岩石矿物组成及地层水性质对致密砂岩润湿性的影响_薄小松.pdf

2020年第11期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-05-27修回日期 2020-06-11 基金项目 陕西省基础研究计划 “致密油气运移特征精细研究以齐家凹陷高台子油层为例” 2019JM-055。 第一作者简介 薄小松 （1983-） ， 男 （汉族） ， 陕西西安人， 工程师。现从事石油地质开发工作。 岩石矿物组成及地层水性质对致密砂岩润湿性的影响 薄小松*1， 2， 斯尚华 3， 周小英1,2 （1.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院， 陕西 西安 710000； 2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室， 陕西 西安 710000； 3.西安石油大学， 陕西 西安 710065） 摘要 为深入研究致密砂岩储层润湿性特征及影响因素， 利用砂岩微观模型两相驱替实验方法， 研 究了靖安油田长6油层的润湿性， 并分析了岩石矿物组成和地层水性质对油层润湿性的影响。结 果表明 长6油层自生矿物中碳酸盐矿物含量为1.77～4.83， 平均2.71； 粘土矿物含量为4.55～ 7.89， 平均6.96， 其中粘土矿物中绿泥石含量最高， 平均含量达75.4； 绿泥石矿物对原油产生了 强烈吸附作用， 致使长6油层的润湿性亲水性大大降低， 而呈弱亲油； 长6油层地层水离子浓度为 Cl－＞ （NaK） ＞Ca2 ＞HCO3－＞SO42-＞Mg2 ， 阳离子主要为NaK， 浓度范围为6158～18254mg/L， 平均为12206mg/L。地层水pH值介于6.2～8.4， 平均为7.25， 总体呈弱酸弱碱性。地层水pH值越 小， 岩石油湿性越强， 水湿性下降。靖安油田长6油层润湿性总体表现为强亲水弱亲油， 中性样品 少见； 该结论对于靖安油田致密油气开发提供了一定基础数据。 关键词 砂岩微观模型； 润湿性； 自吸法 中图分类号 TE15 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202011-0100-04 早期发展的岩石润湿性学说存在亲水与亲油两种 冲突观点， 后期有学者提出混合润湿的观点， 认为岩石 表面既有亲水特性， 但也有存在亲油通道[1-2]。苏煜彬 等研究了不同成分的流体在岩石表面时接触角变化规 律， 得到了影响岩石润湿性的基本因素[3]。近几年， 一 些学者认为原油沥青质、 地层水矿化度及含盐量、 岩石 矿物成分等对岩石润湿性有重要影响[4-6]。岩石润湿性 是控制着孔隙中流体可动性属性， 而流体可动性是储 层开发潜力的重要参数。储层岩石润湿性作为衡量油 气储运能力的重要参数， 决定油 （气） 水流动性, 影响 水驱效率、 束缚水饱和度和毛细管力等。油层润湿性 之所以引起大家关注， 是因为它与油田的采油效率及 程度有很大的关系[7-8]。因此， 以长庆靖安油田长6油 层的润湿性为研究对象， 做了润湿性的影响因素分析。 1实验方法及原理 1.1实验原理 自吸法实验原理是在毛管压力作用下， 使润湿流 体自发吸入岩石孔隙中， 排驱孔隙中非润湿性流体， 例 如通过测算岩石在残余油状态下， 毛细管自吸油的数 量和水驱替排油量， 可以判别油藏岩石对油的润湿性。 1.2实验设备 岩样油 （水） 驱替系统、 岩样抽空饱和装置、 恒温 箱、 离心机及计量装置等， 其中恒温箱要求最高工作温 度不小于100℃， 精度1℃； 离心机产生的油水驱替压 力不小于0.1MPa。吸油 （水） 仪和油水分离计量管分 度值均为0.05Ml。 1.3实验参数选取 靖安油田长6储层地层水粘度为1.08～1.67mPas （50℃） ， 实验时所需水采用油田地层水， 平均粘度为 1.40mPas； 注入油为油田长6储层轻质原油。驱替压 力选取 假设浮力是促使油气进入储集空间的动力。 根据浮力的大小与油柱高度、 油水密度差之间的关系， 经计算， 实验中大约取0.03MPa为油驱水压力； 由于实 验中存在贾敏效应， 而在水驱油时阻力大为增加， 因此 靖安油田长6油层水驱油实验压力不超过0.05MPa。 2实验结果 100 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 分别选取靖安油田4口井共计14块样品进行过润 湿性测定， 测量的方法是将样品清洗然后恢复润湿性 再 进 行 测 量 。 实 验 方 法 采 用 石 油 行 业 标 准 SY_T5153-2017 “油藏岩石润湿性测定方法” 中的自 吸法。自吸法测定油藏岩石润湿性的实验程序相对较 复杂， 样品需要在流动实验装置上反复进行油驱替和 水驱替， 同时记录驱出油量和水量。每一次油驱或水 驱完后， 应该从实验装置上取出样品， 进行排油和排水 过程， 并记录吸水排油量和吸油排水量。根据上面相 关数据， 利用公式计算出相对润湿指数 （I） ， 最后来判 定润湿性。自吸法润湿性判定标准见表1。靖安油田 长6油层14块样品的润湿性测定结果见表2。 润湿性 指数 I 强亲油 -1.0≤I＜-0.70 亲油 -0.70≤I＜-0.30 中间润湿 弱亲油 -0.30≤I＜-0.10 中性 -0.10≤I≤0.10 弱亲水 0.10＜I≤0.30 亲水 0.30＜I≤0.70 强亲水 0.70＜I≤1.0 表1自吸法油藏岩石润湿性判定标准 井号 LJ38 LJ 46 LJ79 LJ63 井深 （m） 1692.43 1704.86 1717.48 1721.63 2356.9 2389.6 2402.4 1769.4 1771.5 1775.5 1780.3 2227.59 2233.66 2241.45 层位 长6 长6 长6 长6 长6 长6 长6 长6 长6 长6 长6 长6 长6 长6 空气 渗透率 0.056 0.879 0.464 0.632 0.157 0.129 0.223 0.212 1.976 0.732 2.769 0.142 0.16 0.462 孔隙度 （） 10.47 12.87 11.17 11.2 12.16 13.52 14.94 13.64 13.13 12.35 13.88 15.29 12.34 17.61 驱替量 （mL 油Q02 0.04 0.56 0.47 0.36 0.04 0.02 0.07 0.57 0.96 0.86 1.07 0.06 0.1 0.4 水QW2 0.27 0.62 0.52 0.52 0.43 0.55 0.74 0.64 0.74 0.52 0.73 0.63 0.55 0.69 自吸排出量 （mL） 油Q01 0.39 0.15 0.12 0.1 0.78 0.68 0.8 0.21 0.15 0.01 0.05 0.81 0.7 0.45 水QW1 0.05 0.33 0.46 0.27 0.07 0.03 0.02 0.09 0.19 0.36 0.19 0.03 0.06 0.01 水润湿 指数 WW 0.91 0.22 0.2 0.22 0.95 0.97 0.91 0.27 0.13 0.02 0.05 0.93 0.88 0.53 油润湿 指数 WO 0.16 0.35 0.47 0.34 0.14 0.05 0.02 0.13 0.2 0.41 0.21 0.05 0.09 0.02 相对润 湿指数 I 0.75 -0.13 -0.27 -0.13 0.81 0.92 0.89 0.14 -0.07 -0.39 -0.16 0.88 0.79 0.52 润湿性判断 强亲水 弱亲油 弱亲油 弱亲油 强亲水 强亲水 强亲水 弱亲水 中性 亲油 弱亲油 强亲水 强亲水 亲水 表2靖安油田长6油层润湿性测定结果 润湿性分析表明， 靖安油田长6油层14块样品的 润湿性为 强亲水6块， 亲水1块， 弱亲水1块， 亲油1 块， 弱亲油4块， 中性1块。既有亲油样品， 也有亲水样 品， 其中以强亲水为主， 部分弱亲油样品， 中性样品少 见 （图1） 。亲水油藏在注水开发中， 往往表现出效果不 理想， 油采出程度不高， 油井见水后表现出长时间油水 两相流动。靖安油田长6储层孔喉细、 毛管力大， 有助 于注入水进入油藏， 但孔喉细， 粘滞阻力也大， 因此油 水在低渗储层中的流动仍是非常困难。 3长6油层润湿性分析 岩石某些性质与地层流体在某种条件下综合作用 造成了岩石润湿性。岩芯的润湿性会随条件的改变而 变， 如流体润湿时间及先后顺序、 矿物及流体成分等[ 9]。 在此， 利用实验数据对靖安油田长6油层润湿性成因进 行了分析。 3.1矿物成分对润湿性的影响 据国内外研究， 粘土矿物由于其特殊极性， 对原油 具有吸附作用， 当储层中粘土含量较高， 就会影响岩石 润湿性， 使岩石偏于亲油。靖安油田长6油层的碎屑成 分 长 石 含 量 为 主 ， 范 围 为 45.33 ～52.62 ， 平 均 101 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 48.35； 石英含量次之， 为 24.85～42.27 ， 平均 34.29 ； 碳 酸 盐 矿 物 含 量 为 1.77 ～4.83 ， 平 均 2.71； 粘土矿物含量为4.55 ～7.89， 平均6.96， 其 中粘土矿物中绿泥石含量最高， 平均含量达75.4 （表 3、 表4） 。 亲水性 砂岩润湿性受亲水型矿物 （石英、 伊利 石） 、 中间润湿型 （方解石和长石） 和亲油型矿物 （伊蒙 混层和绿泥石） 相对含量的影响。该区LJ79井长6油 层亲水型矿物石英含量能达到42.27 （表3） ， 高于其 他井， 因此表现出亲水特征。 亲油性 该区长6砂岩中自生矿物主要为粘土矿 井号 LJ38 深度 （m） 1704.86 1718.32 1721.53 层位 长6 长6 长6 粘土矿物含量 （） 伊利石 8.14 7.79 5.83 蒙皂石 / / / 伊/蒙间层 3.97 3.31 1.68 高岭石 13.38 18.06 11.49 绿泥石 74.51 70.83 81 伊/蒙间层比 ＜10 ＜10 ＜10 润湿性 弱亲油 表4靖安油田长6油层岩石粘土矿物成分表 井号 LJ38 LJ79 深度 （m） 1704.86 1717.48 1721.63 1803.3 层位 长6 长6 长6 长6 矿物成分 （） 石英 38.04 24.85 32 42.27 斜长石 41.8 36.24 41.73 38.13 钾长石 5.8 9.09 10.89 9.72 碳酸盐 方解石 4.05 0.95 0.6 0.89 铁白云石 0.56 1.03 1.01 1.13 菱铁矿 0.22 0.25 0.16 / 粘土 4.55 7.53 7.89 7.87 浊沸石 4.73 20.05 5.71 / 黄铁矿 0.24 / / / 润湿性 弱亲油 强亲水 表3靖安油田长6油层岩石主要矿物成分表 图1靖安油田长6油层岩样润湿性分布 物、 碳酸盐方矿物和浊沸石等。LJ38井3块岩样中粘 土矿物主要是绿泥石， 从表4可以看出， 长6油层绿泥 石的含量相对多， 而且， 有关资料表明， 长6油层的原油 组分中沥青质含量也比较高， 故随着绿泥石和沥青质 含量的增大， 吸附作用亦增强。在实验中发现油在岩 石表面呈浸染状， 可能是绿泥石矿物对原油 （尤其是原 油中沥青） 产生强烈吸附作用， 致使长6油层的润湿性 亲水性大大降低， 而呈弱亲油。 3.2地层水成分对润湿性的影响 对靖安油田多口钻井长6 段地层水资料的研究表明 表5 ， 主要离子浓度为 Cl －＞（Na K）＞ Ca2 ＞ HCO3－＞ SO42-＞ Mg2 。阳离子主要为Na K， 浓 度范围为 6158～18254mg /L， 平均为 12206mg /L， 其 次为Ca2 、 Mg2 。地层水pH值介于6.2～8.4， 平均为 7.25， 总体呈弱酸弱碱性。按苏林分类法 ［10］， 研究区 长6 段地层水水型主要为CaCl2型， 部分为NaHCO3和 MgCl2型。一般认为， CaCl2型地层水分布区代表了水 动力停滞区， 有利于油气的聚集成藏， 而一般过渡性 构造条件下可能出现NaHCO3或MgCl2型地层水 ［11］。 长6 段地层水水型特征表明研究区为区域性的油气藏 有利富集区。 从表5可看出 说明酸性或碱性地层水均会影响 油层的润湿性质， 而据Kim.J等人研究成果， pH值越 高， 水湿性越强； 矿化度越低， 水湿性越强， 例如LJ46 井长6的地层水矿化度为107.89g /L， 比LJ38井矿化度 （下转第111页） 102 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 481 151-159. [2]杨勤勇， 王华忠， 刘少勇， 方伍宝. 山前带地震成像技术需求 与勘探策略分析[J].石油物探， 2012， 516 570-573. [3]Spitz S.Seismic Trace Interpolation in the F-X Domain[J]. Geo- physics,1991,566785-794. [4]LIU B,SACCHI M D.Minimum Weighted Norm Interpolation of Seismic Records[J]. Geophysics,2004,6961560-1568. [5]Moore I.， Ferber R.G. and Vauthrin B. Quality Control and Bandwidth Optimization of Compact Fourier Interpolation Oper- ators[J].SEG Technical Program Expanded Abstracts,2008,27 2978-2982. [6]XU S， ZHANG Y, LAMBARE G. Anti-leakage Fourier Trans- for Seismic Data Regularization in higher Dimensions[J]. Geophysics,2010,756WB113-WB120. [7]Matching Pursuit Fourier Interpolation Using Priors Derived From a Second Data set. Michel Schonewille,Zhimei Yan,Mar- tin Bayly and Richard Bisley,WesternGeco. [8]徐兴荣,苏勤,王劲松,等.加权MPFI方法及其在三维连片处 理中的应用[J].岩性油气藏， 2019， 311 122-129. [9]段文胜,王鹏,党青宁,姚晓龙,彭更新,雷雪.应用匹配追踪傅 里叶插值技术实现ＯＶＴ域连片处理[J].石油地球物理勘 探,2017,524669-677． [10]齐鹏,胡玮,管文华,等.基于压缩傅里叶算法的五维插值技 术在改善振幅一致性中的应用[J].石油物探,2018,572 213-221. [11]石颖， 张振， 王建民， 等.地震数据反假频规则化方法研究 [J].地球物理学进展,2013,281250-256. [12]许璐.地震数据炮域规则化方法研究及应用[J].物探与化 探,2018,4261245-1252． 33.70g /L要高出许多。从实验中得知， LJ46井长6亲 水性弱， 以弱亲油为主， 这正与上述理论相符合， 也合 理地解释了其润湿性的差异。而且， 靖安油田LJ46井 长6油层Mg2 、 Ca2 离子含量高， 这些Mg2 、 Ca2 离子 发生了水解后， 使pH值下降， 从而使岩石的油湿性增 强， 水湿性下降。 4结论 （1） 实验表明 靖安油田长6油层的润湿性为既有 亲油样品， 也有亲水样品， 其中以强亲水为主， 部分弱 亲油样品， 中性样品少见。 （2） 影响靖安油田长6油层润湿性的影响因素主要 是地层水pH值、 矿化度及岩石矿物成分中的绿泥石含 量。 参考文献 [1]Kim J， Park H， Seo J， et al.Effects of the Imbibitional Flow of Steam on Oil Recovery From Carbonate Reservoirs ［J］ .Geosys- tem Engineering， 2012， 151 19-26. [2]Kathel P， Mohanty K K.Wettability Alteration in a Tight Oil Reservoir ［J］ .Energy ＆ Fuels， 2013， 27 11 6460-6468. [3]苏煜彬， 林冠宇， 韩悦.表面活性剂对致密砂岩储层自发渗 吸驱油的影响 ［J］ .断块油气田， 2017， 24 5 97-100. [4]濮御， 王秀宇， 濮玲.致密储层静态渗吸实验 ［J］ .大庆石油地 质与开发， 2016， 35 6 159-163. [5]李滢， 杨胜来， 任双双， 等.致密油储层基质块渗流特征 ［J］ . 断块油气田， 2016， 23 3 342-345. [6]王香增， 赵习森， 党海龙， 等.延长油田长7 致密油储层流体 可动用性特征 ［J］ .科学技术与工程， 2018， 189 72-77. [7]孟庆帮， 刘慧卿， 王敬.天然裂缝性油藏渗吸规律 ［J］ .断块油 气田， 2014， 21 3 330-334. [8]许建红， 马丽丽.低渗透裂缝性油藏自发渗吸渗流作用 ［J］ . 油气地质与采收率， 2015， 223 111-114. [9]屈雪峰， 雷启鸿， 高武彬， 等.鄂尔多斯盆地长7 致密油储层 岩心渗吸试验 ［J］ .中国石油大学学报 自然科学版， 2018， 42 2 108-115. [10]苏林.天然水系中的油田水 ［M］ .王成义， 译.北京 石油工业 出版社， 1959. [11]李贤庆， 侯读杰， 胡国艺.鄂尔多斯中部气田下古生界水化 学特征及天然气藏富集区判识 ［J］ .天然气工业， 2002， 22 （4） 10 -14. 井号 LJ46 LJ38 阳离子 （mg /L） Na K 18254 6158 Ca2 6256 112.5 Mg2 572.1 81.9 矿化度 （g/L） 107.89 33.70 密度 （g/cm2） 1.071 1.002 pH值 6.1 8.4 润湿性 弱亲油 强亲水 表5靖安油田长6油层地层水性质参数表 （上接第102页） 111 ChaoXing