孙铎，刘乘宙，许文赟，李鑫，刘灏亮

微观表征法预测分析低渗储层伤害的潜在因素

孙铎，刘乘宙，许文赟，李鑫，刘灏亮

（中国石油玉门油田分公司，甘肃 酒泉 735019）

低渗油藏具有十分巨大的资源潜力，然而在勘探开发过程中，低渗储层更易受到伤害，影响开发效果，因此对低渗储层伤害机理的研究很有必要。目前国内主要采用室内动态物理模拟实验的方法研究储层岩心的伤害因素，需要对各种影响因素进行评价，工作量大，效率低。对此，以玉门油田某区块M层岩心为实例，提出采用微观表征方法，即XRD、SEM和偏光显微镜，观察天然岩心矿物组成、内部孔隙结构等特征，结合黏土矿物学相关知识，提前预测引起储层伤害的潜在因素，为储层伤害的评价研究提供了新的思路。

低渗透；储层伤害；潜在因素；微观表征；分析预测

低渗油藏通常指平均渗透率低于50 mD的油藏，广泛分布于我国各含油区块，主要以致密砂岩油藏为主，其地质储量已占全部探明储量的30%以上。近年来，随着鄂尔多斯盆地、四川盆地、松辽盆地等低渗油气储层的陆续投产，低渗油藏已逐渐成为我国陆上油田的主力油藏，具有十分巨大的资源潜力。

然而，低渗油藏与中、高渗油藏相比，由于其孔隙体积更小，平均孔隙半径小于20 μm，且矿物组成、孔隙结构与孔喉分布更加复杂，非均质性更强，因此在勘探开发过程中，低渗油藏更易受到伤害，导致渗透率降低，生产压差增大，严重影响石油采收率。在钻开油气层后，注水泥、射孔试油、酸化、压裂、采油、注水、修井等施工过程都会不同程度地破坏油气层原有的物理化学平衡状态，外来流体进入储层后，会与储层内的岩石矿物及地层流体发生一系列物理化学反应，如酸敏、水敏等，堵塞连通的喉道；此外，返排井下流体时出现的“水锁”，以及储层内温度及应力的变化也会对孔隙体积及连通性造成不利影响，这都可能导致孔喉半径减小，非有效孔喉比例大幅增加，渗流阻力增大，最终引起渗透率的降低，影响开发效果[6-8]。

无论哪一种伤害，储层本身的内在条件是主要影响因素，当储层不能与外界条件变化相适应时，就会导致储层渗透率的降低，因此要了解储层伤害机理，首先要搞清楚储层自身潜在的伤害因素。目前，国内主要通过天然岩心的室内敏感性评价，即酸敏、水敏、速敏等评价实验，以及工作液伤害效果评价这两大类动态物理模拟实验，来分析低渗储层内发生伤害的原因[4-6]。由于天然岩心数量有限，价格昂贵，且室内物理模拟实验往往需要对各种影响因素进行评价，缺乏针对性，工作量大，耗时长，容易受外来因素干扰。尽管在研究中也借助了一定的微观表征手段，如纳米CT和扫描电子显微镜（SEM），但也只限于观察矿物组成及孔喉半径，并未从微观角度深入分析预测造成储层伤害的潜在因素[9-10]。

因此，本文以玉门油田某低渗区块M层岩心为例，从微观角度分析预测岩心发生伤害的潜在因素。通过采用X射线衍射（XRD）、SEM以及偏光显微镜分析天然岩心矿物组成、内部孔隙结构等微观特征，并结合黏土矿物学相关知识，预测引起储层伤害的微观潜在因素，明确了储层伤害的防治手段，提高了开发方案设计针对性，并为研究低渗储层伤害机理提供了新思路。

1 实验部分

实验用岩心样取自玉门油田某低渗透区块M层不同深度（1 000～1 300 m），编号1～4号，分别进行XRD、SEM和偏光显微镜实验分析。

在XRD实验中，根据流体静力学中Stocks沉降定理，采用水悬浮液分离方法分别提取粒径小于l0 μm和小于2 μm的黏土矿物样品。粒径小于10 μm的黏土矿物样品用于测定黏土矿物在原岩中的相对含量；粒径小于2 μm的黏土矿物样品用于测定各种黏土矿物种类的相对含量，然后利用每种黏土矿物所具有的特定X射线衍射图谱，来分析计算出该矿物含量。

在SEM实验中，首先对岩心样本进行洗油、烘干，然后用导电胶粘在样平台上并喷金。喷金之后的岩样与高速运动的电子束发生一系列反应，产生二次电子。通过计算二次电子的多少来得到岩样内部孔隙结构的图像，结合岩石形貌学相关知识，分析岩样的形貌和矿物组成。

在使用偏光显微镜观察岩样时，将岩样精磨、粘片，选用0.1% 茜素红-S溶液与2% 的铁氧化钾溶液的混合溶液进行染色，染色时间为45～60 s；染色后冲洗、风干，制成岩石铸体薄片。将制好的铸体薄片放在聚光镜下进行观测，通过调整不同的照明方式，获得清晰的岩心铸体薄片彩色图像。

2 结果与讨论

2.1 XRD表征

通过XRD分析获得的储层全岩和黏土矿物成分数据如表1、表2所示。

表1 M层岩心全岩分析结果

表2 M层黏土矿物成分相对含量

由表1可见，M区块砂岩的主要矿物成分为长石，占37%～51%，平均含量44.3%；其次为石英，占28%～38%，平均含量33.3%；黏土矿物含量17%～28%，平均含量21.5%。由表2可知，M区块黏土矿物的分布不均，主要以伊利石为主，平均含量占60%以上，含量最高达66%；其次，储层中 伊/蒙混层所占比例较高，绿泥石含量低。

根据X射线衍射结果，发现该区块胶结物普遍为黏土矿物，由于在水中，混合间层黏土矿物与单一黏土矿物晶体相比，更容易发生分散和膨胀，尤其是当其中一种成分有膨胀性时，膨胀效果更加明显，因此，层内容易发生水敏现象。伊利石含量占一半以上，含量最高，在流体流动过程中易发生黏土分散，发生速敏，堵塞喉道。

2.2 SEM表征

采用观测精度可达0.04 nm的高分辨率场发射扫描电子显微镜，其特点是具备超高分辨扫描图像的观察能力，利用数字化图像处理技术，得到高倍数、高分辨率扫描图像，如图1、图2所示。

图1 1号、2号岩样微观形貌

图2 3号、4号岩样微观形貌

实验发现，1号岩样主要由石英、长石、岩屑组成，杂基主要以石英为主；胶结物以方解石为主，胶结类型以钙质胶结为主，岩性致密，风化程度差；颗粒粒径以线式接触，分选性较差，磨圆度差，为石英砂质泥岩。2号岩样组成与1号相似，同为石英砂质泥岩，但杂基主要以伊利石为主；胶结物以伊利石为主，胶结类型以硅质胶结为主，岩性致密，颗粒以镶嵌式接触，风化程度较差，分选性与磨圆度中等，主要发育粒间孔。3号岩样与4号岩样结构相似，主要由石英、长石组成，杂基主要以白云石为主；胶结物以伊利石为主，其次为绿泥石；胶结类型以钙质胶结为主，其次为硅质胶结；岩性比较致密，粒间以镶嵌式接触，分选性较差，磨圆度较差，主要发育长石溶蚀孔，为石英长石砂岩。

综合分析发现，在M层岩心中，石英、伊利石等矿物多以粒间充填的方式分布于岩层中，而孔隙半径较狭窄，伊利石多以桥状、絮状充填于砂岩孔隙中，易在高速流体的剪切作用下发生破碎，并随流体运移到喉道处发生堵塞。因此，当储层中流体流速过大，很容易造成速敏伤害。同时观察到次生石英的含量普遍较高，可能存在石英堵塞作用，导致水测渗透率偏低，易发生“水锁”伤害。

2.3 偏光显微镜实验分析

不断变更照明方式，发现在正交光下，利用偏光显微镜能得到1～4号岩样清晰明亮的彩色图像。

根据偏光显微镜观察到的图像，发现1号、2号岩心含大量极细砂质细粒长石岩屑，缝间接触较为紧密，岩心孔隙发育较差，严重影响储集空间的形成，导致渗流阻力偏大，影响孔隙间渗透性。而且部分岩心为粒间溶孔，少量为粒内溶孔和铸模孔，连通性较差，仅局部具有一定连通性。因此，孔喉半径过小导致的“水锁”是导致渗透率降低的主要原因。3号、4号岩心胶结物主要为伊利石，还含有一定量的石膏，属碳酸盐胶结物，在酸化作业中，石膏中含有的钙离子与氢氟酸易产生CaF2沉淀，容易造成孔喉的堵塞。

结合XRD、SEM及偏光显微镜实验的分析结果，得到如下预测结果：在1 020～1 150 m，储层伤害为水敏和速敏的可能性较大，且有可能发生“水锁”；而在1 222～1 320 m，储层水敏可能性较大，且存在酸敏可能性。

综上所述，M层在开发过程中，长期注水会导致注入困难，需要在注入水中加入黏土防膨剂，同时为避免发生速敏，应采取温和注水方式，避免强注强采造成储层伤害。此外，在1 222～1 320 m进行酸化作业时，应注意石膏与氢氟酸作用发生酸敏的可能性，合理设计酸化体系及施工参数。

3 结论与展望

低渗油藏资源潜力巨大，然而由于在孔隙结构、矿物组成等方面存在差异，相较于中、高渗油藏，低渗透储层在勘探开发过程中更容易受到伤害，严重影响开发效果。因此，对低渗储层伤害的研究具有重要意义。然而，目前对此进行的动态评价研究普遍存在工作量大、耗时长的缺点，对伤害因素的实验研究缺乏针对性。为提高研究效率，本文提出从微观角度分析预测岩心发生伤害的潜在因素，以玉门油田某低渗区块M层岩心为例，通过采用XRD、SEM以及偏光显微镜分析天然岩心微观结构，为开发方案的制定提出合理建议，并为储层伤害的评价研究提供了新的思路。

目前，尽管评价储层伤害因素的实验方法已得到广泛应用，但实验类型仍以室内岩心驱替实验为主，以渗透率变化作为是否存在储层伤害的参照依据，并不能直观可视地阐明储层伤害因素，抗干扰性差。因此笔者认为，未来的储层伤害评价应将微观可视化模型与智能岩心驱替结合起来，直观展示内部孔喉结构变化，使储层伤害研究更具针对性和可靠性。

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Prediction and Analysis on Potential Factors of Low Permeability Formation Damage by Micro-characterization Methods

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（PetroChina Yumen Oilfield Branch Company, Jiuquan Gansu 735019, China）

Low permeability formations have enormous resource potential, however in process of exploration and exploitation, low permeability formations are much easier to be damaged, which is adverse to oil recovery, thus studies on damage factors of low permeability formations is essential. Recently, laboratory dynamic physical simulation experiments are used to study damage factors of low permeability formations in China, evaluations on various damage factors are needed, which will lead to large amount of work and low efficiency. For this reason, rock cores from Yumen oilfield M layer were used as example, the mineral composition and inner pore structure of natural rock coreswere observed by using methods of micro-characterization, including XRD, SEM and polarizing microscope, prediction on potential factors of formation damage was conducted in advance, which could provide a new thinking to evaluate and study formation damage.

Low permeability; Formation damage; Potential factors; Micro-characterization; Analysis and prediction

2021-08-10

孙铎（1992-），女，黑龙江省五常市人，助理工程师，硕士研究生，2019年毕业于东北石油大学油气田开发工程专业，研究方向：油气田开发。

刘灏亮（1993-），男，助理工程师，硕士研究生，研究方向：提高采收率工程。

TE357

A

1004-0935（2022）03-0430-04