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1、第八章 储层敏感性分析,油气储层中普通存在着粘土和碳酸盐等矿物。在油气田勘探开发过程中的各个施工环节钻井、固井、完井、射孔、修井、注水、酸化、压裂直到三次采油，储层都会与外来流体以及它所携带的固体微粒接触。如果外来流体与储层矿物或流体不匹配，会发生各种物理、化学作用，导致储层渗流能力下降，影响油气藏的评价，降低增产措施的效果，减小油气的最终采收率。,储层敏感性概念：油气储层与外来流体发生各种物理或化学作用而使储层孔隙结构和渗透性发生变化的性质，即称为储层的敏感性。,储层的敏感性是由储层岩石中含有的敏感性矿物所引起的。敏感性矿物是指储层中与流体接触易发生物理、化学或物理化学反应，并导致渗透率大幅
2、下降的一类矿物，它们一般粒径很小（20m），比表面积很大。常见的敏感性矿物可分为酸敏性矿物、碱敏性矿物、盐敏性矿物、水敏性矿物及速敏性矿物等，与之相对应的是储层的五敏性。,第一节 储层敏感性机理,一、储层的酸敏性,油层酸化处理是油田开采过程中的主要增产措施之一。酸化的主要目的是通过溶解岩石中的某些物质以增加油井周围的渗透率。但在岩石矿物质溶解的同时，可能产生大量的沉淀物质，如果酸处理时的溶解量大于沉淀量，就会导致储层渗透率的增加，达到油井增产的效果，反之，则得到相反的结果，造成储层伤害。,概念：酸敏性是指酸液进入储层后与储层中的酸敏性矿物发生反应，产生凝胶、沉淀，或释放出微粒，致使储层渗透率下
3、降的性质。酸敏性导致地层伤害的形式主要有两种：一是产生化学沉淀或凝胶；二是破坏岩石原有结构，产生或加剧速敏性。酸敏矿物是指储层中与酸液发生反应产生化学沉淀或酸化后释放出微粒引起渗透率下降的矿物。,一般在酸化处理中，多用盐酸处理碳酸盐岩油层和含碳酸盐胶结物较多的砂岩油层，用土酸（盐酸和氢氟酸的混合物）处理砂岩油层（适用于碳酸盐含量较低、泥质含量较高的砂岩油层）。对于盐酸来说，酸敏性矿物主要为含铁高的一类矿物包括绿泥石、绿泥石蒙皂石混层矿物、海绿石、水化黑云母、铁方解石、铁白云石、赤铁矿、黄铁矿、菱铁矿等。对于氢氟酸来说，酸敏性矿物主要为含钙高的矿物，如方解石、白云石、钙长石、沸石类（浊沸石、钙沸
4、石、斜钙沸石、片沸石、辉沸石等），它们与氢氟酸反应后会生成CaF2沉淀和SiO2凝胶体，从而堵塞喉道。,二、储层的碱敏性,概念：是指具有碱性（pH值大于7）的油田工作液进入储层后，与储层岩石或储层流体接触而发生反应产生沉淀，并使储层渗流能力下降的现象。碱性工作液通常为pH值大于的钻井液或完井液，以及化学驱中使用的碱性水。,碱敏性的机理：（1）粘土矿物在碱性工作液中发生离子交换，成为较易水化的钠型粘土，使粘土矿物的水化膨胀加剧，导致水敏性。MH+NaOH=MNa+H2O（2）碱性工作液还会与储层矿物发生一定程度的化学反应，这些新生矿物沉积在储层中，导致其渗透率伤害。（3）由于碱性工作液与储层矿物
5、或储层流体不配伍，破坏了储层原有的离子平衡，产生碱垢，降低储层的渗透率。（4）高pH值环境使矿物表面双电层斥力增加，部分与岩石基质未胶结的或胶结不好的地层微粒，将随碱性工作液运移，并在喉道处“架桥”，堵塞孔喉。,三、储层的盐敏性,概念：储层盐敏性是指储层在系列盐液中，由于粘土矿物的水化、膨胀而导致渗透率下降的现象。临界盐度当不同盐度的流体流经含粘土的储层时，在开始阶段，随着盐度的下降，岩样渗透率变化不大，但当盐度减小至某一临界值时，随着盐度的继续下降，渗透率将大幅度减小，此时的盐度称为临界盐度。,粘土膨胀过程可分两个阶段：第一阶段是由表面水合能引起的，即外表面水化膨胀，粘土矿物颗粒周围形成水膜
6、，水可由渗透效应吸附，并使粘土矿物发生膨胀。但当溶液的盐度低至临界盐度时，膨胀使粘土片距离超过一定值（相当于4个单分子层水），表面水合能不再那么重要，而层间内表面水化膨胀（双电层排斥）成为粘土膨胀的主要作用，此时进入粘土膨胀的第二阶段。第二阶段又被称为渗透膨胀阶段，即内表面水化阶段，粘土体积的膨胀率远远大于水化膨胀阶段，其体积膨胀率有时可达100倍以上，使得储层的渗透率急剧下降。临界盐度正是这两个过程的交点。外表面水化膨胀是可逆的，即随着含盐度的增加渗透率基本上可以恢复，而当盐度低于临界盐度时的内表面水化膨胀是不可逆的，虽然随着含盐度的增加渗透率也会有所上升，但恢复程度很低。,四、储层的水敏性
7、,概念：指当与地层不配伍的外来流体进入地层后，引起粘土矿物水化、膨胀、分散、迁移，从而导致渗透率不同程度地下降的现象。储层水敏程度主要取决于储层内粘土矿物的类型及含量。常见粘土矿物中，蒙皂石的膨胀能力最强，其次是伊利石/蒙皂石和绿泥石/蒙皂石混层矿物，而绿泥石膨胀力弱，伊利石很弱，高岭石则无膨胀性。储层水敏性与粘土矿物的类型、含量和流体矿化度有关。储层中蒙皂石（尤其是钠蒙皂石）含量越多或水溶液矿化度越低，则水敏强度越大。,五、储层的速敏性,在储层内部，总是不同程度地存在着非常细小的微粒，这些微粒或被牢固地胶结，或呈半固结甚至松散状分布于孔壁和大颗粒之间。当外来流体流经储层时，这些微粒可在孔隙中
8、迁移，堵塞孔隙喉道，从而造成渗透率下降。概念：储层因外来流体流动速度的变化引起储层微粒迁移，堵塞喉道，造成渗透率下降的现象称为储层的速敏性。,（一）速敏矿物与地层微粒速敏矿物是指在储层内，随流速增大而易于分散迁移的矿物。高岭石、毛发状伊利石以及固结不紧的微晶石英、长石等，均为速敏性矿物。地层内部可迁移的微粒包括三种类型：（1）储层中的粘土矿物，包括速敏性粘土矿物（高岭石、毛发状伊利石等）和水敏性粘土矿物（蒙皂石、伊利石/蒙皂石混层）等。（2）胶结不坚固的碎屑微粒，如胶结不紧的微晶石英、长石等，常以微粒运移状堵塞孔隙喉道；,（3）油层酸化处理后被释放出来的碎屑微粒，如硫酸盐矿物（石膏、重晶石、天
9、青石）、硫铁矿、岩盐等，由于温度和压力的变化，引起溶解和再沉淀，或入侵滤液与地层流体发生有机结垢（石蜡、沥青）和无机结垢（CaCO3、FeCO3、BaSO4、SrSO4）而堵塞孔隙喉道。微粒迁移后能否堵塞孔喉和形成桥塞，主要取决于微粒大小、含量以及喉道的大小。当微粒尺寸小于喉道尺寸时，在喉道处既可发生充填又可发生去沉淀作用，喉道桥塞即使形成也不稳定，易于解体；当微粒尺寸与喉道尺寸大体相当时，则很容易发生孔喉的堵塞；若微粒尺寸大大超过喉道尺寸，则发生微粒聚集并形成可渗透的滤饼。微粒含量越多，堵塞程度越严重。,（二）外来流体速度对微粒迁移和孔喉堵塞的影响,（三）流体性质对速敏性的影响,对速敏性有影
10、响的流体性质主要为盐度、pH值以及流体中的分散剂，低盐度的流体使水敏性粘土矿物水化、膨胀和分散，它们在较低的流速下便会发生迁移，并可堵塞喉道，从而导致岩心临界流速值减小。较高的pH值也将使地层微粒数量增加，这主要是由于高pH值将减弱颗粒与基质间的结构力，增加他们之间的排斥力，使那些与基质胶结不好或非胶结的地层微粒释放到流体中去，从而导致临界流速减小，速敏性增强。分散剂对速敏性的影响与高pH值流体相似。钻井液滤液是最强的粘土分散剂之一，由此引起的粘土分散导致的渗透率伤害不容忽视。,（四）储层物性对速敏性的影响,储层物性对速敏性也有一定的影响，尤其是喉道的大小、几何形状对储层的损害尤为明显。比如大
11、孔粗喉型的砂岩储层，喉道是孔隙的缩小部分，孔喉直径比值接近于1，一般不易造成喉道堵塞，但容易造成出砂。对于喉道变细的砂岩储层，孔隙喉道直径差别特别大，喉道多呈片状、弯片状或束状，易形成微粒堵塞喉道。,六、储层的水锁效应,概念：在油气开发过程中，钻井液、固井液及压裂液等外来流体侵入储层后，由于毛管压力的滞留作用，地层驱动压力不能将外来流体完全排出地层，储层的含水饱和度将增加，油气相渗透率会降低，这种现象被称为水锁效应。低渗透、特低渗透储层中水锁现象尤为突出，成为低渗致密气藏的主要损害类型之一。,造成水锁效应的原因有内外两方面：储层孔喉细小、存在敏感性粘土矿物是造成外来流体侵入，引起含水饱和度上升
12、而使油水渗透率下降的内在原因；侵入流体的界面张力、润湿角、流体粘度以及驱动压差和外来流体侵入深度等则是外部因素。水锁效应大小的决定因素为储层毛管半径。,七、储层的应力敏感性,概念：岩石所受净应力改变时，孔喉通道变形、裂缝闭合或张开，导致岩石渗流能力变化的现象叫做岩石的应力敏感性。岩石在成岩或后期上覆压力增加过程中，随着有效应力的增加，当岩石颗粒不可压缩时，颗粒之间越来越紧密，孔隙空间越来越小，孔隙之间的连通性越来越差，渗透率也显而易见的减小。在高压作用下，渗透率的变化是非常大的。在实际生产过程中，随着开发的进行，地层压力逐渐下降，导致有效应力增加，岩石中微小孔道闭合，从而引起渗透率的降低。渗透率的下降必然会影响储层渗流能力的变化，进而影响油井的产能。,
