（油气井工程专业论文）瓦窑堡低渗储层酸化改造可行性研究.pdf

英文摘要 s u b j e c t ： s p e c i a l i 时： n a m e ： i n s t r u c t o r ： f e a s i b i h t ys t u d yo na c i d i z i n g1 e c h n i q u e sf o rl o w - p e r m e a b n i t yl h s e n ，o i r o f w a y a o b a oo i if i e m o i l & g a sw e ue n g i n e e r i n g z h a oh a i f - e n g ( s i g n w u x i n m i n ( s i g n a a b s t r a c t c h a i l g6 ，c h a n g4 + 5h o r i z o 璐o fw a y a o b a 0o i lf i e l dh a v ec h 盯a c t e r i s t i c so fl o wp o r o s 时， l o wp e 珊e a b i l i t ) r 髓dl o wy i e l d i n g b e f o r ew e l lp r o d u c t i o n0 rd e v e l o p m e n tp r o c e s s ， a c i d i f i c a t i o ni so f t e nl l s e d 嬲s t i m u l a t i o n 仃i l a n e n t h o w e v e r ，t l l e d l a ：t i j r eo ft l l er e s e r v o i r 越d a c i ds e n s i t i v ef a c t o r st l l a = tm a ye x i s ti i lt h ep r o c e s so fa c i d i f i c a t i o ni sn o tc l e a r l y ，o r e nl e dt 0 也er e 如1 t so fa c i d i f i c a t i o ns t i m u l a t i o n 骶a 臼n e n tu i 删i s f a c t o d ，0 re v 吼n e g a t i v e i n “sp a p e r ，d e t a i l e da n a l y s i sf i e l dp o r es t r u c t i 鹏c h 蹦l c t c r i s t i c so f 也er o c km i n e r a l c o m p o s i t i o l l ，c l a ym i n e r a lt y p e 锄dc o n t e m ，c e m e n t a t i o n 帅e 锄ds 吮n 咖，斛e n t i a ld a i i l a g e 缸c t c 鹏五盯廿1 ec h a n g6c h a i l g4 + 5h o r i z o i l so fw a y a o b o i lf i e l d ，b a s e d0 nm es e 嬲i _ t i v 时 e x p e r i i i l e 蝇d e t a i l e da l l 2 l l y s i s o fs p e e ds e n s i t i v 时，w a t e rs e 璐i t i v 时锄ds e n s i t i v i t ) r 扯i d e v a l u a t i o no ft l l er e s e r 、r o i ra n dm ei i l f l u e n c i i l gf a c t o r s ，t l l i o u g l lt l l e i dc o n 0 s i o ne x p e r i m e n t s ， a c i d r o c kr e a c t i o nt 1 1 e m o d 如国l i l i c s 锄dk i n e t i c se x p 妇n t s ，t h ee f f e c to fe v a l u a t i o no f a c i d i j c i c a t i o ne x p 鲥m e n t s ，d e t e r i r l i n ea i d i z i n gn u i ds u i t a b l ef o rr e s e r v o i rc h a r a c t e r i s t i c so f w a y o i lf i e l df o m m l a t i o n n er e s u l t ss h o w t h a t ： 1 1 1 1 ep e m e a b i l 时o f w a y a o b o i lf i e l dm a “yc o n c e n 缸a t e di 1 1t l l e ( 0 1 3 o ) 1 0 j u ， c l a ym i n e r a l s 撇m 浏yi l l i t e ( 5 9 2 1 6 6 6 ) ，i l l i t e 锄e c t i t e ( 2 5 4 5 5 9 ) ，砌o m ( 7 8 3 l 9 0 3 5 ，r e a c g8 5 1 o na v e r a g e ) a n ds oo 玛t l i 曲c o n t e n to fc t l l o d t ei st l l em a i l lf a c t o r w h i c hc a u s e dr e r v o i ra c i ds 饥s i t i v ei i 锄a g e i i la d d i t i o i l ，舔ar e s u l to ft l l ep o r et l l r o a ts m a l l ， p o o rc o n n e c t i v 时，l o wp e 皿e a b i l 时，也el a r g en 啪b e ro fp a r t i c l e ss e t 舭eo fm e a c i d i f i c a t i o n p r o c e s s ，f o 姗a t i o nc a ne 嬲i l yd 锄a g eb yp o r eb l o c k a g e 2 w a y b o i l & l df 0 m 嘶o nw a ：t e ro ft l i 曲s a l i n j t ya n dl l i g l lc a 2 + ，m 十c o n t e n ti s a m a 6 0 rc a u s eo fd 锄a g ed 谢- m 吗c l a ya c i d 骶锄e n t 3 c h a i l g6 ，c h 觚g4 + 5h 耐z o i l so fw a y a o b a 0o i l f i e l dr e s e n ，o i r1 1 a v el o ws 】p e e d s e n s i t i v 岫。m i d d l em e d i 啪w e a l 【w a t e r - s e i l s i t i v e 锄dm e d i 啪s t r o n g t os 咖n ga c i ds e n s i t i v 时 c h a r a c t i e r i s t i c w a 吼s e n s i ! t i v 畸a n d a c i ds e 璐i t i v 时d a i i l a g ei sl 撤e l yc a u s e d i nt l 圮 a c i d i f i c a t i o np r o c e s s a c i dc l a y 鼬i l i z e r ，的ni o n 虹b i l 泌ra n do t h e rn e c e s s a d ，a d d i t i v em l j s t b ea d d e dt 0r 锄o v ew a t e rs e l l s i t i v 毋，a c i ds e n s i t i v 时a i l do t l l e rd a m a g e i i i 英文摘要 4 b ya c i dc o r r o s i o ne x p e 洒e n t s ，d y n 锄i ce x p e r i m e n t s ，t l l e n n o d y n 锄i c se x p e r i m e n t s 锄dt l l r e eh n d so ff l u i da c i d i f i c a t i o ne v a l 嘣i o ne x p e r i m e n t s ，t h er e s u l t ss h o wt h a tm e r e s e r v o i rs 锄d s t o n ew a y a o b a 0o i lf i e l df o m a t i o na c i ds o i l ( m a i l l l yh f ) f a s tr e a c t i o n ，s o l u t i o n v o l 砌ei sv e 巧l a r g e ，u s i n g 址曲c o n c e n t r a t i o no fs o i la c i do rc o n v e n t i o n a la c i ds o i lf o r l o w p e 衄e a b i l i t ) r ，l o wp e 衄e a b i l i t ) rr e s e r v o i rs 锄d s t o n em 撕xa c i d i z i n ga r eu n a b l et 0r c a c h t h ed e p t ho fa c i d i f i c a t i o n 5 c h e m i c a lr e t a r d e ra c i dh 硒l o 、v e rr e a c t i o ns p e e da i l d1 a r g e 锄o u n to fc o n 0 s i o nw i t l l s 锄d s t o n er c s e n ，o i ro fw a y a o b a o ，f 0 rl o w - p e m e a b i l i 够，l o wp e n i l e a b i l 埘r e s e n ，o i rs 柚d s t o m m a t r i xa c i d i z i i l gc h e m i c a lr e t a r d e ra c i di i lt l l ea c i d i f i c a t i o no fd e a l i n g 州t l ll a r g er a d i u s ，t 0 a c m e v eag o o dd e p t ho fa c i d i f i c a t i o n 6 a c i d i z i n gn u i df 0 肋u l a ss u i t a b l ef o rc h 勰g6 ，c h 蹰g4 + 5h 嘶z o i l so fw a y a o b a 0o i l f i e l d ：1 2 h c l + 5 r 删e ra c i d + o 1 w d - 8 + 1 o m f 9 4 + 0 5 c f - 5 b + 0 1 b e - 2 + o 3 k s - 1 ，璐i n 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速敏、水敏、酸敏) 和储层酸化效果评价， 并在分析总结的基础上，针对储层能不能进行酸化的问题进行探讨。 1 1 本文研究的目的意义 近年来，随着各油田开采水平的提高和油气需求量的增加，低渗透油田的勘探开发 成为关注的焦点。但酸化增产技术所选用的常规酸液配方并非适用所有的储层。因此， 对储层进行改造之前，应从储层地质情况着手，室内评价相辅，充分考虑储层潜在的伤 害类型，从而优选出合适的酸化改造方案。 酸化技术是油气井增产的一项重要措施，对高效开采油田起到了积极的作用。酸化 技术近年来有了很大的发展，无论是理论研究还是现场应用，都逐步走向成熟，在国内 油田的应用也越来越广泛。而砂岩储层矿物复杂，酸化的主要酸液体系一般是土酸或包 含h f 的酸液体系。砂岩酸化过程中， i f 酸会与其接触到的所有矿物发生反应，酸岩反 应二次沉淀较多，容易对地层造成伤害；而且酸液与矿物发生反应的速度比酸的传质速 度小得多，整个反应过程受表面反应控制，从而酸液均匀刻蚀裂缝面，不会像碳酸盐岩 酸化那样可能产生孔喉，获得有效的导流能力较难。 瓦窑堡油田研究区储层矿物成分复杂，很有必要分析瓦窑堡储层的孔隙结构特征、 矿物的种类、含量、分布状态等，探讨储层潜在酸敏因素和酸岩反应影响因素。通过各 种酸液配方对储层的酸化效果评价，确定合理的酸液配方，从而为酸化改造类似储层提 供理论依据和设计方案。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 酸化技术的发展 第一次酸处理作业始于1 8 9 5 年，赫曼佛拉施( h e 肌锄f r a s c h ) ，当时俄亥俄州利马市 标准石油公司太阳炼油厂的总化学师，采用盐酸进行了酸化作业处理，并获得了这项技 术的发明专利【2 j 。2 0 世纪8 0 年代发展起来的酸化技术是对以前技术的进一步完善，而2 0 世纪8 0 年代后期主要是通过复配、改性或重新合成高性能的产品，使之更能满足复杂地 层的需要。现在国内外普遍应用暂堵酸化技术，它是常规酸化工艺的一个改进，对地层 没有伤害，适用于多层段、薄夹层、层间物性变化较大以及井下套管变形或井斜过大不 能下封隔器进行分层酸化的井，该技术可实现一次施工，达到多层同时被改造的目的。 基质酸化是一种在低于储层岩石破裂压力下将酸液注入地层孔隙( 晶间孔隙或裂缝) 西安石油大学硕士学位论文 的工艺技术。其目的是使酸尽可能沿径向渗入地层，通过溶解孔隙空间内的胶结物、颗 粒及其它堵塞物，恢复或提高地层渗透率。长期以来，国内外对砂岩储层酸化进行了广 泛研究，取得了不少成果，推动了酸化工艺技术的发展。 ( 1 ) 热力学和动力学 在砂岩酸化热力学和动力学方面，l a b r i d 用具有代表性的砂岩和氢氟酸反应，在一 定的假设条件下，经模拟计算求出了反应平衡常数【7 1 。其主要结论是：氢氟酸溶解矿物， 反应产物主要是氟硅酸及少量的胶态二氧化硅。长石和粘土的第一步酸蚀反应是均匀改 变晶格，然后萃取铝，并形成氟化络合物。继l a b r i d 之后，h e k i m 和f o g l e r 研究了土酸 与纯铝硅酸盐反应的化学计量关系，并给出了其计算方法。现在一些新型仪器和技术 手段用在了研究酸岩反应动力学上，例如短、长岩心酸化工艺模拟试验结合核磁共振谱 仪( n m 限) 、电感耦合等离子体发射光谱仪( l c p ) 和x 射线衍射( x l d ) 等研究氢氟酸与铝 硅酸盐的反应机理和二次伤害机理；应用f n m r 测定氢氟酸酸化的化学反应，研究铝、 硅氯化物平衡和氢氟酸同铝硅酸盐反应中氟的分布，确定f 在a l 和s i 间的精确分配； 利用环境扫描电镜( e s e m ) 实体定位观察酸化前后储层矿物变化和酸岩反应形成的二次 沉淀物等难溶物质和运移的微粒在孔喉中的分布。 ( 2 ) 酸化模型 砂岩酸化模型是砂岩设计计算和效果预测的核心，总体上可以分成两大类：一类是 从微观上引入孔隙大小分布函数来描述复杂的三维空间注酸后孔隙结构的变化，这类模 型有g i d l e y 和s c h e c h t e r 【8 】的毛细管模型以及w i l l i a m s & 、h i t e l e y 【明的慢反应模型。另一类 模型则不依赖于孔隙结构形状的描述，而是依照实验结果，通过实验确定渗透率和孔隙 度的关系、可溶矿物的含量、矿物的溶解速度等，然后从宏观上描述酸岩反应的规律， 其中有代表性的有h e k i m 等人的分布参数模型和m a 等人的非均质模型。 不管是哪一个模型，其目的都是试图建立起由于酸的溶蚀而引起的孔隙度和渗透率 的变化关系。但是由于岩石孔隙介质结构和酸反应过程的复杂性，以及各个模型建模的 假设条件不同，求解结果自然不一样，s c h e c h t e r 等人的毛细管模型虽然较好地反映了酸 液流经多孔介质时因表面反应引起的孔隙结构变化，但模型中引入了孔隙大小分布函数 和孔隙度增量函数，使模型的表达式变得复杂而又难以求解：w i l l l i 锄s 等人的模型需用 试验手段定出与岩石、酸及酸岩反应特征有关的有效反应速度系数后，模型才得到简化 和应用，但由于试验难度大，且不同岩石的有效反应速度系数相差甚远，从而限制了该 模型的应用。同样，f o g l e r 等人的模型和l a b r i d 等人的模型均有其各自的不足，所以在 试剂中难以应用。 为克服f o g l e r 等人集总参数模型的不足，h e k i m 等人提出了描述多种矿物与酸液竞 争反应情形的分布参数模型。模型中考虑了不同矿物与酸液的反应，用化学计量系数建 立酸反应速度和矿物溶解速度的关系，并考虑了孔隙度的变化。因此，h e k i m 等人的模 型能较真实地描述酸岩反应过程，有很好的实用价值。 第一章绪论 正是由于h e k i m 等人的出色工作，才使目前国内外普遍推崇的m a 非均质模型得 以问世。由于t a h a 非均质模型根据分布参数模型将砂岩矿物分为易溶的硅酸盐和难溶的 石英两大类，同时将油气藏划分为不同的小层，考虑了地层在垂直和径向渗透率的变化， 较好地模拟了实际酸化过程。该模型克服了集总参数模型只能描述单一反应前缘移动的 缺点，是目前较好的描述非均质储层多孔介质砂岩酸化的数学模型( 俗称“一酸两矿物模 型”) 。但该模型的局限性是没有考虑流速的影响，忽略了氟硅酸的再反应过程，只能适 用于低温地层。 在分布参数模型的基础上，b r y 鲫一1 0 】于1 9 9 1 年提出了广义参数模型，即“两酸三矿 物”砂岩基质酸化设计软件。该模型考虑了流速对酸岩反应的影响，以及次生h 2 s i f 6 与 快反应矿物再反应生成s i ( o h ) 4 沉淀，而s i ( o h ) 4 作为第三种矿物再与h f 反应这一复杂 的酸岩反应过程。鉴于高温地层中次生的h 2 s i f 6 二次反应进行的完全，这一模型可以更 好地模拟高中温地层的酸化过程。s e v o u 曲i 锄于1 9 9 2 年提出了一种包括溶解和沉淀反应 动力学的广义地球化学模型。该模型在分布参数模型和广义参数模型的基础上，系统地 分析了砂岩酸化过程中不同矿物成分及不同的生成物( 或沉淀物) 等对地层伤害的影响， 当溶解和沉淀反应不是同时产生时，沉淀造成的伤害将减少。 ( 3 ) 应用软件开发 在专家系统应用方面，国外在8 0 年代中期就将专家系统工具应用于基质酸化，建立 了砂岩酸化专家系统软件包。通过近1 0 年的发展，专家系统在国外的应用得到了进一步 的完善，而国内的相关研究还处于起步阶段。 ( 4 ) 酸化施工工艺 在基质酸化施工工艺上近期内取得较大进展的是施工时实监测和评价技术的成功应 用；堵水与酸化联作技术应用于含水层；新型分流技术开始采用多级注入技术结合采用 氮气泡沫暂堵剂。 在国内外众多学者的不懈努力下，对酸岩反应动力学、酸化模型及施工工艺等的研 究取得了丰硕的成果。但是由于砂岩基质酸化涉及到流体力学、物理化学、化学动力学、 油层物理、j 渗流力学等多门学科知识，而且油藏岩石矿物组成和结构i 酸岩液固反应和 酸化处理过程的复杂性、多样性及随机性，导致其在理论解释、研究手段和实际应用等 方面仍有一些复杂问题待解决【l l 】。 1 2 2 常用砂岩酸化液体系 砂岩地层酸化主要目的是溶解造成渗透率伤害的物质。氢氟酸是溶解硅质的唯一普 通酸。所有用于砂岩基质酸化的配方均含有氢氟酸或其原始化合物，其中最常用的是土 酸。随着砂岩酸化技术的发展，研究人员针对矿场的不同要求开发出不同功能的酸液体 系，如氟硼酸体系( h b f 4 ) 、地下生成酸体系、铝盐缓速酸体系、有机土酸体系( h a c h f ) 、 h 3 p o 椰体系以及有机磷酸体系等，每种酸液体系特点不同，其分类情况及优缺点介绍 西安石油大学硕士学位论文 如下： ( 1 ) 常规土酸体系：由一定浓度的h c l 、h f 和添加剂组成，其优点是成本低、溶蚀 与解堵作用强；缺点是酸与岩石的反应速度快，穿透距离短，对粘土矿物含量较高地层 易酸跨井壁，造成坍塌或出砂。适应于井筒附近的伤害解堵。 ( 2 ) 自生土酸体系：h c l 与忡或n h 4 h f 2 在一定条件下生成h f 酸，优点是反应 速度慢，可解除地层深部的堵塞，但受温度限制。 ( 3 ) 氟硼酸体系：特点是可缓慢释放h f ，缓慢溶解地层和微粒，以达到解除地层深 部堵塞目的。优点是活性酸穿透距离长，解除深部地层堵塞，可稳定粘土；缺点是不耐 高温( 8 0 以下使用) ，对缓蚀剂选择性强，成本高。特别适用于酸敏性砂岩地层。 ( 4 ) 有机酸土酸体系：由甲酸、乙酸、乙二酸、柠檬酸、h f 和添加剂组成，具有缓 速、低伤害特点，耐高温，酸作用距离长。适用于盐酸敏感性地层，高温下缓速效果好， 伤害低，但成本相对较高。 ( 5 ) 复合酸体系：由h c l 、h f 、h a c 及氟硼酸组成，是一种通用性较强的商业酸液 体系，但比普通酸成本高，对添加剂要求严格。 ( 6 ) 浓缩酸体系：由h 3 p 0 4 、h c l 、h 呼及添加剂组成，具有缓速、低伤害效果，防 止c a f 2 沉淀及保持残酸低p h 值；高温下( 大于9 0 ) 酸岩反应速度高，难以达到深度酸 化目的，对缓蚀剂选择性强，成本高。适用于含有绿泥石的酸敏性矿物的地层。 ( 7 ) 胶束酸体系：由h c i 、h f 和胶束剂及其它添加剂组成，能够延缓酸岩反应速度， 既具有胶束溶液特点，又具有酸化功能，能同时解除有机类和无机类堵塞物。但使用过 程中，胶束剂用量大，胶束剂在9 0 以上土酸中分散性较差，胶束溶液的功能受浓度、 温度限制，使用成本高，适用于稠油地层及有机质污染地层。 ( 8 ) 铝盐缓速酸：在土酸中加入铝盐作为缓速剂的一种深部酸化技术，在国外简称 a l h f 法，适用于泥质胶结的砂岩油层，可处理钻井或修井作业中泥浆污染的地层、有泥 质堵塞的疏松易出砂油层以及常规土酸不能解除的泥质污染油层。 ( 9 ) 互溶剂土酸：由土酸加乙二醇单丁醚等互溶剂组成，用于砂岩地层酸化，效果 较好，但成本比常规土酸高。 1 3 本文技术路线与技术关键 技术路线：本文首先详细分析研究了瓦窑堡油田长6 、长4 + 5 储层的孔隙结构特征、 岩石矿物成分、各种粘土矿物和填隙物的种类和含量、胶结类型及强度、储层潜在伤害 因素，并在此基础上，通过储层敏感性评价实验，详细分析评价了储层的速敏、水敏及 酸敏伤害程度及影响因素，最后通过酸液溶蚀实验、酸岩反应热力学和动力学实验、酸 化效果评价试验等实验，详细分析评价了各种酸液及添加剂的作用效果，确定出了适合 瓦窑堡酸化改造的酸液配方。 技术关键：酸化是通过溶蚀储层岩石中某些矿物，是油气井增产的一种重要手段。 4 第一章绪论 酸化也会产生某些不溶性物质堵塞孔喉，给储层带来新的损害，即产生所谓酸敏效应。 本文的技术关键为研究影响储层酸化效果的因素，即针对瓦窑堡油田酸化后渗透率改善 情况的研究。认为只要能改善储层的渗透能力，则砂岩储层酸化将是可行的。 1 4 本文主要研究内容 本文分析了砂岩酸化的国内外现状及进展情况，相应提出了瓦窑堡砂岩储层进行酸 化需具备的可能条件，并对可能的条件从理论、室内实验进行分析、验证。结果表明， 只要满足砂岩要进行酸化需具备的可能条件，可以进行酸化尝试，但必须考虑到瓦窑堡 油田长6 、长4 + 5 储层的特性，本文所要做的内容主要包括四点： ( 1 ) 研究瓦窑堡油田长6 、长4 + 5 储层的特性，包括深入细致的从区域背景、储层岩 石学特征入手，研究储层的岩石学特征、储层胶结类型及胶结成分，相应提出了砂岩要 进行酸化需具备的可能条件。 ( 2 ) 从储层的潜在伤害因素出发，讨论了砂岩反应可能沉淀及其预防的措施，给出 了砂岩酸化反应动力学的确定方法。理论上说明采取一定措施可以减少砂岩酸化时的伤 害。 ( 3 ) 研究瓦窑堡油田长6 、长4 + 5 主力开发层位的敏感性，主要包括速敏性、水敏性 和酸敏性评价，并以瓦窑堡油田储层天然岩心进行酸液配方室内试验。其目的在于找出 油气层发生敏感的条件、由敏感性引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计、油气 层损害机理分析和制定系统改造油气层技术方案提供科学依据。 ( 4 ) 根据瓦窑堡油田长6 、长4 + 5 储层矿物特征，结合瓦窑堡油田岩心酸液配方室内 实验，研究瓦窑堡油田发生酸敏的机理，并通过后面的酸液溶蚀实验、酸化液添加剂评 价，确定出适合的长6 、长4 + 5 储层酸化酸液配方。 1 5 项目来源 油田合作项目中的部分研究内容。 西安石油大学硕士学位论文 第二章瓦窑堡油田储层概况 2 1 储层地质区域背景 陕北瓦窑堡油田位于陕北地区西部的鄂尔多斯盆地。鄂尔多斯盆地是我国第二大含 油气盆地，油气资源非常丰富，油气勘探与开发的潜力很大。它已成为我国未来油气勘 探与开发的最重要的战略地区之一，其油气资源的探明与开发直接影响着我国石油的产 量。长6 油层组和长4 + 5 油层组做为鄂尔多斯盆地瓦窑堡地区主力产油层位，其油气资 源的勘探与开发对延长石油集团的发展有很重要的意义。然而，该油层组以低孔、低渗 和低压为特点，制约了该区油田的增储上产。为了查明该区油气储层的形成条件和控制 因素，预测有利储集带、提高该油层采收率则成为该区迫切需要解决的问题。 鄂尔多斯盆地通常是指河套断陷以南、渭河断陷以北、吕梁山以西、银川六盘山断 陷以东的广大地区，地跨陕、甘、宁、内蒙、晋五省区，总面积2 5 万平方公里。盆地边 缘断裂褶皱较发育，而盆地内部构造相对简单，地层平缓，一般倾角不足l o 。盆地构造 性质以长期稳定为特征，具有整体抬升、持续下降、坡度宽缓、低隆起、接触整一的特 点。在大地构造属性上，鄂尔多斯盆地处于中国东部稳定区与西部活动带之间的结合部 位，具有稳定沉降、坳陷迁移、扭动明显、多沉积旋回的构造演化特点。盆地内无二级 构造单元，三级构造以鼻状褶曲为主，很少见幅度较大、圈闭较好的背斜构造发育。根 据现今构造形态、盆地演化历史，结合构造发展史和构造特点，可划分为北部伊盟隆起、 西缘断褶带、东部晋西扰褶带、中部陕北斜坡、南部渭北隆起、西部天环坳陷六个一级 构造单元，其中陕北斜坡是最大的单元。 2 2 储层矿物学及岩石学特征 位于鄂尔多斯盆地的陕北瓦窑堡油田的主力开发层系长6 储层、长4 + 5 储层是一个 以低渗透储量为主的油田。延长组第三段( 长4 + 5 、长6 ) 以灰色粉细粒、细粒长石砂 岩和含云母长石砂岩为主，其次为细中粒长石砂岩、长石粉砂岩及含云母或富云母的细、 粉粒长石砂岩，具有近似的岩石学特征。 长4 + 5 油层组为一套灰绿色粉、细砂岩与深灰色泥岩、粉砂质泥岩互层沉积，夹碳 质页岩及煤线。总体上可分为3 个正韵律沉积旋回，其中中部旋回底部砂层较稳定，横 向可追踪对比，厚度一般在2 0 3 0 m 之间。长4 + 5 油层组在本区沉积厚度一般为7 5 9 0 m 。 自然电位曲线多为齿状相间，组合异常幅度低于长2 + 3 和长6 油层组，声速曲线常 有尖齿出现，视电阻率曲线整体偏高，呈高低相间排列的刺状组合。该段沉积厚度一般 为7 5 8 5 m 。 长6 油层组岩性为灰、灰白色厚层块状细砂岩、中细砂岩、粉砂岩与灰、深灰色粉 砂质泥岩、泥岩不等厚互层，分为四个油层亚组。该段沉积厚度一般为1 2 5 1 3 5 m 。 6 第二章瓦窑堡油田储层概况 2 2 1 矿物学特征 从延长油区孔隙度平均值统计结果看，长6 1 油层亚组的平均孔隙度较最大，其次为 长4 + 5 油层组，长6 2 、长6 3 、长6 4 油层亚组的平均孔隙度值很接近，明显低于其它各油 层组( 或油层亚组) 。各油层亚组孔隙度统计结果见表2 1 。 表2 1 长4 + 5 、长6 储层孔隙度统计结果 长6 储层自下而上渗透性依次变好，长6 1 平均渗透率最高，长6 4 最低。各油层组平 均渗透率见表2 - 2 。 表2 2 长4 + 5 、长6 储层渗透率统计结果 区内延长组第三段储层属于低特低孔隙度、特低超低渗透率储层。研究区的x 衍 射粘土分析见表2 3 ，全岩分析见表2 4 。 表2 3x 衍射粘土分析 7 西安石油大学硕士学位论文 2 2 2 碎屑成分 铸体薄片镜下鉴定结果表明，长6 和长4 + 5 砂岩中碎屑颗粒一般分别占8 2 9 4 和8 5 9 5 ，以长石为主，其次为石英、岩屑、云母和少量的重矿物。 ( 1 ) 石英 长6 和长4 + 5 砂岩中石英的含量分别为1 6 2 3 和1 6 2 5 ，平均为1 8 9 和 1 9 0 ，以单晶石英为主，见少量燧石；来源主要有两部分，其中粒度大于o 3 o 4 m m 的石英多来自深成岩浆岩，形态为次棱角状，内部含有细小的固相和液相包裹体，包裹 体排列没有一定方位，常使石英颗粒呈星云雾状。小于o 3 o 4 m m 的石英颗粒则大部 分来自变质岩，它们不含液相和固相包裹体，具有明显的波状消光，颗粒边缘较为平整， 形态多为次圆状。 ( 2 ) 长石 长石为本区长6 和长4 + 5 砂岩中最主要的碎屑颗粒，含量分别为4 6 6 5 和4 4 6 5 ，平均为5 6 4 和5 3 5 ，正长石、斜长石均有，可见少量具格子双晶的微斜长石。 长石表面普遍具高岭石化或绢云母化，边缘或内部常具有溶蚀现象。 ( 3 ) 云母 本区长6 和长4 + 5 油层组砂岩中均含较多的云母类矿物，其中长6 油层含量一般为 l 4 ，最高可达1 6 ，平均为3 3 ，而长4 + 5 油层含量一般为2 1 0 ，最高可 达2 1 ，平均4 7 ，其含量一般随粒度的变细而增加。包括白云母和黑云母，且黑云母 的含量远高于白云母。黑云母多呈褐色或绿色，具有明显的多色性。在储层不同层位发 生不同程度绿泥石化的黑云母可能来自变质岩云母片岩和片麻岩，它们在各种粒级的砂 岩中广泛分布，而且含量均不低。由于压实作用，它们呈弯曲片状，沿层面定向排列， 8 第二章瓦窑堡油田储层概况 或发生变形充填到孔隙中呈假杂基出现。 ( 4 ) 岩屑 长6 和长4 + 5 油层中岩屑含量分别为9 2 l 和1 0 2 8 ，平均1 4 0 和1 6 4 。 岩屑种类繁多，绝大部为变质岩的软岩屑， 英片岩，其次可见燧石、石英岩、花岗岩、 岩屑。 包括细晶质的千枚岩、板岩、云母片岩和石 喷出岩、隐晶岩、粉砂岩、泥岩、白云岩等 碎屑颗粒呈次圆次棱角状，颗粒支撑，线接触或点线接触，少量的凹凸接触，胶 结类型为孔隙式或薄膜孔隙式，偶见方解石呈嵌晶式胶结。按照原能源部石油行业砂岩 分类命名标准( 1 9 9 0 ) ，研究区长6 油层组砂岩绝大部分为长石砂岩，含少量的次岩屑长 石砂岩，与陕北地区其它油田同一层位的砂岩类型相似。 2 2 3 填隙物成分 ( 1 ) 杂基 杂基主要为泥质、含铁泥质及细粉砂，分布不均匀，位于分流河道砂体中下部的中 细粒长石砂岩中，杂基含量小于5 ，一般为2 3 ；而位于分流河道砂体中上部和天 然堤、决口扇沉积的粉砂岩中，杂基含量较高，可达5 1 0 。杂基充填于粒间孔中， 部分被绿泥石和方解石胶结物交代。 ( 2 ) 胶结物 研究区砂岩的胶结物含量一般在5 1 5 之间，部分钙质砂岩胶结物含量可达2 0 以上，平均7 5 。胶结物成分主要有绿泥石：含量o 5 7 0 ，平均1 3 6 ；方解石： 含量o 2 5 ，平均2 2 ；硅质：0 8 0 ，平均1 左右；长石质：0 8 o ，平均0 8 ； 有时可见少量的伊利石、浊沸石、沥青质等胶结物。研究区扫描电镜结果见表2 5 。 表2 5 扫描电镜分析报告 9 西安石油大学硕士学位论文 续表2 5 扫描电镜分析报告 2 3 储层胶结物类型、成分 随着地层埋藏深度的增加及温度、压力的上升及孔隙水化学性质的变化，使各种成 岩自生矿物依次析出，进而产生了胶结充填作用，胶结作用是导致孔隙度减小、渗透率 降低的另一重要原因。瓦窑堡油田长6 、长4 + 5 储层的主要胶结方式为孔隙- 力口大、薄膜 加大、孔隙薄膜式，可见方解石呈嵌晶式胶结。 2 3 1 粘土胶结作用 研究区瓦窑堡油田长6 、长4 + 5 砂岩储层中粘土胶结作用主要包括绿泥石、伊利石 的胶结作用，其中以绿泥石的胶结作用最为普遍。 ( 1 ) 绿泥石胶结 绿泥石是鄂尔多斯盆地延长组砂岩中分布最为广泛的一类自生粘土矿物，占粘土胶 结物总量的三分之二以上。研究区砂岩中，绿泥石同样是最重要的胶结类型，几乎所有 砂岩中都可见到，平均含量达2 7 ，占胶结物总量的3 8 左右。绿泥石胶结多呈微细叶 片状或纤维状晶体垂直碎屑颗粒表面或孔喉壁生长，常发育成孔隙内衬，在碎屑颗粒接 触处缺失，可见部分绿泥石薄膜包围整个碎屑颗粒，说明绿泥石薄膜形成于压实作用的 l o 第二章瓦窑堡油田储层概况 同时或稍后，是成岩作用早期阶段的产物。绿泥石胶结物除以孔隙衬边和薄膜包壳状产 出外，部分呈孔隙充填状产出，多数充填残余粒间孔，部分充填溶蚀孔隙，表明这部分 绿泥石形成时间较晚，发生在溶蚀作用之后。 ( 2 ) 伊利石及伊蒙混层胶结 自生伊利石和伊蒙混层粘土胶结作用仅出现于部分井段，主要与沉积环境能量较低 和含少量杂基有关。常与自生绿泥石共生，多呈孔隙充填物出现，偶见薄膜包壳，并显 示粘土矿物的世代胶结作用，即孔隙边部为栉壳状绿泥石小叶片，向孔隙中心逐渐过渡 为粒度稍大、带刺毛尖端的不规则片状或丝缕状伊利石网状集合体，或为卷曲片状伊 蒙混层矿物的蜂窝状集合体。在伊利石和伊蒙混层粘土矿物较发育的井段，残余粒间孔 大多变为晶间微孔，原生孔隙度损失并不大，为l 2 ，但对渗透率影响较大，因为 带尖刺的片状或丝缕状晶体常呈桥接式产出，对喉道的堵塞较明显。 2 3 2 其他胶结作用 ( 1 ) 碳酸盐胶结 碳酸盐胶结作用在瓦窑堡长6 、长4 + 5 砂岩储层中较为发育，是影响储层物性的主 要胶结物类型之一。成分主要为方解石、铁方解石，偶见白云石胶结。碳酸盐胶结物在 油层段砂岩中含量较低，一般为0 5 3 ，呈局部孔隙充填或斑块状、补丁状连晶分布， 对孔隙度的损失较小。差储层及致密层砂岩中的碳酸盐含量较高，其含量可达1 0 2 0 ， 甚至更高，呈大片的连晶分布，充填大部分甚至全部的粒间孔隙并交代长石、岩屑等碎 屑颗粒及填隙物，使原生粒间孔几乎丧失殆尽而成为致密隔挡层。 ( 2 ) 硅质和长石质胶结作用 硅质胶结物在瓦窑堡油田长6 、长4 + 5 砂岩储层中分布也较为广泛，含量一般为1 3 ，平均为1 0 左右。硅质胶结物除部分以石英次生加大边的形式存在外，大部分呈 石英微晶充填于残余粒间孔隙中。自生石英覆盖并包裹绿泥石薄膜和自生伊利石，被l l 型方解石所包围，说明其形成早于方解石，但晚于伊利石和绿泥石薄膜。总体上看，延 长组砂岩中硅质胶结作用发育程度相对较弱，由硅质胶结作用损失的原生粒间孔平均为 1 o 左右，但硅质胶结物将导致孔隙的永久性破坏。本区硅质胶结物的来源主要有以下 几种方式： ( 1 ) 来源于粘土矿物的成岩转化作用。蒙皂石类矿物在向伊利石转化过程中将析出 一部分s i 0 2 ，反应方程式为： 4 5 k + + 8 a 1 3 + + 蒙皂石一伊利石+ n a + + 2 c a 刍 + 2 5 f e 3 + + 2 m 孑+ + 3 s i 4 +( 2 1 ) ( 2 ) 来源于碎屑石英的压溶作用。由于研究区砂岩压溶作用不强，这部分s i 不是主 要来源。 ( 3 ) 来源于硅酸盐矿物( 主要是长石) 的不一致溶解作用。这种溶解作用可以发育 于成岩中后期，有机质成熟形成的有机酸对长石的溶解，也可以形成于表生作用阶段， 西安石油大学硕士学位论文 饱含c 0 2 的大气淡水对长石的溶解。 长石胶结作用仅在部分井段中可见，强度不大( 平均为0 7 6 ) ，长石自生加大边一般 较薄( 1 0 2 0 肛m ) ，自生钠长石常呈微晶分散在粒间孔中，数量很少，对原生孔隙的影响 不大。 ( 3 ) 浊沸石胶结作用 瓦窑堡油田长6 、长4 + 5 储层中浊沸石胶结相对不发育，仅见于部分井的部分层段， 含量最高可达6 。根据镜下鉴定结果，浊沸石可分为两个主要形成阶段，第一阶段形 成的浊沸石与火山物质的水化有关。研究区砂岩储层中富钙的斜长石在此过程中变成了 浊沸石，表现为浊沸石沿斜长石的双晶纹或解理缝分布，甚至完全变成浊沸石而呈斜长 石的假象。第二阶段浊沸石形成于中成岩期，随着埋藏深度加大，成岩作用增强，长6 、 长4 + 5 砂岩地层中的蒙脱石夹层、泥岩及砂岩中的蒙脱石在向伊利石、绿泥石转化过程 中大量脱水，并析出大量的c a 、m g 、n a 、f e 等阳离子，其中n a 离子形成钠长石，m g 、 f e 离子参与绿泥石的沉淀，c a 离子则形成浊沸石并充填剩余粒间孔，这一阶段斜长石 的钠长石化也可以形成一部分浊沸石。由于浊沸石分布不普遍，其对孔隙的破坏及后期 溶蚀形成次生孔隙的意义不大。 由岩石薄片鉴定、x 衍射、扫描电镜、图像分析及全岩分析结果可知，研究区储层 主要以石英砂岩和长石质石英砂岩为主，矿物成分中粘土含量为4 3 5 1 0 7 l 。粘土 矿物中主要以绿泥石为主，同时含有伊利石和伊蒙混层矿物。由岩石矿物特征分析可知， 伊蒙混层的存在使该区储层具有潜在的水敏性和盐敏性；伊利石的存在使储层具有潜在 的速敏性；绿泥石的存在使储层具有潜在的酸敏性。储层岩石以极细细粒、细粒长石砂 岩为主，碎屑成分主要为长石、石英、岩屑，其长石平均含量4 8 8 ，石英为2 8 1 ， 岩屑为1 0 左右，粘土矿物中，长6 储层绿泥石含量为8 6 3 8 ，长4 + 5 储层绿泥石含量 为8 3 2 0 。 2 4 小结 ( 1 ) 瓦窑堡油田具有低孔、低渗、低压、低产等特点。其主力开发油层长6 、长4 属于特低特低渗储层，渗透率主要集中在( 0 1 3 0 ) l0 3 啪2 。 ( 2 ) 由x 射线衍射结果得知：瓦窑堡油田储层粘土的主要成份为伊利石( 5 9 2 1 6 6 6 ) 、伊蒙间层的含量为( 2 5 4 5 5 9 ) 、绿泥石的含量为( 7 8 3 l 9 0 3 5 ，平均值达 8 5 1 ) ，其中绿泥石是造成储层敏感性的主要矿物。 ( 3 ) 由全岩分析结果得知：瓦窑堡储层孔喉细小，充填物质主要包括石英、斜长石、 钾长石、方解石、铁白云石、粘土矿物等，其中斜长石、石英占有主要地位，石英的物 质组成主要为二氧化硅，如果对储层进行酸化改造，可能后期的二次沉淀主要为硅的沉 淀，所以进行室内实验的时候，要加以预防。 ( 4 ) 由扫描电镜结果得知：瓦窑堡储层结构致密，少量石英及长石加大充填生长， 1 2 第二章瓦窑堡油田储层概况 造成孔喉半径缩径，使得连通性变差。即使含有油气等，但是从其孔喉分布及发育来看， 大部分的油气资源很难开采出来，采收率很低，这就要求在新井投产前必须采用增产的 方式来提高