劉廣峰，潘少杰，樊建明，王文舉，白耀星

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 昌平 102249；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶油田分公司，陜西 西安 710021)

吳起長(zhǎng)8儲(chǔ)層粘土礦物及敏感性實(shí)驗(yàn)研究

劉廣峰1，潘少杰1，樊建明2，王文舉1，白耀星1

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 昌平 102249；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶油田分公司，陜西 西安 710021)

運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法評(píng)價(jià)鄂爾多斯盆地中部吳起地區(qū)長(zhǎng)8超低滲透砂巖儲(chǔ)層的粘土礦物組成及對(duì)應(yīng)的潛在儲(chǔ)層傷害機(jī)理。采用鑄體薄片、掃描電鏡、X射線衍射等巖心分析技術(shù)，掌握了粘土的成分、含量等特征；通過(guò)25塊巖心的流動(dòng)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)5口油井的儲(chǔ)層敏感性特征；運(yùn)用相關(guān)性評(píng)價(jià)方法，分析粘土礦物對(duì)儲(chǔ)層物性和敏感性的影響。研究結(jié)果表明，吳起長(zhǎng)8儲(chǔ)層存在的4種主要粘土礦物中，伊/蒙混層含量最高，平均為47%；高嶺石、伊利石和綠泥石其次，平均含量分別為24.6%、14.6%和13.8%；粘土礦物的類型、含量和產(chǎn)狀對(duì)儲(chǔ)層物性有重要影響，儲(chǔ)層物性與綠泥石含量呈正相關(guān)，與伊利石、伊/蒙混層含量呈負(fù)相關(guān)；由于每種粘土的形態(tài)、性質(zhì)、含量的差異，造成吳起長(zhǎng)8儲(chǔ)層的弱-中等偏弱速敏、中等偏強(qiáng)-強(qiáng)水敏、強(qiáng)-極強(qiáng)鹽敏、弱-中等偏弱酸敏、弱-中等偏弱堿敏的趨勢(shì)。

掃描電鏡；X射線衍射；粘土礦物；巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)；儲(chǔ)層敏感性

油田開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，敏感性傷害是影響油田開(kāi)發(fā)的重要因素，粘土礦物的成分、含量和產(chǎn)狀是決定儲(chǔ)層敏感性的主要因素[1]。相關(guān)學(xué)者對(duì)敏感性傷害進(jìn)行了大量的分析研究，其中，很多學(xué)者對(duì)儲(chǔ)層敏感性的傷害機(jī)理和控制因素進(jìn)行了深入研究，得出儲(chǔ)層敏感性受注入流體、粘土礦物、儲(chǔ)層物性等方面的影響，不少學(xué)者還對(duì)儲(chǔ)層敏感性的預(yù)測(cè)進(jìn)行了很多有價(jià)值的研究[2-5]。作為我國(guó)重要接替資源的超低滲透砂巖油藏，其中存在的粘土礦物造成了滲透率的敏感性傷害，使得儲(chǔ)層具有復(fù)雜的滲流特征[6-7]。本文面向鄂爾多斯盆地吳起地區(qū)長(zhǎng)8段超低滲透主力油層巖心，對(duì)該儲(chǔ)層的粘土礦物類型、含量、形態(tài)以及敏感性特征進(jìn)行了測(cè)試與分析，并在此基礎(chǔ)上分析了超低滲透砂巖儲(chǔ)層中粘土礦物對(duì)儲(chǔ)層物性的影響及對(duì)敏感性的控制作用，為預(yù)防超低滲透儲(chǔ)層的敏感性傷害提供有效的參考依據(jù)。

1 儲(chǔ)層物性與成巖特征

吳起地區(qū)位于鄂爾多斯盆地中部，主力油層為延長(zhǎng)組8段。根據(jù)該區(qū)巖心的分析結(jié)果，其孔隙度分布在7.98%～11.76%，平均為10.48%，滲透率分布在(0.13～0.63)×10-3μm2，平均為0.41×10-3μm2，總體上儲(chǔ)層具有低孔、超低滲的特征。

分別依據(jù)SY/T5913-2004和SY/T5368-2000關(guān)于制片和鑒定的行業(yè)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)21塊巖樣進(jìn)行了鑄體薄片鑒定實(shí)驗(yàn)。圖1給出了鑄體薄片圖，根據(jù)鑒定結(jié)果，研究區(qū)儲(chǔ)層巖石類型以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主；顆粒分選性中等，磨圓較好，以次棱-次圓狀為主，主要粒徑為0.15～0.35mm，顆粒點(diǎn)-線接觸(圖1(a))；水云母、雜基充填粒間，見(jiàn)石英加大及自生石英，局部見(jiàn)鐵方解石及高嶺石(圖1(b)、(c))；孔隙類型主要為長(zhǎng)石溶孔，其次為巖屑溶孔，少量殘余粒間孔，孔隙孤立、連通性差(圖1(d)、(e))。

2 粘土礦物分析

在進(jìn)行烘干、乙二醇飽和、550°C下加熱2.5h后，依據(jù)SY/T5163-2010行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)5口井樣品進(jìn)行了X射線衍射粘土分析實(shí)驗(yàn)。直徑在10μm和2μm以下的粘土顆粒分別用于粘土礦物總體含量和相對(duì)含量的定量分析。

由表1可知，粘土礦物總含量為13%～23%，屬于中等粘土礦物儲(chǔ)層。在粘土礦物中，常見(jiàn)圖2(a)所示的呈書(shū)頁(yè)六方板狀的高嶺石發(fā)育，含量為21%～29%；孔隙壁發(fā)育綠泥石膜，含量為9%～19%，孔內(nèi)可見(jiàn)自生石英顆粒(圖2(b))；伊利石含量為11%～18%，多以彎曲片狀、片絲狀分布于粒間(圖2(c))；圖2(d)所示的呈彎曲片狀、片絲狀伊/蒙混層含量為41%～52%。

表1 X射線衍射粘土礦物分析含量表

序號(hào)井號(hào)深度/m孔隙度/%滲透率/(10-3μm2)粘土礦物含量/%粘土礦物相對(duì)含量/%KCISI/SS%1G1062164.010.550.2821221216050202X712220.47.980.132321918052203X2662202.011.470.5218221514043204X2782103.410.640.4720291414049205X3022149.211.760.631329191104125平均10.480.411925141504721

注：K為高嶺石；C為綠泥石；I為伊利石；S為蒙脫石；I/S為伊/蒙混層；S%為間層比。

3 儲(chǔ)層敏感性實(shí)驗(yàn)

依據(jù)SY/T5358-2010行業(yè)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)巖樣敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)這一基礎(chǔ)手段，采用圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置，用不同類型的流動(dòng)液或改變滲流條件來(lái)模擬儲(chǔ)層傷害的動(dòng)態(tài)過(guò)程，依據(jù)流動(dòng)液的性質(zhì)和巖樣滲透率的變化評(píng)價(jià)了表1所列5口井的速敏、水敏、鹽敏、酸敏和堿敏特征[8]。

以鹽敏實(shí)驗(yàn)為例，在70°C的模擬地層溫度下，實(shí)驗(yàn)先后分別注入8%、4%、2.8%、1.6%的標(biāo)準(zhǔn)鹽水和蒸餾水，在每種介質(zhì)注入10倍以上孔隙體積、注入壓力和流量穩(wěn)定后，評(píng)價(jià)滲透率的變化并開(kāi)始注入下一種流動(dòng)介質(zhì)，圖4(c)給出了5口井鹽敏的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)曲線。其他4種敏感性實(shí)驗(yàn)曲線均列示于圖4中。

表2列出了實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)給出的評(píng)價(jià)指標(biāo)，按照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)儲(chǔ)層存在弱-中等偏弱速敏、中等偏強(qiáng)-強(qiáng)水敏、強(qiáng)-極強(qiáng)鹽敏、弱-中等偏弱酸敏、弱-中等偏弱堿敏。

表2 儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)表

井號(hào)孔隙度/%滲透率/(10-3μm2)Dv/%Dw/%C/(mg·L-1)Dac/%Daln/%G10610.550.2822.5173.014000047.7343.68X717.980.1333.7574.694000044.448.75X26611.470.5249.3562.311600043.4834.61X27810.640.4718.0968.171600027.7312.7X30211.760.6329.6969.772800038.8924.37

注：Dv為速敏損害率，Dw為水敏損害率，C為臨界礦化度，Dac為酸敏損害率，Daln為堿敏損害率。

4 粘土礦物對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

粘土礦物的類型、含量、形態(tài)及產(chǎn)狀對(duì)儲(chǔ)層物性有重要影響[9]。圖5為儲(chǔ)層孔隙度、滲透率隨綠泥石、伊利石和伊/蒙混層含量的變化關(guān)系。儲(chǔ)層孔隙壁發(fā)育綠泥石膜，綠泥石膜覆蓋在巖石顆粒表面，尤其是石英顆粒，一定厚度的綠泥石膜能夠抑制石英次生加大，一定程度上保護(hù)了原生孔隙，因此綠泥石含量與儲(chǔ)層物性呈正相關(guān)[10]。彎曲片狀、片絲狀的伊利石、伊/蒙混層，把原生孔隙、次生孔隙分割成無(wú)數(shù)的微小孔隙，不僅降低了儲(chǔ)層的有效孔隙度，還破壞了儲(chǔ)層的滲透性，因此伊利石、伊/蒙混層含量與儲(chǔ)層物性呈負(fù)相關(guān)。

5 粘土礦物對(duì)敏感性的影響

5.1 高嶺石、伊利石

高嶺石雖然是比較穩(wěn)定的非膨脹性粘土礦物，但抗機(jī)械力的能力不高，在流體的沖擊下容易分散成鱗片狀的微粒而損害儲(chǔ)層滲透率[11]。彎曲片狀、片絲狀的伊利石在高速流體作用下也易破碎、運(yùn)移，并在喉道處堆集，傷害孔隙連通性。MH圖6(a)、(b)可見(jiàn),這兩種粘土礦物含量越高，速敏損害率越大。高嶺石和伊利石平均含量分別為25%和14%，作為速敏性粘土礦物，其含量較低，相應(yīng)的速敏性為弱-中等偏弱[12]。

5.2 伊/蒙混層

伊/蒙混層為研究區(qū)存在的粘土礦物中膨脹性最強(qiáng)的[13]，其含量決定了儲(chǔ)層水敏、鹽敏傷害性的強(qiáng)弱(圖6(c))。研究區(qū)儲(chǔ)層伊/蒙混層平均含量高達(dá)47%，造成儲(chǔ)層水敏、鹽敏性強(qiáng)。因此，在鉆井、儲(chǔ)層改造和注水時(shí)，應(yīng)注意工作液的礦化度，且考慮使用防膨劑或粘土穩(wěn)定劑，以減小儲(chǔ)層傷害[14]。

5.3 綠泥石

綠泥石是一種特殊的含水層狀鋁硅酸鹽礦物，極易在酸作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成沉淀，造成儲(chǔ)層的酸敏性傷害[15]。如圖6(d)所示，儲(chǔ)層綠泥石平均含量為14%，為弱-中等偏弱酸敏[16]。

6 結(jié)論

1)吳起長(zhǎng)8砂巖油藏平均孔隙度為10.48%，平均滲透率為0.41×10-3μm2，屬超低滲儲(chǔ)層，所含粘土礦物主要有綠泥石、伊利石、高嶺石和伊/蒙混層。

2)綠泥石的含量與儲(chǔ)層物性呈正相關(guān)，伊利石、伊/蒙混層的含量與儲(chǔ)層物性呈負(fù)相關(guān)。

3)儲(chǔ)層中伊蒙混層含量高，造成儲(chǔ)層水敏、鹽敏性偏強(qiáng)；高嶺石、伊利石和綠泥石含量較低，因此速敏性為弱-中等偏弱，酸敏性為弱-中等偏弱。

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(責(zé)任編輯 王利君)

Experimental study on clay mineral and reservoir sensitivity of Chang 8 ultra - low permeability formation in Wuqi Area

LIUGuangfeng1,PANShaojie1,FANJianming2,WANGWenju1,BAIYaoxing1

(1.CMOEKeyLaboratoryofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China; 2.ChangqingOilfieldCompany,PetroChina,ShanxiXi’an710021,China)

ExperimentalstudywascarriedouttoquantifyclaymineralandcorrespondingreservoirsensitivityofChang8ultra-lowpermeabilityformationinWuqiArea,Ordosbasin.Thinsectionswerepreparedoutofcoresamples,whilecorrespondinganalyseswererespectivelyperformedbyusingthescanningelectronmicroscopy(SEM)andX-raydiffraction(XRD)techniques.Thecompositionandrelativecontentsofclaymineralswereidentified.Subsequently,coresamplesflowexperimentsbyinjectingdifferentsyntheticbrinewereperformedtoevaluatereservoirsensitivity.Thecontentofexistingfourmainclayminerals,i.e.illite-montmorillonitemixed-layer,kaolinite,illiteandchlorite,is47%, 25%, 15%, 14%respectively.Thephysicalpropertyofreservoirispositivecorrelationwiththecontentofchlorite,butisnegativecorrelationwiththecontentofilliteandillite-montmorillonitemixed-layer.Thedifferencesofthemorphology,propertiesandcontentofclaymineralcausetheweak-mediumweakvelocitysensitivity,mediumstrong-strongwatersensitivity,strong-extremelystrongsaltsensitivity,weak-mediumweakacidsensitivityandweak-mediumweakalkalisensitivity.

scanningelectronmicroscope;X-raydiffraction;claymineral;flowexperiment;reservoirsensitivity

1673-9469(2016)04-083-06doi:10.3969/j.issn.1673-9469.2016.04.018

2016-07-20

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51404282)；中國(guó)石油科技創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(2014D-5006-0215)；中國(guó)石油大學(xué)(北京)科研基金資助項(xiàng)目(2462015YQ0217)

劉廣峰(1979-)，男，山東東平人，博士，講師，從事油氣田開(kāi)發(fā)工程方面的教學(xué)與研究。

P

A