储层的敏感性特征及开发过程中的变化

1、储层敏感性特征及开发过程中变化摘要：由于储层岩石和流体性质，储层往往存在多种敏感性，即速敏、 水敏、盐敏、酸敏、碱敏、应力敏感性和温度敏感性等七种敏感性。不同 敏感性产生条件和产生影响都有各自特点。本文主要从三个部分研究分析 了储层敏感性特征。即：粘土矿物敏感性；储层敏感性特征；储层敏感性 在开发过程中变化。通过这三个方面研究，希望能给生产实际提供理论依 据，进而指导合理生产。关键词：粘土矿物；储层；敏感性1 .粘土矿物敏感性特征随着对储层研究进一步加深，除了进行常规空隙结构和空隙度、渗透 率、饱和度等研究外，还必须对储层岩心进行敏感性分析，以确定储层与 入井工作液接触时，可能产生潜在危险和对

2、储层可能造成伤害程度。由于各种敏感性多来至于砂岩中粘土矿物，因此它们矿物组成、含量、 分布以及在空隙中产出状态等将直接影响储层各种敏感性。1.1 粘土含量在粒度分析中粒径小于5um者皆称为粘土，其含量即为粘土总含量。 当粘土矿物含量在1Q5%时，则是较好油气层，粘土矿物超过10%一般为 较差油气层。1. 2粘土矿物类型粘土矿物类型较多，常见有蒙皂石、高岭石、绿泥石、伊利石以及它 们混层粘土粘土矿物类型和含量与物源、沉积环境和成岩作用阶段有 关。不同类型粘土矿物对流体敏感性不同，因此要分别测定不同储集层出 现粘土矿物类型，以及各类粘土矿物相对含量。目前多彩采用X射线衍射 法分析粘土矿物。常见粘土

3、矿物及其敏感性如表1所示。1 . 3粘土矿物产状粘土矿物产状对储层内油气运动影响较大，其产状一般分为散状（充 填式）、薄层状（衬底状）和搭桥状在三种粘土矿物类型中，以分散式 储渗条件最好；薄层式次之；搭桥式由于孔喉变窄变小，其储渗条件最差。 除此之外，还有高岭石叠片状，伊/蒙混层絮凝状等，而且集中粘土矿物 产状类型也不是单一出现，有时是以某种类型为主，与其它儿种类型共存。表1常见粘土矿物极其敏感性分析敏感性矿物潜在敏感性敏感程度产生条件抑制方法蒙脱石水敏速敏酸敏322淡水系统淡水系统、较高流速酸化作业高盐度流体、防膨剂酸处理低流速酸敏抑制剂伊利石速敏微孔隙堵塞酸敏221高流速淡水系统HF酸化低

4、流速高盐度流体、防膨剂酸敏抑制剂高岭石速敏酸敏32高流速，高PH值压裂酸化作业微粒稳定剂、低流速酸敏抑制剂酸敏2淡水系统高粘度流体、防膨剂绿泥石水敏2高流速低流速速敏1酸化作业酸敏抑制剂水敏2淡水系统高粘度流体、防膨剂混层粘土速敏2高流速低流速酸敏1酸化作业酸敏抑制剂含铁矿物酸敏Fe(OH)3 沉淀21高PH值富氧系统酸敏抑制剂除氧剂、除垢剂2 .储层敏感性特征常规储层敏感性评价包括速敏、水敏、盐敏、酸敏这五种评价。随着 技术不断发展，增加了应力敏感和温度敏感，故目前储层敏感性评价共七 种，其目在于找出油气层发生敏感条件和由敏感引起油气层伤害程度，为 各类工作液设计、油气层伤害机理分析和制定系

5、统油气层保护技术方案提 供科学依据。2. 1储层速敏性储层因外来流体流动速度变化引起地层微粒迁移，堵塞喉道，造成渗 透率下降现象称为储层速敏性。速敏性研究目在于了解储层临界流速及渗透率变化与储层中流体流动 速度关系。2 . 1. 1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矿物。高岭石、 毛发状伊利石以及固结不紧微晶石英、长石等，均为速敏性矿物。如高岭 石，常呈书页状（假六方晶体叠加堆积），晶体间结构力较弱，常分布于 骨架颗粒间而与颗粒粘结不坚固，因而容易脱落、分散，形成粘土微粒。地层内部可迁移微粒包括三种类型：（1）储层中粘土矿物，包括速敏性粘土矿物（高岭石、毛发状伊利

6、石 等）和水敏性粘土矿物（蒙皂石、伊/蒙混层）等，水敏性矿物在水化膨 胀后，受高速流体冲击即会发生分散迁。（2）胶结不坚固碎屑微粒，如胶结不紧微晶石英、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碎屑微粒，如硫酸盐矿物（石膏、重 晶石、天青石）、硫铁矿、岩盐等，由于温度和压力变化，引起溶解和再 沉淀，或入侵滤液与地层流体发生有机垢（石蜡、沥青）和无机结垢（CaCO3. FeCO3. BaSOn SrSOO而堵塞孔隙喉道。2.1 2外来流体速度对微粒迁移和孔喉堵塞影响当外来流体流速过大或存在压力激烈波动时，与喉道直径较匹配微粒 开始移动。一方面这部分微粒可以在喉道处形成较

7、稳定“桥堵”，另一方 面由于此时流速较大，成“桥”过程中流体对微粒击力也较低速时强。因 此，导致岩石中喉道在较短时间大量地被塞，造成多孔介质渗透能力骤然 减小，此时流速即为临界流速。临界流速所标志并不是微粒运移开始，而 是稳定“桥堵”形成。流速增加将导致岩石渗透率大幅度降低，其渗透率伤害可达原始渗透 率20-50乐甚至超过50机当流速超过一定值时，启动微粒粒径过大，与喉道直径不匹配，难以形成新“桥堵”，而随着流速进一步增加，高速流 体冲击着微粒和“桥堵”，一部分微粒可能被流体带出岩石，从而使渗透 率回升。2. 1.3流体性质对速敏性影响对速敏性有影响流体性质主要为盐度、pH值以及流体中分散剂，

8、这些 性质对水敏性粘土矿物分散迁移影响较大。低盐度流体使水敏性粘土矿物水化、膨胀和分散，它们较低流速下便 会发生迁移，并可堵塞喉道，从而导致岩临界流速值减小；同时，由于水 敏性粘土在低盐度流体中水化膨胀，在高速流体冲击下易于分散，这样， 不仅释放更多更细小粘土微粒，而且释放出由粘土矿物作为胶结其它矿物 颗粒，从而使地层微粒数量增加，使速敏性增强。分散剂对速敏性影响与高pH值流体相似。钻井液滤液是强粘土分散剂 之一，由此引起粘土分散导致渗透率害不容忽视。2. 1. 4储层物性对速敏性影响储层物性对速敏性也有一定影响，尤其是喉道大小、儿形状对储集层 伤害尤为明显。比如大孔粗喉型砂岩储集层，喉道是孔

9、隙缩小部分、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。而对于喉道变细砂岩 储集层、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。2. 2储层水敏性储层水敏性是指当与地层不配伍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现象。储层水敏程度主要取决于储层内粘土矿物类型及含量。大部分粘土矿 物具有不同程度膨胀性。在常见粘土矿物中，蒙皂石膨胀能力最强，其次 是伊/蒙和绿/蒙混层矿物，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类型和含量以及流体矿化度有关。储层中蒙皂 石（尤其是钠蒙皂石

10、）含量越多及水溶液矿化度愈低，则水敏强度愈大。 2.3储层盐敏性碱敏性是指碱性工作液进入储层后，与储层岩石或储层液体接触，并 使储层渗流能力下降现象。当不同盐度流体流经含粘土储层时，在开始阶段，随着盐度下降，岩 样渗透率变化不大，但当盐度减小至某一临界值时，随着盐度继续下降， 渗透率将大幅度减小，此临界点盐度值称为临界盐度。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，即外表面水化膨胀；第二阶段被称为渗透膨胀阶段，即内表面水化阶段。2.4储层酸敏性酸敏性是指酸液进入储层后与储层中酸敏性矿物发生反应，产生凝胶、 沉淀，或释放出微粒，致使储层渗透率下降现象。酸敏性导致地层损害形式主要有两种

11、：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。酸敏性矿物是指储层中与酸液发生化学沉淀或酸化后释放出微粒引起 渗透率下降矿物。一般地，酸化处理中，多用盐酸处理碳酸盐岩油层和含 碳酸盐胶结物较多砂岩油层，用土酸（盐酸和氢氟酸混合物）处理砂岩油 层（适用于碳酸盐含量较低、泥质含量较高砂岩油层）。所以酸化过程中 酸液包括盐酸（HC1）和氢氟酸（HF）两类。2. 5储层碱敏性碱敏性是指具有碱性（pH值大于7）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现象。碱性工作液通常为pH值大于7钻井液或完井液，以及化学驱中使用碱 性水。这些流体进入储层

12、，使其产生碱敏性机理主要为：粘土矿物在碱性 工作液中发生离子交换，成为较易水化型粘土，使粘土矿物水化膨胀加剧, 导致水敏性。碱性工作液还会与储层矿物发生一定程度化学反应，与碱反应活性从 高到低依次为：高岭石、石膏、蒙皂土、伊利石、白云石和沸石，而长石, 绿泥石和细石英砂反应活性中等。碱与矿物反应结果不仅导致阳离子交 换，甚至有可能生成新矿物。这些新生矿物沉积在储层中，导致起渗透率 损害。由于碱性工作液与储层矿物或储层流体不配伍，破坏了储层原有离 子平衡，产生碱垢，降低储层渗透率。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或胶 结不好地层微粒，将随碱性工作液运移，并在喉道处“架桥

13、”，堵塞孔喉。 2. 6储层应力敏感性在油田开发过程中，空隙压力改变、油气渗流或开采工艺导致储层地 应力发生改变，而应力场改变反过来影响储层岩石空隙度和渗透率，并影 响油气在空隙或裂缝中流动，导致储集层渗透率、孔隙度降低现象为应力 敏感性。在不同储层中，渗透率应力敏感程度差异较大，影响储层渗透率应力 敏感性主要因素如表2所示。表2压力敏感性及其作用效果影响因素作用效果储层渗透率初始渗透率越小，应力敏感性越强储层岩石类型岩石硬度越小，应力敏感性越强胶结类型和程度胶结程度越低，应力敏感性越强流体饱和度含流体饱和度越大，应力敏感性越强泥质和杂质含量泥质和杂质含量越大，应力敏感性越强压力敏感性影响因素

14、包括储层原始渗透率；储层岩石孔道类型；储层 岩石颗粒分选性和磨圆度；储层岩石泥质含量；储层含水饱和度（特指气 层）；碎屑颗粒成分相对含量。2. 7储层温度敏感性由于外来流体进入底层引起温度下降从而导致地层渗透率发生变化现 象。温度敏感性目是研究温度敏感引起地层伤害程度，为合理开发和保护 油气层提供帮助。3.储层敏感性在开发过程中变化由于储层岩石物性和流体性质多样性，油气田开发过程中采用各种工 艺措施，都将给储层带来很多敏感性伤害。3.1 钻井过程储层敏感性损害常规钻井大多使用水基钻井液，在钻井过程中一般情况泥浆柱压力大 于或略大于地层压力，泥浆滤液侵入现象必然存在，而且压差越大侵入越 严重，浸

15、泡时间越长侵入越严重。对于强水敏性储层，必然会产生严重水 敏性伤害加。强水敏性地层黏土水化膨胀、分散、运移，易造成储层孔道堵塞等水 敏性伤害，因而必须提高钻井液抑制性和封堵性。因此，选取正确钻井液, 对钻井液与地层岩石和流体进行适应性评价尤为重要。例如纳米乳液暂堵钻井液具有低滤失量、强抑制性和防塌能力、渗透 率恢复率高良好特征，在岩心外部和内部形成了较好泥饼，能有效抑制黏 土水化膨胀和分散，起到有效屏蔽暂堵作用。3. 2酸化改造储层敏感性损害酸化技术是油层改造常用技术之一，其通过酸液溶蚀岩石孔隙中堵塞 物或基岩本身某些矿物成份，从而改善岩石内部孔道连通性，解除地层污 染，恢复和提高地层渗透率，

16、从而达到增产增注目。但有些砂岩储层空隙填充粘土矿物含有大量绿泥石、蒙脱石等酸敏性 矿物，其化学性质活跃，在常规土酸酸化过程中溶解，形成絮凝物或沉淀, 导致严重储层伤害，降低酸化效果。因此，对该储层进行酸化适应性研究 和选择正确酸化施工工艺，可以有效减小酸化引起敏感性伤害。3. 3压裂改造储层敏感性伤害压裂是指采油或采气过程中，利用水力作用，使储层形成裂缝，增加 储层孔隙度和渗透率一种方法，又称水力压裂。虽然压裂能改善储层性质,9/13但是也可能出现一些储层伤害现象。如压裂也注入储层时流速都很高，这往往会造成速敏性伤害。储层微 粒和支撑剂随着压裂液一起高速流动，可能会堵塞原始储层孔隙，形成“死

17、胡同”，使压裂通道控制储层空间大大减小。当使用水基压裂液时，会对水敏性储层造成严重水敏性伤害，使储层 物性变差，起不到增产改造效果。压裂液温度一般都低于储层流体温度，较大温差可能改变储层物性， 造成温度敏感性伤害，降低储层渗透力。3.4 开采过程中敏感性伤害随着油气不断采出，储层性质会发生一系列变化，这个过程中可能会 发生水敏、速敏和应力敏感性现象等。随着开采时间增加，剩余油饱和度不断下降，含水饱和度不断升高。 原来含油气空间与地层水接触，产生水敏性伤害，把一些未来得及被水躯 替微小油气单元锁死在孔隙中，降低了油气最终采收率。生产初期，随着井筒附近油气采出，生产压差不断增大，使得孔隙中 微小颗

18、粒随着流体一起运动是卡死在喉道中，发生速敏现象，降低了储层 渗透率。随着油气不断采出，储层内压下降，在上覆岩层压力作用下，发生应 力敏感性现象，使储层中一些裂缝性孔隙被压合，降低了储层渗透率。3.5 注水开采中敏感性伤害随着地层压力下降，井产量也随之下降。为了维持井正常生产，通常 最经济有效办法就是注水开发。随着外来水侵入储层，将对敏感性储层造成相应伤害n，外来流体与储层物性不配伍，使其发生物理膨胀或产生化学沉淀，堵 塞喉道，造成水敏性伤害。当注入水流速大于临界流速时，使储层中速敏 性矿物运移，堵塞一些小孔喉，造成渗透率下降。注入水温度一般都低于储层流体温度，较大温差可能改变储层物性， 造成温度敏感性伤害，降低储层渗透率。4. 结论综合不同储层岩石性质和流体性质，储层敏感性包括速敏、水敏、盐 敏、酸敏、碱敏、应力敏感性和温度敏感性等七种敏感性。研究储层岩石 和流体敏感性，分析储层敏感性在开发中变化，非常重要。这可以给我们 制定合理开发方案、保护油气层、改善油气层渗透率等提供依据，从而提 高油气藏最终采收率，获得最大经济效益。13 / 13参考文献11刘静，陈刚主编.油气田开发地质方法.北京：石油工业出版社，2009.2何更生.油层物理.北京：石油工业出版社，1994.3黄