2011年4月,第41卷第2期,Apr.,2011,Vo.l41,No.2JournalofNorthwestUniversity(NaturalScienceEdition)
定边张韩地区长2低渗储层敏感性分析
邓杰,王震亮,高潮,李彦婧,杨县超
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(1.西北大学大陆动力学国家重点实验室/地质学系,陕西西安710069;2.延长油田股份有限公司,陕西延安716000)
摘要:目的确定研究区储层敏感性特征,研究储层伤害机理,为保护储层提供可靠的依据。方法从敏感性实验分析入手,同时测量不同样品的敏感性及其物性参数,结合铸体薄片、压汞、扫描电镜等实验方法,从宏观和微观两个角度,分析储层敏感性与储层物性及黏土和碳酸岩含量之间关系。结果研究区速敏、水敏、酸敏特征均为无至弱,碱敏性特征为弱至中等偏弱。结论速敏、水敏、酸敏和碱敏与储层物性、黏土含量以及碳酸盐含量等参数之间具有明显的相关性关系。关键词:敏感性;敏感指数;孔隙度;渗透率;鄂尔多斯盆地
中图分类号:TE258文献标识码:A文章编号:1000274(2011)02028506
EstimationofsensitivityofChang2reservoirinZhanghanarea
DENGJie,WANGZhenliang,GAOChao,LIYanjing,YANGXianchao
(1.StateKeyLaboraryofContinentalDynamics/DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xian710069,China;
2.YanchangOilLimitedLiabilityCompany,Yanan716000,China)
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Abstract:AimTodeterminethecharacterofreservoirsensitivity,andfindthemechanismofreservoirdamageandprovideareliablebasisforreservoirprotection.MethodsExperimentswereconductedonthesensitivityofdifferentsamples,theirparametersandphysicalpropertyrespectively,combinedwiththeanalysisdataofcastingthinsectionsandSEM,soastounderstandtheaffectingfactors.Therelationsbetweenthereservoirsensitivityanditsphysicalproperty,thecontentofclayandcarbonate,wereanalyzedfromtheaspectsofmacroscopicandmicroscopicview.ResultsTheanalysisshowsthatthecharactersofsensitivitiesarenonetoweakexceptalkaliwhichisweakandmediumtoweak.ConclusionThereisobviouscorrelationbetweensensitivityindexsofvelocity,water,acidandalkaliandreservoirphysicalproperties,thecontentofclayandcarbonate.Keywords:sensitivity;sensitivityindex;porosity;permeability;OrdosBasin自20世纪70年代以来,油气储层损害与保护方面的研究越来越受到人们的重视
[1]
层,提高经济效益提供了可靠依据。
,国内外许多
[2-5]
学者对储层敏感性影响机理进行了深入研究,逐步认识到储层敏感性不仅与其中黏土矿物类型和含量有很大关系切相关
[8-11]
[6-7]
1研究区储层概况
张韩地区位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡西部边缘中段,长2储层主要由长石砂岩和长石岩屑砂岩组成,形成于三角洲平原亚相,沉积物粒度较细,塑性碎屑含量较高
[14]
,同时也与储层自身的性质密
[12]
。但是,目前对储层敏感性影响因素的
,对低渗储层的研究
。本文在确定研究区长2储层敏感性
研究主要集中在中高渗储层相对较少
[13]
,多发育中细孔隙、中喉道孔隙结
特征的基础上,分析了储层物性和各种胶结物对敏
感性的影响,确定了储层损害机理,为保护油气储
收稿日期:20100105
构,自生矿物以绿泥石(C)、高岭石(K)和伊利石(I)等黏土矿物为主,属于典型的中孔低渗到低孔特
基金项目:十一五国家科技支撑计划基金资助项目(2007BAB17B01)作者简介:邓杰,男,河北辛集人,从事矿产普查与勘探研究。286
[15-16]
西北大学学报(自然科学版)第41卷
低渗储层。等偏弱水敏),且仅3块样品Dk>0.5,进而确定研究区为弱至中等偏弱水敏感性特征;通过储层盐敏性的测定和分析,确定储层为无至弱盐敏性特征;酸敏指数最大值是058,75%的样品酸敏指数在03以下,表明研究区为无至中等偏弱酸敏性特征;研究区50%样品为弱碱敏,中等偏弱碱敏性的样品占417%,属于弱至中等偏弱碱敏性特征(见表1)。以上分析分析表明,该区储层敏感性指数较低,整体特征为弱至中等偏弱。
2储层敏感性特征
本研究对实验结果进行分析并按照国家相关行业标准(SY/T535894)对敏感程度进行划分发现:75%的岩心样品速敏指数Dk<03,属于无至弱速敏性,确定本区样品总体为无至弱速敏性特征;所有样品水敏指数都小于06(0316 Tab.1Thecharacterofreservoirsensitivity 储层敏感性敏感指数范围敏感性评价 速敏808~6745无中等偏弱 水敏0~056无中等偏强 酸敏 -059~058改善中等偏强 碱敏002~058无中等偏强 盐敏0~25无中等偏弱 注:表示临界流速;表示临界盐度范围。 毛细管作用强,甚至大于流体流动作用,导致岩石内 3影响储层敏感性的因素 储层敏感性受多方面因素控制,包括储层形成时的沉积环境、后期成岩作用、胶结作用以及孔隙中的流体 [14] 部不同处实际流速可能不同。启动运移微粒粒径大小复杂,同时由于喉道半径较小,造成相对高渗透率情况下运移的地层微粒容易堆积或在喉道处形成 桥堵或卡堵,造成临界流速较低,所有速敏指数明显偏高。但是,由于样品数量有限,未发现速敏指数与物性要素之间明显相关性。 -32 2)区。当渗透率值大于0510m时,随着岩石物性特征参数(渗透率,k/,孔喉半径)的改善,流体流动逐渐变易,高岭石、伊利石等速敏性矿物与流体接触的表面积变大,被剥蚀运移颗粒径增大,数目增多,有利于喉道处颗粒的堆积和桥堵的形成。所以,随着岩石物性的变好,速敏指数升高。但是,高岭石、伊利石等速敏矿物对速敏指数的影响不仅受到矿物与流体接触表面积大小的影响,同时也与矿物丰度有很大关系,这就会导致两者关系图上出现异常点(见图1)。 。研究井中仅两口属于分流间湾微相,其 [17-18] 余属于分流河道微相,这可能是造成未发现沉积微相对储层敏感性控制作用的原因。研究发现,本地区储层孔隙度、渗透率等物性因素、黏土矿物、碳酸盐等胶结物含量是影响储层敏感性的主要因素。由于本区储层盐敏性很弱,临界盐度与各物性因素以及黏土矿物含量关系不明显,所以本研究仅对其他四敏进行分析。 31储层物性对敏感性的影响 为准确客观地描述岩石样品的敏感性,研究中对渗透率、孔隙度及其比值k/、孔喉半径进行了综合分析。其中,有关孔喉半径的取值,传统方法是采用压汞曲线上水银饱和度50%处值(r中),但H.D.Winland发现,控制流体在岩石中流动的有效孔隙度系统应对应35%的水银饱和度(r35)。Pittman(1992)认为,r35处孔穴大小具有平均意义,且孔隙网络成为可控制流体流动的有效孔隙系统半径。 3.1.1速敏通过速敏指数与储层物性关系进行研究(见图1)发现,速敏指数明显分布在两个区域:区,高速敏指数区;区,低速指数区。1)区。低(超低)渗砂岩的微观非均质性强,渗透率越低,表现越明显,影响速敏指数的因素越复杂。研究发现,当渗透率值小于0510-3 [19] 。所 以,本文将水银饱和度值为35%处值(r35)作为孔喉 图1速敏指数与储层物性关系 Fig.1Therelationshipbetweenindexeofvelocityand reservoirphysicalproperty m时, 2 3.1.2水敏在储层物性与水敏指数关系图中, 第2期邓杰等:定边张韩地区长2低渗储层敏感性分析287 水敏指数与各物性要素之间均呈负指数相关,其中与K/、渗透率和孔隙度相关性较好,相关系数在75%以上(见图2)。 通过岩石铸体薄片和扫描电镜研究发现,本地区样品中蒙皂石、伊/蒙混层等水敏性矿物含量很少,膨胀后不足以对孔喉产生明显的堵塞作用。随着岩石样品物性的改善,流体更容易在岩石样品中流动,一方面利于冲散、运移已经膨胀松散的黏土矿物,缓解黏土矿物膨胀对孔隙造成的堵塞;另一方面减缓流体运移的微粒在喉道处的沉积和形成桥堵。这有利于减小对岩石损害,降低对渗透率的影响,造成水敏指数下降。但是,如果样品所含水敏性矿物含量相对较低,可能会出现异常低水敏指数(见图2A);如果其他黏土矿物如高岭石含量过高也可能出现异常高值(见图2D)。 品,渗透率会得到一定程度的改善(见图3A)。 样品中酸敏性矿物可以分为两类,一类与酸接触会产生沉淀,降低样品物性;另一类与酸接触溶解,改善样品物性。随着岩石样品物性的变好,酸液越来越容易进入样品,绿泥石、方解石等酸敏性矿物与酸液的接触表面积越来越大,加快了矿物与酸的反应,利于矿物的溶解和沉淀,这都对储层改变作用变强。所以,对区和区酸敏指数取绝对值,发现酸敏指数与物性各参数之间呈很好的正相关,相关系数在85%左右(见图3B)。但是,当这两类矿物含量相差不大,受到相互影响时,两种作用相互抵消,酸敏指数绝对值就会出现异常低值(见图3)。3.1.4碱敏在成岩过程中,各物性参数受到压实和胶结作用的影响,经过分析发现,研究区碱敏指数大于03的岩石样品受到的压实作用较强,胶结作用较弱,而酸敏指数小于03的岩石样品,则相反。因此图4中,敏感指数以03为界分为两个部分,各部分碱敏指数与物性各要素之间具有良好的正相关,相关系数都在70%以上。 渗透率和K/的增大,在一定程度上表明碱液在岩石样品中的流动变易,使碱液可进入更多的岩石样品孔隙空间,增加了碱敏性矿物与碱液的接触 图2水敏指数与储层物性关系 Fig.2Therelationshipbetweenindexeofwaterandreser voirphysicalproperty 表面积,利于碱液与矿物反应,产生的沉淀结垢增多,对岩石样品损害度增大,碱敏指数增高。但是,孔隙度的单纯增大,并不意味着渗透率一定增加或 同幅度增加,它可能是孔隙数目变多但孔隙变小以及孔隙表面积增加。所以,孔隙度的增大不一定使碱液的流动变易,这是造成孔隙度与碱敏指数在碱敏指数大于03区域无明显相关性的主要原因。 3.1.3酸敏通过对酸敏指数与储层物性关系分析发现,岩石样品具有明显的分区特征:区,样品酸敏指数大于0,表明样品具有一定的酸敏性,酸液进入样品后会使渗透率降低(见图3A);区,酸敏指数小于0,表明样品无酸敏性,随着酸液进入样 图3酸敏指数与储层物性关系 Fig.3Therelationshipbetweenindexeofacidandreservoirphysicalproperty 32储层胶结物对敏感性的影响 胶结物对储层敏感性具有重要影响,主要有两个方面:一是矿物本身遇水膨胀或迁移堵塞喉道;二是通过改变储层物性来加大或降低储层的敏感性程度。 3.2.1速敏由于速敏指数同时受控于速敏性矿物的含量和孔渗等多种因素,所以不同含量的速敏性矿物在不同的孔渗条件下会产生不同甚至相反288西北大学学报(自然科学版)第41卷 土总含量成正相关(见图5A,B)。 碳酸盐类属于易溶性矿物,很容易以真溶液的形式运移到岩石体外,在一定程度上改善了储层的孔隙度和渗透率,减缓对岩石样品的损害。所以,速敏指数与碳酸盐具有较好的负相关性,且相关性系数高达97%(见图5C)。但是,当样品物性较差尤其是孔隙半径过小时,碳酸盐与流体接触面积有限,造成碳酸盐溶解较少,速敏指数出现异常高值(见 图4碱敏指数与储层物性关系 Fig.4Therelationshipbetweenindexeofalkaliandreser voirphysicalproperty 图5C)。 3.2.2水敏一般黏土矿物如高岭石遇水后会发生体积膨胀,造成储层孔喉缩小,甚至堵塞细小喉 道,使局部孔隙空间不再与外界连通,降低了岩石样品的孔隙度和渗透率。而此类矿物膨胀到一定程度,又会发生分散、运移,在喉道处沉淀堵塞,再次降低渗透率,因此水敏指数与高岭石、黏土矿物总含量呈正相关系(见图6A,B)。如果孔喉半径较小,即使少量的黏土矿物,也容易堵塞喉道,造成异常高水敏指数(见图6B)。 图5速敏指数与黏土矿物、碳酸盐含量关系Fig.5Therelationshipbetweenindexeofvelocityandmin eralcontentofclayandcarbonate 的影响。这是在速敏指数与胶结物含量关系图上出现分带的原因(见图5)。 通过对速敏指数与高岭石含量、黏土总含量关系进行分析发现,两者明显分为3个区带,并且在区带和区带2中正相关,在区带1中表现为负相关。 1)区带。渗透率相对较小,即使被剥离运移的黏土矿物微粒数目不多、粒径较小,也极易在狭窄的孔喉处堆积或形成桥堵与卡堵,降低储层渗透率,造成速敏指数值整体较高。这种对储层的损害会随着储层中黏土含量的增加而增强,所以速敏指数与高岭石含量、黏土含量都是正相关系(见图 5A,B)。 2)区域。渗透率较好,但以高岭石含量45%,黏土体积总含量55%为界明显分为两个区带(见图5A,B):区带1中,黏土矿物含量较低,仅会产生少量的地层微粒,不足以堵塞喉道或形成桥堵与卡堵,在流体冲击作用下,所形成的微粒反而被带出岩石,在一定程度上减缓对岩石的损害,造成速敏指数随着高岭石和黏土总含量的增加而降低(见图5A,B);区带2中,黏土矿物含量较高,受到流体冲击产生的大量地层微粒逐渐由运移出样品为主转变为在样品中沉淀或形成桥堵与卡堵为主,所以此时速敏指数与高岭石含量、黏图6水敏指数与黏土矿物、碳酸盐含量关系Fig.6Therelationshipbetweenindexeofwaterandminer alcontentofclayandcarbonate 水敏指数与碳酸盐含量呈较好的负相关,相关系数为7348%,主要是因为碳酸盐矿物遇水后不仅不发生体积膨胀,反而溶解,有利于增大储层孔隙 度,改善渗透率(见图6C)。但是,在孔喉半径较小的情况下,流体不易进入样品,碳酸盐与流体接触面积较小,溶解作用不明显,导致异常高水敏指数的出现(见图6C)。 3.2.3酸敏在研究区,酸敏性矿物主要是绿泥石和碳酸盐类矿物。在酸性溶液中,绿泥石受到反应温度和酸浓度影响会析出Fe,Mg等离子,同 4+ 时砂岩中石英和高岭石会析出Si,进而形成难溶或不溶的硅酸盐、硅铁或镁酸盐沉淀,而碳酸盐与酸反应形成的CO2又会加剧这一过程。在残酸环境下,随着溶液pH值的升高,析出的金属离子会形成絮状氢氧化物,硅酸盐变为胶状氢氧化硅,或脱水生成硅胶。这一复杂过程导致岩石的孔隙度和渗透率降低,岩石损害率加大。所以,酸敏指数随绿泥石含量的增高而增大(见图7A)。 3+ 2+ 第2期邓杰等:定边张韩地区长2低渗储层敏感性分析289 图7酸敏指数与黏土矿物、碳酸盐含量关系Fig.7Therelationshipbetweenindexeofacidandmineral contentofclayandcarbonate 图8碱敏指数与黏土矿物、碳酸盐含量关系Fig.8Therelationshipbetweenindexeofalkaliandminer alcontentofclayandcarbonate 由于碳酸盐类矿物易于在酸中溶解,在一定程度上改善岩石物性,所以酸敏指数与碳酸盐类矿物含量呈明显的负相关系(见图7B)。较好的孔渗条件,可以弥补矿物含量的不足,造成低碳酸盐含量对应相对低的酸敏指数(见图7B)。 3.2.4碱敏在三次采油中,碱水驱或碱表面活性剂、聚合物三元复合驱等都涉及碱与储集层中碱敏性矿物的相互作用,所以碱敏性研究非常重要 [4] 2)在较高渗透率层段,速敏指数与碳酸盐含量呈较好负相关,与黏土仅在其含量较低层段成负相 关。较低渗透率层段,速敏指数随黏土含量的增加迅速增大,但与碳酸盐含量关系不明显。水敏指数与各黏土矿物含量均呈正相关,与碳酸盐含量负相关。酸敏指数受绿泥石和碳酸岩影响较大,随绿泥石含量的增加而增大,随碳酸岩含量的增加而减小,所以在实际生产中,对高碳酸盐含量的储层可以进行酸化处理,同时应防止酸液侵入高绿泥石含量储层。碱敏指数主要受到黏土矿物影响,随其含量增加而增大。 。研究区长2储层中存在的碱敏性矿物主要是 绿泥石和伊利石。在碱溶液中,伊利石和绿泥石会大量析出硅、铝、铁离子,进而生成胶体或沉淀,堵塞岩石孔隙和喉道,使岩石渗透率下降。所以,碱敏指数与伊利石和绿泥石含量呈正相关,相关系数分别是743%和888%(见图8)。同时,影响岩石碱敏指数的其他因素也不可忽视,如果岩石中铁等金属离子含量高,就会出现异常高碱敏指数(见图8A)。 参考文献: [1]WEAVERGE.Possibleusesofclaymineralsinsearchfor oil[J].AAPG,1960,44(9):15051508. 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[13]周锋德,姚光庆,陈金霞,等.岔路河断陷梁家新安 堡地区低渗储层敏感性影响因素分析及预测[J].矿 (编辑雷雁林) 学术动态 我校刘池阳教授获十一五国家科技计划执行突出贡献奖 2011年2月18日,2011年全国科技工作会议在京召开,国家科技部总结了十一五科技工作,并表彰了十一五国家科技计划工作先进集体和个人,我校地质系刘池阳教授荣获十一五国家科技计划执行突 出贡献奖。 十一五期间,刘池阳教授作为首席科学家,承担和完成了国家重点基础研究发展计划项目多种能源矿产共存成藏(矿)机理与富集分布规律;作为项目负责人,主持完成了国家自然科学基金项目酒泉盆地群发育和油气成藏对青藏高原形成演化的响应等多个研究项目。 刘池阳教授在其研究中,揭示了多种能源矿产同盆共存、富集成藏(矿)存在的普遍性;提出盆地成藏(矿)系统新概念;首次系统研究和总结了中东亚成矿域多种能源矿产同盆共存的赋存特点和形成环境;建立了鄂尔多斯盆地演化-改造过程的时空坐标,探讨了盆地演化-改造与多种共存能源矿产之间的相互作用和耦合关系;论证了鄂尔多斯盆地延长组优质烃源岩形成于较活跃的地球动力学背景中。他所指导的铀对烃源岩生烃演化影响的模拟实验、盆地较深部沉积地层放射性异常的研究、天然气运移-耗散和后生蚀变地质作用的成岩-铀成矿效应和有机(油气等)-无机(铀)能源矿产相互作用及其积极重要的成矿(藏)意义等方面研究已取得重要进展。 据悉,此次全国获得十一五国家科技计划执行突出贡献奖为287人,其中我省8人。 (薛鲍) 因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容