（油气井工程专业论文）塔中志留系钻（完）井保护储层技术研究.pdf

英文摘要 s u b j e c t ：r e s e a r c ho nr e s e r v o i rp r o t e c t i o nt e c h n o l o g yd u r i n gd r i l l i n ga n dc o m p l e t i o n w e l lf o rs i l u r i a ni nt a z h o n go i l f i e l d s p e c i a l t y ：o i la n dg a sw e l le n g i n e e r i n g i n s 呲t r u c t o r ：l 吨it 蛔i a n h t g a i ( o s i 蟾g n 岫a t u = 磐弓氅巍? r e ) 左! 丛塑尹“ a b s t r a c t t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft a z h o n gs i l u r i a nr e s e r v o i rh a v em i d - l o wp e r m e a b i l i t y , f i n em c k p o r et h r o a t ，c o m p l i c a t e dp o r es t r u c t u r ea n db u f f a ld e e p a sar e s u l to fc o m p l i c a t e dg e o l o g i c c o n d i t i o n ，r e s e r v o i rw a sd a m a g e da n dp o l l u t e dc e r t a i n l yb yi n a p p r o p r i a t ed r i l l i n ga n d c o m p l e t i o nf l u i d s ，w h i c hi n f l u e n c e dt h ee f f e c to fe x p l o r a t i o na n de x p l o i t a t i o nf o rs i l u r i a no i l & g a sr e s e r v o i ri nt a z h o n go i l f i e l d o nt h eb a s i so ft h er e s e r v o i rg e o l o g ya n dm i n e r a l o g y t h e o r ya n dt h et e c h n o l o g yo fc o r ea n a l y s e s t h ep a p e ra n a l y z e sa n ds t u d i e s 廿l ec h a r a c t e r i s t i co f g e o l o g y , m i n e r a l o g ya n dt h ep r o p e r t yo fr e s e r v o i ra n dh e t e r o g e n e o u se ta 1 r e s e r v o i rp o t e n t i a l d a m a g ef a c t o r sa r es t u d i e d ，w h i c hi n c l u d ew a t e rb l o c k ，w a t e rs e n s i t i v i t ya n ds a l ts e n s i t i v i t y , t h es e n s i t i v i t yo fv e l o c i t y , a c i da n da l k a l i p r e s s u r ea n ds o l i di n v a s i o n r e s u l t ss h o wt h a tt h e e f f e c te x t e n to fr e s e r v o i rp o t e n t i a ld a m a g ef a c t o r sf r o ms t r o n gt ow e a ka r ew a t e rb l o c k ，w a t e r s e n s i t i v i t y ( s a l ts e n s i t i v i t y ) ，a c i ds e n s i t i v i t y ( a l k a l is e n s i t i v i t y ) ，v e l o c i t ys e n s i t i v i t ya n dl a s t p r e s s u r es e n s i t i v i t y a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so fr e s e r v o i rc o r es e n s i t i v i t ye x p e r i m e n t s ，t h e d a m a g et y p e ，e x t e n ta n dm e c h a n i s mo ft a z h o n gs i l u r i a nr e s e r v o i ra r ed e t e r m i n e d r e s e r v o i r d a m a g et y p ef r o ms t r o n gt ow e a ka r ew a t e rb l o c ka n ds e l f - p r i m i n gw a t e r , w a t e rs e n s i t i v i t ya n d s a l ts e n s i f i v i t y , a c i ds e n s i t i v i t ya n da l k a l js e n s i t i v i t y , v e l o c i t ys e n s i t i v i t y , p r e s s u r es e n s i t i v i t y n l ee x p e r i m e n tr e s u l t so ft h eo i l w a t e rr e l a t i v ep e r m e a b i l i t ys h o wt h a tr e s e r v o i rb e l o n gt o s t r o n gw a t e rb l o c k t h eu l t i m a t ee m b o d i m e n tt y p eo fw a t e rb l o c kd a m a g ei sw a t e rp h a s e h o l d u d a c c o r d i n gt ot h es e l e c t e de x p e r i m e n t sa n df o r m u l ae v a l u a t i o no fm a i na d d i t i v eo f s o l i d f r e ed r i l l i n ga n dc o m p l e t i o nf l u i d s t h es t y l ea n dd o s a g eo fv i s c o f l e ra n df l u i dl o s s a d d i t i v ea r ed e t e r m i n e d t h es o l i d - f r e ed r i l l i n ga n dc o m p l e t i o nf l u i ds y s t e r na n df o r m u l aa r e a n a l y z e d t h ec o r es t a t i cp o l l u t i o ne x p e r i m e n t sw i t ht h ef l u i da r ee v a l u a t e db yc o n t r a s tw i t l l o i lf i e l do r i g i n a lf l u i d s op r e f e r e n t i a ls o l i d - f r e ed r i l l i n ga n dc o m p l e t i o nf l u i df o r m u l ai s d e t e r m i n e d ，w h i c hc a np r o t e c tr e s e r v o i r k e y w o r d s ：t a z h o n gs i l u r i a ns y s t e m ，d r i l l i n ga n dc o m p l e t i o nf l u i d ss y s t e m ，r e s e r v o i r p r o t e c t i o n ，s e n s i t i v i t ye v a l u a t i o n ，v i s c o f i e r ，f l u i dl o s sa d d i t i v e t h e s i s ：f u n d a m e n ts t u d y 学位论文创新性声明 y 9 1 6 2 8 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果：也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：缉 慨迎趁娅 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接 相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。 论文作者签名 导师签名 衄，7 翅 日期：喜型左上皿 同期：一f 四 第一章绪论 第一章绪论 ， 1 乒一保护储层的目的和意义 _ ， 油气储层损害，系指由于各种不利作用所造成的含油层、气层渗透率的损失川。油 气层损害是一种在操作上和经济上都不期望出现的问题，是由物理一化学的、化学的、 生物的、水动力的、孔隙地层中的热相互作用、颗粒，流体及在应力和流体剪切作用下 的地层机械形变等作用引起的，它发生在对地下油气藏勘探、开发的各个作业阶段，包 括钻井、固井、完井、射孔、增产措施、采油和修井等环节。 正如a m a e f u l e 等【2 】所述的“油气储层损害是令石油工业头痛且又代价昂贵的事”。 b e n n i o n l 3 】将油气层损害描述为“看不见的损害，由于其不可避免和不可控制，导致油气 产量的一种难以估量的、不确定的下降”。油气储层损害的体现包括渗透率的损害、井壁 堵塞和井产能的变差，甚至不能发现和产出油气。正如p o r t e r 4 1 所述的“地层伤害未必可 逆，进入孔隙介质中的东西未必出得来”。p o r t e r 称这种现象为“反向漏斗效应”。因 此，虽好是避免油气层损害发生而不是力求将其治好。对于油气层损害的评价、控制和 补救是解决油气藏有效开采最重要的课题之一1 5 j 。同时研究和应用油气层保护技术也是 保证增加油气储量和提高油气产量及采收率的关键。 通过大量的研究已经基本弄清了各项作业引起的油气层损害的原因和机理，提出了 减轻和使油气层损害降至最低限度的可行方法。在钻井和完井方面，根据压力预测和监 测取得孔隙压力、破裂压力，以及岩心评价试验结果，进行合理的井身结构和完井方法 设计，选择化学相容的钻井完井液，在处理过程中对工作液体的物理化学性质进行严格 的质量控制，在井的处理作业中使用过滤的处理液、清洁的工作管汇和抑制性的流体等， 这一切措施已经证明在预防和控制油气层损害方面有极其重要的作用，尤其在钻井过程 中，可以使井的产能达到未损害产能的8 5 9 0 ，在理想情况下几乎可使产能不受损害 【6 】。任何一次成功的油气井完成均源自成功或较好的勘探开发第一阶段即钻、完井过程， 所有的作业计划及措施必须充分考虑和预测到油气井最终的流动性能的好坏，这在整个 油气层的保护当中尤为重要。 油气层保护技术在国内外石油工程界受到高度重视，主要是因为它与油气井的产能 密切相关，在油气勘探开发的各个作业环节以及整个开采过程中，均可能因储层损害造 成严重的产能损失，如果能够及早采取有效的保护措施，便能以较少的投入，获取较大 的综合经济效益。 1 2 储层保护技术国内外研究现状与水平 国外自上世纪五十年代开始研究油气层保护技术，1 9 7 4 年2 月第一届s p e “油气层 保护”研讨会的召开，标志着“油气层保护”已作为世界石油工业的核心技术之一【”， 曲安彳釉火学硕+ 学位论文 得到了广泛的关注，至今已举办了1 6 届国际研讨会议。截止到前1 4 届研讨会议，正式 发表的5 8 3 蒯8 】论文中涉及损害机理研究的论文最多，其次为油气井工作液、防砂、酸 化和压裂方面的文章。到八十年代随着新的测试技术的发展以及油气层伤害机理新究的 不断深入，开始针对不同油气层进行系统化的研究，形成了较完善、系统的岩心敏感性 评价程序。八十年代术到九十年代，研究中引入了数学模拟方法，油气层保护技术亦取 得了重大进展，并获得了显著的经济和社会效益。 对油气层损害机理进行科学的诊断是对油气层实施有针对性的保护技术的前提条件 恍。因此，国内外石油工程界对损害机理的研究高度重视，投入了大量人力、物力，其 中包括大量的试验研究和各种预测模型和方法的研究，并应用统计方法对各个作业环节 和开发生产中的损害机理进行了总结，得出了一些规律性认识。近年来国外在这方面的 研究又取得了一些新的进展。 1 固相侵入引起储层损害的研究进展 ( 1 ) 影响固相颗粒侵入的各种因素 近年来，国外学者着重研究了钻井液中固相的平均粒径、固相浓度、储层渗透率和 正压差等因素对渗透率损害程度和有效损害深度的影响，研究表明钻井液中固相颗粒的 粒径、储层初始渗透率和正压差在固相侵入引起的损害中起着重要作用；此外固相浓度 的影响是次要的i 。 ( 2 ) 颗粒沉积引起渗透率下降的物理过程与模型 固相颗粒在储层中的沉积是造成储层渗透率下降的一个重要原因。c h a u v e t e a u 等人 l 详细分析了在各种不同沉积过程中的损害机理，特别是对导致颗粒沉积的各种作用力 进行了定量分析。在涉及的各种参数中，常规的有颗粒和孔隙的尺寸、流速、颗粒浓度 及流体粘度等，但也有部分参数是经常被忽略的，如颗粒和孔隙的形状、粗糙度、颗粒 之间以及颗粒与孔壁之间的相互作用能和孔隙表面的非均质性等，这些因素往往对颗粒 沉积起着重要作用。 颗粒沉积引起渗透率下降的过程包括：表面沉降、孔隙桥堵、内泥饼和外泥饼的形 成。其机理可分为表面沉积机理和孔隙架桥机理。在以上工作基础上，建立了定量预测 固相颗粒沉积导致储层渗透率下降的数学模型，即p a r i s ( p a r t i c l ei n j e c t i o ns i m u l a t o r ) 模 型。将预测的渗透率下降值与实测值进行对比，具有很好的吻合性。但该模型仅适用于 稳定的固体颗粒，对于不稳定颗粒，其沉积规律还在进一步研究和发展当中。 2 粘土矿物水化膨胀和分散运移引起的损害 ( 1 ) 对钠蒙脱石水化膨胀的理论研究 s k a r a b o m i 等人【1 2 1 针对油气储层保护问题，采用蒙特卡罗分子模拟方法研究了钠蒙 脱石的水化膨胀机理。依据分子动力学原理，对钠蒙脱石膨胀性的模拟结果表明，大多 数钠蒙脱石在水化后有四种不同的稳定状态，即层间距分别为0 9 7 ，1 _ 2 ，1 5 5 和1 8 3 n m 的状态。当层间距很小时，所有水分子均位于硅氧四面体的孔穴中；层间距为1 2 砌时， 第一章绪论 内层的水分子形成单分子层吸附；层间距为1 5 5 n m 时，内层空间的水分子会重新吸附在 铝氧八面体的孔穴内，在层问形成单分子层吸附；而当层间距达到1 8 3 n m 时，在孔穴中 的水分子发生脱附，同时发生两层和三层吸附，层间距越大，膨胀越厉害。 ( 2 ) 粘土颗粒稳定性的影响因素 aa t c h i s t i a k o v 1 3 1 依据胶体化学的原理，系统地阐述了粘土矿物所引起的储层损 害，特别是对各种物理化学因素影响粘土颗粒稳定性、运移及砂岩储层渗透率的规律进 行了理论分析。研究表明，粘土引起的储层损害不仅取决于粘土的总含量，还取决于其 组成、微观结构和形态。储层中粘土颗粒释放( 即渗透率下降) 的速率取决于储层流体的 流速和对粘土颗粒周围的双电层起控制作用的各种物理和化学因素。 ( 3 ) 高岭石引起储层损害机理及控制方法 在油层物理与石油地质的分析中，当在储层孑l 喉中测到有高岭石矿物颗粒充填时， 认为储层损害的机理是“微粒运移”。然而，h a y a t d a v o u d i 等人【1 41 5 j 通过研究发现，在 低温下并不是“微粒运移”，而是高岭石被n a 2 0 2 氧化。进行氧化反应的过程正是地层微 粒从高岭石母体上被逐渐分散和解离的过程，最终产物包含埃洛石的小螺旋结构。假定 大部分粘土矿物是可溶解于氢氧化钠的，在钠离子充足以及适当的压力条件下，高蛉石 会向蒙脱石转化，高岭石族的其它矿物还可能转化为珍珠石和埃洛石。根据渗透率恢复 值的试验结果以及扫描电镜、x 射线衍射的分析结果，高岭石在室温以及p h 值达1 2 的 条件下，短时间内便非常可能引起储层损害。但在该项研究的试验条件下，尚未观察到 高岭石转化为蒙脱石的现象。减轻高岭石损害的有效方法，是使用一种缓冲流体，将与 高岭石接触流体的p h 值控制在8 以内，以防止n a 2 0 2 等强氧化剂的生成。 3 聚合物吸附引起的油气层损害 ( 1 ) 聚合物引起储层损害的影响因素 钻井液中聚合物处理剂侵入储层后，其链状分子在孔喉处形成多点吸附，其结果对 渗透率下降有很大影响。a a u d i b e r t 等人【1 6 1 对此进行了专门研究。聚合物处理剂既是有 效的增粘剂，同时又可通过对泥饼的堵孔作用起降滤失的作用。但是，采用c t 扫描技 术进行测定结果表明，无论是黄原胶生物聚合物还是淀粉类聚合物，都会对储层岩心渗 透率造成一定的损害。这主要是因为一部分聚合物会侵入储层，甚至储层深部。由于这 部分聚合物的分子链吸附在某些孔喉处，因而会在不同程度上对储层造成损害。用岩心 流动试验可进一步证实，大多数聚合物是通过堵塞孔喉和提高剩余水饱和度对储层造成 损害的，其损害程度与聚合物的结构、分子量及吸跗量等因素有关。侵入储层的聚合物 分子链刚性越强，分子量和吸附量越大，则对渗透率的损害越严重。在相同试验条件下， 几种聚合物处理剂的吸附量排序为：淀粉黄原胶一 p a c ( 聚阴离子纤维素) t c ( 抗高 温聚合物) 。为减轻聚合物对储层的损害，必须控制随滤液一起侵入储层的那部分分子链 所占的比例，尽量通过调整其结构使大多数分子链沉积在泥饼上而参与对泥饼的堵孔作 用。 晴安石油大学硕十学位论文 ( 2 ) 聚丙烯酸盐类处理剂引起储层损害的机理 聚丙烯酸盐具有提高钻井液的粘度，降低滤失量，减小钻井液对油气层的损害的优 点，但缺点是聚丙烯酸赫可能会滞留在地层孔隙介质中，从而造成孔隙度下降。d e n y s 等人i i7 j 研究了p h 值和矿化度对钻井液流动状态和油气层损害的影响，提出了两种不同 的聚丙烯酸盐滞留机理，即岩心堵塞机理和吸附机理。通过向钻井液中加入磷酸盘可以 阻止聚丙烯酸盐聚集，可以避免岩心堵塞。两种机理造成的渗透率下降均与钻井液的p h 值和矿化度有关。 4 孔隙尺寸分布对损害剖面的影响 k a m i n i a n 等人f i8 】使用蒙特卡罗模拟法，研究了孔隙尺寸分布对渗透率的影响。结 果表明，随着无因次半径增加，渗透率下降程度增大。从渗透率降低的情况，可以反过 来预测多孔介质中孔喉的尺寸分布。对于不同的储层，当孔隙配位数( 即与每个孔隙相连 的喉道数) 改变时，对渗透率的影响有所不同，但影响规律是相似的。 5 井壁应力状态导致的井壁失稳与储层损害的关系 n i k o l a e v s k i l y 和e c o n o m i d e s 1 9 1 b i 过建模阐述了井壁失稳与储层损害的关系。对于胶 结疏松的储层，传统的岩石弹性模型不能很好地描述井壁岩石损害程度与岩石应力状态、 不断变化的孔隙压力以及岩石物性之间的关系，该研究应用大量试验数据建立了能够反 映以上关系的弹塑性模型。利用该模型可对井壁的应力状态进行预测，输入的参数包括 初始孔隙度和孔隙压力、渗透率、岩石弹性模量、粘聚力、摩擦系数和膨胀系数。论文 中还阐述了地应力各向异性和孑l 隙结构破坏对近井壁储层损害的影响，以及井眼轨迹和 断层对损害的影响。 6 一种多用途的储层损害模型 已研究出能模拟各种储层损害过程的模型 2 0 1 ，这种模型可模拟化学的、物理化学的、 水力学的、热力学的以及机械的损害过程，同时考虑了岩石流体和流体流体之间的相 互作用以及储层所经历的各种变化。在建立该模型过程中，既有理论推导，也有试验评 价得出的规律。该模型的某些简化形式已在具体的应用中得到检验或验证。文献【2 0 】详 细介绍了模型的推导和建立过程。 7 聚合物处理剂在泥饼中的损失量 钻井液和完井液中的聚合物侵入储层会造成一定程度的损害。现场施工时，为减少 含有聚合物的滤液进入产层，通常使用降滤失剂。p r z e p a s n i a k 等人【2 瞳点研究了聚合物 在泥饼中的滞留情况。研究表明聚合物的侵入并非是储层损害的主要机理，泥饼的稳定 性及剥蚀阻力似乎才是决定损害程度的主要原因。该项研究结论：经改进的滤失量测 定仪可用于研究泥饼的形成过程；滤失量测试过程表明，大量聚合物流失在泥饼中， 未能穿过泥饼进入地层：聚合物对储层的损害机理可能比想象的要复杂得多。 8 自云岩储层损害机理与钻井液的选择 具有较高渗透性的白云岩储层的损害机理主要为固相堵塞，而具有较低渗透性的白 第一章绪论 云岩储层的损害机理主要为水锁及固相堵塞【2 “。地质资料表明，原油更多地储集在较低 渗透性孔隙度的白云石中。因此，设计并研制出一种能使两种损害都减至最小的钻井液 是十分必要的。对低渗低孔隙度地层，白云岩的主要损害机理是水锁和固相堵塞。通常， 架桥体系钻井液被用来最小化固相颗粒侵入地层，而在碳酸盐体系中，一种酸润湿剂被 用来去除外部或近井地带的滤饼。水捕集或水锁的发生，是因为在欠饱和地层发生了不 可逆转的水的吸吮。被捕集后，油相渗透率降低，随之储层受到损害。体系中加入水锁 抑制剂就可以降低油水乔面张力，因而可以在欠饱和地层减小发生水锁损害的可能性。 9 对储层微粒运移临界条件的试验研究及预测分形模型的建立 微粒运移引起的储层损害是影响油井产能的一个主要因素。确定微粒运移发生临界 条件的研究试验，是在一个精制的玻璃毛细管( 1 0 0 m n 内径) 中注入膨润土浆【2 引，一面改 变流速，一面观测通过毛细管的压力。试验研究表明：微粒在孔隙中的沉积存在一临 界条件( 流速和微粒浓度) ，当低于此条件将没有明显的微粒沉积现象：高于此条件，部 分孑l 隙将会因微粒沉积而被堵塞。沉积微粒的分维数一般在1 0 8 到2 4 7 之间不等， 微粒的有效滞留系数随流速与微粒浓度的增加而增加。 我国的油气层损害机理研究工作始于上世纪八十年代初期，1 9 8 6 年被正式列入“七 五”国家重点科技攻关项目“保护油层钻井钻井技术”中。从1 9 8 6 年到1 9 9 0 年五年时 间里，我国在这方面建立了多种研究方法，对不同油气层损害机理进行了广泛的研究， 包括在华北油田、辽河油田、中原油田、四川油田、长庆油田等五个油田七种类型储层 进行的机理研究，取得了可喜的成果。研究中广泛使用了岩石学分析技术、岩心流动试 验技术、动态模拟技术等【2 4 】。 与国外相比，我国的油气层损害机理研究获得的进展m 1 有： ( 1 ) 在钻井液动、静滤失规律的研究中，对内外滤饼的形成与油层损害的关系、滤 饼的结构、动静滤失的差别，以及在钻开油层过程中影响固相颗粒侵入的主要因素等都 进行了深入研究，并提出了将影响固相颗粒侵入的不利因素转变为有利因素的辨证思路。 ( 2 ) 在采用数学模型研究储层中微粒运移的机理时，对3 7 i a m 以下的地层微粒所受 的力进行全面的分析，在此基础上对微粒水化膨胀造成分散的临界赫浓度、微粒起动的 临界速度及1 3 种影响因素等都进行了全面、系统的研究。 近年来，国内己采用先进的试验、测试仪器和科学、严格的工作制度，快捷、准确 地评价、诊断油气层损害原因和程度，及时提供配套、完善的预防、补救措施，并配以 计算机处理和管理大量油气层信息，建立保护油气层的数学模型和物理模型，进行油气 层损害的识别、诊断、评价、预防及处理，形成了与油气层损害相关的智能化计算机系 统，从而使得油气层保护技术更加科学和完善。 阳安石油大学硕士学位论文 1 3 问题提出及论文研究内容 塔里木盆地是我国最重要、也是最现实的油气资源战略接替区，其石油可采资源总 量和天然气可采资源总量分别列全国第三和第一。塔中地区是塔里木油田公司重要的油 气生产区块，已发现了2 0 个油气( 藏) 田，其中油藏( 田) 1 3 个，凝析气藏( 田) 7 个，探明， 控制加预测储量超过2 x 1 0 8 t 油气当量【2 6 】。塔中地区志留系油气藏埋藏较深，油气藏基本 为中低渗透油气藏，地质条件复杂，储层岩石孔喉细小，孔隙结构复杂。在勘探开发过 程中，由于地质条件复杂，如果采取的措施不当，在钻( 完) 井作业中工作液会对储层造 成一定的污染，从而影响勘探开发速度和最终生产产能【2 ”，并且认识到对于地质条件复 杂，油气赋存状态多样，有沥青、稠油、正常原油和天然气的志留系储集层f 2 8 】的保护工 作非常重要，将直接关系到塔中地区油气资源的进一步的勘探、开发效果；关系到能否 发现新油气层、新储层以及能否提高油气井产量和油气田开发经济效益。 本文通过对志留系油气储层的岩样进行x 衍射分析、扫描电镜分析、铸体薄片分析、 压汞分析、全岩分析和孔隙结构的分析，对各种有关地质及地层流体测试资料进行分析、 归纳、总结和整理，研究确定油气储层潜在地质伤害因素；在储层地质特征、岩矿学、 流体资料分析及岩心敏感性评价资料的基础上，进行钻井、完井过程中的油气层岩心敏 感性室内流动、评价试验，准确搞清钻井过程中对油气层产生伤害的各种因素及其伤害 程度；根据志留系储层地质特征及储层伤害类型与特点，确定打开志留系储层无固相钻 ( 完) 液体系，进行添加剂室内评价与优选试验；进行无固相钻( 完) 液优选配方与现场原 浆性能对比与室内岩心静态污染渗透率恢复试验，证实该钻( 完) 液体系有利于储层保护。 第二章塔中志留系储层地质与油藏特征分析 第二章塔中志留系储层地质与油藏特征分析 2 1 塔中志留系储层地质概况 2 1 1 塔中志留系储层地质构造概况 塔中地区广义上是指塔里木盆地中央隆起带，由三个次级构造单元组成，自西向东 为：巴楚断隆，塔中低隆和塔东低隆【2 9 】。塔中隆起主要指塔中低隆和巴楚断隆的东端( 图 2 1 【3 0 1 ) ，北临满加尔凹陷，西北方向为阿瓦提凹陷，南接溏古凹陷，塔中地区是长期继 承性隆起区，是油气运移的指向区。 塔中志留系为一套细砂岩、粉砂岩与泥岩的交互的细粒滨浅海陆源碎屑沉积，总体 上呈西薄东厚南薄北厚的分布特点，地震反射剖面显示岩性和厚度分布较为均一【3 “。 2 1 2 塔中地区地层层系 图2 - 1 塔中地区区域构造位置图 塔中地区各井至上而下钻遇地层有新生界第四系、第三系；中生界侏罗系、三叠系； 上古生界二叠系、石炭系：下古生界志留系、奥陶系，缺失中生界白垩系、部分地区缺 失古生界泥盆系。塔中地区地层层系分布见表2 1 。 西安石油大学硕士学位论文 表2 - 1塔中地区地层层系分布 界 系统 组段地层代号 第四系 q 新生界 第三系 r 侏罗系 j 中生界 三叠系t 上统 p 2 二叠系 下统p 1 小海子组灰岩段 c l 中上统 砂泥岩段c 2 卡拉沙依组 上泥岩段c 3 上古生界标准灰岩段c d 石炭系泥岩段c 5 - - 2 下泥岩段生屑灰岩 c 5 3 下统巴楚组 泥岩段 c 5 - 4 角砾岩段c 6 东河沙岩段 c 上砂岩段s k 志留系中上统中泥岩段 s l ， 下古生界 沥青砂岩段s k 奥陶系中上统 0 2 + 3 2 1 3 塔中志留系储层分布特征及油气藏类型 塔里木盆地塔中地区的大规模油气勘探始于上世纪八十年代中叶，己发现了2 0 个油 气( 藏) i k t ，其中油藏( 田) 1 3 个，凝析气藏( 田) 7 个。探明，控制加预测储量超过2 x 1 0 8 t 油气当量，含油气层位和油气显示层位包括寒武系、奥陶系、志留系、石炭系等。 已发现油气( 藏) 田主要分布于塔中中央断垒带东段和塔中北斜坡( 图2 - 2 ) 。平面上， 位于塔中北斜坡西段的塔中4 5 、塔中4 7 、塔中4 0 、塔中l o 、塔中1 1 等构造以油藏为主， 而东部地区则主要以凝析气藏或带气顶的油藏为主，表现出“西油东气”的特征，纵向 上表现出“下气上油”的特征。构造分析表明塔中北坡志留系、奥陶系的油气显示比石 炭系丰富而且油气藏多。 塔中地区发现的油气藏( 用) ，从油气类型来讲，既有f 常黑油、凝析油、弱挥发油， 又有稠油、沥青和天然气，即使是同一个油藏，也常常发现多种油气相态共存。志留系 油气的赋存状态多样，有沥青、稠油、正常原油和天然气。志留系油藏的经过三个成藏 期形成目前的存在状态，现今所发现的工业油气藏位于早海西期( 塔中11 ) 和晚海西期 ( 塔中4 7 ) 形成的两个背斜内。 第二章塔中志留系储层地质与油藏特征分析 图2 2 塔里木盆地塔中地区已发现油气藏( 田) 分布图 2 1 4 塔中志留系储层温度压力系统 塔中志留系储层油气藏压力温度据钻杆测试资料取得，压力数据见表2 - 2 。 表2 - 2 塔中地层压力梯度表 层 塔中5 1塔中1 1 1塔中1 1 7 位 深度压力梯度深度压力梯度深度压力梯度 ( m )( “1 0 0 m )( m )( m p a 】o o m )( m )( 【p “1 0 0 m ) p 3 0 0 0 3 1 1 8 0 8 5 - 1 03 6 0 0 3 6 7 3 51 0 93 6 0 0 3 6 2 71 1 7 12 3 p c31 1 9 3 4 9 30 9 7 1 13 9 0 01 0 9 1 1 3 c3 4 9 4 3 7 3 41 0 1 1 1 2- 4 2 0 01 0 9 11 54 1 0 71 1 9 s - 4 2 2 61 0 7 - 1 1 34 4 7 0l2 1 2 7 c 一0 3 7 3 5 3 8 2 5 1 0 4 ，1 2 54 5 3 6l _ 0 7 1 1 5 o- 4 5 5 01 1 3- 4 5 0 01 2 4 - 1 2 6 从表2 。2 中可见地层压力梯度变化在o 8 5 1 2 7 之间，地层压力梯度正常；地层压 力范围在5 0 6 0 m p a 之间。 测试层地层温度在1 0 0 1 3 0 。0 之间，地温梯度在( 2 4 2 6 ) 。c 1 0 0 m 。油气藏属于常 压低温油气藏。 2 1 5 塔中志留系储层流体性质 根据塔中6 2 、1 1 l 、1 1 7 和1 6 9 井的分析数据，志留系储层原油及天然气组分及性质 如表2 3 、表2 4 、表2 5 和表2 - 6 所示。 9 两安平i 油大学硕士学位论文 1 储层原油组分及性质 表2 - 3 原油性质表 沥青含量低 特征值运动粘度动力粘度凝点残炭灰分含蜡量 胶质沥青质 ( m m 2 s )( m p a s )( )( ) 最大值 1 0 4 59 4 589 79 8 21 1 81 4 21 37 最小值 0 8 5 2o 6 2 l一3 00 ，1o ，l2 3o 20 3 平均值 3 4 52 7 72 2 65 _ 33 45 36 55 6 特征值沥青含量高 最大值 1 0 2 6 09 5 8 83 61 7 31 7 58 53 62 5 最小值1 2 2 22 3 0 72 6 5 6 0 3 53 2 6o 12 2 4 6 平均值 5 8 6 9 85 5 8 7 03 0 41 3 5o 85 82 12 4 3 表2 3 表明塔中油田志留系油藏原油为高粘度、高凝点和高灰分原油，原油粘度、 凝点的高低与原油中沥青质、蜡质、胶质含量高低明显相关。 表2 - 4 原油性质分析特征值表 含硫量含水量沉淀物酸值含盐量 特征值 ( )( )( ) ( m g k o h g )( m g n a c l i ) 最大值 1 2 38 4 9 52 1 - 3 3o 5 61 1 0 0 0 晟小值 o 0 80oo 0 51 0 7 平均值 0 5 8 1 9 1 5 1 6 60 1 31 0 1 1 7 5 油藏原油密度0 9 2 2 0 7 5 2 9 9 c m 3 ，平均为0 8 9 1 4 9 c m 3 ，为轻质原油。 综上所述塔中志留系原油具有高凝点、高含蜡、高含沥青质、高灰份、高粘度、高 含盐、密度较高、低含硫的特点。 2 储层天然气组分及性质 表2 - 5 天然气组分特征值表 组分含最( ) 特征值 异正异正己烷及 二氧 甲烷 乙烷丙烷 氮气 丁烷丁烷戊烷戊烷更重化碳 空气 最大值8 0 6 8 7 3 76 7 7i 7 73 7 91 0 3l - l o1 7 9 2 1 2 61 4 73 1 7 最小值 6 3 6 41 9 90 4 60 0 60 1 30 0 4 0 0 50 1 21 0 5 7o o oo 2 3 平均值 7 3 7 75 ，5 02 9 9 0 6 01 2 00 3 30 3 90 5 9 1 4 2 30 4 307 9 从表2 5 可见甲烷含量8 0 6 8 6 3 6 4 ，平均7 3 7 7 ，甲烷含量低；重烃含量高 天然气为湿气。 第二章塔中志留系储层地质与油藏特征分析 表2 - 8 天然气性质表 平均相对临界临界理想理想真实真实 特征值 分子量密度温度压力高位低位高位低位 最大值 2 5 1 l0 8 72 2 5 94 4 8 594 0 1 8 44 2 - 3 64 6 6 94 2 5 3 最小值1 9 1 l 0 6 60 7 84 3 4 9 43 0 4 1 2 7 4 43 0 4 62 7 4 8 平均值 2 1 0 8o 7 31 9 7 9 14 4 1 5 34 4 1 23 4 3 43 7 9 93 4 4 3 3 储层地层水组成 表2 7 地层水组成特征值 离子组成( m 鲥) 总矿化度 特征值 晚2 0 p h 值 阴离子总量 ( 1 0 4 ) h c o t c i 。( 1 0 4 ) s 0 4 2 一 c a 2 + ( 1 0 4 ) 最大值1 0 5 8 6 81 2 8 56 4 6 22 2 8 45 5 9 4 5 2 3 99 0 6 9 最小值 1 0 3 7 95 9 42 0 33 4 7 21 9 33 5 3 71 7 9 65 7 7 平均值1 0 4 6 86 7 24 9 0 2 64 5 95 7 8 0 24 6 83 8 5 6 4 77 6 0 离子组成( m 鲫) 特征值 阳离子总量 f e h f e j + k + + n a + ( 1 0 4 )m 9 2 + ( 1 0 4 ) 最大值 8 6 3 1 7 5 2 9 3 13 4 7 5 6 3 5 4 最小值 o02 0 2 92 2 3 31 7 1 平均值 2 9 7 43 0 52 5 02 9 23 8 0 7 2 地层水密度平均为1 0 4 6 8 9 c r l l ，地层水p h 值平均6 7 2 ，氯根4 5 9 0 0 m g 1 ，总矿化 度平均值7 6 0 0 0 m g l ，水型c a c l 2 ，表明油藏封闭条件较好。地层水中碳酸氢根和钙离子 含量较高，有结垢趋势。 2 2 塔中志留系储层岩矿特征分析 2 2 1 储层岩石矿物学特征 根据普通薄片和铸体薄片鉴定资料的统计与分析，塔中志留系储层岩石类型复杂， 矿物成分组成多样，且成分复杂。据4 7 0 块普通薄片鉴定结果，储层岩石种类有1 2 6 种 之多，按碎屑岩分类原则组成储层的岩石有六大类，统计结果见表2 - 8 。 表2 - 8 塔中地区志留系储层岩石类型分布表 【岩屑砂岩 长石岩屑砂岩次长石岩屑砂岩粉砂岩 石英砂岩泥岩 7 2 l 1 4 3 5 2 3 表明储层主要以岩屑砂岩为主，其次为长石岩屑砂岩，其它岩类不占主要。 岩石粒度类型分布见表2 - 9 。 硝安t 釉大学硕士学位论文 表2 - 9 塔中志留系储层岩石粒度分布表 l 不等粒粗粒中粒中细粒细粒极细细极细粒粉砂 i 砂岩砂岩砂岩 砂岩 砂岩 粒砂岩 粉细 砂岩砂岩 o 9 0 4 2 0 0 1 4 0 3 9 8 6 4 6 0 6 7 5 8 表2 - 9 说明储层岩石粒度分布以中粒一细粒岩屑砂岩为主，占全部粒度分布7 3 8 。 1 矿物碎屑 表2 1 0 塔中志留系储层岩石碎屑颗粒含量特征值表 陆源碎屑含量( ) 岩屑总量内碎屑 特征值矿物碎屑岩屑 ( )( ) 石英钾长石斜长石沉积岩变质岩岩浆岩云母 最大值 7 92 3 5 l o3 62 42 36 l 4 - 0 撮小值 2 71 l l63 1 1 6l 平均值 5 77231 61 663 53 ( 1 ) 石英 石英是储层砂岩中广泛出现的矿物碎屑。石英颗粒的来源有两部分，颗粒粒度大于 0 5 m m 的石英多为深成岩浆岩，其形态为次棱角状，颗粒内部含有细小的固相和液相包 裹体；来自深成岩的石英在较粗粒级的石英中占7 0 以上，而较粗粒级的石英中来自于 变质岩的占较小部分，大致3 0 ，这部分石英不含液相和固相包裹体：小于0 5 m m 的石 英颗粒绝大部分来自于变质岩，这部分石英颗粒细小，形态多为次圆状。 图2 - 4 为储层岩石石英颗粒含量分布直方图，石英含量主要分布在5 5 7 5 之间。 图2 - 4 储层岩石石英颗粒含量分布直方图 ( 2 ) 长石 储层砂岩中的长石含量较低，薄片鉴定中钾长石含量( 平均7 ) 明显高于斜长石含 量( 2 ) 。 ( 3 ) 云母 1 2 麟嘣麟嘣麟嘣麟嘶 3 3 2 2 l 1 第二章塔中志留系储层地质与油藏特征分析 志留系储层砂岩中云母的含量极低，个别层位云母含量较高，最大值2 3 ，最小值 小于l ，平均含量6 。它们在不同粒度的砂岩中含量不一，主要集中在细粒级的细砂 岩和粉砂岩中。云母类矿物以白云母为主，它们绝大部分发生绿泥石化。 2 岩屑 塔中志留系油气藏储层砂岩中的岩屑包括变质岩岩屑、岩浆岩岩屑和沉积岩岩屑。 岩浆岩岩屑含量与变质岩岩屑含量较高，沉积岩岩屑含量最低( 表2 1 0 ) 。变质岩岩屑以 各种低变质的片岩为主，如石英片岩、绢云母石英片岩、云母片岩等。岩屑绝大部分为 变质岩的软岩屑，一般是细晶质的云母片岩和石英片岩。由于粗晶质的深成岩和变质岩 组成矿物颗粒粗大，在风化作用和搬运沉积作用过程中，大的晶粒极易解体为单体颗粒， 成为矿物碎屑，所以深成岩和深变质岩难以在沉积岩中呈岩屑出现，而那些颗粒细小的 浅变质岩却容易形成岩屑。 图2 5 为储层岩屑颗粒含量分布直方图，岩屑含量主要分布在2 5 4 0 之间。 3 5 0 姑 3 0 0 姑 2 5 0 1 ；| 卜2 0 0 嚣1 5 0 1 0 0 掰 5 0 姑 0 0 姑 图2 5 储层岩石岩屑颗粒含量分布直方图 可以推断岩屑含量的高低变化，在物源一致时主要受沉积环境变化的控制，湖水的 进退不仅影响到岩屑含量的高低、同时决定了砂岩中泥质和铁泥质含量的高低、决定了 砂岩的碎屑颗粒粒度，从而决定了储层砂岩的原始孔隙度大小和渗透率的高低，也决定 了砂岩的次生成岩作用和孔隙结构、次生孔隙结构的形成、演化和分布，从而决定了储 层砂岩的储集性能和渗透性能和油田开发后的产能。 2 2 2 储层砂岩填隙物特征 填隙物包括杂基和胶结物两大类。 塔中志留系储层岩石填隙物组成及含量特征值如表2 1 1 所示，图2 - 6 是其填隙物含 量分布直方图。 曲安“油大学硕士学位论文 表2 11 储层岩石填隙物含量特征值表 填隙物 胶结填隙 杂基胶结物 物物 特征值 铁泥方解铁方白云铁白黄铁高岭 总量总量 泥质硅质膏质( )( ) 质 石解石年iz i 玎矿石 最大值 4 7 l2 71 02 52 72 1 1 1 32 74 9 最小值 1 l 1 l 1 1 l l 1 l00 平均值 6 18 92 32 04 41 2 1 0 的储 层物性极差，为2 2 。 图2 - 8 储层岩石碳酸盐含量分布直方图 岩矿鉴定结果、储层岩石物性分析结果和全岩分析资料都确定储层砂岩中含有大量 碳酸盐矿物。这些碳酸盐矿物的存在可能导致储层砂岩有极强的酸敏现象存在，导致储 层