储层敏感性研究与储层综合评价

1、外来流体速度的影响 减渗速敏现象：储层质量―很差到中等。临界流速Vc •V＜Vc：迁移微粒细小、数量少，难于形成稳定“桥堵”。 •Vc＜V＜某一定值Vkmin：启动与喉道直径匹配的微粒，同时 迁移微粒量较多，稳定“桥堵”大量形成，致使渗透率骤然下降。 •V＞Vkmin：迁移微粒粒径过大、流速过大，冲击、破坏“桥 堵”，渗透率增加。
损害形式 晶格膨胀 分散迁移 微粒分散 微粒迁移 化学沉淀：Fe(OH)3↓、 SiO2 凝胶↓；释放微粒 化学沉淀 CaF2↓、SiO2 凝胶↓
储层矿物与敏感性分析表（据姜德全等，1994，有修改）
敏感性矿物 蒙脱石
潜在敏感性
水敏性 速敏性 酸敏性
伊利石
高岭石
绿泥石
混层粘土
含铁矿物 方解石 白云石 沸石类 钙长石 非胶结微粒： 石英、长石
有机结垢 无机结垢 次生矿物沉淀 细菌堵塞
出砂
钻井 固井
★★★★ ★★★ ★★★★ ★★★
★ ★★
―
★★
―
完井
★★ ★★★★
ຫໍສະໝຸດ Baidu★★ ★★★★
★ ★★★
―
★★ ★★★
修井
★★★ ★★★ ★★★
★★ ★★★ ★★★★
―
★★ ★
压裂 酸化 ―
★★★★
―
★★★★
★★★★
★
★★★★
―
★★★★
钻杆 测试
★
★★★
―
(四)、微生物作用
注入流体(注水)或下管柱→携带好氧菌：消耗氧气 地层中存在厌氧菌及硫酸盐还原菌：产生氧气 好氧菌、厌氧菌相互依存、大量繁殖→累积沉淀→堵塞地层
建井―油藏开采阶段储层损害程度对比表（J.O.Amaefule等，略修改）
储层损害类型 外来颗粒堵塞 微粒迁移(速敏) 粘土膨胀(水敏) 乳化堵塞／水锁
矿物等。
3、酸化造成的化学沉淀 储层酸敏性：如，氢氟酸＋含钙矿物（方解石等）→氟化钙↓
盐酸＋含铁矿物（铁绿泥石、铁方解石等）→氢氧化铁凝胶↓
(三)、外来流体与地层流体的不配伍性
1、乳化堵塞
•化学添加剂＋地层流体→有害化学反应→润湿性转变→Kxr •外来流体＋地层流体→混合→乳化物→堵塞喉道、增加粘度
盐酸： 酸敏性矿物：含铁高的矿物，包括绿泥石(鲕绿泥石、蠕绿泥石)
绿/蒙混层矿物、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 反应产物：Fe(OH)3↓、SiO2胶体、 氢氟酸： 酸敏性矿物：含钙高的矿物，方解石、白云石、钙长石 沸石类(浊沸石、钙沸石、斜钙沸石、片沸石、辉沸石等) 反应产物：CaF2↓、SiO2胶体
不同类型储层损害程度： •低孔、低渗砂岩储层
颗粒侵入浅且数量少，与滤液侵入相比，可能不是主要危害。
•中、高（孔、渗）砂岩储层
颗粒侵入深度较大，损害相对较严重。
•缝洞型碳酸盐岩储层
颗粒侵入更容易，损害更严重。储层发生井漏，堵漏和压井等作业可造成 严重损害。
2、外来微粒侵入和堵塞 外来微粒：泥浆滤液和注入流体携带的微粒―粘土、有机化合物 特点：
盐度＜临界盐度：盐度下降，渗透率大幅度减小 预防措施：钻井―添加KCl，或用油基泥浆；开发―AlCl3
常见粘土矿物的主要性质表
特征 高岭石 伊利石 蒙脱石 绿泥石 伊/蒙混层
阳离子交换 mg/100g 3～15 10～40 76～150 0～40
膨胀性 无 很弱 强 弱 较强
m2／cm3 8.8 39.6 34.9 14
目的与意义:在各个施工环节防止储层损害、保 护好储层，以便充分发挥储层产能，达到科学开 发油田的目的；另一方面，探索改造储层的敏感 性的途径和方法。
储层损害的原因与类型
原因 外来颗粒的侵入和堵塞 外来流体与岩石的相互作用
外来流体与储层流体的不配伍性 微生物作用
类型 外来固相颗粒的侵入和堵塞
外来微粒的侵入和堵塞 粘土矿物的水化膨胀
分析方法： •较疏松碎屑岩―筛析法、沉降法 •泥质外的胶结物―
(5)常规物性分析 岩石孔隙度、渗透率、流体饱和度 低孔、
(6)毛管压力测定 孔隙结构越差↑→储层损害↑
Barkman & Davidson研究成果（1975）：多孔介质、悬浮物 •d孔＜3d颗：颗粒在岩石表面堵塞，形成外滤饼 •3d颗＜d孔＜10d颗：颗粒侵入岩石，喉道处搭桥形成内部滤饼 •d孔＞10d颗：颗粒可在孔隙内自由移动，侵入储层较深
（一）潜在敏感性分析（定性）
1、岩石基本性质实验分析 测试项目：岩石薄片鉴定、X衍射分析、毛管压力测定、粒度
分析、阳离子交换试验等。
(1)岩石薄片鉴定 岩石最基本性质、敏感性矿物的存在与分布。 具体鉴定内容： 碎屑颗粒 胶结物 自生矿物和重矿物 生物或生物碎屑 含油情况 孔隙、裂缝
(2)X衍射分析 鉴定微小的粘土矿物，测定其相对和绝对含量： 蒙脱石 伊利石 高岭石 绿泥石 伊/蒙混层 绿/
球状颗粒易形成稳定桥堵 3、流体性质的影响
主要有：盐度、PH值、流体中的分散剂（如：钻井液滤液）
•低盐度：易水敏→矿物膨胀、破碎→微粒迁移→桥堵→Vc↓ •高PH值：颗粒与基质间的结构力减弱→微粒数量增加→Vc↓ •分散剂：粘土分散剂使粘土分散→微粒数量增加→Vc↓
4、多相流体共存及微粒润湿性的影响 Muecke(1978)二维微模型可视实验：
微孔隙堵塞 酸敏 K2SiF6↓
速敏性 酸敏 Al（OH）3↓ 酸敏 Fe（OH）3↓ 酸敏 MgF2↓ 水敏性 速敏性 酸敏性 酸敏 Fe（OH）3↓ 硫化物沉淀 酸敏 CaF2↓
酸敏 CaF2↓ 酸敏 速敏
敏感性 程度
3 2 2
2 2 1
3 2
3 2 2 2 1
2 1 2
1 1 2
敏感性产生条件 淡水系统 淡水系统、较高流速 酸化作业 高流速 淡水系统 HF 酸化 高流速、PH 值、瞬变压力 酸化作业
可能损害地层的敏感性矿物及流体表
敏感性类型 水敏性 速敏性
酸敏性 HCl HF
敏感性矿物 蒙脱石、伊/蒙混层、绿/蒙混层、降解伊利 石、降解绿泥石、水化白云母 高岭石、毛发状伊利石、微晶石英、微晶长 石等 蠕绿泥石、鲕绿泥石、绿/蒙混层、铁方解石、 铁白云石、赤铁矿、黄铁矿、菱铁矿 方解石、白云石、钙长石、沸石类(浊沸石、 钙沸石、斜钙沸石、片沸石、辉沸石)
(4)混性润湿微粒在油流中 在油流的拉力下，微粒沿油-水
界面运动
(5)注入某些油-水溶剂（表面 活性剂）时 两种效应： •使原来被润湿性和界面张力 控制的微粒发生运移→“桥堵” •已存在的“桥堵”由于加入 油-
（三）、储层酸敏性 概念：指酸化液进入地层后，与地层中的酸敏矿物发生反应，产 生沉淀或释放出微粒，使储层渗透率下降的现象。 •HCl：碳酸盐岩油层、含碳酸盐胶结物较多的砂岩油层 •土酸（HCl＋HF）：碳酸盐含量较低、泥质含量较高的砂岩油层
粘土遇到淡水通常会膨胀。蒙脱石矿物中，又以钠蒙脱石 的膨胀性最大，遇水膨胀后的体积可为原体积的8～10倍。
地质 因素
影响因素： •层间阳离子交换能力：交换能力强→膨胀能力强 •层间阳离子种类：K+―无膨胀性，Ca2+、Na+―有膨胀性（离子半径小） •外来流体性质：高浓度盐水―膨胀性很弱，淡水―膨胀性极强 临界盐度：盐度＞临界盐度：渗透率变化不大
三、储层敏感性评价
赵明跃 长江大学地球科学学院石油系
第五章 油气地下储层研究 第二节 储层静态特征评价
三、储层敏感性评价
一、概念及其评价的意义 二、储层损害的机理 三、评价程序及方法
一、概念及其评价的意义
概念：储层敏感性是储层对于各种地层损害
的敏感性程度，从本质而言,是储层与外来流体发 生各种物化作用使储层孔隙结构和渗透性发生变 化。而评价则是指对损害程度和规律的认识。
★
― ― ― ― ―
一次 采油 ―
★★★
―
★★★★
★★★★
★★★★
―
★★
★★★
注液 开采 ―
★★★
★★
★★★★
―
★★★★
★★★
★★★★
★★
注：★表示损害程度，★越多，损害越严重。
二、储层损害的机理
油气储层损害总的来说不外乎在各作业期间外来 流体进入储层与储层中的液体、岩石表面、所含矿物 相互作用或带入的固相微粒对储层的堵塞等原因造成 的。
39.6～34.9
相对溶解度
盐酸 氢氟酸
轻微
轻微
轻微 轻微至中等
轻微
中等
高
高
变化
变化
（二）、储层速敏性
概念：因外来流体流动速度的变化引起地层内微粒迁移，
堵塞喉道，造成渗透率下降的现象。
影响因素：
1、外来流体速度的影响 2、微粒大小、含量及喉道大小的影响 3、流体性质的影响 4、多相流体共存及微粒润湿性的影响
注：3―强；2―中；1―较弱
三、储层敏感性评价程序及方法
一般通过岩石学和常规物性分析以及部分转向岩 心分析了解储层的基本性质，根据储层所含矿物以 及孔隙结构特性等对储层的潜在损害因素进行分析， 预测其可能产生的危害，并决定进一步的流体接触 试验研究内容。然后通过具体的流体接触试验，得 出对储层敏感性的全面评价，并提出生产工作建议。
增渗速敏现象：
储层质量―较好到很好
储层质量好―颗粒分选较好， 孔喉直径大、分选好，地层微粒 细小：流体速度↑，迁移出地层的 微粒越多（出砂），储层质量越 好。良性循环。大孔喉的形成。
2、微粒大小、含量及喉道大小的影响 •微粒直径小于喉道直径：不易形成稳定“桥塞” •微粒与喉道直径大体相当：很容易形成堵塞 •微粒大大超过喉道直径：→形成可渗透滤饼 •微粒含量越多：易形成“桥塞”，堵塞程度愈严重 •颗粒形状：细长颗粒不能单独形成桥堵
侵入深度大，堵塞孔喉，降低渗透率，损害储层。 •泥浆滤液：深度可达2～6米。影响因素有：
压差、浸泡时间、泥饼质量、失水速度、渗透率。 •注入流体：如开发中的注入水，可侵入地层深处。
(二)、外来流体与岩石的相互作用 1、粘土矿物膨胀 储层水敏性：易水敏的矿物主要有：蒙脱石、伊/蒙混层矿物等。 2、地层内部微粒迁移 储层速敏性：易速敏的矿物主要有：高岭石、伊利石、微小的碳酸盐
地层内部微粒迁移 酸化过程中的化学沉淀
乳化堵塞 无机结垢 有机结垢 铁锈与腐蚀产物的堵塞 细菌堵塞
(一)、外来颗粒侵入 外来固相颗粒的侵入和堵塞 外来微粒的侵入和堵塞
1、外来固相颗粒的侵入和堵塞 •有用颗粒：如排堵剂、暂堵剂等，为保持工作液密度、粘度和流变性等而
添加的颗粒。
•有害颗粒：杂质、岩屑、砂子固相污染物质等。
(1)单相流体 流速足以使微粒保持悬浮时： •宽喉道处：微粒随流体通过喉道 •窄喉道处：可发生桥堵 •已存在桥堵：可被反向流动扰动而解堵
(2)油水两相共存 影响因素：颗粒和微粒的表面润湿性、界面张力
注水开发中，储层和微粒均为水湿性： •含油区：水湿微粒受束缚水约束，不发生迁移 •含水区：水湿微粒发生迁移
乳化物：油包水、水包油的乳化物和乳化液
2、无机结垢堵塞
含Ba、Ca、Sr流体＋含SO4-2流体→无机结垢 无机结垢：硫酸钡、硫酸钙、硫酸锶和碳酸铁
3、有机结垢堵塞
油田开采→地层环境发生改变→石蜡析出→堵塞喉道 地层环境的改变：PH值增高、地温降低
4、铁锈与腐蚀产物的堵塞
一般注入水＋铁→锈蚀、腐蚀产物→堵塞储层 锈蚀、腐蚀产物：O2―氢氧化铁、H2S―硫化铁、CO2―碳酸铁
(3)扫描电镜分析 •粘土矿物及其它胶结物：类型、形状、产状、分布 •岩石孔隙结构：特别是喉道大小、形态及喉道壁特征 •孔隙结构与颗粒、充填物之间的空间联系 • 粘土矿物水化前后的膨胀特征 •与电子探针结合：了解岩样化学成分、含铁矿物含量及位置
(4)粒度分析 原因：未胶结或胶结差的细粒→外来液体→冲散、运移
富氧系统，酸化后高 PH 值 HF 酸化 淡水系统 高流速 酸化作业 高 PH 值，富氧系统 流体含 Ca2+、Sr2+、Ba2+ HF 酸化
HF 酸化 HF 酸化 高流速、瞬变压力
敏感性抑制办法
高盐度流体、防膨剂 酸处理 酸敏抑制剂 低流速 高盐度流体、防膨剂 酸敏抑制剂 微粒稳定剂 低流速、低瞬变压力 酸敏抑制剂 除氧剂 酸敏抑制剂 高盐度流体、防膨剂 低流速 酸敏抑制剂 酸敏抑制剂，除氧剂 除垢剂 HCl 预冲洗 酸敏抑制剂 酸敏抑制剂 酸敏抑制剂 低流速 低瞬变压力
储层水敏性、盐敏性、速敏性、酸敏性、碱敏性
（一）、储层水敏性 概念：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。
膨胀机理：
第一阶段: 粘土表面水合→发生渗透效应，吸附水→外表面水化 膨胀→水膜→膨胀。可逆化学反应
第二阶段: 液体中阳离子交换和层间内表面电特性作用→水分子 进入可扩张晶格的粘土单元层之间→层间内表面水化→层间膨胀： 体积膨胀率有时可达100倍以上。不可逆化学反应