潘麗娟，杜春朝，龍武，魏攀峰，黃知娟，張旺

（1.中石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院，烏魯木齊 830011；2.中國石化縫洞型油藏提高采收率重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830011.3.中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京 102249）

0 引言

順北油氣田受斷裂多期活動(dòng)產(chǎn)生大量裂縫儲(chǔ)集體，具有縫洞型碳酸鹽巖特征[1]，主力氣藏包括中下奧陶統(tǒng)一間房組、鷹山組2 套碳酸鹽巖儲(chǔ)層[2]，平均井深超過7500 m，儲(chǔ)層埋深大。其中，一間房組厚度約為120 m，鷹山組目前僅1 口井鉆穿，鉆至地層深度約8400 m，揭示地層厚度較大[3]。順北油氣田的開發(fā)不僅拓展了塔里木盆地的資源潛力，對(duì)推動(dòng)我國特深領(lǐng)域油氣勘探意義重大[4]。

以滲透率診斷和評(píng)價(jià)開采難度較大的油氣儲(chǔ)層傷害程度適用性較差[5]，鄭力會(huì)等建議使用流量代替滲透率評(píng)價(jià)[6]。對(duì)于上產(chǎn)階段的順北油氣田，儲(chǔ)層傷害控制更加迫切。現(xiàn)有碳酸鹽巖儲(chǔ)層敏感性研究內(nèi)容主要包括應(yīng)力敏感、礦化度敏感、酸堿性敏感等3 大類。其中，現(xiàn)場碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸化[7]、轉(zhuǎn)向酸化[8]增產(chǎn)成功，削弱酸堿性敏感研究的必要性。同時(shí)，作為孔洞、裂縫發(fā)育地層常見應(yīng)力敏感[9]，研究成果較多[10]，但改造形成新的裂縫通道弱化了其傷害程度。相比之下，水敏、鹽敏等礦化度敏感受儲(chǔ)層黏土礦物總含量普遍較低，常被忽略[11]。但近年來隨著研究深入，逐漸意識(shí)到礦化度敏感也是碳酸鹽巖儲(chǔ)層敏感性重要內(nèi)容之一，現(xiàn)場鉆井液、完井液等流體礦化度控制不當(dāng)[12]，引發(fā)儲(chǔ)層傷害，將直接降低后續(xù)改造增產(chǎn)效果[13]。

早在1996 年，陜甘寧中部奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層就發(fā)現(xiàn)鹽敏程度較強(qiáng)[14]。同期，川東石炭系碳酸鹽巖儲(chǔ)層也被發(fā)現(xiàn)強(qiáng)水敏特征[15]。與此同時(shí)，順北地區(qū)一間房組碳酸鹽巖儲(chǔ)層近期實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)同樣存在較強(qiáng)鹽敏[16]。不同學(xué)者從孔隙礦物脫落[17]、弱膠結(jié)黏土顆粒運(yùn)移[18]、礦物水化分散[19]等黏土礦物因素入手，未解決儲(chǔ)層黏土礦物整體含量較低與礦化度敏感較強(qiáng)之間的矛盾。為此，以順北地區(qū)一間房組、鷹山組2 套儲(chǔ)層為目標(biāo)，從儲(chǔ)層礦物組分、礦物分布、孔滲參數(shù)、裂縫數(shù)量及狀態(tài)等因素入手，研究碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦化度敏感特征，揭示其儲(chǔ)層礦化度敏感機(jī)理，為現(xiàn)場工作流體礦化度優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)，提高碳酸鹽巖儲(chǔ)層增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)效果。

1 儲(chǔ)層非均質(zhì)性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

采取SB1-X 井、SB5-Y 井一間房組、鷹山組儲(chǔ)層天然巖心，利用X 衍射礦物分析[20]、掃描電鏡[21]、薄片分析[22]、氦氣法孔隙度測定[23]、氮?dú)夥B透率測定[24]及水敏、鹽敏流動(dòng)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)[25]等手段，評(píng)價(jià)順北地區(qū)2 套碳酸鹽巖儲(chǔ)層整體礦物組分、孔滲參數(shù)、基質(zhì)與裂縫充填礦物、裂縫分布及礦化度敏感參數(shù)等特征，揭示碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦物、儲(chǔ)滲等因素影響礦化度敏感規(guī)律。

1.1 整體礦物組分非均質(zhì)性評(píng)價(jià)

SB1-X 井一間房組7352.61～7356.85 m 層段間隔取5 個(gè)樣品，SB5-Y 井鷹山組7837.02～7838.79 m 層段間隔取11 個(gè)樣品，測試表征效果見表1。

表1 一間房組、鷹山組儲(chǔ)層垂直方向礦物含量及組分分布

1.2 孔隙度、滲透率非均質(zhì)性

面對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔洞、裂縫發(fā)育及礦物組分非均質(zhì)性，可預(yù)見儲(chǔ)層孔隙度、滲透率分布同樣具有較強(qiáng)非均質(zhì)。利用氦氣孔隙度儀和儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)系統(tǒng)。測定了SB1-X 井垂直間距20.21 m 內(nèi)一間房組地層孔隙度為0.42%～2.40%，氮?dú)鉂B透率為0.03～7.62 mD，SB5-Y 井垂直間距1.54 m 內(nèi)鷹山組地層孔隙度為0.55%～1.38%，氮?dú)鉂B透率為0.47～6.82 mD，見表2。2 套儲(chǔ)層孔隙度較低，且垂直方向孔隙度與滲透率波動(dòng)明顯。

表2 一間房組、鷹山組儲(chǔ)層孔隙度與滲透率分布

1.3 基質(zhì)與裂縫黏土充填非均質(zhì)性

利用掃描電鏡、薄片分析等方法觀察SB1-X井一間房組、SB5-Y 井鷹山組儲(chǔ)層孔洞連通性較差（圖1a、圖1b），裂縫連通性較好（圖1c、圖1d），是地層主要滲流通道，也是礦化度敏感關(guān)鍵區(qū)域。

圖1 一間房組、鷹山組儲(chǔ)層孔洞、裂縫連通性觀察圖

利用X 射線衍射測定裂縫充填、半充填泥晶方解石、瀝青、黃鐵礦、硅質(zhì)、黑色有機(jī)質(zhì)、黏土礦物等礦物成分（見表3）。對(duì)比基質(zhì)充填泥晶方解石內(nèi)未發(fā)現(xiàn)黏土礦物（圖2（a）、圖2（c）），裂縫內(nèi)普遍混合片狀伊蒙混層（圖2（b）、圖2（d））。

表3 一間房組、鷹山組儲(chǔ)層孔洞、裂縫充填狀態(tài)分布表

圖2 一間房組、鷹山組儲(chǔ)層基質(zhì)、裂縫礦物電鏡掃描圖

1.4 裂縫數(shù)量及形態(tài)非均質(zhì)性評(píng)價(jià)

對(duì)于以裂縫為主要滲流通道的碳酸鹽巖儲(chǔ)層，地層中裂縫數(shù)量與形態(tài)分布影響外來流體侵入體積與深度。觀察順北地區(qū)一間房組、鷹山組儲(chǔ)層現(xiàn)場取心巖樣，裂縫普遍發(fā)育，但不同位置發(fā)育數(shù)量隨機(jī)，且水平縫、立縫、斜縫等多種角度裂縫共存，裂縫分布隨機(jī)性較強(qiáng)。

1.5 流體礦化度敏感非均質(zhì)性測定

從SB1-X 井一間房組、SB5-Y 井鷹山組儲(chǔ)層鉆取直徑為25 mm、長為50～55 mm 巖心柱塞共12 枚，參考標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358—2010 開展水敏和鹽敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)各6 套（見表4）。根據(jù)2 套儲(chǔ)層地層水礦化度為92 000 mg/L、105 000 mg/L，設(shè)定中間流體礦化度46 000 mg/L，52 500 mg/L，測定一間房組儲(chǔ)層水敏滲透率損害率為29.47%～52.00%，水敏程度介于中等偏弱至中等偏強(qiáng)。測定鷹山組儲(chǔ)層滲透率損害率為66.06%～74.80%，水敏程度均為中等偏強(qiáng)。測定一間房組儲(chǔ)層臨界礦化度52 500～92 000 mg/L，鹽敏滲透率損害率為30.44%～82.93%，鹽敏程度中等偏弱至強(qiáng)，但不同取心位置評(píng)價(jià)結(jié)果差異較大。測定鷹山組儲(chǔ)層臨界礦化度穩(wěn)定于92 000 mg/L，鹽敏滲透率損害率為78.10%～79.91%，鹽敏程度均為強(qiáng)。

表4 儲(chǔ)層礦化度敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.6 流體污染前后滲透率傷害評(píng)價(jià)

從一間房組、鷹山組儲(chǔ)層8 個(gè)取心位置鉆取直徑為25 mm、長為50～55 mm 巖心柱塞各4 枚，室內(nèi)配制礦化度為52 500、53 800 mg/L 的KCl 溶液，以穩(wěn)定驅(qū)壓為0.5 MPa 注入柱塞至出口流速穩(wěn)定后靜置污染2 h，對(duì)比污染前后柱塞氣測滲透率大?。ㄒ姳?）。

表5 氯化鉀溶液污染前后巖心柱塞氣測滲透率變化

實(shí)驗(yàn)測定氯化鉀溶液礦化度為52 500 mg/L 時(shí)，一間房組柱塞滲透率降幅為33.39%～42.94%；鷹山組柱塞滲透率降幅為37.91%～80.76%。KCl 溶液礦化度為35 000 mg/L 時(shí)，一間房組柱塞滲透率降幅為34.06%～82.43%；鷹山組柱塞滲透率降幅為22.58%～27.55%。表明同一套地層不同位置取樣測定礦化度敏感差異較大，無法有效表征儲(chǔ)層整體礦化度敏感程度。

2 分析與討論

分析順北油田一間房組、鷹山組碳酸鹽巖儲(chǔ)層黏土礦物含量、天然裂縫分布、地層水礦化度等因素影響儲(chǔ)層礦化度敏感規(guī)律，建立非均質(zhì)碳酸鹽巖礦化度敏感評(píng)價(jià)方法，揭示儲(chǔ)層礦化度敏感規(guī)律。

2.1 碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦化度敏感非均質(zhì)突出

順北地區(qū)一間房組、鷹山組2 套碳酸鹽巖儲(chǔ)層水敏、鹽敏滲透率損失率及臨界礦化度分布見圖3。

圖3 2 套儲(chǔ)層水敏、鹽敏滲透率損害率及臨界礦化度分布

由圖3 可知，一間房組儲(chǔ)層測試水敏、鹽敏滲透率損害率浮動(dòng)22.53%、52.49%，鷹山組儲(chǔ)層水敏、鹽敏滲透率損害率浮動(dòng)8.74%、1.81%，儲(chǔ)層礦化度敏感程度非均質(zhì)性較強(qiáng)。

鹽敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中，參考標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358—2010，順北地區(qū)鷹山組、一間房組2 套碳酸鹽巖儲(chǔ)層開展礦化度降低實(shí)驗(yàn)，計(jì)算得到儲(chǔ)層臨界礦化度介于鹽敏臨界礦化度與地層水礦化度之間。為此，定義地層水礦化度與鹽敏臨界礦化度的差值為無敏感礦化度窗口寬度S0，計(jì)算方法如公式（1）。

式中：S1為地層水礦化度，mg/L；S2為鹽敏臨界礦化度，mg/L；S0為無敏感礦化度窗口寬度，mg/L。

計(jì)算一間房組儲(chǔ)層S0為0～39 500 mg/L，波動(dòng)明顯，鷹山組S0為8750 mg/L，較穩(wěn)定。對(duì)比一間房組取樣垂深間距3.11 m，遠(yuǎn)大于鷹山組的0.03 m，表明順北地區(qū)同一套碳酸鹽巖儲(chǔ)層鄰近區(qū)域臨界礦化度大小接近，但距離較遠(yuǎn)區(qū)域差異明顯，不同取心位置室內(nèi)測試礦化度敏感臨界值不同，非均質(zhì)性較強(qiáng)。參考標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358—2010 對(duì)比了一間房組、鷹山組儲(chǔ)層礦化度敏感程度與黏土礦物總含量比關(guān)系，結(jié)果見圖6。

表6 水敏、鹽敏程度與黏土礦物總含量關(guān)系

可知，黏土礦物總含量比從0.82%升至1.85%，水敏程度在中等偏弱至中等偏強(qiáng)間波動(dòng)。黏土礦物總含量比從0.80%升至1.79%，鹽敏程度在中等偏弱至強(qiáng)之間波動(dòng)。實(shí)驗(yàn)表明，僅僅從黏土礦物總含量評(píng)價(jià)碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦化度敏感是不合適的，需考慮礦物分布空間因素。

分析了裂縫結(jié)構(gòu)分布特征對(duì)儲(chǔ)層礦化度敏感影響?？紤]目前裂縫結(jié)構(gòu)分布直接評(píng)價(jià)參數(shù)缺乏，以孔隙度、滲透率間接評(píng)價(jià)裂縫數(shù)量、連通性等分布特征，對(duì)比一間房組、鷹山組儲(chǔ)層垂直方向孔隙度、滲透率分布，如圖4 所示。由圖4 可知，垂直方向，2 套碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙度0.42%～1.38%，整體較低，滲透率0.03～7.62 mD，波動(dòng)較大，高、低滲區(qū)域交互共存。同時(shí)，2 套儲(chǔ)層孔隙度、滲透率變化趨勢(shì)接近，據(jù)此選擇室內(nèi)評(píng)價(jià)巖心柱塞初始滲透率，對(duì)比實(shí)驗(yàn)測定2 套儲(chǔ)層水敏、鹽敏滲透率損失率隨初始滲透率變化規(guī)律，如表7 所示。

圖4 一間房組、鷹山組儲(chǔ)層垂直方向孔隙度與滲透率分布

表7 水敏、鹽敏滲透率損害率隨初始滲透率變化

可知，初始滲透率逐漸升高，水敏滲透率損失率從29.47%升至74.80%，鹽敏滲透率損失率從30.44%升至82.93%。表明天然裂縫發(fā)育程度越高的區(qū)域，孔隙度、滲透率越高，對(duì)應(yīng)礦化度敏感性也越強(qiáng)。順北地區(qū)一間房組、鷹山組碳酸鹽巖儲(chǔ)層，天然裂縫非均質(zhì)性也是礦化度敏感重要影響因素。

引入數(shù)學(xué)方法，利用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立順北地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層水敏滲透率損害率、鹽敏滲透率損害率等礦化度敏感參數(shù)與黏土礦物總含量比、孔隙度、滲透率等因素間數(shù)學(xué)關(guān)系，形成儲(chǔ)層礦化度敏感程度定量評(píng)價(jià)新方法。擬合儲(chǔ)層水敏滲透率損害率與不同因素間定量數(shù)學(xué)關(guān)系，見公式（2）：

式中：Dw為水敏滲透率損失率；N為黏土礦物總含量比；K為巖心柱塞初始滲透率，mD；P為巖心柱塞孔隙度。

鹽敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)測試介質(zhì)礦化度從地層水礦化度逐漸降低，引入地層水礦化度因素，建立鹽敏滲透率損害率與不同因素間定量數(shù)學(xué)關(guān)系，見公式（3）。

式中：Ds：鹽敏滲透率損失率。

公式（2）與公式（3）擬合相關(guān)性系數(shù)R2 大于0.80，表明擬合結(jié)果表征黏土礦物總含量比、孔隙度、滲透率、地層水礦化度等因素影響礦化度敏感程度可靠。

2.2 非均質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦化度敏感臨界值評(píng)價(jià)方法

以無敏感礦化度窗口寬度表征不同工作流體礦化度可控范圍，擬合窗口寬度與黏土礦物總含量比、孔隙度、初始滲透率、地層水礦化度等參數(shù)間定量關(guān)系，見公式（4）。

公式（4）中，擬合系數(shù)R2均大于0.80，表明黏土礦物總含量比、初始滲透率、孔隙度、地層水礦化度等因素對(duì)儲(chǔ)層臨界礦化度影響較為顯著。分析可見，同一套儲(chǔ)層，區(qū)域內(nèi)黏土礦物總含量比越高，初始滲透率、孔隙度以及地層水礦化度越大，計(jì)算無敏感礦化度窗口寬度越小，對(duì)應(yīng)臨界礦化度越接近地層水礦化度，礦化度敏感控制要求更苛刻，符合實(shí)驗(yàn)測試規(guī)律。

以一間房組儲(chǔ)層為例，擬合已有數(shù)據(jù)，計(jì)算儲(chǔ)層無敏感礦化度窗口寬度極小值約53 800 mg/L，較標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358—2010 指導(dǎo)下測試巖心柱塞臨界礦化度值52 500 mg/L 高1300 mg/L。對(duì)比實(shí)驗(yàn)對(duì)比2 種礦化度氯化鉀溶液污染前后巖心柱塞滲透率降幅均值分布可知，氯化鉀溶液礦化度升高1300 mg/L 后，滲透率降幅均值下降28.85%，礦化度敏感傷害控制效果提升超過50%。研究表明，利用地層黏土礦物、孔隙度、滲透率、地層水礦化度等參數(shù)計(jì)算臨界礦化度分布范圍，指導(dǎo)現(xiàn)場工作流體礦化度優(yōu)化，有利于提高儲(chǔ)層礦化度敏感控制準(zhǔn)確度，降低礦化度敏感傷害程度。同時(shí)，方法中碳酸鹽巖儲(chǔ)層不同區(qū)域黏土礦物含量比、孔隙度、滲透率、地層水礦化度等參數(shù)現(xiàn)場可快速且廣泛測試，避免大規(guī)模取心評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)對(duì)巖心數(shù)量、實(shí)驗(yàn)工作量的苛刻要求，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層不同位置臨界礦化度快速計(jì)算，提高臨界礦化度優(yōu)選準(zhǔn)確性，改善現(xiàn)場鉆井液、完井液等工作流體礦化度優(yōu)化后傷害控制效果。

2.3 非均質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦化度敏感性分析

實(shí)驗(yàn)研究表明，順北地區(qū)一間房組、鷹山組等兩套碳酸鹽巖儲(chǔ)層黏土礦物以伊蒙混層為主，集中充填天然裂縫中，導(dǎo)致局部含量較高。但由于裂縫體積相對(duì)儲(chǔ)層整體體積比例較低，導(dǎo)致儲(chǔ)層黏土礦物總含量較低。儲(chǔ)層中天然裂縫發(fā)育程度較高的區(qū)域，外來流體礦化度較低時(shí)，易引發(fā)裂縫內(nèi)黏土礦物水化膨脹、分散，運(yùn)移后堵塞裂縫通道，引發(fā)礦化度敏感性傷害。但由于碳酸鹽巖儲(chǔ)層中天然裂縫分布隨機(jī)，不同區(qū)域外來流體接觸黏土礦物程度不同，礦化度敏感性程度存在顯著差異，導(dǎo)致儲(chǔ)層礦化度敏感性表現(xiàn)出較強(qiáng)非均質(zhì)性。

數(shù)學(xué)方法建立順北地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦化度敏感性參數(shù)與黏土礦物含量比、孔隙度、滲透率以及地層水滲透率間定量關(guān)系，分析表明，非均質(zhì)性碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦化度敏感程度影響因素主要包括黏土礦物含量、天然裂縫分布、地層水礦化度等因素。同一套儲(chǔ)層不同區(qū)域內(nèi)，天然裂縫發(fā)育程度越高，黏土礦物總含量、地層水礦化度越高，礦化度敏感性越強(qiáng)，臨界礦化度值也越接近地層水礦化度，現(xiàn)場鉆井液、完井液等工作流體礦化度控制要求更高。

從礦化度敏感評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法來看，順北地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦化度非均質(zhì)性特征導(dǎo)致傳統(tǒng)方法測試礦化度敏感參數(shù)隨取樣位置變化而劇烈波動(dòng)，大量取心開展實(shí)驗(yàn)雖然可以在一定程度上提高測試結(jié)果穩(wěn)定性和覆蓋區(qū)域，但工作量過大，且儲(chǔ)層裂縫發(fā)育程度較高區(qū)域往往取樣困難。此時(shí)，通過少量巖心柱塞評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立黏土礦物總含量比、孔隙度、滲透率等基礎(chǔ)參數(shù)與礦化度敏感參數(shù)間定量關(guān)系，再利用現(xiàn)場測井、測試得到儲(chǔ)層中黏土礦物含量、孔隙度、滲透率、地層水等廣泛分布數(shù)據(jù)，快速計(jì)算地層礦化度敏感分布范圍。與此同時(shí)，以礦化度敏感程度分布區(qū)間代替常規(guī)單實(shí)驗(yàn)測試單個(gè)值，可有效提高順北地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦化度敏感評(píng)價(jià)的廣泛性和可信度，改善現(xiàn)場工作流體礦化度控制水平。

3 結(jié)論

1.順北地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦物組分、天然裂縫分布非均質(zhì)性突出。其中，黏土礦物以伊蒙混層為主，集中充填天然裂縫中，遇低礦化度外來流體易水化、膨脹，堵塞裂縫通道，導(dǎo)致局部敏感程度較強(qiáng)。由于天然裂縫體積占儲(chǔ)層總體積比例較小，常規(guī)方法測定黏土礦物總含量比較低，此時(shí)，僅僅以黏土礦物總含量評(píng)價(jià)儲(chǔ)層礦化度敏感是不合適的。

2.順北地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦化度敏感主要影響因素包括敏感性礦物、裂縫分布以及地層水礦化度，不同區(qū)域敏感性礦物、天然裂縫分布隨機(jī)性較強(qiáng)，儲(chǔ)層礦化度敏感非均質(zhì)性突出?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法受樣品取樣位置、取樣數(shù)量影響，準(zhǔn)確描述儲(chǔ)層整體礦化度敏感參數(shù)困難。

3.引入數(shù)學(xué)方法，利用少量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立順北地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦化度敏感程度參數(shù)與黏土礦物總含量比、孔隙度、滲透率、地層水礦化度等參數(shù)間定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)礦化度敏感程度、無傷害礦化度區(qū)間定量計(jì)算，提高礦化度敏感評(píng)價(jià)全面性和快捷性，利于優(yōu)化現(xiàn)場工作流體礦化度傷害控制效果。

4.順北地區(qū)非均質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層礦化度敏感規(guī)律的揭示，為應(yīng)力、酸堿性等其他敏感性評(píng)價(jià)方法研究提供了方向指導(dǎo)，有利于加快以碳酸鹽巖儲(chǔ)層為代表的破碎型儲(chǔ)層敏感性特征的深入研究。