韓長(zhǎng)城，徐子煜，王文峰，張文文，張 楠

(新疆大學(xué) 地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830047)

0 引言

地下油氣藏在鉆井或開采過(guò)程中，由于外來(lái)流體的進(jìn)入會(huì)使儲(chǔ)層中礦物顆粒發(fā)生一系列的變化，從而改變了儲(chǔ)層的物性特征[1].外界物理和化學(xué)的變化會(huì)使不同類型的黏土礦物發(fā)生水化和膨脹等作用，在一定程度對(duì)儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率起著破壞作用，從而影響油氣藏后期有效開發(fā)和剩余油的挖潛[2].儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)一般通過(guò)選取地下深層鉆井巖心樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室驅(qū)替分析測(cè)試，分析在不同物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的外來(lái)流體侵入情況下儲(chǔ)層物性發(fā)生改變的性質(zhì)[3,4].因此儲(chǔ)層敏感性研究成為油氣藏開發(fā)中的重要一環(huán)，準(zhǔn)確分析儲(chǔ)層在開發(fā)過(guò)程中受到的損壞程度[4]，針對(duì)性調(diào)整開發(fā)工藝，是高效開發(fā)油藏的重要前提[5,6].

南圖爾蓋盆地油氣資源豐富，探明石油儲(chǔ)量1.43×108t，天然氣資源量2.69×1010m3[7].自1980年南圖爾蓋盆地油氣勘探以來(lái)，先后發(fā)現(xiàn)肯尼斯、庫(kù)姆庫(kù)爾等千萬(wàn)噸級(jí)油田，截至目前共發(fā)現(xiàn)17個(gè)商業(yè)性油田.南圖爾蓋盆地自此成為中亞油氣勘探的新熱點(diǎn)[7].

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)南圖爾蓋盆地油氣成藏的基礎(chǔ)要素進(jìn)行了大量工作.南圖爾蓋盆地是一個(gè)以侏羅系-白堊系沉積為主的中生代裂谷盆地[8]，石巨業(yè)等對(duì)南圖爾蓋盆地侏羅系-白堊系層序發(fā)育特征及充填模式進(jìn)行了研究，認(rèn)為主要發(fā)育10個(gè)三級(jí)層序，沉積環(huán)境主要為三角洲-河流相[9].斷裂系統(tǒng)及構(gòu)造特征對(duì)油氣成藏具有重要的作用[10]，侏羅系砂巖的復(fù)雜成巖作用及孔隙演化對(duì)儲(chǔ)層保存程度有重要的影響[11]，早中侏羅世的盆地伸展至晚侏羅世盆地壓扭反轉(zhuǎn)，再到白堊紀(jì)的剪切走滑作用對(duì)盆地油氣成藏有著重要的影響[12].宏觀構(gòu)造格局控制了油氣的分布，多級(jí)斷裂及不整合面形成了立體式油氣運(yùn)移通道[13?16].綜合來(lái)看前人工作主要針對(duì)油氣成藏的基礎(chǔ)地質(zhì)條件，部分工作注意到了研究區(qū)開發(fā)存在的問(wèn)題并針對(duì)儲(chǔ)層巖石學(xué)特征進(jìn)行了分析[17?19]，但研究工作忽視了儲(chǔ)層敏感性研究[20,21].為此，本文選取Aryskum坳陷中侏羅統(tǒng)多尚組儲(chǔ)層巖樣，在儲(chǔ)層特征研究的基礎(chǔ)上，開展儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)研究，以期為該地區(qū)油氣勘探開發(fā)提供理論依據(jù)，也可為同類油藏提供借鑒參考.

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于南圖爾蓋盆地南部的阿雷斯庫(kù)姆凹陷.盆地自西向東共發(fā)育4組斷裂帶：阿雷斯庫(kù)姆斷裂帶、阿克沙布拉克斷裂帶、薩雷蘭斷裂帶和鮑金根斷裂帶；平面上具有壘-塹相間的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，包含四個(gè)地塹和三個(gè)地壘的裂谷格局[6].盆地地層整體由前元古界-古生界基底和中新生界蓋層兩部分組成，其中基底部分由深變質(zhì)巖的真正基底和淺變質(zhì)巖部分的過(guò)渡基底組成.基底之上不整合接觸碎屑沉積地層，現(xiàn)今油氣發(fā)現(xiàn)主要集中于上部碎屑地層中.

中侏羅世Aryskum坳陷以斷陷活動(dòng)為主，構(gòu)造上整體受基底控制，西高東低，斷層繼承性強(qiáng).該時(shí)期在溫暖、半干-半潮濕氣候環(huán)境下，以湖相為主的欠補(bǔ)償?shù)臄嘞莺璩练e為特點(diǎn)，發(fā)育兩次湖侵，一是多尚組沉積晚期的初始湖泛，二是卡拉甘塞組沉積時(shí)期的大規(guī)模湖泛[17].

南圖爾蓋盆地發(fā)育前中生代基底及不整合其上的沉積層：侏羅系裂谷層系、白堊系-第四系裂后坳陷沉積層系（圖1）.南圖爾蓋盆地基底在早古生代末期逐漸固結(jié)，中-晚古生代是海陸過(guò)渡沉積階段，形成巨厚的碎屑巖-碳酸巖鹽混合沉積層.晚三疊世-早侏羅世發(fā)生大規(guī)模構(gòu)造碰撞造山運(yùn)動(dòng)，形成了卡拉套大斷層及其次一級(jí)斷層，同時(shí)地塹在這一階段也經(jīng)歷了強(qiáng)烈的差異沉降，其沉降幅度在早侏羅世最大，在晚侏羅世逐漸降低.

圖1 研究區(qū)地層發(fā)育情況Fig 1 Stratigraphic development in the study area

早侏羅世-中侏羅世時(shí)期，研究區(qū)沉積環(huán)境已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殛懮虾闯练e為主，基底隆起區(qū)為主要的沉積物源供給區(qū)，地塹側(cè)緣發(fā)育粗粒砂礫巖河口相沉積的碎屑巖.侏羅-白堊紀(jì)交接期結(jié)束裂谷沉積.地塹停止強(qiáng)烈活動(dòng)，整個(gè)盆地轉(zhuǎn)為緩慢坳陷，并逐漸停止沉積，有些地區(qū)遭受剝蝕，形成白堊系底部砂巖，即阿雷斯庫(kù)姆層.白堊紀(jì)-第三紀(jì)主要為河-湖及沖積相成因的砂泥巖互層.在晚白堊世末期，沿卡拉套大斷層發(fā)生逆掩擠壓.在這種水平變形的影響下形成系列反轉(zhuǎn)構(gòu)造.

2 儲(chǔ)層特征

目的層多尚組（J2ds）沉積地層不整合覆蓋于下部埃巴林組（J1p）地層之上，與上覆卡拉甘塞組（J2k）整合接觸.巖性以細(xì)砂巖以及中砂巖較為發(fā)育，而粗砂巖和礫巖含量較少，從圖2可以看出研究區(qū)主要發(fā)育石英-巖屑砂巖.中細(xì)砂巖呈灰色、暗灰色，少量呈淡灰色.沉積構(gòu)造以平行層理為主，少量為波狀層理，由灰色和暗灰色砂和泥互層組成.巖石組分以石英（48%）、巖屑（41%）、填隙物（11%）以及少量方解石和菱鐵礦為主.礦物成熟度相對(duì)較低，顆粒間填隙物含量較高.穩(wěn)定組分石英以單晶為主，磨圓為次棱角-次圓狀，有明顯的次生加大作用（圖3（a））.巖屑主要以未分異的沉積碎屑和火山碎屑為主，局部有壓實(shí)、破碎和變形，部分發(fā)生溶解和蝕變（圖3（b））.填隙物主要以雜基和膠結(jié)物為主.雜基以泥質(zhì)為主，充填與碎屑顆粒之間，對(duì)儲(chǔ)層物性影響較大.膠結(jié)物以亮晶方解石、微晶方解石及自生黏土礦物為主，充填于粒間孔、粒內(nèi)孔，堵塞孔隙（圖3（c）、圖3（d））.

圖2 Aryskum坳陷中侏羅統(tǒng)多尚組碎屑巖三角形圖版Fig 2 The Aryskum depression triangular chart of clastic rocks of Middle Jurassic Duoshang formation

圖3 Aryskum坳陷中侏羅統(tǒng)多尚組儲(chǔ)層巖石學(xué)特征Fig 3 Petrological characteristics of J2ds formation in Aryskum depression

根據(jù)地化資料，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行成巖階段的劃分.從表1可以看出，研究區(qū)中侏羅統(tǒng)多尚組地層屬于晚成巖A1期，古地溫分布范圍為60 ℃～110 ℃，Ro為0.50%～0.7%，粘土混層比為50%～35%，埋藏深度為1 900 m～2 750 m，有機(jī)質(zhì)低成熟；巖石已發(fā)生膠結(jié)、壓實(shí)作用，自生石英加大，長(zhǎng)石和巖屑發(fā)生一定程度溶解，形成次生孔隙帶.

表1 Aryskum坳陷成巖階段劃分表Tab 1 The Aryskum depression diagenetic stage division table

3 儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)

3.1 水敏性分析

對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層開展水敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，具體方法如下：在評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中以標(biāo)準(zhǔn)鹽水代替地層水，其礦化度為65 g/L；剩余梯度礦化度，按比例降低.未注入地層水前巖心樣品孔隙度為15.5%～21.7%，平均為18.3%；空氣滲透率為1.31～184 mD.在巖心樣品抽真空條件下，將7種不同礦化度的模擬地層水按礦化度從高至低依次注入樣品中，并觀察巖心滲透率的變化特征.這7種礦化度地層水為模擬地層水、3/4模擬地層水、1/2模擬地層水、1/4模擬地層水、1/8模擬地層水、1/16模擬地層水及蒸餾水.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：研究區(qū)多尚組儲(chǔ)層滲透率水敏損害程度較高，損害率隨著地層水礦化度由高到低逐漸減小，分布范圍為31.5%～63.2%，平均為52.3%（圖4）.

圖4 多尚組儲(chǔ)層水敏實(shí)驗(yàn)曲線Fig 4 Water sensitivity test curve of J2ds formation reservoir

研究區(qū)儲(chǔ)層整體具有中等偏強(qiáng)水敏感性，儲(chǔ)層中水敏感性與黏土礦物含量較高有關(guān).不同類型的黏土礦物遇到外來(lái)流體的膨脹能力存在著一定的差異性，經(jīng)前人多種測(cè)試分析認(rèn)為常見粘土礦物膨脹能力由強(qiáng)到弱依次為：蒙脫石-伊蒙混層和綠蒙混層-綠泥石-伊利石-高嶺石[22].研究區(qū)多尚組粘土礦物組成相對(duì)含量以伊利石為主（43%），其次是高嶺石（24%），伊蒙混層（17%）和綠泥石（16%）相對(duì)含量相對(duì)較低，沒(méi)有膨脹能力很強(qiáng)的蒙脫石黏土礦物.但是研究區(qū)多尚組存在一定量的伊蒙混層和綠泥石，伊蒙混層中蒙脫石的膨脹性以及綠泥石的膨脹性也是不可忽視的.綜上分析認(rèn)為，研究區(qū)儲(chǔ)層中等偏強(qiáng)水敏感性可能是相對(duì)較高含量的伊蒙混層礦物和綠泥石黏土礦物遇到外來(lái)流體發(fā)生膨脹和遷移從而引起滲透率降低所致.

3.2 速敏性分析

儲(chǔ)層內(nèi)部總是不同程度存在非常細(xì)小的微粒，如高嶺石、石英、長(zhǎng)石以及酸化后的細(xì)小微粒，這些微粒呈牢固或半牢固膠結(jié)，或者呈松散狀分布于顆粒之間，當(dāng)有外來(lái)流體流經(jīng)儲(chǔ)層時(shí)，這些礦物微粒會(huì)隨著外來(lái)流體在儲(chǔ)層孔隙或吼道中遷移，并且在孔隙喉道較小處發(fā)生堆積作用從而堵塞流體的流動(dòng)，因此會(huì)在一定程度上引起儲(chǔ)層滲透率的降低[22].

研究區(qū)多尚組地層埋藏深度大多在2 000米以上，多處于晚成巖作用早期（表1），巖石膠結(jié)作用較強(qiáng)，石英、長(zhǎng)石等大顆粒礦物難以發(fā)生遷移，造巖顆粒呈點(diǎn)-線接觸，孔隙以原生粒間孔、粒內(nèi)溶孔為主.因此影響儲(chǔ)層速敏性的主要因素還是黏土礦物的類型.未充注地層水前巖心樣品孔隙度測(cè)試值域?yàn)?3.4%～22.7%；測(cè)得空氣滲透率為1.32～166 mD.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：研究區(qū)儲(chǔ)層速敏損害率為9.9%～57.7%，平均為52.3%.研究區(qū)侏羅系多尚組儲(chǔ)層速敏感性為弱-中等偏強(qiáng)（圖5）.

圖5 多尚組儲(chǔ)層速敏實(shí)驗(yàn)曲線Fig 5 Velocity sensitivity test curve of J2ds formation reservoir

研究區(qū)儲(chǔ)層速敏感性主要與儲(chǔ)層中黏土礦物含量和種類有關(guān).成巖膠結(jié)和壓實(shí)強(qiáng)度影響儲(chǔ)層中碎屑顆粒的固結(jié)程度，壓實(shí)膠結(jié)程度弱，碎屑顆粒固結(jié)不強(qiáng)則容易隨著流體遷移，形成速敏感性[22].本次實(shí)驗(yàn)選取侏羅系多尚組地層巖心，因?yàn)槁癫叵鄬?duì)較深，成巖階段屬晚成巖A1-A2期，巖石固結(jié)較強(qiáng)，儲(chǔ)層顆粒接觸緊密，微小顆粒難以隨地層水流動(dòng)產(chǎn)生遷移（表1）.

前人研究發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層速敏性與高嶺石及綠泥石的相對(duì)含量呈正相關(guān)[23,24].綠泥石充填與石英及巖屑顆粒間的孔隙中（圖6（a）），高嶺石以鱗片狀雜亂堆積于孔隙中，同時(shí)見小規(guī)模溶蝕.雜亂式堆積充填對(duì)骨架顆粒附著力較差，同時(shí)高嶺石分子鍵能較低較易被流體牽引力所破壞，發(fā)生高嶺石遷移[8?10].儲(chǔ)層喉道半徑為0.125～1.695 μm，而電鏡照片顯示高嶺石單晶體的最小半徑為6 μm，一般高嶺石集合體的半徑在10～20 μm（圖6（b））.孔隙喉道易被高嶺石遷移晶體堵塞，造成滲透率降低.而儲(chǔ)層自生礦物中石英及長(zhǎng)石一般以次生加大為主，單晶體幾乎不出現(xiàn)（圖6（c）），微孔隙發(fā)育，但連通性較差（圖6（d））.因此自生礦物難以發(fā)生遷移堵塞.綜上所述，由于受到了儲(chǔ)層內(nèi)速敏黏土礦物的影響，從而使研究區(qū)中侏羅統(tǒng)多尚組儲(chǔ)層敏感性為弱-中等偏強(qiáng).

圖6 Aryskum坳陷中侏羅統(tǒng)多尚組黏土礦物及石英顆粒次生加大特征Fig 6 Secondary enlargement of clay minerals and quartz grains in J2ds in Aryskum depression

3.3 堿敏性分析

當(dāng)高pH值流體進(jìn)入儲(chǔ)層內(nèi)會(huì)與黏土礦物及硅質(zhì)礦物發(fā)生溶解作用，溶解作用強(qiáng)弱與流體堿性程度呈正比.高pH值流體會(huì)與黏土及硅質(zhì)礦物反應(yīng)生成新的硅酸鹽沉淀物，同時(shí)高pH值流體中OH?會(huì)與溶解的某些二價(jià)陽(yáng)離子反應(yīng)生成膠體或凝膠，沉淀物及凝膠產(chǎn)物會(huì)堵塞在孔隙喉道中，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率下降[22].

對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層進(jìn)行堿敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)（圖7），按pH值高低依次注入6 500 mg/L的KCl、KCl與NaOH混合液，注入速度均為0.1 mL/min.未注入地層水前巖心樣品孔隙度測(cè)試值域?yàn)?5.8%～19.9%；測(cè)得空氣滲透率范圍為2.15～166 mD.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：研究區(qū)儲(chǔ)層堿敏損害率為1.6%～5.8%，平均為4.4%，研究區(qū)中侏羅統(tǒng)多尚組儲(chǔ)層敏感性為無(wú)-弱，在儲(chǔ)層中，高pH值的堿液對(duì)硅質(zhì)礦物的選擇性溶解能力較強(qiáng)，經(jīng)分析，認(rèn)為儲(chǔ)層堿敏較輕的原因是儲(chǔ)層中具有較少的硅質(zhì)礦物.盡管實(shí)驗(yàn)顯示研究區(qū)儲(chǔ)層整體堿敏感性較弱，但在施工過(guò)程中還是要注意工作液的堿度選擇，盡可能地保護(hù)儲(chǔ)層.

圖7 多尚組儲(chǔ)層堿敏實(shí)驗(yàn)曲線Fig 7 Alkali sensitivity test curve of J2ds formation reservoir

3.4 酸敏性分析

酸敏感性是指當(dāng)pH值較低的酸性溶液進(jìn)入儲(chǔ)層孔隙空間后，酸性溶液與儲(chǔ)層中易溶礦物發(fā)生反應(yīng)后生成的沉淀物堵塞孔隙喉道或破壞巖石原有結(jié)構(gòu)，從而會(huì)加劇速敏感性，從而降低儲(chǔ)層滲透率的現(xiàn)象[22].取質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的HCl進(jìn)行酸敏實(shí)驗(yàn)（表2）.注入速度為0.2 mL/min，酸反應(yīng)時(shí)間為1小時(shí)，壓差為0.6 MPa.多尚組碎屑巖儲(chǔ)層未充注地層水巖心樣品孔隙度測(cè)試值域?yàn)?9.3%～21.3%；空氣滲透率為3.66～115 mD.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：研究區(qū)儲(chǔ)層酸敏損害率為-13%～25.4%，平均為4.5%，研究區(qū)中侏羅統(tǒng)多尚組儲(chǔ)層酸敏感性為無(wú)-弱.

表2 酸敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab 2 Results of acid sensitivity experiment

由于儲(chǔ)層酸敏感性主要與儲(chǔ)層中的綠泥石、伊蒙混層有直接關(guān)系，損害率與其含量呈正相關(guān)[25].而研究區(qū)中侏羅統(tǒng)多尚組儲(chǔ)層黏土礦物中綠泥石及伊蒙混層相對(duì)含量較低，所以整體儲(chǔ)層酸敏感性較弱.另外，酸敏感性實(shí)驗(yàn)中一個(gè)樣品出現(xiàn)酸化后滲透率改善的情況，分析認(rèn)為該儲(chǔ)層樣品中相對(duì)高的方解石及白云石含量是造成這一現(xiàn)象的直接原因.方解石及白云石被鹽酸溶解產(chǎn)生新的流體滲流通道，增大了儲(chǔ)層滲透率.

綜上所述，多尚組儲(chǔ)層水敏性、速敏性、堿敏性和酸敏性評(píng)價(jià)結(jié)果和其主要影響因素如表3.

表3 Aryskum坳陷中侏羅統(tǒng)多尚組儲(chǔ)層敏性評(píng)價(jià)結(jié)果Tab 3 Reservoir sensitivity evaluation results of J2ds formation in Aryskum depression

4 結(jié)論

（1）侏羅統(tǒng)多尚組儲(chǔ)層具有中等偏強(qiáng)水敏感性、弱-中等偏強(qiáng)速敏感性、無(wú)-弱堿敏感性及弱酸敏感性；

（2）伊蒙混層和綠泥石相對(duì)高含量是造成儲(chǔ)層中等偏強(qiáng)水敏感性的直接原因；高嶺石含量及孔喉結(jié)構(gòu)決定了儲(chǔ)層弱-中等偏強(qiáng)速敏感性；

（3）儲(chǔ)層酸堿敏感性較弱，另外部分高方解石及白云石充填儲(chǔ)層酸化改善效果明顯.