储层五敏性实验

储集层敏感性及五敏试验

1．基本概念

所谓储集层敏感性，是指储集层岩石的物性参数随环境条件（温度，压力）

和流动条件（流速，酸，碱，盐，水等）而变化的性质。岩石的物性参数，我们主要研究孔隙度和渗透率。衡量储集层岩石的敏感程度我们常用敏感指数来，敏感指数被定义为在条件参数变化一定数值时，岩石物性减小的百分数，习惯上用SI 来表示。我们以渗透率这个物性参数为例，给出其一个基本公式：

i i k p K K

K SI -= （1-1）

上标表示岩石物性参数，用下标表示条件参数。

上式定义的是渗透率对地层压力的敏感指数。

敏感指数的物理含义是指条件参数变化一定数值以后，岩石物性参数损失的

百分数（主要是孔隙度和渗透率）。所以我们要想了解油藏的敏感指数就必须了解条件参数的变化幅度，从而我们可以求出敏感指数。

在实际矿场中，渗透率比孔隙度更能影响储集层产能。因此渗透率的研究尤

为重要。储集层渗透率因为地层压力的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的压力敏感，压力敏感指数用符号P SI 表示。

由以上可以知道下面的概念。

储集层渗透率因为地层温度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的温度

敏感，简称热敏，用T SI 表示。

储集层渗透率因为渗流速度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的温度

敏感，简称热敏，用v SI 表示。

储集层渗透率因为注入液体的盐度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层

的盐度敏感，简称盐敏，用sal SI 表示。

储集层渗透率因为注入液体的酸度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层

SI表示。

的酸度敏感，简称酸敏，用aci

储集层渗透率因为注入液体的碱度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层

SI表示。

的碱度敏感，简称酸敏，用alk

储集层渗透率因为注入淡水而呈现出的敏感性质，称作储集层的水敏性质，简称水敏，用

SI表示。

w

其中我们最常用的就是五敏：速敏，水敏，盐敏，酸敏，碱敏，实验室常做五敏实验来判断油藏性质。如果一个油藏水敏，那么我们一定要对其做盐敏实验。通过做五敏实验，我们可以有选择的去选择钻井液和射孔液，以防止对储层造成伤害。

2．储集层敏感机理

储集层岩石是由固体骨架颗粒和粒间孔隙构成的，储集层渗透率的大小反映了岩石孔隙的性质，而孔隙又主要受到骨架颗粒尺度及排列方式的影响。如果在条件改变时，骨架颗粒的尺度和排列方式没有发生变化，岩石的渗透率一定不会发生变化，即储集层不会敏感；如果在条件改变时，骨架颗粒尺度及排列方式发生了变化，进而改变了岩石的孔隙性质，岩石的渗透率一定会发生变化，即储层出现了敏感。储集层的敏感机制大概有以下几种类型：

2.1速敏

速敏是岩石骨架颗粒排列方式的改变由此导致油田储集层渗透率改变的情形。在岩石骨架颗粒中，有一些尺度极小的颗粒，它们杂乱无章的分布在岩石的空隙中，它们在流体低速流动时并不会有明显的改变，对储集层的渗透率产生太大的影响。但是，如果流速增大，这些颗粒的排列方式将发生显著改变，颗粒将发生运移，从而堵塞流体运动的通道，致使岩石的渗透率降低。从而影响油井的产量，这就是速敏的原则。产生速敏的固体颗粒往往是一些特定的粘土矿物成分，如高岭石等。

高岭石英文名为kaolinite，是长石和其它硅酸岩矿物天然蚀变的产物，是一种含水的铝硅酸岩。它们总是以极微小的微晶或隐晶状态存在，并以致密块状或土状集合体产生。

此外，一些外来颗粒随液体侵入地层，也会造成机械堵塞，如钻井，完井过程中工作液的虑失作用。

2.2水敏（颗粒膨胀）

在岩石骨架颗粒中，有一些尺度极小的颗粒，它们往往都是一些粘土矿物成分。其中一些粘土矿物成分，比如蒙脱石，这类具有特殊的物质结构，这部分粘土矿物在原始状态下于高矿物地层水处于一种平衡状态，它们的存在并不影响孔隙中流体的流动。但是，如果外来流体进入改变了地层水原来的矿度及其化学成分，这些粘土矿物将打破原来的平衡，通过阳离子交换进行吸水或排水，从而使自身体积发生膨胀或萎缩。颗粒膨胀将减少流体通过的孔隙通道，致使储集层渗透率降低；颗粒萎缩将增大流体通过的孔隙通道，致使储集层渗透率升高。由于地层水的环境所致，而外来流体的矿化度通常很低，因此层中粘土颗粒吸水发生膨胀，使储层造成伤害的概率比较大。

蒙脱石，又名微晶高岭石，是一种层状结构，片状结构的硅酸岩晶体，因其最初发现于法国的蒙脱域而著名。当温度达到100-200摄氏度时，蒙脱石的水分子会逐渐跑掉，失水后的蒙脱石可以重新吸收水分子，并且膨胀超过原体积的几倍。

在矿场上，粘土颗粒膨胀对储层的影响程度与岩石的粘土含量有很大关系。当粘土含量较低是，并不会对储层造成较大的伤害，而较高的粘土含量，则是储层伤害的潜在因素。当粘土含量小于5%时，储层受到伤害的可能性较小；当粘土含量超过5%时，储层受伤害的可能性也随之増大。

2.3化学反应

化学反应导致储层敏感性变化的方式很多，并且反应原理不同。有些化学反应生成了沉淀，随着流体的流动，堵塞了岩石孔隙，从而降低了岩石渗透率；而有些化学反应则溶蚀了骨架颗粒，扩大了岩石孔隙，从而提高储层渗透率。

现场上比较注重的酸敏和碱敏实验，皆属于这种情况。所谓的酸敏，就是酸液就入储层后与酸敏物质发生反应，产生沉淀或释放颗粒，使储层渗透率下降的可能性及其程度。所谓的碱敏，就是碱液进入储层后与碱敏物质发生反应，产生

沉淀，从而使储层渗透率降低的情况。

下面我们举例来说明。在岩石孔隙中，地层水溶解了大量物质，若外来流体（钻井液或注入水）与地层水不配伍，则发生化学反应，生成的沉淀就会都会堵塞孔隙，从而降低储集层渗透率。注水开发过程中，常会因为携带的二氧化碳与地层水发生反应，生成不溶解的碳酸钙在底层中甚至管线中结构，从而影响油气生产。一些含铁的粘土矿物(如绿泥石)，遇酸沉淀，也会导致储层敏感。

此外，有些化学反应可以提高储层渗透率。若外来流体与岩石中的固体矿物发生化学反应，并将其溶解，结果使储层孔隙变大，从而提高了储层渗透率。比如我们提高采收率常常会采用的酸化方法，就是利用化学反应提高储层渗透率。

2.4机械变形

岩石中的固体骨架颗粒，受到应力作用即产生变形。如果应力作用变大，储层岩石就会被压缩；如果应力作用减少，储层岩石就会膨胀。储层岩石的上覆地层压力通常不会发生变化。但是，孔隙中流体压力则随着流体的采出而降低，随着流体的注入而升高。根据应力平衡方程，地层压力等于流体压力与孔隙压力之和。如果流体压力降低，骨架应力就增大，骨架颗粒因此而压缩，孔隙度因此而减小，储层渗透率因此而降低。若流体压力升高，骨架应力则减小，骨架颗粒因此而膨胀，孔隙度因此而增大，储层渗透率因此而升高。（所谓的应变，是指在外力作用下，骨架不能产生位移，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变。骨架发生形变是，在其内部产生了大小相等但方向相反的反作用力，把分布内力在一点的集度称为应力。）

温度对储层敏感性的影响，也是通过骨架颗粒的机械变形作用来实现的。温度升高，骨架颗粒膨胀，孔隙度因此而增大，储层渗透率因此而升高。温度降低，骨架颗粒压缩，孔隙度减小，储层渗透率因此而降低。当然，在温度变化过程中，岩石中的粘土矿物也可能发生一些物理或化学变化，如脱水等，进而影响储集层渗透率。

3．储层伤害常见来源。

储层伤害原因主要是由储层本身的岩性，物性及油气水流体性质等内在因素