子組砂巖儲層具有一定的黏土礦物含量，其中伊蒙混層礦物含量高，蒙脫石易吸水膨脹，高嶺石易發(fā)生鈉離子置換以及蝕變，易碎微粒的疊加效應，導致儲層在與外來流體接觸時易發(fā)生水敏現(xiàn)象，造成儲層滲透率下降，影響儲層物性，另一方面延長氣區(qū)儲層多屬低滲、特低滲儲層，即使?jié)B透率降低幅度比較小，往往都會使儲層失去開發(fā)價值，因此對于水敏性應引起重視，可以在壓裂過程中加入助劑以降低對儲層的傷害。

3.3鹽度敏感性評價

鹽敏指不同于地層水礦化度的流體進入儲層時，引起黏土礦物的物理和化學變化，造成孔喉堵塞、滲透率下降的現(xiàn)象。實驗中選擇了6口井對儲層鹽敏性進行了研究，實驗數(shù)據(jù)（見表7）。

由表7實驗結果可知，注入不同濃度的地層水后，巖心滲透率減小幅度不等，結果表明石盒子組鹽敏程度為弱至中等偏弱鹽敏，因此在油氣開采中需要注意對水質(zhì)礦化度的控制以及其他助劑的添加。

3.4酸敏性評價

酸敏性指酸化液進入儲層后產(chǎn)生凝膠、沉淀或釋放出微粒，使地層滲透率下降的現(xiàn)象。通過對3口井進行15%的鹽酸試驗得出數(shù)據(jù)（見表8）。

從表8中數(shù)據(jù)可以看出石盒子組屬于弱酸敏，部分屬于改善性酸敏，分析認為：石盒子組含有大量的綠泥石，還有菱鐵礦、鐵方解石、鐵白云石、硫鐵礦等，鹽酸與這些含鐵礦物發(fā)生反應后在擴大孔喉的同時，會有新的沉淀物再次沉淀，由于研究區(qū)巖樣普遍較致密，酸化后有所增大的孔喉又再次被沉淀物堵塞喉道，由此造成了儲層傷害。當含鐵碳酸鹽礦物較少，或物性較好、孔喉較大，裂縫較發(fā)育，酸液就會對滲透率有改善作用，形成石盒子組內(nèi)改善性酸敏。依據(jù)酸敏分析結果，要分層選擇壓裂方式，分層段壓裂的方式更有利于造縫增產(chǎn)。

3.5堿敏性評價

堿敏性指外來流體中的碳酸根離子與儲集巖或地層水中的鈣、鎂等離子發(fā)生化學反應，形成沉淀堵塞孔喉，是儲層滲透率下降的現(xiàn)象，對研究區(qū)3口井樣進行堿敏分析，分析結果（見表9）。

表7　延長氣區(qū)石盒子組鹽敏實驗數(shù)據(jù)

表8　延長氣區(qū)石盒子組酸敏實驗數(shù)據(jù)

表9　延長氣區(qū)石盒子組堿敏實驗數(shù)據(jù)

由表9實驗結果可知，石盒子組樣品的堿敏指數(shù)分布在12%～90%，對于堿敏較高樣品這是由于伊蒙混層等黏土礦物陽離子置換形成的含鈉黏土，伊利石、高嶺石、綠泥石、長石等礦物與堿性工作液發(fā)生了化學反應，物性較差時就會形成弱至強堿敏，因此石盒子組部分層段在開采過程中需要注意堿液注入對儲層的傷害。

4　石盒子組壓裂對策

針對石盒子組目前使用的羥丙基胍膠壓裂液體系，其胍膠濃度介于0.45%～0.55%，并結合儲層特征研究結果提出如下壓裂對策：

（1）石盒子組屬于低孔低滲儲層，因此應采用稠化劑濃度、殘渣較低的體系，并強化破膠效果，使壓裂液破膠時間與施工時間一致，一方面保證液體的造縫能力，另一方面快速破膠、返排，減少壓裂液體系對儲層傷害。

（2）石盒子組儲層巖石礦物存在水敏、酸敏，儲層存在一定的水敏、鹽敏、酸敏、堿敏，需要通過添加合適的助劑降低對儲層傷害，如添加合適的防膨劑、黏土穩(wěn)定劑；此外由于該組存在速敏，因此在壓裂過程中應控制排量及壓力減少因速度問題造成的儲層傷害問題。

（3）石盒子組儲層致密，可以通過工藝、助劑的改善提高壓裂液返排率，降低氣層水鎖，如液氮助排技術、強制閉合快速返排、加入起泡劑、助排劑等助劑，使得返排液能高效的排出地層。

5　總結

（1）石盒子組巖石類型主要為石英砂巖、巖屑石英砂巖、巖屑砂巖。該組巖石礦物組成以石英、方解石和黏土礦物為主，其中方解石和菱鐵礦含量均較高，酸敏性會受到較大影響，黏土礦物主要為伊利石、綠泥石和伊蒙混層礦物，存在酸敏性及水敏性。

（2）石盒子組主要儲集層段薄片鑒定結果顯示填隙物主要為黏土礦物（水云母、高嶺石、綠泥石）、硅質(zhì)和碳酸鹽膠結物。

（3）石盒子組孔隙度主要分布在4.0%～12.0%，平均7.5%，滲透率主要分布在0.1×10-3μm2～0.5×10-3μm2，平均0.70×10-3μm2，屬于低孔低滲儲層。

（4）石盒子組速敏為中等偏弱或無速敏，弱至中等偏弱水敏，鹽敏程度為弱到中等偏弱鹽敏，酸敏為弱酸敏，部分有改善作用，堿敏為弱到中等偏弱堿敏。

（5）石盒子組壓裂需采用低殘渣、低傷害壓裂液體系，同時需加入助劑預防儲層傷害，輔助工藝技術增加返排效率。

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The physical characteristics research of Shihezi reservoir of Yanchang gasfield and the fracturing countermeasures

ZHANG Ming1，XIE Yuan2，TONG Fangchao1，WANG Shuai1，LUO Lijin1，WANG Fucheng1，PU Yangfeng1，HE Yili1，LI Yuan1，MA Demin1
（1.Shanxi Yanchang Petroleum（Group）Co.，Ltd.，Oil and Gas Exploration Company，Yan'an Shanxi 716000，China；2.Shanxi Research Design Institute of Petroleum and Chemical Industry，Shanxi Key Laboratory of Fine Petroleum Chemicals，Xi'an Shanxi 710054，China）

The reservoir property is of great significance for oil and gas exploitation，this article through to study the basis reservoir physical property of the Shihezi reservoir of Yanchang to provide the basis information for subsequent gas well exploit.The research content mainly includes the rock types，mineral composition，reservoir porosity，permeability，reservoir sensitivity.The results show that Shihezi reservoir rock types are mainly of quartz sandstone，lithic quartz sandstone and lithic sandstone，mineral rock is given priority to withquartz，calcite and clay minerals，clay minerals are mainly include of illite，chlorite and the Illite Smectite（IS），the porosity is mainly distributed in 4.0%to 12.0%and the average is 7.5%，the permeability is mainly distributed in 0.1×10-3μm2to 0.5×10-3μm2with an average of 0.70×10-3μm2，the result shows the reservoir belongs to low porosity low permeability reservoir.The interstitial material of reservoir section are mainly include of silicious，carbonate cements and clay mineral mica that included hydromica，kaolinite and chlorite.The velocity sensitive degree belong to medium weak or no velocity sensitivity harm，the water sensitivity degree belong to weak to medium weak harm，the salt sensitivity degree belong to weak to medium weak harm，the acid sensitivity belong to weak harm and some are good for the reservoir，the alkali sensitivity belong to weak to medium weak harm.

Shihezi formation；reservoir property；sensitivity

TE122.23

A

1673-5285（2016）10-0093-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.10.022

2016－08-30

陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計劃項目，項目編號：2015KTCL01-02；陜西省延長石油（集團）油氣勘探公司科研項目，項目編號：KT1615SFW0002。

張明，男（1984-），工程師，本科，主要從事油氣田勘探開發(fā)及增產(chǎn)技術研究工作，郵箱：365509887@qq.com。