烏石凹陷X 油田流沙港組三段儲層敏感性分析

郇金來，楊 麗，代百祥，甘永年，王 玉

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

儲層一直都是油氣田勘探、開發的核心內容，對儲層傷害與保護的研究同樣也越來越受學者們重視。通過對儲層敏感性的深入研究，逐步地認識到儲層敏感性不僅與黏土礦物類型和含量有很大的關系[1-6]，同時也與儲層自身的性質密切相關[7-13]。烏石凹陷X 油田位于南海北部灣盆地烏石凹陷東部，該構造被北東-南西向展布的斷層切割成南、中、北三個斷塊，形成半背斜或斷鼻圈閉，斷層系統較為復雜，各個斷塊內部由不同的小斷塊組成，是一個被斷層復雜化的復合型構造圈閉（圖1）。主力油組流沙港組三段（以下簡稱流三段）儲層相對復雜，為砂礫巖儲層，巖心疏松，泥質含量較高，產能低。研究區儲層的小柱塞巖樣代表性相對較差，所以采用全直徑巖心進行巖石敏感性評價實驗。通過薄片鑒定、黏土礦物X 衍射、掃描電鏡、高壓壓汞等實驗手段，在明確儲層主要傷害類型及程度的基礎上，探討導致儲層強敏感性的內在因素，為后期油田勘探、開發過程中的儲層保護和儲層改造提供依據。

圖1 烏石凹陷構造位置

1 儲層特征

1.1 巖石學特征

根據24.85 m 巖心、151 顆井壁取心的資料和掃描電鏡資料統計，烏石凹陷X 油田流三段巖石類型主要為巖屑砂巖。陸源碎屑組分以巖屑為主，含量為12.0%～70.0%，平均為40.0%；次為石英，含量為5.0%～61.0%，平均為29.5%；長石含量為0～18.0%，平均為5.3%。總體成分成熟度低-極低；膠結物含量為0～14.0%，平均為3.6%，膠結物以鐵方解石為主，此外還有菱鐵礦、白云石、鐵白云石等碳酸鹽膠結物及黏土礦物膠結。

自生黏土礦物在研究區目的層段發育廣泛，包括伊利石、伊蒙混層、高嶺石和綠泥石。根據黏土礦物X衍射資料，流三段黏土礦物含量為4.0%～32.0%，平均為10.2%，以伊利石為主（平均為52.8%），次為高嶺石（平均為20.9%）和伊蒙混層（平均為18.9%），綠泥石含量最少（平均為7.4%）。通過掃描電鏡可觀察到研究區伊利石一般以片狀、絲縷狀充填孔隙和膠結碎屑顆粒（圖2a），高嶺石多呈蠕蟲狀或鱗片狀充填孔隙（圖2b），而伊蒙混層常呈片絲狀產于顆粒表面（圖2b），綠泥石多呈葉片狀、針葉狀充填孔隙（圖2c）。由于黏土礦物顆粒微小、比表面大、化學活潑性強，因此，黏土礦物是引起儲層敏感性的主要因素之一。

1.2 孔隙結構特征與物性特征

烏石凹陷X 油田流三段儲層溶蝕作用強烈，次生孔隙較為發育，其中以長石溶孔和鑄模孔為主，此外還發育高嶺石晶間孔、雜基微孔等。平均孔徑為98.40～285.70 μm，為大孔徑。喉道類型主要為頸型、片狀、管束狀（圖3），總體連通性較差，孔隙發育的地方連通性尚可。排驅壓力為0.052～2.569 MPa，中值壓力為0.631～11.671 MPa，根據毛管壓力曲線解釋出的最大孔喉半徑為0.50～14.09 μm，孔喉半徑平均值為0.18～2.91 μm，喉道為細喉-微喉，毛管壓力曲線平臺段不明顯，孔喉分選較差（圖4）。孔隙結構總體孔徑較大、喉道較細。

根據62 塊樣品的巖心常規物性分析結果，研究區流三段砂礫巖儲層孔滲相關性較差，相關系數僅為0.35。孔隙度為14.5%～20.4%，平均為19.4%；滲透率為0.2×10-3～1 772.3×10-3μm2，平均為170.7×10-3μm2，整體為中孔中滲儲層。

圖2 黏土礦物掃描電鏡照片

2 巖石敏感性實驗分析

根據石油天然氣行業標準SY/T5358-2010《儲層敏感性流動實驗評價方法》，本次選取WS-A2 井6 個全直徑巖心樣品對研究區流三段儲層巖石進行水敏性、速敏性、酸敏性以及堿敏性實驗，并分析儲層敏感性規律以及敏感性傷害機理。

圖3 喉道類型薄片圖像

圖4 儲層巖石毛管壓力曲線

2.1 水敏性

儲層水敏性是指當與地層不配伍的外來流體進入地層后引起黏土礦物膨脹、分散、運移，從而導致滲透率不同程度降低的現象。水敏性評價的目的是了解黏土礦物這一變化過程，及最終導致儲層滲透率下降的程度。

實驗以氯化鉀溶液、模擬地層水和蒸餾水作為流動介質，完成了單相鹽水條件下的水敏實驗評價，實驗評價結果見表1、具體實驗曲線見圖5。實驗結果表明，三塊巖心的滲透率對鹽水礦化度變化較敏感，水敏指數為66.60%～92.96%，其中，砂礫巖儲層水敏程度極強，細砂巖儲層水敏程度中等偏強。

大部分黏土礦物都具有不同程度的膨脹性，其中蒙脫石的膨脹性大于伊蒙混層和綠蒙混層，伊利石和綠泥石膨脹性很弱，高嶺石無膨脹性[14-15]。研究區儲層水敏性強的主要原因是儲層中伊蒙混層、伊利石含量較高所致。

表1 水敏性實驗結果

圖5 水敏性實驗曲線

2.2 速敏性

儲層的速敏性指流體在儲層中流動時，流動速度的變化引起地層微粒運移、堵塞孔隙喉道，造成儲層滲透率變化的現象。速敏性評價的目的是確定儲層臨界流速，避免顆粒運移造成地層傷害，在有助于保護油氣層的前提下確定合理的注采速度。

分別進行單相鹽水和單相中性油（煤油）作為流動介質的速敏實驗，測定每個速度段的滲透率，具體實驗曲線見圖6、實驗評價結果見表2。實驗結果表明，砂礫巖儲層在單相鹽水和單相中性油中，滲透率均隨流速增加呈下降趨勢；其中在單相鹽水中表現為中等速敏性，臨界流速為0.965 m/d；在單相中性油中表現為弱速敏性，無臨界流速；細砂巖儲層隨流速增加，其滲透率也隨之增加，無速敏性。

圖6 速敏性實驗曲線

掃描電鏡下可見流三段儲層中伊利石多呈片狀、絲縷狀，其中，絲狀伊利石為自生礦物，在孔隙中呈搭橋式生長，使孔隙變成微孔隙。與此同時，絲狀伊利石具有很大的比表面積，對水的強烈吸附性，使巖石表現出很高的束縛水飽和度，其極易被流體打碎并遷移至喉道處形成堵塞；而鱗片狀伊利石主要是陸源碎屑搬運而來，黏附在顆粒表面，減少孔隙的有效半徑，也可在喉道處形成堵塞，但損害程度比絲狀伊利石低。高嶺石集合體對骨架顆粒的附著力很差，且各晶片間結合力不強，在高速流體作用下，集合體易被打成碎片，碎片隨流體移動并堵塞孔隙喉道，因此，高嶺石是最易導致儲層強速敏損害的黏土礦物。

表2 速敏性實驗結果

顆粒運移對流體流動的影響與巖石的孔隙結構密切相關，喉道是兩個顆粒間連通的狹窄部分，最易受到顆粒運移的影響。若喉道半徑大于微粒半徑，微粒將被流體沖刷出來而形成“出砂”，隨著喉道半徑的增大，滲透率也逐漸升高。若喉道半徑小于微粒半徑，微粒會在喉道處堆積，造成孔隙堵塞和地層滲透率下降。X 油田流三段為中孔中滲儲層，次生孔隙發育，其貢獻率達65.1%，但次生孔以長石粒內溶孔和鑄模孔為主。此類孔隙連通性較差，雖然增大了孔隙，但喉道未得到明顯改善，屬大孔隙、細微喉，喉道多為頸型、片狀、管束狀，且巖石結構疏松，生產中應注意固相顆粒堵塞造成的潛在敏感性。

2.3 酸敏性

酸敏性是指酸液與儲層中的礦物或流體發生反應，產生沉淀或釋放出微粒，導致滲透率下降的現象。酸敏性評價的目的是了解準備用于酸化的酸液是否會對地層產生損害及損害的程度，以便優選酸液配方，尋求更為有效的酸化處理方法，其本質是研究酸液與油氣層的配伍性，為油氣層基質酸化和酸化解堵設計提供依據。配置質量分數為15%的鹽酸（HCl），注入酸液為巖心的1 倍孔隙體積，依次測定其酸化前后與地層水相同礦化度的氯化鉀鹽水的滲透率，具體實驗曲線見圖7、實驗結果見表3。實驗結果表明，儲層對鹽酸表現為中等偏弱酸敏性。

圖7 酸敏性實驗曲線

表3 酸敏性實驗結果

碳酸鹽膠結物受鹽酸作用后礦物溶解，產生新礦物再沉淀或微粒運移堵塞孔隙喉道。其中鐵方解石、鐵白云石、菱鐵礦與HCl 反應產生Fe（OH）3沉淀或形成非晶質SO2凝膠體堵塞孔隙，或酸蝕釋放微粒，微粒運移而堵塞孔隙喉道，是引起儲層酸敏損害的主要原因。另外，綠泥石與鹽酸接觸亦會溶解形成氫氧化鐵膠體沉淀而堵塞喉道，但因其在研究區流三段含量較少，所以潛在的酸敏性不強。

2.4 堿敏性

堿敏性是指堿性流體與儲層礦物或地層流體發生反應，釋放顆粒或產生沉淀，導致巖石滲透率下降的現象。堿敏評價的目的是找出堿敏發生的條件，主要是臨界pH 值，以及由堿敏引起的油氣層損害程度，為各類工作液的設計提供依據。

通過注入不同pH 值的鹽水并測定其滲透率，根據滲透率的變化來評價堿敏損害的程度，找出堿敏損害發生的條件，具體實驗曲線見圖8、實驗評價結果見表4。實驗表明，細砂巖儲層和砂礫巖儲層均表現為弱堿敏性，無臨界pH 值。

圖8 堿敏性實驗曲線

表4 堿敏性實驗結果

通常在pH＞12 時，鉀長石、鈉長石、斜長石、微晶石英、蛋白石、玉髓等將產生新的硅酸鹽沉淀及硅凝膠體，堵塞孔隙喉道。研究區流三段總體上長石含量不高，所以由其引起的堿敏損害程度不強。

3 結論

（1）烏石凹陷X 油田流三段黏土礦物以伊利石為主，次為高嶺石和伊蒙混層。膠結物以鐵方解石為主，次為菱鐵礦、白云石和鐵白云石等碳酸鹽膠結物。孔隙結構為大孔隙、細微喉，喉道多為頸型、片狀、管束狀。黏土礦物及孔隙結構是導致儲層較強敏感性的主要因素。

（2）流三段儲層整體酸敏性中等偏弱，堿敏性弱；砂礫巖儲層水敏性極強，細砂巖儲層水敏性中等偏強；砂礫巖儲層在單相鹽水中速敏性中等，在單相中性油中速敏性弱，細砂巖儲層無速敏性。

（3）儲層水敏性整體偏強，在鉆完井配置工作液時，應做好工作液與地層流體之間的配伍性研究，減小儲層傷害；砂礫巖儲層存在中等速敏性，臨界流速為0.965 m/d，在地層條件下應控制注采流速；儲層還存在中等偏弱酸敏性及弱堿敏性，建議控制pH 值避免儲層二次污染。