宋雨純，黃昊，周創(chuàng)飛，柯先啟，唐號迪，朱玉雙

（1.西北大學(xué)a.大陸動力學(xué)國家重點實驗室；b.地質(zhì)學(xué)系，西安 710069；2.中國石油 長慶油田分公司a.第十一采油廠，西安 710021；b.第六采油廠，西安 710200；c.第五采油廠，西安 710200）

姬塬油田麻黃山地區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，長4+5和長6儲集層均屬于低孔、超低滲致密儲集層[1-5]，原始地層條件下油氣滲流阻力大，需對儲集層進行壓裂酸化改造及注水，才能長期經(jīng)濟有效開發(fā)[6-9]。隨著外來流體的進入，儲集層與其相互作用，導(dǎo)致儲集層敏感性傷害，儲集層孔喉結(jié)構(gòu)遭到破壞，滲透率下降，進而導(dǎo)致產(chǎn)能下降，油田開發(fā)效果差。因此，對儲集層敏感性的研究對于指導(dǎo)該地區(qū)油藏的后續(xù)高效開發(fā)有重要意義。

儲集層敏感性評價主要是在儲集層巖石礦物學(xué)、孔喉結(jié)構(gòu)等研究的基礎(chǔ)上，開展巖心驅(qū)替實驗。前人對鄂爾多斯盆地不同區(qū)域、不同層系儲集層敏感性開展了大量研究，如選取鄂爾多斯盆地延長組長4+5 致密儲集層巖心樣品，開展驅(qū)替實驗，得出礦物組成及孔喉結(jié)構(gòu)是研究區(qū)致密儲集層敏感性主控因素的結(jié)論[10]；以吳起油田寨子河地區(qū)延長組長6油層為例，在儲集層敏感性評價的基礎(chǔ)上，分析黏土礦物對致密儲集層敏感性的影響程度[11]；研究鄂爾多斯盆地長7 段的應(yīng)力敏感性，發(fā)現(xiàn)巖石骨架的顆粒組分、顆粒粒徑、填隙物、孔隙結(jié)構(gòu)等對儲集層敏感性有影響[12]；研究鄂爾多斯盆地姬塬油田長8 儲集層，發(fā)現(xiàn)成巖相帶的分布是影響儲集層敏感性的主要因素[13]。

雖然前人對鄂爾多斯盆地儲集層敏感性開展了大量研究，但缺乏對不同儲集層敏感性差異主控因素的分析。由于姬塬油田面積大，儲集層特征復(fù)雜，不同含油層在物源方向、沉積過程、后期成巖改造等方面均存在差異，不同層位和不同地區(qū)相同層位在儲集層物性差異較大。因此，分地區(qū)、分層位對儲集層敏感性進行研究，有益于提高開發(fā)效果。

本文以鄂爾多斯盆地姬塬油田麻黃山地區(qū)長4+5和長6 儲集層為研究對象，利用巖心鑄體薄片、掃描電鏡觀察、X 射線衍射、高壓壓汞實驗等，對長4+5 和長6 儲集層的敏感性進行評價，并深入剖析其敏感性及敏感性差異的影響因素，為區(qū)域油藏的高效開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域概況

姬塬油田麻黃山地區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡（圖1），整體呈東高西低的單斜，受秦嶺造山帶強烈碰撞和快速隆升的影響，發(fā)育一系列低幅寬緩鼻狀隆起，總面積約1 150 km2。長4+5 和長6 油層組砂體普遍發(fā)育，屬三角洲前緣亞相，主要發(fā)育水下分流河道、水下分流間灣和水下天然堤微相。沉積過程中伴隨頻繁的震蕩運動，三角洲前緣河道頻繁遷移改道，導(dǎo)致河道砂體呈透鏡狀，且隔夾層極其發(fā)育，不同井不同層位砂體厚度差異較大，砂體平面展布受物源控制，砂體規(guī)模以及連續(xù)性自上而下逐漸變差，河道砂體相互疊加，厚度大，平均厚度為21.0 m。

1.2 儲集層特征

1.2.1 巖石學(xué)特征

研究區(qū)長4+5和長6儲集層巖性以巖屑長石砂巖為主（圖2），石英、長石和巖屑的平均含量分別為31.8%、33.1%和20.8%。填隙物含量相對較高，平均為14.3%，填隙物主要是黏土礦物（高嶺石4.1%、綠泥石3.1%、水云母1.9%）、鐵方解石（3.0%）和硅質(zhì)（1.1%），含少量白云石、鐵白云石、重晶石等。

1.2.2 物性特征

研究區(qū)長4+5 儲集層平均孔隙度為10.6%，平均滲透率為0.65 mD，長6儲集層平均孔隙度為9.4%，平均滲透率為0.25 mD，整體屬低孔、特低滲儲集層，長4+5儲集層物性好于長6儲集層。

1.2.3 孔喉結(jié)構(gòu)特征

研究區(qū)長4+5 和長6 儲集層粒間孔呈不規(guī)則形、三角形、多邊形等，連通性較好，長石溶孔發(fā)育程度僅次于粒間孔，高嶺石充填孔隙發(fā)育程度低（圖3）。

長4+5 儲集層平均面孔率為6.84%，其中粒間孔為4.43%，長石溶孔為2.04%，巖屑溶孔為0.27%，晶間孔為0.10%；長6 儲集層平均面孔率為3.67%，其中粒間孔為2.00%，長石溶孔為1.35%，巖屑溶孔為0.17%，晶間孔為0.10%，其他孔隙為0.05%。

根據(jù)高壓壓汞實驗的排驅(qū)壓力、中值半徑、退汞效率及進汞飽和度，將研究區(qū)儲集層劃分為3類。

（1）Ⅰ類儲集層 排驅(qū)壓力相對較低，平均值小于0.5 MPa，中值半徑大于0.3 μm，平均退汞效率大于30%，平均最大進汞飽和度大于85%（圖4a）。

（2）Ⅱ類儲集層 排驅(qū)壓力較高，平均值為0.5～1.5 MPa，平均中值半徑為0.2～0.3 μm，平均退汞效率為25%～30%，平均最大進汞飽和度為75%～85%（圖4b）。

（3）Ⅲ類儲集層 排驅(qū)壓力高，平均值大于1.5 MPa，平均中值半徑小于0.2 μm，平均退汞效率小于25%，平均最大進汞飽和度小于75%（圖4c）。

研究區(qū)長4+5 儲集層以Ⅱ類為主，其次為Ⅰ類和Ⅲ類；長6儲集層以Ⅱ類為主，其次為Ⅲ類，Ⅰ類最少。

1.2.4 儲集層非均質(zhì)性

夾層是指小層內(nèi)部的非滲透層或低滲透層，夾層密度指統(tǒng)計層段內(nèi)夾層總厚度與統(tǒng)計層段厚度的比值[14]。研究區(qū)長4+5 儲集層滲透率級差、突進系數(shù)和變異系數(shù)分別為13.7、1.6和0.4；長6儲集層滲透率級差、突進系數(shù)和變異系數(shù)分別為11.7、1.6 和0.5。長4+5 儲集層平均夾層密度為0.36，平均夾層頻率為0.12層/m；長6儲集層平均夾層密度為0.33，平均夾層頻率為0.12層/m。研究區(qū)長4+5 和長6 儲集層非均質(zhì)性較強，長4+5 儲集層的滲透率級差略大于長6 儲集層，二者的突進系數(shù)和變異系數(shù)差別不大，說明長4+5和長6 儲集層的非均質(zhì)性相差不大，長6 儲集層的非均質(zhì)性較長4+5儲集層弱。

2 儲集層敏感性評價

為了明確姬塬油田麻黃山地區(qū)長4+5和長6儲集層的敏感性特征，選取研究區(qū)6塊典型巖心樣品（表1），進行敏感性實驗。

表1 實驗樣品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Table 1.Basic data of experimental samples

2.1 速敏性

造成速敏現(xiàn)象的原因分2 種：一是隨著流速增加，流體出現(xiàn)高速非達西流現(xiàn)象[15]；二是儲集層中的注入流體流動時，隨著流速的變化會引起松散顆粒的運移，在孔隙較小的喉道處堆積，從而造成儲集層滲透率的下降，導(dǎo)致產(chǎn)能降低[16]。

為了保證速敏實驗的可靠性，模擬了研究區(qū)地層水的礦化度和離子類型進行實驗。實驗結(jié)果表明，研究區(qū)長4+5 儲集層的滲透率傷害率為41.27%～53.80%，總體屬于中等速敏，最小臨界流速為3.91×10-4mL/min；而研究區(qū)長6儲集層的滲透率傷害率為3.56%～16.50%，總體屬于弱速敏，最小臨界流速為0.77×10-4mL/min（表2）。長4+5儲集層的速敏性較長6儲集層強。

2.2 水敏性

儲集層的水敏傷害是指由于較低礦化度的注入流體進入儲集層后引起黏土礦物膨脹、分散和運移，使得油氣滲流通道堵塞，儲集層滲透率下降的現(xiàn)象[17]。

研究區(qū)長4+5 和長6 儲集層地層水礦化度為45.00 g/L，水敏實驗以地層水和去離子水為流體介質(zhì)，分別測定不同流體介質(zhì)下巖心的滲透率。結(jié)果表明，研究區(qū)長4+5 儲集層的水敏指數(shù)為-0.018～0.350；長6 儲集層的水敏指數(shù)為-3.110～0.140，長4+5儲集層呈現(xiàn)無—中等偏弱水敏，長6 儲集層幾乎無水敏，注水開發(fā)適應(yīng)性較好（表3）。

表3 研究區(qū)長4+5和長6儲集層水敏實驗結(jié)果Table 3.Results of water sensitivity experiments for Chang 4+5 and Chang 6 reservoirs in the study area

2.3 鹽敏性

儲集層鹽敏傷害產(chǎn)生的原因是注入流體與黏土礦物發(fā)生反應(yīng)，造成礦物層間結(jié)構(gòu)的破壞、水化膨脹等，使黏土礦物分離、剝落和運移，在小孔喉處堆積，從而堵塞孔隙和喉道，使儲集層的滲透率降低[18]。

鹽敏實驗中根據(jù)地層水水型及礦化度，配制4 種礦化度的CaCl2溶液及蒸餾水，分別測量具有不同礦化度流體的巖心樣品的滲透率，找到臨界礦化度，為研究區(qū)注水開發(fā)合理地注入流體礦化度提供依據(jù)。由實驗結(jié)果可知，研究區(qū)長4+5儲集層的臨界礦化度為22.55～33.75 g/L，長6儲集層的臨界礦化度為33.75 g/L，鹽敏傷害程度較低，除MS16樣品外，均為弱鹽敏或無鹽敏；長6 儲集層的鹽敏性較長4+5 儲集層強（表4）。因此，針對長4+5 儲集層，在后期注水開發(fā)過程中，合理控制工作液和注入流體礦化度，可有效地降低儲集層鹽敏傷害；鹽敏性對長6儲集層開發(fā)幾乎沒有影響。

表4 研究區(qū)長4+5和長6儲集層鹽敏實驗結(jié)果Table 4.Results of salt sensitivity experiments for Chang 4+5 and Chang 6 reservoirs in the study area

2.4 酸敏性

酸液進入地層后與某些礦物發(fā)生反應(yīng)，可能產(chǎn)生膠質(zhì)、沉淀或釋放出微粒，堵塞孔隙和喉道，使儲集層滲透率下降，從而導(dǎo)致酸敏傷害[19-20]。

研究區(qū)地層溫度為68.2 ℃，本次酸敏實驗在68.2 ℃下進行，用土酸（12%HCl+3%HF）對巖心樣品進行酸化處理，放置24 h，使酸液與巖心樣品充分反應(yīng)，再測其滲透率。實驗結(jié)果表明（表5），研究區(qū)長4+5 儲集層注入酸液后的滲透率傷害率為16.89%～92.20%，為弱—強酸敏；長6 儲集層注入酸液后的滲透率傷害率為31.10%～70.32%，屬于中等—強酸敏，長6 儲集層的酸敏性較長4+5 儲集層強。因此，使用酸液對地層改造后，需加強流體返排，避免顆粒殘留在儲集層中，導(dǎo)致儲集層滲透率下降。

表5 研究區(qū)長4+5和長6儲集層酸敏實驗結(jié)果Table 5.Results of acid sensitivity experiments for Chang 4+5 and Chang 6 reservoirs in the study area

2.5 堿敏性

堿敏是指堿液進入儲集層后，OH-離子與地層水中的某些陽離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生沉淀；或與儲集層中的某些礦物發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，堆積在細孔喉處，導(dǎo)致滲透率降低[21-22]。

用pH 值相同的KOH 溶液進行堿敏實驗，實驗溫度為68.2 ℃，多次向巖心樣品注入堿液，并測定滲透率，至滲透率穩(wěn)定后，改用地層水驅(qū)替，測定此時巖心樣品的滲透率。實驗結(jié)果表明，長4+5 儲集層的滲透率傷害率為30.84%～98.93%，屬于中—強堿敏；長6儲集層的滲透率傷害率為20.89%～78.72%，為弱—強堿敏（表6）。長4+5儲集層的堿敏性較長6儲集層強。

表6 研究區(qū)長4+5和長6儲集層堿敏實驗結(jié)果Table 6.Results of alkali sensitivity experiments for Chang 4+5 and Chang 6 reservoirs in the study area

3 儲集層敏感性差異討論

造成儲集層敏感性的原因較多，巖石礦物組成、物性、孔喉結(jié)構(gòu)等均可能成為儲集層敏感性的影響因素[23]。

3.1 巖石礦物組成對敏感性的影響

研究區(qū)長4+5 和長6 儲集層填隙物含量相對較高，平均為14.3%。黏土礦物的類型和含量是影響敏感性的重要因素[24]，導(dǎo)致儲集層產(chǎn)生酸敏傷害的礦物主要是綠泥石，產(chǎn)生水敏傷害的礦物主要為高嶺石和伊利石。姬塬油田麻黃山地區(qū)長6 儲集層的綠泥石含量高于長4+5 儲集層，長4+5 儲集層的高嶺石含量高于長6儲集層。綠泥石與酸液反應(yīng)生成Fe（OH）3沉淀，堵塞孔隙和喉道，造成儲集層滲透率下降，表現(xiàn)出長6 儲集層的酸敏性較長4+5 儲集層強，長6 儲集層幾乎無水敏，而長4+5 儲集層呈無—中等偏弱水敏。由此可見，儲集層酸敏傷害程度與綠泥石含量呈正相關(guān)，水敏傷害程度與高嶺石含量呈負相關(guān)。

堿性流體會誘發(fā)黏土礦物失穩(wěn)，黏土礦物在堿性環(huán)境下易于分散或運移，同時，大量的OH-離子與二價陽離子反應(yīng)生成的沉淀物也是造成儲集層堿敏傷害的主要原因。研究區(qū)較高的石英及長石含量導(dǎo)致了較高程度的堿敏傷害，同時也因為長4+5 儲集層的石英及長石含量較長6 儲集層高，堿性流體對長4+5儲集層造成了更高程度的堿敏傷害。

3.2 儲集層物性對敏感性的影響

研究區(qū)長4+5和長6儲集層的滲透率與孔隙度相關(guān)性較好，長4+5 儲集層的相關(guān)系數(shù)較長6 儲集層高（圖5）。由于儲集層孔隙和喉道堵塞，流體在孔隙中難以流通，因此除酸敏和堿敏外，其他的敏感性特征變化均較小。個別巖心樣品，如MS16 樣品呈現(xiàn)強鹽敏，MS15 樣品呈現(xiàn)弱酸敏，與長4+5 儲集層其他巖心樣品的敏感性差異較大，可能與儲集層的非均質(zhì)性有關(guān)，由于長4+5儲集層的非均質(zhì)性較長6儲集層強，導(dǎo)致了長4+5 儲集層個別巖心樣品敏感性特征與儲集層整體敏感性特征不符的現(xiàn)象。

研究區(qū)速敏傷害程度與膠結(jié)作用有關(guān)，膠結(jié)作用會影響儲集層孔隙的發(fā)育。研究區(qū)長4+5和長6儲集層常見的膠結(jié)類型為黏土礦物膠結(jié)（圖6a、圖6b）及碳酸鹽膠結(jié)（圖6c），膠結(jié)物堵塞孔隙和喉道，但綠泥石膜膠結(jié)（圖6d）可以保護原生孔隙，長6儲集層發(fā)育綠泥石膜膠結(jié)，因此，研究區(qū)長4+5 儲集層的速敏傷害程度較長6儲集層高。

3.3 儲集層孔喉結(jié)構(gòu)對敏感性的影響

長4+5 儲集層平均面孔率為6.84%，其中粒間孔為4.43%，長6 儲集層平均面孔率為3.67%，粒間孔為2.00%。長4+5 儲集層的孔喉結(jié)構(gòu)較長6 儲集層好，但在敏感性實驗中，長4+5 儲集層的敏感程度整體較長6 儲集層強，可以認為研究區(qū)儲集層的敏感性與孔喉結(jié)構(gòu)呈負相關(guān)，也可能是在各影響因素的綜合作用下呈現(xiàn)這樣的結(jié)果。

4 儲集層保護措施

研究區(qū)長4+5和長6儲集層具有強酸敏和強堿敏特征，應(yīng)盡量避免使用鹽酸酸化增產(chǎn)，可用體積壓裂、沖砂洗井等方式替代。如若必須采用酸化壓裂儲集層改造措施，需先優(yōu)化酸液體系及酸化工藝，并添加鐵離子穩(wěn)定劑或其他酸敏抑制劑，同時嚴格控制注入流體的pH 值，以避免酸敏傷害和堿敏傷害。儲集層改造過程中推薦應(yīng)用連續(xù)油管，可大幅縮短試油周期，減少配套工藝，且后期開發(fā)中，嚴格把控注入流體配伍性。在油井全生命周期內(nèi)減少儲集層傷害，最終達到提高采收率的目的。

雖然在敏感性實驗中，研究區(qū)長4+5 和長6 儲集層呈現(xiàn)出較弱的速敏和水敏，但還是要謹慎選擇注入流體的流速和礦化度。開發(fā)中，長4+5 儲集層的注入流體礦化度應(yīng)大于22.55 g/L，臨界流速應(yīng)保持在10.96×10-4mL/min；長6 儲集層的注入流體礦化度應(yīng)大于33.75 g/L，臨界流速應(yīng)保持在6.53×10-4mL/min，以免發(fā)生速敏、水敏和鹽敏傷害。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)長4+5 和長6 儲集層巖性以巖屑長石砂巖為主，屬于低孔、特低滲儲集層，長4+5 儲集層物性較長6 儲集層好。長4+5 儲集層平均面孔率為6.84%，長6儲集層平均面孔率為3.67%，兩者均以Ⅱ類儲集層為主。二者均具有較強的非均質(zhì)性，長6 儲集層略好于長4+5儲集層。

（2）研究區(qū)長4+5 和長6 儲集層的敏感性均具有弱速敏、弱水敏、弱鹽敏、強酸敏和強堿敏的特點。長4+5 儲集層長石和石英含量較高，高嶺石含量較低，其堿敏性和水敏性均較長6 儲集層強。長6 儲集層綠泥石含量較高，酸敏性較高。此外，長4+5和長6儲集層普遍發(fā)育黏土礦物膠結(jié)和碳酸鹽膠結(jié)，長6 儲集層還發(fā)育可以保護原生孔隙的綠泥石膜膠結(jié)，因此，長4+5儲集層的速敏性較長6儲集層強。

（3）結(jié)合研究區(qū)長4+5 和長6 儲集層的巖石學(xué)特征、物性特征和孔喉結(jié)構(gòu)特征，確定了儲集層的傷害機理，在后續(xù)開發(fā)中，嚴格控制注入流體的pH 值，并添加鐵離子穩(wěn)定劑或其他酸敏抑制劑，長4+5 儲集層的注入流體礦化度應(yīng)大于22.55 g/L，流速應(yīng)保持在10.96×10-4mL/min；長6 儲集層的注入流體礦化度應(yīng)大于33.75 g/L，流速應(yīng)保持在6.53×10-4mL/min。