蘇里格氣田上古生界主要含氣層系黏土礦物特征及敏感性分析

1、DOI：10.396 9/j.issn.167 2-7703.2012. 02.007蘇里格氣田上古生界主要含氣層系黏土礦物特征及敏感性分析李明瑞 1張清 2王明瑜 3（1 中國石油長慶油田公司勘探部，陜西省西安市 710018；2 中國石油長慶油田公司蘇里格氣田研究中心，陜西省西安市 710018；3 中國石油長慶油田公司超低滲油藏第二項目部， 甘肅省慶陽市 745000）摘 要：蘇里格氣田上古生界主要含氣層盒 8 段及山 1 段儲層中黏土礦物廣泛分布，黏土礦物含量變化影響著儲層孔隙結構，易引發(fā)儲層敏感性，改變儲層的滲流能力，影響著研究區(qū)天然氣的產能。對研究區(qū)黏土礦物特征分析及其儲 層敏感性

2、分析認為，影響儲層滲透性的敏感性強弱依次為水敏、酸敏、應力敏感、速敏、鹽敏，其中損害較大的是水敏， 其次是酸敏，并提出了相應的儲層保護及改造措施。針對伊利石及伊 / 蒙混層含量高、易水敏的地區(qū)，進行儲層壓裂改 造施工時需要提高砂比，少進壓裂液。針對綠泥石富集區(qū)要注意酸敏對儲層的傷害，但是對于改善型酸敏儲層，可以采 用合理的前置酸加砂壓裂工藝進行改造，改善滲透率，提高單井產量。關鍵詞：蘇里格氣田；上古生界；黏土礦物；儲層敏感性中圖分類號：TE112文獻標識碼：A蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地的西北部，區(qū)域構造橫跨陜北斜坡、伊盟隆起及天環(huán)坳陷3個構造單元， 勘探面積約 40000km2，探明天然氣地質

3、資源量 1.1 1012m3。蘇里格氣田不僅是我國目前規(guī)模最大的天然氣田，也是世界級的大氣田1。蘇里格氣田主要含氣層位 是二疊系石盒子組盒8段及山西組山1段，屬于典型的低滲透砂巖儲層2。儲層中含有大量黏土礦物是造成儲 層物性差的重要因素之一，黏土礦物類型及含量的差異對儲層的物性、敏感性、潤濕性等影響很大。本文擬從蘇里格氣田黏土礦物類型分析入手，通過分析實驗 數據、闡述其儲層敏感性，并結合儲層改造等提出具體 建議，進一步提高單井產量和開發(fā)效果。的心灘及河道等砂體沉積。砂巖中碎屑礦物成分以石英類（包括石英顆粒、燧石、硅質巖及變質石英巖等） 和巖屑類為主，長石類含量極少。巖屑類型主要為千枚 巖、泥板

4、巖、變質砂巖和中酸性火山碎屑等，巖屑含量15%40% 不等。充填物以黏土雜基、蝕變高嶺石、火 山質、蝕變綠泥石等為主，次為硅質、鐵方解石、鐵白 云石和菱鐵礦膠結。儲層中黏土含量普遍較高，約占總 組分的6%15%，是影響儲層敏感性和產量的重要因 素。2 常見黏土礦物特征與成因根據黏土礦物X-射線衍射資料分析可知，石盒子 組盒8段及山西組山1段黏土礦物類型主要有綠泥石、 伊利石、高嶺石及伊/蒙混層。其中綠泥石相對含量占 黏土礦物總量的比例最大，其次為伊利石、高嶺石及 伊 / 蒙混層的含量，綠 / 蒙混層零星分布。整體上，盒1 儲層結構基本特征蘇里格氣田上古生界山西組山1段主要儲集砂體屬 于曲流河的

5、點壩及河道沉積，石盒子組盒8段為辮狀河第一作者簡介：李明瑞，男，高級工程師，碩士，2002 年畢業(yè)于石油大學（北京），主要從事天然氣勘探地質研究工作。收稿日期：2011-05-30；修改日期：2011-10-20 中國石油勘探 2012 年第 2 期32李明瑞等：蘇里格氣田上古生界主要含氣層系黏土礦物特征及敏感性分析8段與山1段的綠泥石和高嶺石相對含量類似，綠泥石相對含量為46%左右，高嶺石相對含量為19.5%左右。 盒 8 段伊 / 蒙混層相對含量比山 1 段的高約 4%，而伊 利石相對含量比山 1 段的低4% 左右（圖1）。（1）綠泥石：蘇里格氣田盒8 段和山1 段儲層中的 綠泥石主要有兩

6、種成因類型，一是長石和高嶺石成巖 蝕變的產物;二是伊利石成巖演化的產物。其中成巖早期形成的多是富鐵的綠泥石，而晚成巖階段大多形成富鎂綠泥石3。在掃描電鏡下綠泥石單體形態(tài)呈薄六角 板狀或葉片狀等，集合體形態(tài)呈葉片組成的蜂窩狀、絨 球狀、玫瑰花狀、針葉狀和疊片狀等形態(tài)（圖2（a）。 綠泥石具有易酸蝕、不易水化膨脹、易產生 Fe3+ 沉淀 的性質。（2）伊利石:主要有 3 種來源，一是陸源搬運來的 細粒黏土，在氣溫較低條件下，由長石、云母等鋁硅酸 鹽經風化脫鉀而成；二是在埋藏成巖過程中由鉀長石 和高嶺石轉化形成的自生伊利石；三是成巖過程中地 層水化學沉淀形成的自生伊利石3。伊利石在掃描電鏡圖 1 蘇

7、里格氣田盒 8 段及山 1 段主要黏土礦物相對含量統(tǒng)計圖Fig.1 Relative content statistics of clay minerals of the 8th Member of Shihezi Formation and the 1st Member of Shanxi Formation in Sulige gas field 下單體形態(tài)呈絲帶狀、條片狀等，集合體形態(tài)呈蜂窩狀、絲縷狀等形態(tài)（圖 2（b）。伊利石具有易水化膨圖 2 蘇里格氣田盒 8 或山 1 段主要粘土礦物掃描電鏡照片Fig.2 Microphotograph of clay minerals of th

8、e 8th Member of Shihezi Formation and the 1st Member of Shanxi Formation in Sulige gas field 33No.2 2012 China Petroleum Exploration表 1 蘇里格氣田盒 8 段儲層速敏實驗表Table 1 Speed-sensitivity evaluation of the 8th Member of Shihezi Formation in Sulige gas field石油地質P E T R O L E U M G E O L O G Y脹、相對易遷移的特性。（3）高嶺石

9、:主要由鉀長石等鋁硅酸鹽經酸性水化 學淋濾而成，氣候環(huán)境對高嶺石的分布影響很大3。在 掃描電鏡下單體形態(tài)呈假六邊形等，集合體形態(tài)呈書 頁狀、蠕蟲狀等（圖 2（c）。高嶺石具有易發(fā)生分散 和遷移、一般不易水化膨脹的特性。（4）伊 / 蒙混層:伊 / 蒙混層是蒙皂石向伊利石和 綠泥石轉化的過渡產物3。在掃描電鏡下形態(tài)呈片狀、 蜂窩狀等（圖 2（d）。伊 / 蒙混層具有遇水易膨脹的 特性。3 黏土礦物敏感性分析及其對儲層改造 的影響蘇里格氣田上古生界盒8段及山1段為低孔滲致密 砂巖儲層，砂巖孔隙小，黏土礦物含量較高，當與鉆井 液、儲層改造液等外來液體配合下，容易造成對儲層的 傷害4。敏感性實驗表明，

10、該區(qū)存在著速敏、水敏、應 力敏感、酸敏、鹽敏等，是低滲儲層改造中不容忽視的 因素。狀的伊利石。生產實踐及巖石薄片鑒定分析統(tǒng)計表明蘇里格氣田東部高嶺石與伊利石含量普遍較高，平 均為 9.03，由于速敏常造成單井產量偏低。如ZF井 是蘇里格氣田東部的一口探井，該井測井解釋砂巖厚 度為 31.5m，氣層為 3m，含氣層為 10.1m，平均孔隙 度為10%，平均滲透率為0.81mD，現場施工時采用CO2 泡沫壓裂，在放噴排液時，由于CO2 氣體流速較快，造 成儲層速敏。放噴排液的初期，關井油壓可上升至12MPa，后期關井油壓反而降低（圖 3）。后來對該段 儲層進行X-射線衍射及掃描電鏡分析，發(fā)現孔隙中

11、主 要充填高嶺石及伊利石黏土礦物。CO2泡沫壓裂施工中 由于高嶺石及絲狀伊利石阻塞喉道，在井筒附近形成 致密環(huán)帶，影響氣體的滲流，造成產量較低。因此在儲 層改造和氣井日常生產中，一定要合理控制壓差，如果 速敏速敏是指儲層中各種微粒因流體流動速度增加引起的顆粒運移，并堵塞孔道而造成儲層滲透率下降的 可能性及其程度5。蘇里格氣田盒8段速敏實驗分別 采用 、1.0、5.0、6.0mL/min 的流速進行滲透率測定。實驗結果 表明，儲層敏感性的臨界流速為 3.726m/d，滲 透率的恢復程度為85%左右，為弱速敏及中等偏弱速 敏（表1）。引起速敏的黏土礦物主要為高嶺石及纖維圖 3 ZF 井 CO 2

12、泡沫壓裂排液曲線Fig.3 The curve about CO 2 foam fracturing fluids of Well ZF 中國石油勘探 2012 年第 2 期34表2 蘇里格氣田部分井儲層水敏實驗表Table 2 Water-sensitivity evaluation of some wells in Sulige gas field李明瑞等：蘇里格氣田上古生界主要含氣層系黏土礦物特征及敏感性分析壓降太快、壓差太大，高嶺石及纖維狀的伊利石等容易造成嚴重的微粒脫落并遷移，引起喉道阻塞，形成橋 塞6，最終導致儲層滲透率降低，影響改造效果和單井 產量。界流速的速率驅替巖樣的1015

13、倍孔隙體積以上并浸泡12 小時，然后分別測定其滲透率值，并計算出水敏 指數。表2為蘇里格氣田部分井儲層水敏實驗結果，采 用蒸餾水時滲透率下降很快。在伊利石及伊/蒙混層等 易水化膨脹的黏土礦物含量高地區(qū)，水敏程度主要表現為強水敏、中等偏強水敏等。而研究表明蘇里格氣田 東部的伊利石含量高7，平均含量為6.6，伊利石是 引起水敏的主要黏土礦物，因此，在儲層改造時需要提 高砂比，少進壓裂液，在排液階段要科學關放，必須短 時間內返排壓裂液。 水敏水敏是指當與地層不配伍的外來流體進入儲層后，引起黏土礦物膨脹、分散、運移，從而導致滲透率不同 程度的下降5。蘇里格氣田盒8 段和山1 段儲層水敏實 驗主要采用地

14、層水、次地層水、蒸餾水，分別以低于臨 應力敏感應力敏感是指有效應力（或稱上覆巖石壓力）對儲層微觀結構特征的影響，如對孔隙度、滲透率的影響， 有效應力是指上覆巖石壓力與孔隙流體壓力之差5。本 次實驗采用高溫高壓測量滲透率隨有效應力變化而 變化的情況（圖 4）。實驗結果表明滲透率的應力敏 感為中等偏弱，25MPa滲透率的平均傷害率為65%， 最終滲透率的傷害率為30% 左右。針對蘇里格氣田 試氣及開采過程中，應該采用合理的壓差，盡量減小 或延緩儲層應力敏感性造成的影響。如果升壓及降 壓幅度太大，高嶺石、綠泥石等黏土礦物會被破碎、 變形和移動，堵塞部分喉道，造成應力敏感，導致滲 透率下降。圖 4 S

15、S60 井滲透率隨有效應力變化圖Fig.4 Map showing the variation of permeability with effective stress of Well SS60 酸實驗發(fā)現（表3），酸敏程度主要為中等酸敏，部分井酸敏程度表現為改善型及弱酸敏。在儲層改造時可 以有選擇地選用前置酸加砂壓裂改善儲層滲透率8。以 ZFS 井為例，盒 8 段測井解釋連續(xù)砂巖段 11.8m， 平均孔隙度為 6.8%，其中含氣層兩段合計為 9.6m， 酸敏酸敏是指酸液進入儲層后與儲層中的酸敏性礦物或原油作用，或產生凝膠、沉淀，或釋放微粒，致使 儲層滲透率下降的現象5。通過研究區(qū)儲層鹽酸及

16、土35No.2 2012 China Petroleum Exploration表3 蘇里格氣田部分井儲層酸敏實驗表Table 3 Acid-sensitivity evaluation of some wells in Sulige gas field石油地質P E T R O L E U M G E O L O G Y平均孔隙度為10%，平均滲透率為0.2mD，改造段黏土礦物以高嶺石及伊利石蝕變?yōu)橹?，少部分粒表具綠 泥石膜。酸敏實驗為改善型，采用前置酸加砂壓裂改善滲透率，產量提高效果明顯（圖5），改造后試氣日 產氣量達22000m3。圖 6 蘇里格氣田部分井鹽敏實驗圖Fig.6 The m

17、ap about salt-sensitivity evaluation of some wells in Sulige gas field 致而造成對儲層的傷害?？傮w上，通過巖心流動實驗證實，蘇里格氣田上古 生界盒8段及山1段對巖心滲透性影響的敏感性強弱排 序為：水敏、酸敏、應力敏感、速敏、鹽敏。其中水敏 及酸敏造成的傷害最大。從蘇里格氣田盒8段及山1段 黏土礦物分布圖可知（圖7），綠泥石及伊利石在整個 研究區(qū)廣泛分布，高嶺石分布范圍廣，但整體相對含量 較少（除局部富集區(qū)外），伊 / 蒙混層零星分布。將研 究區(qū)分為蘇里格東部、蘇里格中部及蘇里格西部3個區(qū) 域進行簡要分析:蘇里格東部地區(qū)（烏審

18、召至靖邊一 帶）易發(fā)生水敏及速敏，特別是該地區(qū)的北部烏審召一 帶，伊/蒙混層含量相對高，部分井相對平均含量達到50% 左右，是水敏分布區(qū)域。而烏審召南部的靖邊一 帶，高嶺石及伊利石相對含量高，易發(fā)生速敏及應力敏圖 5 ZFS 井前置酸加砂壓裂排液曲線圖Fig.5 The curve about pre-positioned acid fracturing fluids of Well ZFS 鹽敏鹽敏是指儲層滲透率隨注入小于某一鹽度的流體而下降的現象5。本次實驗中，分別以100、75、50、25、0g/L 的鹽度順序注入樣品中一系列鹽溶液，分析滲透 率的變化。已有樣品分析表明:蘇里格地區(qū)以小于

19、25g/ L的臨界鹽度為主，即弱鹽敏及中等偏弱鹽敏，部分樣品出現75g/L 的臨界鹽度，表現為中等鹽敏（圖6）。所 以施工時，應盡量避免由于進入儲層流體的鹽度不一中國石油勘探 2012 年第 2 期36李明瑞等：蘇里格氣田上古生界主要含氣層系黏土礦物特征及敏感性分析高，約占碎屑組分的6%15%，平均為10%。填隙物是影響儲層物性的主要因素之一。（2）研究區(qū)黏土礦物類型主要有伊利石、高嶺石、 綠泥石及伊/蒙混層。其中綠泥石相對含量占黏土礦物 總量的比例最大，其次為伊利石、高嶺石及伊 / 蒙混 層，綠 / 蒙混層零星分布。（3）通過巖心流動實驗表明，對巖心滲透性影響的 敏感性強弱排序為：水敏、酸敏

20、、應力敏感、速敏、鹽敏。其中水敏及酸敏造成的傷害最大，水敏程度主要表 現為強水敏、中等偏強水敏。（4）建議在鉆井及改造等施工作業(yè)中，伊利石及 伊/蒙混層等易水化膨脹的黏土礦物含量高地區(qū)，防止水敏等傷害；高嶺石及絲狀伊利石富集區(qū)防止速敏發(fā) 生;對高嶺石含量高地區(qū)進行儲層改造壓裂時，應該控制合理的壓差，盡量減小或延緩儲層應力敏感性造成的影響。針對綠泥石富集區(qū)，要防止酸敏對儲層的傷 害，但是對于改善型酸敏的儲層，可以采用合理的前置 酸加砂壓裂工藝進行改造，提高單井產量。參考文獻1 賈小樂，何登發(fā)，童曉光，等.全球大油氣田分布特征J.中國石油勘探，20 11 ,1 6(3):1 7 .2 謝泰俊，朱俊

21、章.論油氣成藏系統(tǒng)J.中國石油勘探，2011,16 (4 ):54 5 8 .3 王行信，周書欣.砂巖儲層粘土礦物與油層保護M.地質 出版社，1 9 92 ,4 :6 9 9 7 .4 劉飛，周文，李秀華，等.鄂爾多斯盆地杭錦旗地區(qū)上古 生界砂巖中儲層粘土礦物特征分析J . 礦物巖石，2 0 0 6 :92 9 6 .5 裘懌楠，薛叔浩，等.油氣儲層評價技術M.北京:石油工 業(yè)出版社，1997:28434 2.6 伏萬軍.粘土礦物成因及對砂巖儲集性能的影響J.古地理 學報，2 00 0,2(3 ):59 6 7 .7 姚涇利，黃建松，鄭琳，等.鄂爾多斯盆地東北部上古生 界天然氣成藏模式及氣藏分

22、布規(guī)律J.中國石油勘探，2009,14 (1 ):10 1 6 .8 雷群，趙振峰，李憲文.古生界氣藏酸化壓裂礦場試驗新 成果J.中國石油勘探，2 00 1,6(4 ):76 8 1 .圖 7 蘇里格氣田盒 8 段及山 1 段黏土礦物分布圖Fig.7 Distribution of clay minerals of the 8th Member of Shihezi Formation and the 1st Member of Shanxi Formation in Sulige gas field 感。蘇里格中部地區(qū)（蘇里格至城川一帶）綠泥石及伊利石廣泛分布，其中綠泥石相對含量在60%左右

23、，是 酸敏及水敏分布區(qū)域。在試氣及儲層改造等生產實踐 中，蘇里格中部對壓裂液進行科學配方，保證了該區(qū)的 穩(wěn)產。蘇里格西部（鄂托克旗至定邊一帶）是伊利石 及伊/蒙混層富集區(qū)，伊利石相對含量約50%左右，是 水敏分布區(qū)域。另外，在鄂托克前旗附近存在高嶺石及 綠泥石含量相對高，儲層改造時要防止應力敏感、速敏 及酸敏的發(fā)生。4 結論（1）蘇里格氣田上古生界盒8段及山1段為典型的低孔、低滲致密砂巖儲層，填隙物中黏土礦物含量較37No.2 2012 China Petroleum ExplorationABSTRACTC H I N AP E T R O L E U ME X P L O R A T I

24、O NHydrocarbon Accumulation Regulation and Exploration Potential Analysis of Structural-Lithologic Reservoir in Slope Zone of Structure428, Bohai Basin/Shi Wenlong, Lai Weicheng, Wei Gang, Guo Tao, Wang Jun/CNOOC Tianjin Branch, Tianjin 300452Abstract: Lots of exploratory wells were drilled around t

25、he slope zone of Structure 428 in the past two years, and significant discoveries were made in Paleogene reservoirs. However, the structural trips for next drilling and exploration were very limited. In order to clarify the exploration potential of the area, comprehensive study was done on regional

26、structure-sedimentary evolution features, from the perspective of regional- stereoscopic exploration. The control of structural evolution to sedimentary patterns and their distribution range was analyzed, and its effect on hydrocarbon accumulation was also discussed. On the basis of establishing reg

27、ional sedimentary patterns, the hydrocarbon reservoir accumulation regulation of the area was clarified. It was believed that a large scale structure-lithologic hydrocarbon reservoir existed under the second member of Paleogene Dongying Formation, and oil and gas was mainly controlled by the develop

28、ment situation and distribution range of reservoirs under regional mudstone cap rock. The establishment of the sedimentary pattern god rid of the constraint of the idea of pure exploration of structural reservoirs. It was proposed that the exploration idea of structural-lithologic reservoir be set f

29、or the slope zone of Structure 428. The establishment of hydrocarbon accumulation pattern expanded the exploration potential of the area and provided technical support for nextoverall exploration evaluation of hydrocarbon reservoirs in the area.Key words: Bozhong sag; Shijiutuo swell; Structure 428;

30、 hydrocarbon accumulation regulation; complex reservoirApplication of Diamondoids to Hydrocarbon Migration in Dawanqi Oilfield, Tarim Basin/Ren Kangxu1, Huang Guanghui2, Xiao Zhongyao1, Zhang Min2, Zhang Baoshou1, Wei Hongxing1, Ma Zhiyuan3 /1. Research Institute of Exploration and Development, Petr

31、oChina Tarim Oilfield Company, Korla City, Xinjiang Uygur Autonomous Region 841000; 2. Department of Geochemistry, Yangtze University, Jinzhou City, HubeiProvince 434023; 3. Sinopec International Petroleum Service Corporation, Beijing 100011Abstract: Dawanqi Oilfield is a light oil-based oilfield. T

32、he concentration of biomarkers and the abundance of neutral nitrogenous compoundsare comparatively low that make it difficult to reveal the crude oil migration characteristics. Research shows that, commonly, there is a kind of compounds with high thermal stability in oils of Dawanqi Oilfield. They a

33、re the diamondoids, including diamondoid and bidiamondoid hydrocarbons. Chromatographic analysis indicates the compounds with different structure have great discrepancy in their chromatographic retention behavior. According to the similarity of chromatographic retention behavior and stratum chromato

34、graphic effect in principle, the oil fractionation effects of Dawanqi Oilfield during migration have been studied by using the ratios of diamondoids with different chemical structure. The results show that the migration parameters based on diamondoids have obvious distribution law. In general, the m

35、igration parameters of diamondoids increase as the buried depth gets shallower. The results indicate that crude oil migrates vertically. The migration parameters of diamondoids are low in areas near deep faults. The migration parameters of diamondoid increase from south to north far from those deep

36、faults in the plane. All these show that the main migration direction of the crude oil in Dawanqi Oilfield is from south to north.Key words: Tarim Basin; Dawanqi Oilfield; diamondoids; migration parameter; fractionation effectCharacteristics of Clay Minerals and Reservoir Sensitivity in Upper Paleoz

37、oic of Sulige Gas Field/Li Mingrui1, Zhang Qing2, Wang Mingyu3/1. Exploration Department of PetroChina Changqing Oilfield Company, Xian City, Shaanxi Province 710018; 2. Sulige Gas Field Research Center of PetroChina Changqing Oilfield Company, Xian City, Shaanxi Province 710018; 3. Ultra-low Permea

38、bility 2nd Project Department of PetroChina Changqing Oilfield Company, Qingyang City, Gansu Province 745000Abstract: It is the clay minerals that distribute widely in the key gas-bearing reservoirs of the 8th Member of Shihezi Formation and the 1st Member of Shanxi Formation in the Upper Paleozoic

39、of Sulige gas field. The content change of clay minerals influences the pore structure features, initiates the reservoir sensitivity, changes the reservoir seepage ability and affects the gas productivity in Sulige gas field. Through studying the characteristic of clay minerals and reservoir sensiti

40、vity, it can be concluded that core permeability is influenced by water-sensitivity, acid-sensitivity, stress-sensitivity, speed-sensitivity, and salt-sensitivity by turn from the strong to the weak. It is the water-sensitivity and acid- sensitivity that are the most harmful to reservoir. At the same time, c