储层五敏性实验学习资料

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，称作储集层的酸度敏感，简称酸敏，用aci
SI 表示。

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，称作储集层的碱度敏感，简称酸敏，用
alk SI 表示。

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w SI 表示。

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和在井下施工作业时，引起储层微观结构原始状态发生改变，而是得储层原始渗透率降低。

它的内因是储层的潜在伤害因素。

因此外来流体与储层的岩石以及地层流体之间的配伍性决定伤害类型和伤害程度。

储层伤害主要包括两大方面：一是由于外来流体与储层岩石不配伍造成的伤害，包括：外来固相颗粒的堵塞与侵入；敏感性伤害；储层内部微粒运移造成的伤害；出砂；细菌堵塞。

二是外来流体与地层流体不配伍造成的伤害，包括：乳化堵塞；无机垢堵塞；有机垢堵塞；铁锈与腐蚀产物的堵塞；地层内部固相沉淀的堵塞。

凡是受外界条件影响而导致储层渗透率降低的储层特性均属储层本身潜在的伤害因素，它包括岩石骨架颗粒成分，胶结类型，孔隙结构，储层敏感性矿物，岩石表面性质以及储层流体性质等。

4．储层岩石敏感性评价实验
4.1速敏评价实验
由于岩石孔隙中的微小固体颗粒会附着在骨架的颗粒，在流速极低时，流体的冲力不足不足以将它们脱落并使其移动，因此储层岩石在极低流速时并不敏感。

但是，随着流速的增加，流体的冲力也不断增大。

当流速超过一定限度时，流体的冲力超过了其附着力，颗粒脱落下来并开始移动，最后在孔隙吼道停留下来并堵塞孔隙，从而降低岩石渗透率，致使储层产生敏感。

在矿场上，我们把储层开始产生敏感的最小流速，称作储集层敏感的临界流V表示。

速，用e
速敏评价实验的目的是确定临界流量，避免颗粒运移对地层造成的伤害，在有助于保护油气层的同时确定合理的注采速度。

4.2.水敏评价实验
水敏评价的目的是为了了解外来流体的矿化的与储层中粘土物质不配伍时，引起粘土矿物水化膨胀，分散，运移而导致储层渗透率下降的现象及其程度。

水敏实验是通过粘土膨胀实验阳离子交换量来测定来实现的。

粘土膨胀实验是测量储层敏感性的评价实验的一项辅助实验，它是通过测定岩样水化后的线膨胀率来评价岩石的膨胀性及膨胀程度，可间接反应粘土矿物对储层潜在伤害的影响程度。

岩石中膨胀性粘土含量越高，表现出膨胀性越强，由粘土矿物引起的储层水敏性，盐敏性伤害也将越严重。

阳离子交换容量是粘土矿物的重要性质之一，不同粘土矿物的阳离子交换容量不同。

膨胀行粘土矿物含量越高，其阳离子交换容量越大。

阳离子容量测定试验也是储层敏感性评价试验的一项辅助试验，通通过测定岩样阳离子交换容量，也可间接反应粘土矿物对储层潜在伤害的影响程度。

岩石中膨胀性粘土含量越高，
表现出阳离子交换容量也就越大，由粘土矿物引起的储层水敏性，盐敏性伤害也将越严重。

4.3.盐敏评价实验
储集层岩石孔隙中的地层水，不仅矿化度非常高，其中的矿物成分也非常复杂。

当注入流体的盐度与地层水十分接近时，储层岩石就不会产生敏感，即储层渗透率不会因为注入流体而有所降低。

但是，当注入流体的盐度与地层水差别较大时，储层岩石就会产生敏感，即储层岩石渗透率会因注入外来流体而有所降低。

把储集层开始产生敏感的最大盐度，称作储集层敏感的临界盐度。

我们在实验室做盐敏评价实验就是要找到临界盐度，已使在实际油气生产过程中，将注入流体的盐度控制在临界盐度之上，以免是储集层产生降低油气生产的能力。

储集层水敏性质与储集层盐敏的性质是联系在一起的，如果储层水敏，那么下一步我们一定要做盐敏实验。

4.4酸敏性评价实验
酸敏性评价的目的在于了解酸化液与储层岩石的配伍性，即反映它是改善地层还是伤害地层，了解其对地层的改善程度或伤害程度，以便优选酸液配方，提高酸化效果，减小对储层伤害度。

4.5.碱敏性评价实验
碱敏性评价的目的是了解岩心渗透率随流体PH值变化而变化的现象，找出使渗透率明显下降的临界PH值。

油气层保护自始至中贯穿于油气勘探，开发，生产和作业过程中。

油气田开发过程中所采取的增产措施均可能造成油气储层的伤害。

如果造成储层伤害后，不仅仅会增加各类井下作业的工作量和成本，而且还会影响增产效果，甚至还会影响此油区的最终采收率。

因此，研究储层岩石特征，分析和评价潜在敏感性，找出储层存在的各种敏感性特征以及评价敏感性程度，根据实验结果，提出防止和减少伤害的可行性措施，对指导油田的开发和增产措施的实施，保护油层必要的，这也是本文目的之所在。

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储层孔隙结构
前言
孔隙结构是指岩石内的孔隙和喉道类型，大小，分布以及相互联通关系。

孔隙为岩石颗粒包围着的较大空间，喉道为两个较大孔隙空间之间的连通部分。

孔隙是流体存在于岩石的基本储集空间，而喉道则是控制流体在岩石中渗流的重要的通道。

流体在自然界复杂的孔隙系统中流动时，都要经历一系列交替着的孔隙和喉道。

无论是油气在二次运移过程中油气驱替孔隙介质中所充满的水时，还是在开采过程中油气从孔隙介质中被驱替出来时，都受流动通道中最小断面（即喉道直径）所控制。

所以研究储层孔隙结构，对油气田的开采，开发都具有重大意义。

1.储层岩石的孔隙及其类型
岩石颗粒间未被胶结物质或其他固体物质占据的空间统称为空隙。

地球上没有空隙的岩石是不存在的，只是不同岩石的孔隙大小，形状和发育程度不同而已；除砂岩颗粒间存在空隙外，碳酸盐岩中可溶成分受地下水溶蚀后形成空隙；火成岩由于成岩时气体占据而形成孔隙；各种岩石在地应力，构造应力及地质作用后产生裂缝（微裂缝）形成另一类形式的孔隙。

空隙按照几何尺寸大小或现状可分为孔隙（一般指砂岩），空洞（一般指碳酸盐），和裂缝。

由于孔隙是最普遍的形式，所以常笼统地将空隙统称为孔隙。

岩石颗粒间未被胶结物质充满或未被固体物质占据的空间统称为孔隙。

所谓的胶结是指将沉积物压在一起的过程中，受压力的作用，岩石的一些矿物慢慢溶解在水里，于是含有矿物的水溶液就会渗入沉积物颗粒间的孔隙中。

当含有矿物的水溶液中的矿物结晶时，沉积物颗粒被晶体粘在一起就叫做胶结。

胶结物就是指成岩期在岩石颗粒之间起粘连作用的化学沉淀物。

根据不同研究目的，孔隙分类方案也有所不同。

归纳起来大体有三种分类方案：（1）按孔隙成因的分类，将孔隙分为原生，次生两大类，每一类型又进一步细分为若干次一级类型；（2）按孔隙产状分类（所谓产状是指岩石结构面的空间几何形态，包括走向，倾向和倾角三个要素），如将碎屑岩孔隙分为粒间孔隙，粒内孔隙，微孔隙；（3）按孔隙大小分类，将孔隙分为超毛细管孔隙，毛细管孔隙和微毛细管孔隙等。

其中，按孔隙成因分类有利于研究孔隙分布规律和孔隙预测，按产状和孔隙大小分类则有利于研究岩石的渗流性能。

由于我们的专业是油气田开发，对地质方面了解较少，需要补充这方面的相关知识。

根据导师建议，这篇文章着重从地质方面介绍孔隙类型。

考虑到不同岩类的孔隙特征有较大差异，在此分岩类进行介绍。

1.1碎屑岩孔隙产状与成因类型
按碎屑岩孔隙的产状，可将其分为两大类，即狭义的孔隙和裂缝。

进一步分
为四小类：粒间孔隙，粒内孔隙，填隙物内孔隙和裂缝。

按成因将其分为原生孔隙和次生孔隙两大类，然后按产状和几何形状进一部分类。

（1）粒间孔隙
粒间孔隙为颗粒之间的孔隙，包括原生粒间孔隙，粒间溶孔，铸模孔和超粒孔等。

原生粒间孔隙：指在沉淀时期形成的颗粒之间的孔隙。

在成岩演化过程中，原生粒间孔隙由于正常压实和胶结作用会减少。

为此，岩石中的原生孔隙可分为两类：正常粒间孔隙空间（由于压实作用而缩小但无任何填充物的孔隙），残余粒间孔隙（受到胶结但未完全堵塞的原始粒间孔隙）。

粒间溶孔：指颗粒之间的溶蚀再生孔隙，主要是颗粒边缘以及粒间胶结物和杂基大部溶解所形成的分布于颗粒之间的孔隙。

所谓的溶蚀是指，地表水和地下水相结合，对以碳酸盐为主的可溶性岩石化学溶解和侵蚀作用。

这种溶孔，形态多种多样，有港湾状，伸长状等。

粒间溶孔往往是在原生粒间孔隙或其他孔隙的基础上发展起来的。

因此，广义的讲，岩石中所见的粒间溶孔均是原生和次生的混合孔隙。

一般的，若粒间溶孔中次生溶蚀部分大于原生孔部分，则称之为次生粒间溶孔。

铸模孔：指颗粒，碎屑，或胶结物等被完全溶解而形成的孔隙，其外形与原组分外形特征相同。

（碎屑是指陆源区的母岩经过物理风化作用或机械破碎所形成的碎屑物质）。

超粒孔：指孔径超过相邻颗粒直径的溶孔。

在超粒孔范围内，颗粒，胶结物均被溶解，一般是在原生粒间孔隙的基础上形成的，其次生部分多于原生部分。

（2）粒内孔隙
颗粒内部的孔隙包括原生粒内孔，矿物解理缝，粒内溶孔。

原生粒内孔：主要为岩屑内的粒间微孔或喷出岩屑内的气孔。

粒内溶孔：颗粒内部由于溶解作用而形成的溶蚀孔隙，常沿解理缝发生溶解作用。

（所谓的解理是指矿物晶体受力后常沿一定方向的平面破裂，这种现象称为解理。

）
（3）填隙物内孔隙
填隙物内孔隙包括杂基内微孔隙，胶结物内溶孔等。

（所谓杂基是碎屑岩中与粗碎屑一起沉积下来的细粒填隙组分，它们是机械沉积产物而不是化学沉淀成分。

粒度小于0.05mm，不同的岩类其粒度不同。

碎屑岩中杂基的粒度要比砂岩粒度大。

）
杂基内微孔隙：为粘土杂基和碳酸盐泥中存在的微孔隙。

这种孔隙极为细小，在所有的碎屑岩储集岩中都或多或少存在这种微孔隙。

这种孔隙虽可形成百分之几十的孔隙度，但由于孔隙半径小，渗透率往往很低。

这类孔隙的成因有两类：其一为沉积杂基内的原始微孔隙；其二为杂基遭受部分溶解作用形成的溶孔。

胶结物内溶孔及晶间孔：为胶结物内发生溶解作用形成的溶孔及胶结物晶体之间的残留孔隙。

（4）裂缝
裂缝包括沉积成因的层面缝以及成岩和构造作用形成的裂缝。

1.2碳酸岩盐孔隙产状与成因类型
与碎屑岩相比，碳酸岩盐的储集空间更为复杂，不仅有狭义的孔隙，而且还有裂缝和溶洞，储集空间的大小和变化很大，既可以和岩石组构有关，又可以与岩石组构无关。

下面依次介绍。

（1）粒间孔隙
碳酸盐岩的粒间孔隙是指碳酸岩颗粒之间的孔隙。

包括：
原生粒间孔隙:在颗粒含量高，颗粒呈支撑状时粒间未被灰泥和胶结物填充的部分。

灰泥，又称灰泥基质，是碳酸盐岩基本组成成分之一。

粒间溶孔：由于颗粒之间的灰泥或胶结物受溶解和颗粒边缘被选择性溶解所形成的孔隙。

（2）粒内孔隙
碳酸盐岩的粒内孔隙指碳酸盐岩颗粒内部的原生孔隙和粒内溶孔。

原生粒内孔隙：通常指生物体腔孔隙，即生物死亡后，软体部分腐烂溶解，体腔未被全部填充而保存下来的孔隙。

张力孔隙连通性差，有效孔隙度不高，但常与生物碎屑粒间孔隙伴生，形成较好的储层。

粒内溶孔：粒内溶孔是指各种碳酸盐岩颗粒内部由于选择性溶解，颗粒被局部溶蚀而形成的孔隙。

当溶蚀作用扩展到整个颗粒，形成与原颗粒形状，大小完全一致的铸模时，可称为颗粒铸模孔隙。

（3）基质内孔隙
所谓基质，是指有些岩石的矿物颗粒大小悬殊，大的颗粒散布在小的颗粒之中，地质学中把大的矿物叫斑晶，小的矿物叫基质。

基质内孔隙包括灰泥内孔隙，胶结物孔隙等。

灰泥内孔隙：为碳酸盐灰泥中存在的微孔隙。

这种孔隙极为细小，由于孔隙半径中，渗透率往往很低。

胶结物内溶孔：为胶结物内发生溶解作用形成的溶孔及胶结物晶体之间的残留孔隙。

（4）晶间孔隙
晶间孔隙是指碳酸盐岩矿物晶体之间的孔隙，大部分是由于白云岩成岩作用形成的。

白云岩是一种沉积碳酸盐岩，主要是由白云石组成，呈灰白色，性脆，硬度小。

主要是由白云石构成的岩石，但其中也含有方解石及粘土矿，具有晶粒结构，残余结构和碎屑结构，由于其孔隙度较大，常为石油或地下水的理想储层。

白云岩中晶间孔隙的发育主要是白云岩晶体之间未被置换的碳酸钙或石膏溶解所。