注水储层敏感性及其试验方法

SiO2 凝胶↓；释放微粒
方解石、白云石、钙长石、沸石类(浊沸石、
化学沉淀
钙沸石、斜钙沸石、片沸石、辉沸石)
CaF2↓、SiO2 凝胶↓
可能损害地层的敏感性矿物及流体表
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
感谢下 载
m2／cm3 8.8 39.6 34.9 14
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
常见粘土矿物的主要性质表
（二）、储层速敏性
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。
外来流体速度的影响
微粒大小含量及喉道大小 的影响
单相流动时，微粒随流体的流动及桥堵
（二）、储层速敏性
(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
（二）、储层速敏性
(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；
（二）、储层速敏性
增渗速敏现象：储层质量由较好到很好
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。岩石流动试验曲线：
（二）、储层速敏性
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
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
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
（三）、储层酸敏性
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
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
•已存在的“桥堵”由于加 入油-水互溶剂而发生解堵
加入油-水互溶剂，能释放被润湿 力和界面张力而固定的微粒，从 而导致微粒在高浓度溶剂时运移
Leabharlann Baidu
（三）、储层酸敏性
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
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
含铁矿物
酸敏 Fe（OH）3↓ 硫化物沉淀
方解石 白云石
酸敏 CaF2↓
沸石类 钙长石
酸敏 CaF2↓ 酸敏
非胶结微粒：
速敏
石英、长石
注：3-强；2-中；1-较弱
敏感性 程度
3 2 2
油水两相共存情况下当水相不流动时，水湿的微粒也不移动
（二）、储层速敏性 (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
湿性润湿微粒在流动区被限制在油-水界面处运移
（二）、储层速敏性
(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”
临界盐度：盐度＞临界盐度：渗透率变化不大
减小
盐度＜临界盐度：盐度下降，渗透率大幅度
预防措施：钻井添加KCl，或用油基泥浆；开发AlCl3
（一）、储层水敏性
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
• 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。
（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
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。
储层水敏性、盐敏性、速敏性、酸敏性、碱敏性
二、储层损害的机理
• 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 渗透率大幅下降的一类矿物，它们一般粒径很 小(＜20μm)，比表面积很大。
影响因素
流体性质的影响
多相流体共存及微粒润湿 性影响
（二）、储层速敏性
1、外来流体速度的影响 减渗速敏现象：储层质量由很差到中等。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。
球状颗粒易形成稳定桥堵
（二）、储层速敏性
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↓
（二）、储层速敏性 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： “多孔介质中单相和多相流动时微粒迁移机理研究”
（一）、储层水敏性
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。
（一）、储层水敏性影响因素
•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
（四）、储层敏感性
敏感性类型 水敏性 速敏性
酸敏性 HCl HF
敏感性矿物
损害形式
蒙脱石、伊/蒙混层、绿/蒙混层、降解伊利
晶格膨胀
石、降解绿泥石、水化白云母
分散迁移
高岭石、毛发状伊利石、微晶石英、微晶长
微粒分散
石等
微粒迁移
蠕绿泥石、鲕绿泥石、绿/蒙混层、铁方解石、 化学沉淀：Fe(OH)3↓、
铁白云石、赤铁矿、黄铁矿、菱铁矿