羅向榮 趙智強(qiáng) 郭鴻 王璐 張樂(lè) 劉建強(qiáng) 任曉娟 平婉卓

摘要 為搞清關(guān)中地區(qū)中深層熱儲(chǔ)的潛在損害因素，以區(qū)內(nèi)藍(lán)田灞河組熱儲(chǔ)巖樣為研究對(duì)象，采用鑄體薄片、粒度分析、掃描電鏡、CT掃描及X衍射等手段，在巖性分類(lèi)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展填隙物、物性及孔隙結(jié)構(gòu)的研究，著重分析敏感性礦物、儲(chǔ)滲空間與熱儲(chǔ)損害的關(guān)系。結(jié)果表明，各類(lèi)熱儲(chǔ)巖石的黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)從高到低依次為：粉砂巖>細(xì)砂巖>中砂巖>砂礫巖。熱儲(chǔ)層巖石物性分布范圍較寬，滲透率與孔隙度存在一定的正相關(guān)關(guān)系。熱儲(chǔ)巖石的物性按巖性從好到差依次為：砂礫巖>中砂巖>細(xì)砂巖。雜基質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，熱儲(chǔ)巖石的物性越差。各類(lèi)熱儲(chǔ)巖石中較大尺寸的孔喉對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)大，熱儲(chǔ)巖石中的地層微粒尤其是黏土礦物，在與外界流體接觸或所處環(huán)境改變時(shí)，很容易發(fā)生分散、運(yùn)移，對(duì)儲(chǔ)層造成損害；熱儲(chǔ)巖石膠結(jié)疏松的特征加劇了熱儲(chǔ)巖石自身的微粒運(yùn)移。

關(guān)鍵詞 關(guān)中地區(qū)；熱儲(chǔ)巖石；損害；黏土礦物；物性；微粒運(yùn)移

中圖分類(lèi)號(hào)：P314? DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2023-01-014

Petrological characteristics and potential damage factors of mid-deep

geothermal reservoirs in Guanzhong Area

LUO Xiangrong1，2， ZHAO Zhiqiang3， GUO Hong3， WANG Lu3，4， ZHANG Le3，4， LIU Jianqiang3， REN Xiaojuan1，2， PING Wanzhuo1，2

（1.Engineering Research Center of Development and Management for Low to Extra-Low Permeability Oil ＆ Gas

Reservoirs in West China， Ministry of Education， Xian Shiyou University， Xian 710065， China;

2.School of Petroleum Engineering， Xian Shiyou University， Xian 710065， China;

3.Shaanxi Hygrogeology Engineering Geology and Environment Geology Survey Center， Xian 710068， China;

4.Shaanxi Engineering Technology Research Center for Urban Geology and Underground Space， Xian 710068， China）

Abstract To get clear about potential damage factors of mid-deep geothermal reservoirs in Guanzhong area， the rock sample from geothermal reservoirs of Lantian-Bahe formation is taken as the research object. By means of casting thin sections， granularity analysis， scanning electron microscopy， CT scan and X-ray diffraction method， the studies on interstitial material， physical properties and pore structure are carried out based on the lithology classification， the relationships between sensitivity minerals， permeable-storage space and geothermal reservoirs damage are analyzed. The results showed that the order of clay mineral content of all kinds of geothermal reservoir rocks from the highest to the lowest was below： siltstone， fine sandstone， medium sandstone， glutenite. There was a positive correlation between permeability and porosity. According to lithology， the physical properties of geothermal reservoir rocks were in the order of glutenite， medium sandstone， fine sandstone. The higher the matrix content， the worse the physical properties of the geothermal reservoir rocks. The large-size pore throat in various types of geothermal reservoir rocks contributes greatly to permeability. When the formation particles in the rocks， especially clay minerals， contact with external fluids or their environment is changed， it is easy to disperse and migrate， causing damage to the reservoir. The characteristics of loose cementation of geothermal reservoir rocks aggravate its particle migration.

Keywords Guanzhong Area; geothermal reservoir rocks; damage; clay minerals; physical properties; particle migration

關(guān)中盆地位于鄂爾多斯盆地及秦嶺造山帶的過(guò)渡部位，受深部熱源及構(gòu)造發(fā)育等因素的影響，盆地?zé)嵩醇暗責(zé)岬刭|(zhì)條件良好。據(jù)有關(guān)研究結(jié)果顯示，全盆地中深層地?zé)豳Y源總量相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤4 612×108 t，為陜西全省探明煤炭資源總量的3.34倍［1-3］。熱儲(chǔ)巖性包括砂礫巖、粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖等，多呈砂泥互層分布，且熱儲(chǔ)巖石膠結(jié)疏松。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的地?zé)峋a(chǎn)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)普遍存在儲(chǔ)層損害現(xiàn)象，如地?zé)峋a(chǎn)能下降、尾水回灌衰減快、回灌堵塞等［4-8］。然而，目前中國(guó)學(xué)者對(duì)熱儲(chǔ)層損害及保護(hù)技術(shù)的研究極少。因此，亟需對(duì)關(guān)中地區(qū)熱儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征進(jìn)行研究，搞清儲(chǔ)層潛在的損害因素及機(jī)理，為熱儲(chǔ)的高效開(kāi)發(fā)提供理論支撐。本研究從保護(hù)儲(chǔ)層滲流通道的基本理念出發(fā)，對(duì)不同巖性熱儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征進(jìn)行深入的研究，得到了不同巖性熱儲(chǔ)層巖石的成分、孔隙結(jié)構(gòu)特征，并分析了潛在的損害因素，為認(rèn)識(shí)和研究熱儲(chǔ)層的損害機(jī)理提供依據(jù)。

1 熱儲(chǔ)層的基本地質(zhì)概況

關(guān)中盆地是在不同構(gòu)造基底之上的疊合式沉積盆地，其形成及演化過(guò)程呈多期的隆升和沉降。關(guān)中盆地地形自山區(qū)向盆地中心呈階梯級(jí)降落，其地貌依次為基巖山、山前洪積扇、黃土臺(tái)塬、河谷階地。渭河自西向東橫貫盆地中部，在潼關(guān)匯入黃河。地貌類(lèi)型多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分布格局主要受階狀正斷層和次級(jí)斷塊的差異運(yùn)動(dòng)所控制［9-10］。關(guān)中盆地北部為斜坡帶，南部為拗陷區(qū)（見(jiàn)圖1）；其由兩個(gè)斜列的次級(jí)凹陷組成，即西安凹陷和固市凹陷，沉積厚度大，西安凹陷約7 000 m，固市凹陷約6 800 m；其主要的沉積時(shí)間由南西向北東逐漸變新，沉積中心偏南，南深北淺，為一“南斷北超”的箕狀凹陷，時(shí)代越新，特征就越明顯。關(guān)中盆地?cái)鄬訕O為發(fā)育，其邊緣斷裂常為兩組斷層追蹤而成，形成鋸齒狀邊界（見(jiàn)圖2）。

關(guān)中盆地地處華北板塊西部的鄂爾多斯地塊與秦嶺造山帶之間，出露地層從太古界到新生界均有分布，前新生界及花崗巖構(gòu)成了盆地的基底并出露于盆地邊緣，巨厚的新生界形成了遼闊的關(guān)中盆地。關(guān)中盆地主要的熱儲(chǔ)地層分布于新生界地層，熱儲(chǔ)層主要包括第四系三門(mén)組以及新近系張家坡組、藍(lán)田灞河組和寇家村—冷水溝組（高陵群）等，新生界（Kz）地層大面積深埋于盆地之下和出露于地表，為關(guān)中盆地地?zé)峋闹饕_(kāi)采層段。熱儲(chǔ)地層從古近系到第四系均有分布，缺失古近系古新統(tǒng)，始新統(tǒng)超覆于前新生界之上。本研究主要針對(duì)區(qū)內(nèi)分布面積廣、厚度大的藍(lán)田灞河組熱儲(chǔ)層巖樣展開(kāi)分析。

2 顆粒成分及巖性分類(lèi)

根據(jù)粒度分析、巖性觀察和薄片鑒定結(jié)果，研究區(qū)熱儲(chǔ)層巖石大都是由幾個(gè)不同粒級(jí)的碎屑所組成，熱儲(chǔ)層巖性主要包括4大類(lèi)。

1）礫巖類(lèi)。從顆粒成分來(lái)看，5～10 mm的礫石以石英為主，大礫石以變質(zhì)巖為主，顆粒分布不均，屬?gòu)?qiáng)小動(dòng)力，快速堆積，膠結(jié)較為疏松，易碎裂（見(jiàn)圖3A）。從粒度分布來(lái)看，中礫巖的粒度分選性較好，粒徑分布在30～77.4 mm，含砂礫巖的粒度分選性相對(duì)較差，粒徑主要分布在0.1～24.25 mm（見(jiàn)圖4），其中包括中礫、細(xì)礫、粗砂、中砂等多個(gè)粒級(jí)。對(duì)于砂礫巖，由于很難制作鑄體薄片而在鏡下對(duì)碎屑顆粒的接觸方式、孔隙特征等進(jìn)行觀察，故在制成砂礫巖模型后，將染色的環(huán)氧樹(shù)脂壓入制成的砂礫巖模型，待膠完全固結(jié)后打開(kāi)砂礫巖模型，橫切斷面后在鏡下進(jìn)行觀察（見(jiàn)圖3B）。結(jié)果顯示，砂礫巖顆粒的接觸方式以點(diǎn)接觸為主，巖石膠結(jié)程度較差，孔喉空間大。

2）中砂巖類(lèi)。中砂巖的碎屑顆粒以巖屑為主，其次為石英，少許長(zhǎng)石（見(jiàn)圖5A）。巖屑以千枚巖巖屑、糜棱巖巖屑、片巖巖屑和變余粉砂巖巖屑為主，少許泥巖巖屑，部分巖屑發(fā)生溶蝕。石英以單晶為主，少許石英發(fā)生破裂或溶蝕，部分石英發(fā)生次生加大，加大邊寬15? μm。長(zhǎng)石以鉀長(zhǎng)石為主，其次為斜長(zhǎng)石，長(zhǎng)石普遍發(fā)生泥化，少許長(zhǎng)石發(fā)生溶蝕。填隙物主要為黏土礦物，少許不透明礦物或硅質(zhì)。黏土礦物呈隱晶狀或薄膜狀包裹碎屑顆粒。不透明礦物呈不規(guī)則狀，零星分布。巖石致密度為疏松，碎屑顆粒主要呈次棱或次棱-次圓狀，分選程度中等，接觸關(guān)系以點(diǎn)接觸為主，膠結(jié)類(lèi)型為孔隙式膠結(jié)（見(jiàn)圖5B、C）。從粒度分布來(lái)看，粒級(jí)主要為0.25～1.0 mm（見(jiàn)圖4）。

3）細(xì)砂巖類(lèi)。細(xì)砂巖的碎屑顆粒以石英為主，其次為長(zhǎng)石，少許巖屑（見(jiàn)圖6A）。其中，石英呈次棱角狀，以單晶為主，少許石英發(fā)生破裂。長(zhǎng)石以鉀長(zhǎng)石為主，其次為斜長(zhǎng)石，部分長(zhǎng)石發(fā)生泥化、絹云母化，少許長(zhǎng)石沿解理縫破裂，少許長(zhǎng)石發(fā)生溶蝕。巖屑主要為千枚巖巖屑、糜棱巖巖屑、花崗巖巖屑、凝灰?guī)r巖屑和片巖巖屑等，少許巖屑彎曲變形。云母呈鱗片狀，零星分布。填隙物以黏土礦物為主，其次為方解石或不透明礦物，偶見(jiàn)硅質(zhì)。黏土礦物呈隱晶狀，部分黏土礦物包裹碎屑顆粒，或呈薄膜狀包裹碎屑顆粒。方解石以亮晶為主，少許方解石交代碎屑顆粒。不透明礦物呈不規(guī)則狀，零星分布。巖石致密度為中等或疏松，碎屑顆粒主要呈次棱或次棱-次圓狀，分選程度中等，接觸關(guān)系以點(diǎn)或點(diǎn)線(xiàn)接觸為主，膠結(jié)類(lèi)型為孔隙式膠結(jié)或接觸式膠結(jié)（見(jiàn)圖6B、6C）。從粒度分布看，細(xì)砂巖粒級(jí)主要分布在0.1～0.25 mm（見(jiàn)圖4）。

4）粉砂巖類(lèi)。從顆粒成分來(lái)看，粉砂巖中碎屑顆粒以石英為主，少許長(zhǎng)石和巖屑（見(jiàn)圖7A）。石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59％～63％，長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％～12％，巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％～3％，石英以單晶石英為主，次棱—次圓狀。長(zhǎng)石以鉀長(zhǎng)石為主，其次為斜長(zhǎng)石，少許長(zhǎng)石發(fā)生溶蝕。巖屑以片巖巖屑、石英巖巖屑等為主。云母呈鱗片狀，分散分布?；字饕獮轲ね恋V物，少許不透明礦物。黏土礦物混雜少許鐵質(zhì)，呈褐色。不透明礦物呈不規(guī)則狀，零星分布。巖石致密度為中等，碎屑顆粒主要呈次棱或次棱—次圓狀，分選程度差或中等，接觸關(guān)系以懸浮為主，膠結(jié)類(lèi)型為基底式膠結(jié)，即碎屑顆粒漂浮在基底中（見(jiàn)圖7B、C）。從顆粒的粒度分布看，粒級(jí)在0.01～0.1 mm（見(jiàn)圖4）。

3 填隙物特征

3.1 雜基

熱儲(chǔ)巖樣的填隙物主要包括雜基和膠結(jié)物，其中，雜基的粒級(jí)以泥為主，也包括一些細(xì)粉砂，其粒度一般小于0.03 mm。根據(jù)粒度分析結(jié)果，統(tǒng)計(jì)各類(lèi)熱儲(chǔ)巖石的雜基含量（見(jiàn)圖8）可知，在熱儲(chǔ)巖巖樣中，砂礫巖雜基的質(zhì)量分?jǐn)?shù)很低，小于等于0.14％，中砂巖雜基的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0％～7.5％，平均為4.6％，細(xì)砂巖雜基的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0％～7.0％，平均為4.4％，粉砂巖雜基的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，分布在5.0％～10.0％，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到7.7％。

3.2 黏土礦物

3.2.1 黏土礦物的含量及類(lèi)型本研究對(duì)藍(lán)田灞河組的30塊巖石樣品進(jìn)行了XRD全巖礦物分析和黏土礦物分析，得知其熱儲(chǔ)層巖石礦物種類(lèi)多樣，礦物成分以硅酸鹽礦物為主，包括石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石等，其次為黏土礦物，部分巖樣還含有碳酸鹽礦物（見(jiàn)圖9）。從巖性來(lái)看，各類(lèi)熱儲(chǔ)巖石的黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)從高到低依次為：粉砂巖>細(xì)砂巖>中砂巖>砂礫巖。熱儲(chǔ)層中的造巖礦物絕大部分屬于化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定的類(lèi)型，如石英、長(zhǎng)石，不易與工作液發(fā)生物理與化學(xué)作用，對(duì)熱儲(chǔ)層沒(méi)有多大損害。儲(chǔ)層敏感性礦物是指儲(chǔ)層中與外界流體接觸后發(fā)生一些物理化學(xué)反應(yīng)，造成儲(chǔ)層滲透率下降的一些礦物，主要為填隙物，以填隙物中的黏土礦物為主。

黏土礦物分析結(jié)果見(jiàn)圖10。從巖性來(lái)看，砂礫巖的黏土礦物中伊蒙混層的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，其次為伊利石。在中砂巖中，伊利石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，在46％～53％，平均為49.5％；其次為綠泥石，在34％～41％，平均為37.5％。在細(xì)砂巖中，伊蒙混層的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，在28％～51％，平均為39.25％；其次為伊利石，在27％～38％，平均為33％；再次為綠泥石，為17％～32％，平均為22.75％。在粉砂巖中，伊利石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，在31％～41％，平均為36％；其次為伊蒙混層，在20％～46％，平均為33％；再次為綠泥石，在17％～32％，平均為24.5％。在伊蒙混層礦物中，蒙脫石的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般超過(guò)65％。

3.2.2 黏土礦物的產(chǎn)狀

掃描電鏡結(jié)果顯示（見(jiàn)圖11），黏土礦物廣泛分布于熱儲(chǔ)巖石中，黏土礦物包裹碎屑顆?；蛱畛湓诹ｉg。伊蒙混層多呈絲絮狀充填粒間孔隙，伊利石一般呈絲片狀或絲縷狀，蒙皂石呈絲絮狀包裹粒表面并充填粒間孔隙，或呈蜂窩狀充填粒間孔隙，綠泥石一般呈葉片狀充填粒間孔隙。砂礫巖的孔隙內(nèi)部充填伊蒙混層等黏土礦物，中砂巖粒間孔隙充填葉片狀綠泥石和絲片狀伊蒙混層，細(xì)砂巖粒間孔隙充填蜂窩狀蒙皂石等黏土礦物，這些礦物微粒在所處環(huán)境發(fā)生變化或外力作用條件下極易發(fā)生脫落、運(yùn)移，堵塞孔喉。

3.3 膠結(jié)物及膠結(jié)特征

膠結(jié)致密的巖石礦物微粒及孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，而膠結(jié)疏松的巖石礦物微粒和孔隙結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性增強(qiáng)，容易受到外界影響。從各類(lèi)熱儲(chǔ)巖石的膠結(jié)特征來(lái)看（見(jiàn)圖3B，12），砂礫巖屬快速堆積而成，膠結(jié)程度差，中砂巖以泥質(zhì)孔隙式膠結(jié)為主，泥質(zhì)膠結(jié)物很容易軟化，導(dǎo)致巖石易碎，泥質(zhì)膠結(jié)物及其孔隙充填的礦物微粒易在外力作用下發(fā)生剝落、運(yùn)移;細(xì)砂巖的膠結(jié)類(lèi)型也為孔隙式膠結(jié)，膠結(jié)物包括黏土礦物、不透明礦物和硅質(zhì)。從總體看，砂礫巖和中砂巖膠結(jié)疏松，黏土、粉砂等礦物微粒多松散附著在孔壁上，流體的黏滯力和界面力作用能使微粒脫落運(yùn)移，造成儲(chǔ)層損害。細(xì)砂巖的膠結(jié)程度相對(duì)較好，礦物微粒多膠結(jié)于骨架顆粒上，但當(dāng)流體產(chǎn)生的水動(dòng)力很大時(shí)，就會(huì)超過(guò)微粒之間或微粒與基巖之間的膠結(jié)強(qiáng)度，原來(lái)與基巖膠結(jié)良好的微粒就會(huì)變得松散易動(dòng)，它們會(huì)隨流體運(yùn)移到孔喉處，或單個(gè)顆粒堵塞孔隙，或幾個(gè)顆粒同時(shí)通過(guò)孔喉時(shí)架橋在孔喉處形成橋堵［7］。

3.4 敏感性礦物與潛在損害因素

在熱儲(chǔ)層巖石中，膠結(jié)于骨架的顆?；蛩缮⒏街诳妆谏系酿ね恋V物都為敏感性礦物，在與外界流體接觸或所處環(huán)境改變時(shí)，很容易發(fā)生分散、運(yùn)移，對(duì)儲(chǔ)層造成損害。同時(shí)，熱儲(chǔ)巖石尤其是砂礫巖和中砂巖，具有膠結(jié)疏松的特點(diǎn)，這更加劇了熱儲(chǔ)巖石中黏土礦物顆粒、粉砂等自身微粒的運(yùn)移。根據(jù)礦物與流體發(fā)生反應(yīng)造成的儲(chǔ)層損害方式，將熱儲(chǔ)層可能存在的敏感性損害分為以下3種。

1）速敏。速敏即流速敏感性，是在高速流體流動(dòng)作用下，地層微粒發(fā)生脫落、分散或運(yùn)移，并堵塞喉道。熱儲(chǔ)巖石中，泥質(zhì)膠結(jié)物和雜基包括伊蒙混層、伊利石等都屬于速敏礦物。其中，砂礫巖中，黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為2.5％，主要為伊蒙混層和伊利石;中砂巖中，黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為11.3％，伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高;細(xì)砂巖中，黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為16.4％，伊蒙混層和伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。由此可見(jiàn)，各類(lèi)熱儲(chǔ)層都存在速敏礦物，都存在不同程度的速敏損害。

2）水敏和鹽敏。遇水易產(chǎn)生晶格膨脹、分散、微粒運(yùn)移的礦物稱(chēng)為水敏性／鹽敏性礦物。熱儲(chǔ)巖石中普遍存在水敏／鹽敏性礦物，如上所述，砂礫巖、中砂巖和細(xì)砂巖均含有伊蒙混層和伊利石，而在伊蒙混層中，蒙脫石的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般超過(guò)65％，當(dāng)這些水敏性礦物與礦化度不同于地層水的水基流體作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生水化膨脹或分散、運(yùn)移等，引起熱儲(chǔ)層滲透率下降。

3）酸敏。熱儲(chǔ)巖石中的綠泥石、蒙脫石等黏土礦物以及方解石、白云石等都是酸敏性礦物，當(dāng)酸液進(jìn)入熱儲(chǔ)巖石與礦物相互作用時(shí)，一方面，酸液可能與酸敏礦物發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)沉淀，另一方面，酸液可能溶蝕膠結(jié)物或雜基，甚至碎屑顆粒，導(dǎo)致微粒運(yùn)移。

此外，當(dāng)熱儲(chǔ)層的壓力下降時(shí)，巖石骨架受到的有效應(yīng)力增加，導(dǎo)致熱儲(chǔ)層的滲透率降低。熱儲(chǔ)巖石，尤其是砂礫巖和中砂巖的膠結(jié)較為疏松（砂礫巖是快速堆積而成的，本身具有較好的可壓性，中砂巖為泥質(zhì)膠結(jié)，易軟化，也具有較好的可壓性），當(dāng)有效應(yīng)力增加時(shí)，巖石顆粒的排列更加緊密，孔喉收縮，具有較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性損害。

4 儲(chǔ)層物性特征

4.1 測(cè)試方法

對(duì)于膠結(jié)非常疏松或松散的熱儲(chǔ)巖樣，較難直接對(duì)其開(kāi)展巖心實(shí)驗(yàn)分析，因而制作了填砂管巖心模型，開(kāi)展巖心常規(guī)物性測(cè)定并進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)全部采用天然松散巖樣充填在模型內(nèi)，模型長(zhǎng)度約為7 cm，直徑約為3 cm。對(duì)于細(xì)砂巖和粉砂巖這一類(lèi)膠結(jié)相對(duì)較好的巖樣，一般都能取得完整的巖樣柱體進(jìn)行常規(guī)的物性分析，但后期飽和水測(cè)試水相滲透率時(shí)，巖樣很容易破碎，因此先用環(huán)氧樹(shù)脂膠均勻涂抹在巖樣表面，后快速用熱塑管包封，加熱定型，48 h后即可使用巖樣開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。

4.2 熱儲(chǔ)層的物性及分布

如圖13所示，砂礫巖的滲透率主要分布在（194～1 540）×10-3μm2，平均為689×10-3μm2，孔隙度主要分布在17.3％～36.5％，平均為25.8％;中砂巖的滲透率主要分布在（105～

1 559.6）×10-3μm2，平均為755.7×10-3μm2，孔隙度分布在21.5％～27.8％，平均為25.1％;細(xì)砂巖滲透率分布在（4.2～73.6）×10-3μm2，平均23.7×10-3μm2，孔隙度分布在10.8％～21.3％，平均17.0％;粉砂巖的滲透率主要分布在（0.034 8～2.74）×10-3μm2，平均為0.607×10-3μm2，孔隙度主要分布在10.3％～19.0％，平均為14.0％。從總體來(lái)看，熱儲(chǔ)層巖石的物性分布范圍較寬，滲透率與孔隙度存在一定的正相關(guān)關(guān)系。

本研究還發(fā)現(xiàn)，不同類(lèi)型熱儲(chǔ)層的水相滲透率與氣相滲透率的比值差異較大，這一比值可在一定程度上反映熱儲(chǔ)層中流體的滲流能力。由圖14可以看出，砂礫巖的水相滲透率與氣測(cè)滲透率比值明顯大于中砂巖和細(xì)砂巖，粉砂巖的水相滲透率與氣測(cè)滲透率比值最小，表明砂礫巖中流體的滲流能力最強(qiáng)，而粉砂巖中，邊界層作用明顯，流體的滲流能力變?nèi)酢?/p>

4.3 熱儲(chǔ)層物性的影響因素

4.3.1 巖性

如圖15所示，各類(lèi)巖性的熱儲(chǔ)巖石的滲透率和孔隙度有較大的差異。從氣測(cè)滲透率來(lái)看，砂礫巖和中砂巖的氣體滲透率較大，細(xì)砂巖的滲透率居中，粉砂巖的滲透率最?。粡目紫抖葋?lái)看，各類(lèi)巖性的熱儲(chǔ)巖石的平均滲透率和孔隙度從高到底依次為：砂礫巖>中砂巖>細(xì)砂巖>粉砂巖。

4.3.2 填隙物含量

由圖16可以看出，雜基含量越高，熱儲(chǔ)巖石的物性越差。分析還發(fā)現(xiàn)，黏土礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)熱儲(chǔ)層的滲透率也有一定的影響（見(jiàn)圖17），熱儲(chǔ)巖石黏土礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與氣測(cè)滲透率具有一定的相關(guān)性，黏土礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，熱儲(chǔ)巖樣的氣測(cè)滲透率越低。

5 儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)特征

5.1 孔隙類(lèi)型

本研究采用鑄體薄片、掃描電鏡和CT掃描對(duì)熱儲(chǔ)巖石孔隙類(lèi)型進(jìn)行了分析，如圖3B、5B、5C、6B、6C所示，中砂巖的孔隙性和孔隙連通性很好，孔隙類(lèi)型主要為粒間孔，其次為巖屑溶孔和長(zhǎng)石溶孔;細(xì)砂巖的孔隙性總體較好，其非均質(zhì)性較強(qiáng)，部分孔隙性差，孔隙連通性差，而部分孔隙性很好，孔隙連通性很好，孔隙類(lèi)型主要為粒間孔，其次為長(zhǎng)石溶孔，少許巖屑溶孔;粉砂巖的孔隙性較差，孔隙非均質(zhì)性較強(qiáng)，孔隙較為發(fā)育的區(qū)域呈斑狀、帶狀，孔隙類(lèi)型主要為粒間孔，其次為長(zhǎng)石溶孔以及晶間微孔，以伊蒙混層晶間微孔為主。對(duì)于砂礫巖，其孔隙類(lèi)型以粒間孔為主，孔隙連通性好。

本研究對(duì)中砂巖和細(xì)砂巖還開(kāi)展了CT掃描分析，其中，ZZ1-18為中砂巖，滲透性能相對(duì)較好，ZZ1-8-10為細(xì)砂巖，滲透性能相對(duì)較差；由圖18和圖19可以看出，兩塊巖樣的孔隙以粒間孔為主，中砂巖ZZ1-18的碎屑顆粒及孔喉明顯較大，細(xì)砂巖ZZ1-8-10的孔喉相對(duì)較小，連通性較差。

5.2 孔隙結(jié)構(gòu)與潛在損害

熱儲(chǔ)層巖石的孔隙類(lèi)型主要為粒間孔，其次為長(zhǎng)石溶孔和巖屑溶孔；熱儲(chǔ)層巖石的喉道類(lèi)型多樣，砂礫巖主要以縮頸狀喉道為主，孔隙大，喉道粗（見(jiàn)圖3B），中砂巖以縮頸狀喉道和點(diǎn)狀喉道為主（見(jiàn)圖5B、C、19），細(xì)砂巖主要以點(diǎn)狀和片狀、彎片狀喉道為主（見(jiàn)圖6B、C、18），粉砂巖主要以管束狀喉道為主（圖7B、C）。從砂礫巖、中砂巖及細(xì)砂巖熱儲(chǔ)層的喉道類(lèi)型和疏松膠結(jié)特征兩方面看，各類(lèi)熱儲(chǔ)層的損害特征如下。

1）在其他條件相同的情況下，對(duì)于砂礫巖，由于其喉道粗，固相顆粒侵入的深度大，造成的固相損害程度就比較嚴(yán)重。同時(shí)，其孔隙內(nèi)部充填的自生石英、方解石和伊蒙混層等礦物微粒在外力作用下極易發(fā)生脫落、運(yùn)移，因此，固相侵入及地層疏松微粒的運(yùn)移會(huì)堵塞地層孔道，是砂礫巖熱儲(chǔ)主要的損害方式。

2）對(duì)于中砂巖，其喉道略細(xì)，也存在部分粗喉道，固相顆粒也可能會(huì)侵入，從而造成一定程度的固相損害。同時(shí)，泥質(zhì)膠結(jié)物及其孔隙充填的伊蒙混層、蒙脫石等礦物微粒易在外力作用下發(fā)生剝落、運(yùn)移，因此，地層疏松微粒分散或運(yùn)移及固相侵入、黏土礦物水化膨脹是中砂巖熱儲(chǔ)主要的損害方式。

3）對(duì)于細(xì)砂巖，其孔隙小，喉道細(xì)而長(zhǎng)，固相顆粒不易侵入，而膠結(jié)物包括黏土礦物、不透明礦物，以及粒間孔隙充填的蜂窩狀蒙皂石等黏土礦物，較易剝落、運(yùn)移。因此，地層疏松微粒分散或運(yùn)移、黏土礦物水化膨脹是細(xì)砂巖熱儲(chǔ)主要的損害方式。

5.3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

5.3.1 孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)

為定量表征各類(lèi)熱儲(chǔ)巖石的孔隙結(jié)構(gòu)特征，對(duì)熱儲(chǔ)巖樣進(jìn)行了壓汞測(cè)試，各類(lèi)熱儲(chǔ)巖石的壓汞結(jié)果如圖20所示。由圖20可知，砂礫巖的孔喉尺寸分布范圍較寬，主要分布在10～127 μm，峰值出現(xiàn)在50 μm和100 μm處;中砂巖的孔喉尺寸分布范圍較寬，主要分布在3～40 μm，峰值出現(xiàn)在20 μm處;細(xì)砂巖的孔喉尺寸分布在0.004～6.0 μm，峰值出現(xiàn)在0.2～1.0 μm和4.0～5.0 μm處;粉砂巖的孔喉尺寸分布在0.004～1.1 μm，峰值出現(xiàn)在0.01～0.05 μm處和0.2～0.4 μm處?？傮w來(lái)看，從砂礫巖到粉砂巖，曲線(xiàn)峰值出現(xiàn)的位置逐漸左移，各類(lèi)巖性的熱儲(chǔ)層孔喉尺寸從大到小依次為：砂礫巖>中砂巖>細(xì)砂巖>粉砂巖。

5.3.2 孔喉滲透率貢獻(xiàn)率

為了得到對(duì)熱儲(chǔ)滲流起主要作用的孔喉空間尺度，本研究采用Purcell方法計(jì)算區(qū)間滲透率貢獻(xiàn)值。儲(chǔ)層巖石孔喉滲透率貢獻(xiàn)率定義為：某孔喉對(duì)儲(chǔ)層巖石滲透率的貢獻(xiàn)占整個(gè)滲透率的百分?jǐn)?shù)。

P某一區(qū)間=

〔∑j+1iΔSi-（i+1）（Pc）2i-（i+1）/∑Ni=1ΔSi（Pc）2i］×100%，

式中： Pc為毛管力， Si為毛管力對(duì)應(yīng)的進(jìn)汞飽和度。

圖21為各類(lèi)熱儲(chǔ)層巖石孔喉滲透率貢獻(xiàn)值累積曲線(xiàn)，表1給出了對(duì)滲透率貢獻(xiàn)較大的孔喉所占的比例。由圖20和表1可以看出：在砂礫巖中，對(duì)滲透率貢獻(xiàn)較大的孔喉尺寸為47～127 μm，貢獻(xiàn)率為69.2％～93.1％，平均為79.4％，孔喉占比為27.7％～69.1％，平均為42.5％;在中砂巖中，對(duì)滲透率貢獻(xiàn)較大的孔喉尺寸是19～40 μm，貢獻(xiàn)率達(dá)71.6％～81.1％，平均為76.3％，孔喉占比為20.8％～26.7％，平均為23.8％;在細(xì)砂巖中，對(duì)滲透率貢獻(xiàn)較大的孔喉尺寸是1.1～6.0 μm，貢獻(xiàn)率達(dá)72.6％～87.3％，平均為80.8％，孔喉占比為4.1％～20.9％，平均為11.7％;在粉砂巖中，對(duì)滲透率貢獻(xiàn)較大的孔喉尺寸是0.049～1.1 μm，貢獻(xiàn)率達(dá)75.9％～90.0％，平均為82.8％，孔喉占比為10.3％～16.2％，平均為13.3％。從整體上來(lái)看，各類(lèi)熱儲(chǔ)巖石中較大尺寸的孔喉盡管數(shù)量比較少，但對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)卻非常大，而數(shù)量較多的小孔喉對(duì)滲透率貢獻(xiàn)很小。

5.3.3 滲流空間大小與潛在損害

不同巖性熱儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)有較大的差別， 砂礫巖的孔喉尺寸最大， 中值孔喉半徑大于23.68 μm， 主要孔喉半徑區(qū)間為10～127 μm； 其次為中砂巖，中值孔喉半徑在5.47～7.89 μm， 主要孔喉半徑區(qū)間為3～40 μm; 再次為細(xì)砂巖， 中值孔喉半徑在0.027～0.104 μm，主要孔喉半徑區(qū)間為0.01～6.0 μm;粉砂巖的孔喉尺寸最小，孔喉尺寸主要分布在0.004～1.1 μm。在熱儲(chǔ)層鉆完井和回灌過(guò)程中，入井流體中的微?？赡軙?huì)堵塞儲(chǔ)層孔喉，因此本研究將各類(lèi)熱儲(chǔ)巖石的孔喉作為目標(biāo)滲流空間，對(duì)各類(lèi)熱儲(chǔ)層的微粒堵塞特征進(jìn)行了分析。

微粒的級(jí)配是影響微粒堵塞的主要因素［11］，根據(jù)前人的研究成果可知，微粒在孔喉中運(yùn)移時(shí)的堵塞類(lèi)型分為堵塞和封閉、限流、橋塞。當(dāng)孔隙與顆粒的直徑之比小于3時(shí)，形成外部濾餅;當(dāng)孔隙與顆粒的直徑之比大于3小于7時(shí)，形成內(nèi)部濾餅;當(dāng)孔隙與顆粒的直徑之比大于7時(shí)，無(wú)濾餅形成。據(jù)此對(duì)造成熱儲(chǔ)巖石孔喉堵塞的微粒尺寸進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表2所示。在鉆井過(guò)程中，固相顆粒極易侵入熱儲(chǔ)層，造成熱儲(chǔ)層損害［12-14］。通過(guò)對(duì)目前使用的地?zé)峋@井液的粒度分析，得到固相顆粒粒徑分布在0.3～10 μm（見(jiàn)圖22），根據(jù)熱儲(chǔ)層巖石孔喉尺寸與微粒尺寸的配伍性關(guān)系可以推測(cè)，此鉆井液中的固相顆粒會(huì)侵入砂礫巖和中砂巖。因?yàn)樯暗[巖和中砂巖的孔喉較大，封閉和堵塞形成外部濾餅的微粒尺寸界限分別為84.7 μm和26.7 μm，因此砂礫巖和中砂巖不會(huì)形成外部濾餅。在砂礫巖和中砂巖中，固相微粒主要以限流和橋塞的方式堵塞孔喉，可能會(huì)形成內(nèi)部濾餅。細(xì)砂巖中固相微粒堵塞孔喉主要以堵塞封閉或限流的方式為主，可形成外部泥餅。

6 結(jié)論

1）熱儲(chǔ)層按巖性可分為砂礫巖、中砂巖、細(xì)砂巖和粉砂巖。粉砂巖的滲透率極低，水相滲透率均小于0.01×10-3μm2，最低為0.000 549×10-3μm2，從熱儲(chǔ)滲流能力角度考慮，砂礫巖、中砂巖、細(xì)砂巖是主力熱儲(chǔ)層。

2）在熱儲(chǔ)層巖石中，膠結(jié)于骨架的顆?；蛩缮⒏街诳妆谏系酿ね恋V物都為敏感性礦物，包括伊蒙混層、伊利石、蒙脫石、綠泥石等，當(dāng)與外界流體接觸或所處環(huán)境改變時(shí)，很容易發(fā)生分散、運(yùn)移，對(duì)儲(chǔ)層造成損害。根據(jù)礦物與流體發(fā)生反應(yīng)造成的儲(chǔ)層損害方式，熱儲(chǔ)層存在的敏感性損害主要包括速敏、水敏和酸敏。

3）對(duì)砂礫巖滲透率貢獻(xiàn)較大的孔喉尺寸為47～127μm，對(duì)中砂巖滲透率貢獻(xiàn)較大的孔喉尺寸是19～40 μm，對(duì)細(xì)砂巖滲透率貢獻(xiàn)較大的孔喉尺寸是1.1～6.0 μm，對(duì)熱儲(chǔ)滲透率貢獻(xiàn)較大的是少數(shù)大尺寸孔喉滲流空間。熱儲(chǔ)層巖石內(nèi)部膠結(jié)疏松的微粒及外來(lái)的微粒發(fā)生運(yùn)移時(shí)，可能堵塞孔喉滲流空間。

4）砂礫巖孔隙大，喉道粗，固相侵入及地層疏松微粒運(yùn)移堵塞地層孔道是主要的損害方式。中砂巖喉道略細(xì)，地層疏松微粒分散或運(yùn)移及固相侵入、黏土礦物水化膨脹是主要的損害方式。細(xì)砂巖孔隙小，喉道細(xì)而長(zhǎng)，固相顆粒不易侵入，地層疏松微粒分散或運(yùn)移、黏土礦物水化膨脹是細(xì)砂巖熱儲(chǔ)主要的損害方式。

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（編 輯 雷雁林）