苏里格气田上古生界主要含气层系黏土矿物特征及敏感性分析

1、DOI：10.396 9/j.issn.167 2-7703.2012. 02.007苏里格气田上古生界主要含气层系黏土矿物特征及敏感性分析李明瑞 1张清 2王明瑜 3（1 中国石油长庆油田公司勘探部，陕西省西安市 710018；2 中国石油长庆油田公司苏里格气田研究中心，陕西省西安市 710018；3 中国石油长庆油田公司超低渗油藏第二项目部， 甘肃省庆阳市 745000）摘 要：苏里格气田上古生界主要含气层盒 8 段及山 1 段储层中黏土矿物广泛分布，黏土矿物含量变化影响着储层孔隙结构，易引发储层敏感性，改变储层的渗流能力，影响着研究区天然气的产能。对研究区黏土矿物特征分析及其储 层敏感性

2、分析认为，影响储层渗透性的敏感性强弱依次为水敏、酸敏、应力敏感、速敏、盐敏，其中损害较大的是水敏， 其次是酸敏，并提出了相应的储层保护及改造措施。针对伊利石及伊 / 蒙混层含量高、易水敏的地区，进行储层压裂改 造施工时需要提高砂比，少进压裂液。针对绿泥石富集区要注意酸敏对储层的伤害，但是对于改善型酸敏储层，可以采 用合理的前置酸加砂压裂工艺进行改造，改善渗透率，提高单井产量。关键词：苏里格气田；上古生界；黏土矿物；储层敏感性中图分类号：TE112文献标识码：A苏里格气田位于鄂尔多斯盆地的西北部，区域构造横跨陕北斜坡、伊盟隆起及天环坳陷3个构造单元， 勘探面积约 40000km2，探明天然气地质

3、资源量 1.1 1012m3。苏里格气田不仅是我国目前规模最大的天然气田，也是世界级的大气田1。苏里格气田主要含气层位 是二叠系石盒子组盒8段及山西组山1段，属于典型的低渗透砂岩储层2。储层中含有大量黏土矿物是造成储 层物性差的重要因素之一，黏土矿物类型及含量的差异对储层的物性、敏感性、润湿性等影响很大。本文拟从苏里格气田黏土矿物类型分析入手，通过分析实验 数据、阐述其储层敏感性，并结合储层改造等提出具体 建议，进一步提高单井产量和开发效果。的心滩及河道等砂体沉积。砂岩中碎屑矿物成分以石英类（包括石英颗粒、燧石、硅质岩及变质石英岩等） 和岩屑类为主，长石类含量极少。岩屑类型主要为千枚 岩、泥板

4、岩、变质砂岩和中酸性火山碎屑等，岩屑含量15%40% 不等。充填物以黏土杂基、蚀变高岭石、火 山质、蚀变绿泥石等为主，次为硅质、铁方解石、铁白 云石和菱铁矿胶结。储层中黏土含量普遍较高，约占总 组分的6%15%，是影响储层敏感性和产量的重要因 素。2 常见黏土矿物特征与成因根据黏土矿物X-射线衍射资料分析可知，石盒子 组盒8段及山西组山1段黏土矿物类型主要有绿泥石、 伊利石、高岭石及伊/蒙混层。其中绿泥石相对含量占 黏土矿物总量的比例最大，其次为伊利石、高岭石及 伊 / 蒙混层的含量，绿 / 蒙混层零星分布。整体上，盒1 储层结构基本特征苏里格气田上古生界山西组山1段主要储集砂体属 于曲流河的

5、点坝及河道沉积，石盒子组盒8段为辫状河第一作者简介：李明瑞，男，高级工程师，硕士，2002 年毕业于石油大学（北京），主要从事天然气勘探地质研究工作。收稿日期：2011-05-30；修改日期：2011-10-20 中国石油勘探 2012 年第 2 期32李明瑞等：苏里格气田上古生界主要含气层系黏土矿物特征及敏感性分析8段与山1段的绿泥石和高岭石相对含量类似，绿泥石相对含量为46%左右，高岭石相对含量为19.5%左右。 盒 8 段伊 / 蒙混层相对含量比山 1 段的高约 4%，而伊 利石相对含量比山 1 段的低4% 左右（图1）。（1）绿泥石：苏里格气田盒8 段和山1 段储层中的 绿泥石主要有两

6、种成因类型，一是长石和高岭石成岩 蚀变的产物;二是伊利石成岩演化的产物。其中成岩早期形成的多是富铁的绿泥石，而晚成岩阶段大多形成富镁绿泥石3。在扫描电镜下绿泥石单体形态呈薄六角 板状或叶片状等，集合体形态呈叶片组成的蜂窝状、绒 球状、玫瑰花状、针叶状和叠片状等形态（图2（a）。 绿泥石具有易酸蚀、不易水化膨胀、易产生 Fe3+ 沉淀 的性质。（2）伊利石:主要有 3 种来源，一是陆源搬运来的 细粒黏土，在气温较低条件下，由长石、云母等铝硅酸 盐经风化脱钾而成；二是在埋藏成岩过程中由钾长石 和高岭石转化形成的自生伊利石；三是成岩过程中地 层水化学沉淀形成的自生伊利石3。伊利石在扫描电镜图 1 苏

7、里格气田盒 8 段及山 1 段主要黏土矿物相对含量统计图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 下单体形态呈丝带状、条片状等，集合体形态呈蜂窝状、丝缕状等形态（图 2（b）。伊利石具有易水化膨图 2 苏里格气田盒 8 或山 1 段主要粘土矿物扫描电镜照片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 苏里格气田盒 8 段储层速敏实验表Table 1 Speed-sensitivity evaluation of the 8th Member of Shihezi Formation in Sulige gas field石油地质P E T R O L E U M G E O L O G Y胀、相对易迁移的特性。（3）高岭石

9、:主要由钾长石等铝硅酸盐经酸性水化 学淋滤而成，气候环境对高岭石的分布影响很大3。在 扫描电镜下单体形态呈假六边形等，集合体形态呈书 页状、蠕虫状等（图 2（c）。高岭石具有易发生分散 和迁移、一般不易水化膨胀的特性。（4）伊 / 蒙混层:伊 / 蒙混层是蒙皂石向伊利石和 绿泥石转化的过渡产物3。在扫描电镜下形态呈片状、 蜂窝状等（图 2（d）。伊 / 蒙混层具有遇水易膨胀的 特性。3 黏土矿物敏感性分析及其对储层改造 的影响苏里格气田上古生界盒8段及山1段为低孔渗致密 砂岩储层，砂岩孔隙小，黏土矿物含量较高，当与钻井 液、储层改造液等外来液体配合下，容易造成对储层的 伤害4。敏感性实验表明，

10、该区存在着速敏、水敏、应 力敏感、酸敏、盐敏等，是低渗储层改造中不容忽视的 因素。状的伊利石。生产实践及岩石薄片鉴定分析统计表明苏里格气田东部高岭石与伊利石含量普遍较高，平 均为 9.03，由于速敏常造成单井产量偏低。如ZF井 是苏里格气田东部的一口探井，该井测井解释砂岩厚 度为 31.5m，气层为 3m，含气层为 10.1m，平均孔隙 度为10%，平均渗透率为0.81mD，现场施工时采用CO2 泡沫压裂，在放喷排液时，由于CO2 气体流速较快，造 成储层速敏。放喷排液的初期，关井油压可上升至12MPa，后期关井油压反而降低（图 3）。后来对该段 储层进行X-射线衍射及扫描电镜分析，发现孔隙中

11、主 要充填高岭石及伊利石黏土矿物。CO2泡沫压裂施工中 由于高岭石及丝状伊利石阻塞喉道，在井筒附近形成 致密环带，影响气体的渗流，造成产量较低。因此在储 层改造和气井日常生产中，一定要合理控制压差，如果 速敏速敏是指储层中各种微粒因流体流动速度增加引起的颗粒运移，并堵塞孔道而造成储层渗透率下降的 可能性及其程度5。苏里格气田盒8段速敏实验分别 采用 、1.0、5.0、6.0mL/min 的流速进行渗透率测定。实验结果 表明，储层敏感性的临界流速为 3.726m/d，渗 透率的恢复程度为85%左右，为弱速敏及中等偏弱速 敏（表1）。引起速敏的黏土矿物主要为高岭石及纤维图 3 ZF 井 CO 2

12、泡沫压裂排液曲线Fig.3 The curve about CO 2 foam fracturing fluids of Well ZF 中国石油勘探 2012 年第 2 期34表2 苏里格气田部分井储层水敏实验表Table 2 Water-sensitivity evaluation of some wells in Sulige gas field李明瑞等：苏里格气田上古生界主要含气层系黏土矿物特征及敏感性分析压降太快、压差太大，高岭石及纤维状的伊利石等容易造成严重的微粒脱落并迁移，引起喉道阻塞，形成桥 塞6，最终导致储层渗透率降低，影响改造效果和单井 产量。界流速的速率驱替岩样的1015

13、倍孔隙体积以上并浸泡12 小时，然后分别测定其渗透率值，并计算出水敏 指数。表2为苏里格气田部分井储层水敏实验结果，采 用蒸馏水时渗透率下降很快。在伊利石及伊/蒙混层等 易水化膨胀的黏土矿物含量高地区，水敏程度主要表现为强水敏、中等偏强水敏等。而研究表明苏里格气田 东部的伊利石含量高7，平均含量为6.6，伊利石是 引起水敏的主要黏土矿物，因此，在储层改造时需要提 高砂比，少进压裂液，在排液阶段要科学关放，必须短 时间内返排压裂液。 水敏水敏是指当与地层不配伍的外来流体进入储层后，引起黏土矿物膨胀、分散、运移，从而导致渗透率不同 程度的下降5。苏里格气田盒8 段和山1 段储层水敏实 验主要采用地

14、层水、次地层水、蒸馏水，分别以低于临 应力敏感应力敏感是指有效应力（或称上覆岩石压力）对储层微观结构特征的影响，如对孔隙度、渗透率的影响， 有效应力是指上覆岩石压力与孔隙流体压力之差5。本 次实验采用高温高压测量渗透率随有效应力变化而 变化的情况（图 4）。实验结果表明渗透率的应力敏 感为中等偏弱，25MPa渗透率的平均伤害率为65%， 最终渗透率的伤害率为30% 左右。针对苏里格气田 试气及开采过程中，应该采用合理的压差，尽量减小 或延缓储层应力敏感性造成的影响。如果升压及降 压幅度太大，高岭石、绿泥石等黏土矿物会被破碎、 变形和移动，堵塞部分喉道，造成应力敏感，导致渗 透率下降。图 4 S

15、S60 井渗透率随有效应力变化图Fig.4 Map showing the variation of permeability with effective stress of Well SS60 酸实验发现（表3），酸敏程度主要为中等酸敏，部分井酸敏程度表现为改善型及弱酸敏。在储层改造时可 以有选择地选用前置酸加砂压裂改善储层渗透率8。以 ZFS 井为例，盒 8 段测井解释连续砂岩段 11.8m， 平均孔隙度为 6.8%，其中含气层两段合计为 9.6m， 酸敏酸敏是指酸液进入储层后与储层中的酸敏性矿物或原油作用，或产生凝胶、沉淀，或释放微粒，致使 储层渗透率下降的现象5。通过研究区储层盐酸及

16、土35No.2 2012 China Petroleum Exploration表3 苏里格气田部分井储层酸敏实验表Table 3 Acid-sensitivity evaluation of some wells in Sulige gas field石油地质P E T R O L E U M G E O L O G Y平均孔隙度为10%，平均渗透率为0.2mD，改造段黏土矿物以高岭石及伊利石蚀变为主，少部分粒表具绿 泥石膜。酸敏实验为改善型，采用前置酸加砂压裂改善渗透率，产量提高效果明显（图5），改造后试气日 产气量达22000m3。图 6 苏里格气田部分井盐敏实验图Fig.6 The m

17、ap about salt-sensitivity evaluation of some wells in Sulige gas field 致而造成对储层的伤害。总体上，通过岩心流动实验证实，苏里格气田上古 生界盒8段及山1段对岩心渗透性影响的敏感性强弱排 序为：水敏、酸敏、应力敏感、速敏、盐敏。其中水敏 及酸敏造成的伤害最大。从苏里格气田盒8段及山1段 黏土矿物分布图可知（图7），绿泥石及伊利石在整个 研究区广泛分布，高岭石分布范围广，但整体相对含量 较少（除局部富集区外），伊 / 蒙混层零星分布。将研 究区分为苏里格东部、苏里格中部及苏里格西部3个区 域进行简要分析:苏里格东部地区（乌审

18、召至靖边一 带）易发生水敏及速敏，特别是该地区的北部乌审召一 带，伊/蒙混层含量相对高，部分井相对平均含量达到50% 左右，是水敏分布区域。而乌审召南部的靖边一 带，高岭石及伊利石相对含量高，易发生速敏及应力敏图 5 ZFS 井前置酸加砂压裂排液曲线图Fig.5 The curve about pre-positioned acid fracturing fluids of Well ZFS 盐敏盐敏是指储层渗透率随注入小于某一盐度的流体而下降的现象5。本次实验中，分别以100、75、50、25、0g/L 的盐度顺序注入样品中一系列盐溶液，分析渗透 率的变化。已有样品分析表明:苏里格地区以小于

19、25g/ L的临界盐度为主，即弱盐敏及中等偏弱盐敏，部分样品出现75g/L 的临界盐度，表现为中等盐敏（图6）。所 以施工时，应尽量避免由于进入储层流体的盐度不一中国石油勘探 2012 年第 2 期36李明瑞等：苏里格气田上古生界主要含气层系黏土矿物特征及敏感性分析高，约占碎屑组分的6%15%，平均为10%。填隙物是影响储层物性的主要因素之一。（2）研究区黏土矿物类型主要有伊利石、高岭石、 绿泥石及伊/蒙混层。其中绿泥石相对含量占黏土矿物 总量的比例最大，其次为伊利石、高岭石及伊 / 蒙混 层，绿 / 蒙混层零星分布。（3）通过岩心流动实验表明，对岩心渗透性影响的 敏感性强弱排序为：水敏、酸敏

20、、应力敏感、速敏、盐敏。其中水敏及酸敏造成的伤害最大，水敏程度主要表 现为强水敏、中等偏强水敏。（4）建议在钻井及改造等施工作业中，伊利石及 伊/蒙混层等易水化膨胀的黏土矿物含量高地区，防止水敏等伤害；高岭石及丝状伊利石富集区防止速敏发 生;对高岭石含量高地区进行储层改造压裂时，应该控制合理的压差，尽量减小或延缓储层应力敏感性造成的影响。针对绿泥石富集区，要防止酸敏对储层的伤 害，但是对于改善型酸敏的储层，可以采用合理的前置 酸加砂压裂工艺进行改造，提高单井产量。参考文献1 贾小乐，何登发，童晓光，等.全球大油气田分布特征J.中国石油勘探，20 11 ,1 6(3):1 7 .2 谢泰俊，朱俊

21、章.论油气成藏系统J.中国石油勘探，2011,16 (4 ):54 5 8 .3 王行信，周书欣.砂岩储层粘土矿物与油层保护M.地质 出版社，1 9 92 ,4 :6 9 9 7 .4 刘飞，周文，李秀华，等.鄂尔多斯盆地杭锦旗地区上古 生界砂岩中储层粘土矿物特征分析J . 矿物岩石，2 0 0 6 :92 9 6 .5 裘怿楠，薛叔浩，等.油气储层评价技术M.北京:石油工 业出版社，1997:28434 2.6 伏万军.粘土矿物成因及对砂岩储集性能的影响J.古地理 学报，2 00 0,2(3 ):59 6 7 .7 姚泾利，黄建松，郑琳，等.鄂尔多斯盆地东北部上古生 界天然气成藏模式及气藏分

22、布规律J.中国石油勘探，2009,14 (1 ):10 1 6 .8 雷群，赵振峰，李宪文.古生界气藏酸化压裂矿场试验新 成果J.中国石油勘探，2 00 1,6(4 ):76 8 1 .图 7 苏里格气田盒 8 段及山 1 段黏土矿物分布图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。苏里格中部地区（苏里格至城川一带）绿泥石及伊利石广泛分布，其中绿泥石相对含量在60%左右

23、，是 酸敏及水敏分布区域。在试气及储层改造等生产实践 中，苏里格中部对压裂液进行科学配方，保证了该区的 稳产。苏里格西部（鄂托克旗至定边一带）是伊利石 及伊/蒙混层富集区，伊利石相对含量约50%左右，是 水敏分布区域。另外，在鄂托克前旗附近存在高岭石及 绿泥石含量相对高，储层改造时要防止应力敏感、速敏 及酸敏的发生。4 结论（1）苏里格气田上古生界盒8段及山1段为典型的低孔、低渗致密砂岩储层，填隙物中黏土矿物含量较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