[工學]儲層敏感性分 析

1、.油氣儲層地質(zhì)學基礎 Basis of Hydrocarbon Reservoir Geology 于興河 教授 博士生導師 中國地質(zhì)大學（北京）能源學院石油教研室 Tel: 82320109或82321857 (O) Email: billyu Bill Yu March 5, 2009 :第八章 儲層敏感性分析 Bill Yu 第一節(jié) 儲層敏感性機理 第二節(jié) 儲層敏感性評價 第三節(jié) 開發(fā)過程中儲層性質(zhì)的動態(tài)變化 March 5, 2009 2 第一節(jié) 儲層敏感性機 Bill Yu z 儲層損害是由儲集層內(nèi)部潛在損害因素及外部條件共同作用的 結(jié)果。 z 內(nèi)部潛在損害因素主要指儲集層的巖性、物

2、性、孔隙結(jié)構(gòu)、敏 感性極流體性質(zhì)等儲集層固有的特征。 z 外部條件主要指的是在施工作業(yè)過程中引起儲層孔隙結(jié)構(gòu)及物 性的變化，使儲集層受到損害的各種外界因素。 z 一般而言，儲集層的敏感性是由儲層巖石中含有的敏感性礦物 所引起的。敏感性礦物是指儲集層中與流體接觸易發(fā)生物理、 化學或物理化學反應并導致滲透率大幅下降的一類礦物。 z 常見的敏感性礦物可分為水敏性礦物、酸敏性礦物、堿敏性礦 物、鹽敏性礦物及速敏性礦物等（表8-1），與之相對應的是 層的五敏（表8-2）。 March 5, 2009 3 第一節(jié) 儲層敏感性機 表8-1 可能損害地層的幾類敏感性礦物（據(jù)張紹槐，羅平亞，1990 Bill

3、Yu March 5, 2009 4 第一節(jié) 儲層敏感性機 表8 - 2 儲層的五敏性 含義 流速增加引起滲透率下降 造成地層的損害 與地層不配伍的流體使地層中 粘土礦物變化引起的地層損害 儲層在鹽液作用下滲透率下降 造成地層損傷 酸液與地層酸敏礦物反應 產(chǎn)生沉淀使?jié)B透率下降 堿液在地層中反應 產(chǎn)生沉淀使?jié)B透率下降 Bill Yu 儲層五敏 速敏性 水敏性 鹽敏性 酸敏性 堿敏性 形成因素 粘結(jié)不牢固的速敏礦物在高流速下 分散、運移而堵塞孔隙和喉道 流體使地層中蒙皂石等水敏性礦物 發(fā)生膨脹、分散而導致孔隙和喉道的堵塞 鹽液進入地層引起鹽敏性粘土礦物的膨脹 而堵塞孔隙和喉道 鹽酸或氫氟酸與含鐵高

4、或含鈣高的礦物 反應生成沉淀而堵塞孔隙引起滲透率降低 地層礦物與堿液發(fā)生離子交換形成水敏性礦物 或直接生成沉淀物質(zhì)堵塞孔隙 March 5, 2009 5 第一節(jié) 儲層敏感性機 一、儲層的速敏性 Bill Yu z 儲層因外來流體流動速度的變化引起地層微粒遷移，堵塞喉道，造成滲 透率下降的現(xiàn)象稱為儲層的速敏性。 z 速敏性研究的目的在于了解儲層的臨界流速及滲透率的變化與儲層中流 體流動速度的關(guān)系。 (一）速敏礦物與地層微粒 速敏礦物是指在儲層內(nèi)，隨流速增大而易于分散遷移的礦物。高嶺 石、毛發(fā)狀伊利石以及固結(jié)不緊的微晶石英、長石等，均為速敏性礦 物。如高嶺石，常呈書頁狀（假六方晶體的疊加堆積），

5、晶體間結(jié)構(gòu)力 較弱，常分布于骨架顆粒間而與顆粒的粘結(jié)不堅固，因而容易脫落、分 散，形成粘土微粒。 March 5, 2009 6 第一節(jié) 儲層敏感性機 ¾ 地層內(nèi)部可遷移的微粒包括三種類型： Bill Yu 1、儲層中的粘土礦物，包括速敏性粘土礦物（高嶺石、毛發(fā)狀 伊利石等）和水敏性粘土礦物（蒙皂石、伊/蒙混層）等，水 敏性礦物在水化膨脹后，受高速流體沖擊即會發(fā)生分散遷 2、膠結(jié)不堅固的碎屑微粒，如膠結(jié)不緊的微晶石英、長石等， 常以微粒運移狀堵塞孔隙喉道； 3、油層酸化處理后被釋放出來的碎屑微粒，如硫酸鹽礦物（石 膏、重晶石、天青石）、硫鐵礦、巖鹽等，由于溫度和壓力 變化，引起溶解和

6、再沉淀，或入侵濾液與地層流體發(fā)生有機 垢（石蠟、瀝青）和無機結(jié)垢（CaCO3、FeCO3、BaSO4、 SrSO4）而堵塞孔隙喉道。 March 5, 2009 7 第一節(jié) 儲層敏感性機 (二）外來流體速度對微粒遷移和孔喉堵塞的影 ¾ 地層微粒堵塞孔喉通常存在三種形式： 1、細粒物質(zhì)在喉道處平緩地沉積（Smooth Deposition）； Bill Yu 2、微粒在喉道產(chǎn)生"橋堵"（Pore Bridging），堵塞流動通道； 3、較大顆粒恰好嵌入喉道，形成"卡堵"（Size Exclusion）。 當外來流體的流速過大或存在壓力激烈波動時，

7、與喉道直徑較 匹配的微粒開始移動一方面這部分微?？梢栽诤淼捞幮纬奢^穩(wěn)定 "橋堵"，另一方面由于此時流速較大，成"橋"過程中流體對微粒的 擊力也較低速時強。因此，導致巖石中的喉道在較短時間大量地被 塞，造成多孔介質(zhì)滲透能力驟然減小，此時的流速即為臨界流速 8-1）。臨界流速所標志的并不是微粒運移的開始，而是穩(wěn)定"橋堵" 的形成。 March 5, 2009 8 第一節(jié) 儲層敏感性機理 流速增加將導致巖石滲 透率的大幅度降低，其滲透 率的傷害可達原始滲透率的 20-50%，甚至超過50%。當 流速超過一定值時，啟動的 微粒粒徑過大，與喉道

8、直徑 不匹配，難于形成新的"橋 堵"，而隨著流速的進一步 增加，高速流體沖擊著微粒 和"橋堵"，一部分微?？赡?被流體帶出巖石，從而使?jié)B 透率回升（圖8-1）。 圖81 巖石流動實驗曲線 Bill Yu March 5, 2009 9 第一節(jié) 儲層敏感性機理 (三）流體性質(zhì)對速敏性的影響 Bill Yu ¾ 對速敏性有影響的流體性質(zhì)主要為鹽度、pH值以及流體中的分 散劑，這些性質(zhì)對水敏性粘土礦物的分散遷移影響較大。 z 低鹽度的流體使水敏性粘土礦物水化、膨脹和分散，它們 較低的流速下便會發(fā)生遷移，并可堵塞喉道，從而導致巖 臨界流速值減?。煌瑫r，

9、由于水敏性粘土在低鹽度流體中 水化膨脹，在高速流體沖擊下易于分散，這樣，不僅釋放 更多更細小的粘土微粒，而且釋放出由粘土礦物作為膠結(jié) 的其它礦物顆粒，從而使地層微粒數(shù)量增加，使速敏性增 強。 z 分散劑對速敏性的影響與高pH值流體相似。鉆井液濾液是 強的粘土分散劑之一，由此引起的粘土分散導致的滲透率 害不容忽視。 March 5, 2009 10 第一節(jié) 儲層敏感性機理 (四）儲層物性對速敏性的影響 ¾ 儲層物性對速敏性也有一定的影響，尤其是喉道的大小、幾 形狀對儲集層的傷害尤為明顯。 Bill Yu z 比如大孔粗喉型的砂巖儲集層，喉道是孔隙的縮小部分、 孔喉直徑比值接近于1，一般

10、不易造成喉道堵塞，但容易造 成出砂。而對于喉道變細的砂巖儲集層、孔隙喉道直徑差 別特別大，喉道多呈片狀、彎片狀或束狀，易形成微粒堵 塞喉道。 March 5, 2009 11 第一節(jié) 儲層敏感性機理 二、儲層的水敏性 Bill Yu 儲層的水敏性是指當與地層不配伍的外來流體進入地層后，引起粘土 礦物水化、膨脹、分散、遷移，從而導致滲透率不同程度地下降的現(xiàn)象。 儲層水敏程度主要取決于儲層內(nèi)粘土礦物的類型及含量。 大部分粘土礦物具有不同程度的膨脹性。在常見粘土礦物中，蒙皂石 的膨脹能力最強，其次是伊/蒙和綠/蒙混層礦物，而綠泥石膨脹力弱，伊 利石很弱，高嶺石則無膨脹性. 儲層水敏性與粘土礦物的類型

11、和含量以及流體礦化度有關(guān)。儲層中蒙 皂石（尤其是鈉蒙皂石）含量越多及水溶液礦化度愈低，則水敏強度愈 大。 March 5, 2009 12 第一節(jié) 儲層敏感性機理 三、儲層的鹽敏性 Bill Yu ¾ 儲層鹽敏性（salt sensibility）是指儲層在系列鹽液中，由于粘土礦物 的水化、膨脹而導致滲透率下降的現(xiàn)象。儲層鹽敏性實際上是儲層耐受低 鹽度流體的能力的度量，度量指標即為臨界鹽度。 ¾ 當不同鹽度的流體流經(jīng)含粘土的儲層時，在開始階段，隨著鹽度的下降， 巖樣滲透率變化不大，但當鹽度減小至某一臨界值時，隨著鹽度的繼續(xù)下 降，滲透率將大幅度減小，此臨界點的鹽度值稱為臨界

12、鹽度。 粘土膨脹過程可分兩個階段 : z 第一階段是由表面水合能引起的，即外表面水化膨脹 ; z 第二階段被稱為滲透膨脹階段，即內(nèi)表面水化階段 。 March 5, 2009 13 第一節(jié) 儲層敏感性機理 四、儲層的酸敏性 Bill Yu ¾ 酸敏性（acid sensibility）是指酸液進入儲層后與儲層中的酸敏性 礦物發(fā)生反應，產(chǎn)生凝膠、沉淀，或釋放出微粒，致使儲層滲透率下 降的現(xiàn)象。 ¾ 酸敏性導致地層損害的形式主要有兩種， z 一是產(chǎn)生化學沉淀或凝膠， z 二是破壞巖石原有結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生或加劇速敏性。 ¾ 酸敏礦物是指儲層中與酸液發(fā)生化學沉淀或酸化后釋放出微

13、粒引起滲 透率下降的礦物。一般地，酸化處理中，多用鹽酸處理碳酸鹽巖油層 和含碳酸鹽膠結(jié)物較多的砂巖油層，用土酸（鹽酸和氫氟酸的混合 物）處理砂巖油層（適用于碳酸鹽含量較低、泥質(zhì)含量較高的砂巖油 層）。所以酸化過程中的酸液包括鹽酸（HCl）和氫氟酸（HF）兩 類。 March 5, 2009 14 第一節(jié) 儲層敏感性機理 五、儲層的堿敏性 Bill Yu ¾ 堿敏性（natron sensibility）是指具有堿性（pH值大于7） 油田工作液進入儲層后，與儲層巖石或儲層流體接觸而發(fā)生反 應產(chǎn)生沉淀，并使儲層滲流能力下降的現(xiàn)象。 ¾ 堿性工作液通常為pH值大于的鉆井液或完井液

14、，以及化學驅(qū) 中使用的堿性水。這些流體進入儲層，使其產(chǎn)生堿敏性的機理 主要為： z 粘土礦物在堿性工作液中發(fā)生離子交換，成為較易水化的 型粘土，使粘土礦物的水化膨脹加劇，導致水敏性。 MH+NaOH=MNa+H O March 5, 2009 15 第一節(jié) 儲層敏感性機理 五、儲層的堿敏性 Bill Yu z 堿性工作液還會與儲層礦物發(fā)生一定程度的化學反應，與堿的反 應活性從高到低依次為：高嶺石、石膏、蒙皂土、伊利石、白云 石和沸石，而長石，綠泥石和細石英砂的反應活性中等。堿與礦 物反應的結(jié)果不僅導致陽離子交換，甚至有可能生成新的礦物。 例如： 碳酸鹽 + OH = Si（OH） Si（OH）

15、+ OH = Si（OH）O + H O 這些新生礦物沉積在儲層中，導致起滲透率損害。 z 由于堿性工作液與儲層礦物或儲層流體不配伍，破壞了儲層 原 有的離子平衡，產(chǎn)生堿垢，降低儲層的滲透率。 - - - 4 4 3 2 March 5, 2009 16 第一節(jié) 儲層敏感性機理 2NaOH + Ca 2+ + Bill Yu NaSiO 3 + Ca Na 2CO 3 + Ca 2+ = Ca（OH）2+ 2Na + = CaSiO 3 + 2Na 2+ = CaCO 3 + 2Na + z 高pH值環(huán)境使礦物表面雙電層斥力增加，部分與巖石基質(zhì)未 膠結(jié)的或膠結(jié)不好的地層微粒，將隨堿性工作液運移

16、，并在喉 道處"架橋"，堵塞孔喉。 五敏實驗是評價和診斷油氣層傷害的最重要的手段之一。 一般來說，對每一個區(qū)塊，都應該做五敏實驗，再參照表8- 6進行完井過程中保護油氣層技術(shù)方案的制定，并指導生產(chǎn)。 March 5, 2009 17 項目 速敏實驗 第一節(jié) 儲層敏感性機理 表8-6 五敏實驗結(jié)果的應用 實驗結(jié)果及其應用 Bill Yu （1）確定其它幾種敏感性實驗（水敏、鹽敏、酸敏、堿敏）的實驗流速； （2）確定油井不發(fā)生速敏傷害的臨界產(chǎn)量； （包括由速敏和水 （3）確定注水井不發(fā)生速敏傷害的臨界注入速率，如果注入速率太小，不能 速敏） 水敏實驗 鹽敏實驗 （升高礦化度 和

17、降低礦化度的實 驗） 酸敏實驗 堿敏實驗 March 5, 2009 滿足配注要求，應考慮增注措施； （4）確定各類工作液允許的最大密度。 （1）如無水敏，則進入地層的工作液之礦化度只要小于地層水礦化度即可， 不做嚴格要求； （2）如果有水敏，則必須控制工作液的礦化度大于Cc1； （3）如果水敏性較強，在工作液中要考慮使用粘土穩(wěn)定劑。 （1）對于進入地層的各類工作液都必須控制其礦化度在兩個臨界礦化度之 間，即Cc1<工作液礦化度<Cc2； （2）如果是注水開發(fā)的油田，當注入水的礦化度比Cc1要小時，為了避免發(fā) 生水敏傷害，一定要在注入水中加入適合的粘土穩(wěn)定劑，或?qū)ψ⑷胨M行 周期性

18、的粘土穩(wěn)定劑處理。 （1）為基質(zhì)酸化之酸液配方設計提供科學的依據(jù)； （2）為確定合理的解堵方法和增產(chǎn)措施提供依據(jù)。 （1）對于進入地層的各類工作液都必須控制其pH值在臨界pH值以下； （2）如果是強堿敏地層，由于無法控制水泥漿的pH值在臨界pH之下，為了防 止油氣層傷害，建議采用屏蔽式暫堵技術(shù)； （3）對于存在堿敏性的地層，要避免使用強堿性工作液。 18 第一節(jié) 儲層敏感性機理 六、儲層的水鎖效應 Bill Yu 在油氣開發(fā)過程中，鉆井液、固井液及壓裂液等外來流體侵入儲層 后，由于毛細管力的滯留作用，地層驅(qū)動壓力不能將外來流體完全排 出地層，儲層的含水飽和度將增加，油氣相滲透率將降低，這種現(xiàn)象

19、 稱之為水鎖效應。 ¾ 造成水鎖效應的原因有內(nèi)外兩方面的因素： z 儲層孔喉細小、存在敏感性粘土礦物，是造成外來流體侵入引起含水飽 和度上升而使油水滲透率下降的內(nèi)在原因； z 侵入流體的界面張力、潤濕角、流體粘度以及驅(qū)動壓差和外來流體侵入 深度等則是外部因素。 ¾ 水鎖效應大小的決定因素為儲層毛管半徑。解決水鎖效應的最佳途徑 是減小外來流體侵入儲層的總量及深度，而加大返排壓差，采用低粘 度、低毛管力入井液是減輕水鎖效應的有效途徑。 March 5, 2009 19 第一節(jié) 儲層敏感性機理 七、儲層的應力敏感性 Bill Yu ¾ 巖石所受凈應力改變時，孔喉通道變形

20、、裂縫閉合或張開，導致巖石 滲流能力變化的現(xiàn)象叫做巖石的應力敏感性，它反映了巖石孔隙幾何 學及裂縫壁面形態(tài)對應力變化的響應。 ¾ 當前的應力敏感性研究均以滲透率的應力敏感性為研究重點。 ¾ 在不同的儲層中，滲透率的應力敏感程度差異較大，影響儲層滲透率 應力敏感性的主要因素包括（表8-7）： 表8-7 儲層應力敏感性的影響因素 影響因素 儲層滲透率 儲層巖石類型 膠結(jié)類型和程度 流體飽和度 泥質(zhì)和雜質(zhì)含量 作用效果 初始滲透率越小，應力敏感性越強 巖石硬度越小，應力敏感性越強 膠結(jié)程度越低，應力敏感性越強 含流體飽和度越大，應力敏感性越強 泥質(zhì)和雜質(zhì)含量越大，應力敏感性越強

21、March 5, 2009 20 第一節(jié) 儲層敏感性機理 Bill Yu ¾ 儲層滲透率：大量研究表明，儲層初始滲透率越小，那么儲層滲透 率隨有效應力的變化越顯著，儲層滲透率應力敏感性越強。 ¾ 儲層巖石類型：儲層巖石顆粒的硬度越大，巖石越不易被壓縮，因 此其應力敏感性越弱，反之亦然。 ¾ 膠結(jié)類型和程度：巖石膠結(jié)得越好，越不易變形，滲透率變化就越 不明顯。 ¾ 液體飽和度：儲層巖石飽和液體后，其孔喉表面會附著一層不可流 動的液體。當巖石受到壓縮時，這些不可流動層加劇了巖石滲透性能 的降低，因此，含水或含油飽和度越大，其應力敏感性越強。 ¾ 泥

22、質(zhì)和雜質(zhì)含量：相比巖石顆粒而言，泥質(zhì)和雜質(zhì)是非常容易變形 的，而且它們很容易堵塞孔喉，造成滲透率的明顯降低。因此，泥質(zhì) 和雜質(zhì)含量增大，滲透率的應力敏感性顯著增強。 March 5, 2009 21 第二節(jié) 儲層敏感性評價 Bill Yu ¾ 對儲層的各種敏感性進行研究和評價的目的是為開發(fā)生產(chǎn)過程中 免各種敏感性的發(fā)生，保護油氣儲層。在儲層傷害評價研究中， 層敏感性評價是最主要的手段之一。 ¾ 儲層敏感性評價包括兩方面的內(nèi)容： z 一是從巖相學分析的角度，評價儲層的敏感性礦物特征，研究儲層潛 在的傷害因素； z 二是在巖相學分析分析的基礎上，選擇代表性的樣品，進行敏感性實

23、驗，通過測定巖石與各種外來工作液接觸前后滲透率的變化，來評價 工作液對儲層的傷害程度。 March 5, 2009 22 第二節(jié) 儲層敏感性評價 圖8-2 儲層敏感性評價研究流程（據(jù)陳麗華等，1994） Bill Yu March 5, 2009 23 第二節(jié) 儲層敏感性評價 一、潛在敏感性分析 （一）儲層巖石基本性質(zhì)的測試 Bill Yu ¾ 通過巖石學和常規(guī)物性等分析，了解儲層的敏感性礦物的類型和 含量、孔隙結(jié)構(gòu)、滲透率等，預測其與不同流體相遇時可能產(chǎn)生 的損害。 ¾ 巖石基本性質(zhì)的測試項目包括：巖石薄片鑒定、X衍射分析、毛 管壓力測定、粒度分析、陽離子交換試驗等。 1

24、、巖石薄片鑒定 巖石薄片鑒定可以提供巖石的最基本性質(zhì)，了解敏感性礦物 的存在與分布。鑒定的內(nèi)容包括：碎屑顆粒；膠結(jié)物；自 生礦物和重礦物；生物或生物碎屑；含油情況；孔隙、裂 縫；微細層理構(gòu)造 March 5, 2009 24 Bill Yu 表8-8 儲層礦物與敏感性（據(jù)姜德全等，1994，有修改） 敏感性礦物 蒙皂石 伊利石 高嶺石 綠泥石 混層粘土 含鐵礦物（鐵方解 石、鐵白云 石、黃鐵礦、 菱鐵礦） 方解石（白云石） 沸石類 鈣長石 非膠結(jié)的石英、長石 微粒 March 5, 2009 潛在敏感性 水敏性 速敏性 酸敏性 速敏性 微孔隙堵塞 酸敏(K 2SiF 6) 速敏性 酸敏 (Al

25、(OH) 3) 酸敏(Fe(OH) 3) 酸敏(MgF 2) 水敏性 速敏性 酸敏性 酸敏 (Fe(OH) 3) 硫化物沉淀 酸敏(Fe(OH) 3) 酸敏(CaF 2) 酸敏(CaF 2) 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 產(chǎn)生敏感性的條件 淡水系統(tǒng) 淡水系統(tǒng)、較高流速 酸化作業(yè) 高流速 淡水系統(tǒng) HF酸化 高流速，高pH值及高瞬變 壓力酸化作業(yè) 富氧系統(tǒng)，酸化后高 pH值HF酸化 淡水系統(tǒng) 高流速 酸化作業(yè) 高pH值，富氧系統(tǒng)； 流體含Ca 2+、Sr 2+、Ba 2+， 高pH值，富氧系統(tǒng) HF酸化 HF酸化 HF酸化

26、 高流速 高的瞬變壓力 抑制敏感性的 辦法 高鹽度流體、防膨劑酸 處理 酸敏抑制劑 低流速 高鹽度流體、防膨劑 酸敏抑制劑 微粒穩(wěn)定劑 低流速、低瞬變壓力 酸敏抑制劑 除氧劑 酸敏抑制劑 高鹽度流體、防膨劑 低流速 酸敏抑制劑 酸敏抑制劑，除氧劑 除垢劑 酸敏抑制劑、除氧劑 HCl預沖洗 酸敏抑制劑 酸敏抑制劑 酸敏抑制劑 低流速 低的瞬變壓力 注：3強；225中；1較弱。 2、X衍射分析 第二節(jié) 儲層敏感性評價 X衍射分析是鑒定微小的粘土礦物最重要的分析手段。 Bill Yu 3、掃描電鏡分析 z 觀察并確定粘土礦物及其它的膠結(jié)物的類型、形狀、產(chǎn)狀、分 布； z 觀察巖石孔隙結(jié)構(gòu)特別是喉道的

27、大小、形態(tài)及喉道壁特征； z 了解孔隙結(jié)構(gòu)與各類膠結(jié)物、充填物及碎屑顆粒之間的空間聯(lián) 系。 4、粒度分析 z 細小顆粒運移是造成儲層傷害的重要原因，因此，需要了解碎 屑巖中的顆粒粒度大小和分布。 z 對于比較疏松易于分散的碎屑巖的粒度分析，通常采用篩析法 和沉降法。對于泥質(zhì)以外的膠結(jié)物，分析前要用鹽酸等化學藥 品進行處理。 March 5, 2009 26 第二節(jié) 儲層敏感性評價 5、常規(guī)物性分析 Bill Yu 測定巖石的孔隙度、滲透率和流體飽和度，選擇低孔低滲儲 進行敏感性專項實驗。 6、毛管壓力測定 通過毛細管壓力測定獲取孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。巖石的孔隙結(jié)構(gòu)在 價儲層敏感性中十分重要。通?？紫督Y(jié)

28、構(gòu)較差（孔喉尺寸較小、 孔喉分布不均勻）的巖石受到的損害比孔隙結(jié)構(gòu)較好的巖石明 顯。 March 5, 2009 27 第二節(jié) 儲層敏感性評價 (二）流體分析 在油氣勘探和開發(fā)的各個環(huán)節(jié)，外來流體與地層流體之 Bill Yu 不同外來流體之間均存在發(fā)生化學反應的可能性。因此，應對 有關(guān)流體進行化學成分分析，預測各種流體之間形成化學結(jié)垢 的可能性。這些流體主要是地層水、注入水、泥漿濾液、射孔 液等。 March 5, 2009 28 第二節(jié) 儲層敏感性評價 (三）水敏性預分析 Bill Yu 通常測定巖石的膨脹率和陽離子交換能力，定性地預測巖石水敏性的 可能程度（表8-9）。 表8-9 水敏性分

29、析指標 水敏性程度 水敏粘土含量% 膨脹率% 弱 010 03 陽離子交換量mg（當 量）/100g 01.4 中 1020 310 1.44 強 20 10 4 March 5, 2009 29 第二節(jié) 儲層敏感性評價 1、巖石的膨脹試驗 Bill Yu ¾ 粘土礦物經(jīng)過液體浸泡，就會有水分子進入粘土礦物層間，造成粘土 體積膨脹。 ¾ 粘土膨脹測定的方法主要有兩大類： z 一種比較簡單的量筒法; z 另一種方法是通過膨脹儀測定的。 2、陽離子交換實驗 ¾ 通過陽離子交換實驗，測定陽離子交換容量等特征，用于判斷巖石所 含粘土礦物顆粒吸附各種添加劑的能力、粘土的水化

30、膨脹和分散性 等。這對研究儲層的水敏性很有用。 ¾ 影響離子交換作用反應程度的因素有：所含粘土礦物的種類、結(jié)晶程 度、有效粒級、該類粘土礦物及水溶液的陽離子（或陰離子）化學性 質(zhì)，以及該體系中的PH值。 March 5, 2009 30 第二節(jié) 儲層敏感性評價 (四）酸敏性預分析 Bill Yu 通過酸溶分析和浸泡觀察，研究靜態(tài)條件下巖樣可能產(chǎn)生的酸敏性。 1、酸溶分析 酸溶分析的目的是通過靜態(tài)實驗，檢驗酸-巖反應過程中是否存在 產(chǎn)生二次沉淀的可能性。酸溶失率是指酸溶后巖樣失去的重量與 酸溶前巖樣重量的百分率（Rw）。 Rw = 2、浸泡觀察 W o -W W o 式中 Rw酸溶失率

31、（%）； WO酸溶前巖樣重量（g）； W酸溶后巖樣重量（g）。 分別用鹽酸、土酸、氯化鉀溶液和蒸餾水浸泡巖樣，觀察是否有 顆 粒膠結(jié)或骨架坍塌等現(xiàn)象。并可進行顯微照相或錄相，觀察浸泡 前后巖樣表面的顯微變化。 March 5, 2009 31 第二節(jié) 儲層敏感性評價 二、巖心流動實驗與儲層敏感性評價 (一）速敏性評價 Bill Yu ¾ 速敏性評價試驗的目的在于了解儲層滲透率變化與儲層中流體流動速度 的關(guān)系。如果儲層具有速敏性，則需要找出其開始發(fā)生速敏時的臨界流 速，并評價速敏性的程度。 ¾ 與速敏性有關(guān)的實驗參數(shù)主要為臨界流速、滲透率傷害率及速敏指數(shù)。 1、滲透率傷害率

32、D K = K L - K LA K L March 5, 2009 式中 DK滲透率傷害率； KL傷害前巖樣液體滲透率； KLA傷害后巖樣滲透率的最小值。 32 第二節(jié) 儲層敏感性評價 Bill Yu 評價指標 滲透率 傷害率DK 速敏指 數(shù)IvV 表8-10 速敏性流動試驗評價指標 0.05 0.05 0.300.50 0.500.70 0.70 0.05 敏感程度 無速敏 0.30 0.05 0.10 弱速敏 0.100.25 0.20.70 0.70 中等偏弱速 中等偏強速 敏 敏 強速敏 March 5, 2009 33 第二節(jié) 儲層敏感性評價 Bill Yu 2、速敏強度 

33、0; 當某些巖樣的臨界流速相近時，由速敏性產(chǎn)生的滲透率傷害率越大， 則速敏性越強。但實際情況往往復雜得多，有些巖樣雖然滲透率差值 較小，但臨界流速可能也小，前者反映速敏性較弱，而后者反映速敏 性較強。 ¾ 為此，需綜合這二個參數(shù)進行綜合評價，即用速敏指數(shù)（Iv）來表述 速敏性的強弱，其與巖樣的臨界流速成反比，與由速敏性產(chǎn)生的滲透 率傷害成正比，即： Iv = DK v c 式中 March 5, 2009 Iv 速敏指數(shù)； DK滲透率傷害率； Vc臨界流速。 34 第二節(jié) 儲層敏感性評價 (二）水敏性評價 Bill Yu ¾ 儲層中的粘土礦物在接觸低鹽度流體時可能產(chǎn)生水化膨

34、脹，從而降低 儲層的滲透率。水敏性流動實驗的目的正是為了了解這一膨脹、分 散、運移的過程以及儲層滲透率下降的程度。 ¾ 水敏性評價實驗的作法是，先用地層水（或模擬地層水）流過巖心， 然后用礦化度為地層水一半的鹽水（即次地層水）流過巖心，最后用 去離子水（蒸餾水）流過巖心，其注入速度應低于臨界流速，并分別 測定這三種不同鹽度（初始鹽度、鹽度減半、鹽度為零）的水對巖心 滲透率的定量影響，并由此分析巖心的水敏程度（圖8-5）。其結(jié)果 還可以為鹽敏性評價實驗選定鹽度范圍提供參考依據(jù)。 ¾ 在驅(qū)替過程中采用的速度要隨著液體礦化度的降低而降低，否則由于 微粒運移而形成的"橋堵

35、"，會給分析儲層損害的原因帶來困難。 March 5, 2009 35 第二節(jié) 儲層敏感性評價 可采用水敏指數(shù)評價巖樣的水敏性，水敏指數(shù)定義如下： * I w = K L - Kw K L Bill Yu 式中 Iw水敏指數(shù)； KL巖樣沒有發(fā)生水化膨脹等物理化學作用的液體滲透率，通 常用克氏滲透率或標準鹽水測得的滲透率值； * K w去離子水（或蒸鎦水）滲透率。 水敏性強度與水敏指數(shù)成正比，水敏程度越強，儲層的可能損害越大 （表8-11）。 表8-11 水敏性流動試驗評價指標 水敏指數(shù) Iw 0.05 0.05 0.30 0.300.50 0.500.70 0.70 0.9 0 0.

36、90 敏感程度 無水敏 弱水敏 中等偏弱水敏 中等偏強水敏 強水敏 極強水敏 March 5, 2009 36 第二節(jié) 儲層敏感性評價 (三）鹽敏性評價 Bill Yu ¾通過鹽敏性評價實驗可以觀察儲層對所接觸流體鹽度變化的敏感程度。 ¾ 該試驗通常在水敏試驗的基礎上進行，即根據(jù)水敏試驗的結(jié)果，選擇對 滲透率影響最大的礦化度范圍，在此范圍內(nèi)，配制不同礦化度的鹽水，由高 礦化度到低礦化度依順序?qū)⑵渥⑷霂r心（按照鹽度減半的規(guī)劃降低鹽度）， 并依次測定不同礦化度鹽水通過巖樣時的滲透率值（圖8-6）。當流體鹽度 遞減至某一值時，巖樣的滲透率下降幅度較大，這一鹽度就是臨界鹽度。這 一

37、參數(shù)對注水開發(fā)中注入水的選擇和調(diào)整有較大的意義。 ¾鹽敏性是地層耐受低鹽度流體的能力量度，而臨界鹽度（Sc）即為表征鹽 敏性強度的參數(shù)，單位為mg/L。 ¾鹽敏性與流體中所含離子的種類有關(guān)，對于同一地層來說，對單鹽（如 Nacl）的臨界鹽度通常高于復合鹽（如標準鹽水）的臨界鹽度（表8-12）。 March 5, 2009 37 第二節(jié) 儲層敏感性評價 Bill Yu 表8-12 鹽敏性流動試驗評價指標 5000 10000 臨界 鹽度Sc mg/L Nacl 鹽水 標準 鹽水 5000 1000 10002500 10000 20000 2500 5000 中等偏 弱鹽敏

38、20000 40000 5000 10000 中等偏 強鹽敏 40000 100000 10000 30000 100000 30000 敏感 程度 無鹽敏 弱鹽敏 強鹽敏 極強鹽敏 March 5, 2009 38 第二節(jié) 儲層敏感性評價 (四）酸敏性評價 Bill Yu ¾ 酸敏評價實驗的目的在于了解準備用于酸化的酸液是否會對地層產(chǎn)生傷害及傷害 的程度，以便優(yōu)選酸液配方，尋求更為有效的酸化處理方法。 ¾ 流動酸敏評價（表8-13）以注酸前巖樣的地層水滲透率為基礎，然后反向注 0.51VP（孔隙體積倍數(shù)）的酸（注酸量不能太大，否則反映的是酸化效果，而 不是酸敏效果，酸化效

39、果評價時注入酸液量為5VP以上）。然后，再進行地層水 驅(qū)替，通過注酸前后巖樣的地層水滲透率的變化來判斷酸敏性影響的程度。 ¾ 選擇長度等于或大于5cm，直徑2.5cm的巖樣，注入一倍孔隙體積15%HCl或0.5倍 孔隙體積15%HCl+0.5倍孔隙體積的12%KCl+3%HF，反應時間為12小時，定義酸 敏指數(shù)為： I a = K w - Kwa K w 式中 Ia酸敏指數(shù)； Kw地層水滲透率； Kwa酸化后地層水滲透率。 表8-13 酸敏性流動試驗評價指標 0.05 0.050.30 無酸敏 弱酸敏 39 0.300.70 中等酸敏 酸敏指數(shù)Ia 敏感程度 March 5, 200

40、9 0.70 強酸敏 第二節(jié) 儲層敏感性評價 (五）堿敏性評價 Bill Yu ¾堿敏性評價實驗開展較晚，其評價方法還在摸索之中。目前比較常 用的方法有堿水膨脹率測定、化學堿敏實驗和流動堿敏實驗。 ¾堿水膨脹率測定是評價已知堿配方使地層巖石產(chǎn)生水化膨脹的程度 ，其操作方法及評價指標與水敏性評價類似?；瘜W堿敏實驗與化學法 酸敏性實驗基本相同。 ¾堿敏性流動實驗的作法是，以一定濃度（通常大于1%）的NaCI鹽水 作為標準鹽水，依次測定堿度遞增的堿水（NaCI/NaOH）的滲透率， 最后為一定濃度（通常大于l%）的NaOH溶液。一個系列通常由五個以 上的堿水組成。 Ma

41、rch 5, 2009 40 第二節(jié) 儲層敏感性評價 (六）正反向流動實驗 Bill Yu ¾ 正反向流動實驗是指在用流體作正向流動后，在不中斷流動的狀態(tài)下， 按著以同樣的流體、同樣的流速作反向流動，以觀察巖樣中的微粒運移 及其產(chǎn)生的滲透率的變化情況。 ¾ 在正向流動的情況下，由于流體的流動速度超過了臨界流速，造成了較 多的微粒在喉道外"橋堵"，引起流體滲透率的大幅度下降，當反向流動 時，這些堵塞在喉道的微粒會被沖開，解除了"橋堵"，使流體滲透率上 升（圖8-7），但是若有較多的可移動微粒的存在，往往過了一段時間 后，它們又在其它喉道

42、處形成"橋堵"，導致滲透率再次下降。 正反向流動過程是檢驗與核實 微粒運移程度的實驗，但它又受巖 樣本身正反兩個方向滲透率差異的 影響。故應采用換向時滲透率的波 動值與最終滲透率值的比較來評價 微粒運移程度。 圖8-7 正反向流動實驗曲線 March 5, 2009 41 第二節(jié) 儲層敏感性評價 可采用運移敏感指數(shù)評價一定流速下微粒的活動性： Im = Kmax - Kmin K Bill Yu 反 式中 Im運移敏感指數(shù)； Kmax換向后滲透率的最大值； Kmin換向后滲透率的最小值； K反反向流動后的最終平衡滲透率。 表8-14 正反向流動實驗儲層敏感性評價指標 0.0

43、5 無微 粒運移 0.050.25 有微粒運移 0.250.50 中等程度 微粒運移 運移敏 感指數(shù)Im 敏感程度 0.50 嚴重的 微粒運移 March 5, 2009 42 第二節(jié) 儲層敏感性評價 (七）體積流量評價 Bill Yu 體積流量試驗的目的是了解儲層滲透率的變化與流過儲層液量之間的關(guān) 系。試驗是在低于臨界流速下，用大量液體流過巖樣，考察巖樣膠結(jié)物 穩(wěn)定性。注入水的體積流量試驗可以通過不同注入孔隙體積倍數(shù)的情況 巖樣滲透率的變化來評價注入水注入量的敏感性（圖8-8）。 March 5, 2009 圖8-8 體積流量評價實驗曲線圖 43 第二節(jié) 儲層敏感性評價 Bill Yu 采用

44、體積敏感指數(shù)來評價體積流量對巖樣的損害程度（表8-15）。體積 感指數(shù)定義如下： l q = K l - Klq K l 式中 lq體積敏感指數(shù)； Kl用標準鹽水或地層水測定的滲透率； Klp用工作液測定的滲透率。 表8-15 體積流量實驗儲層敏感性評價指標 體積敏感 指數(shù)lq 敏感程度 0.30 0.300.50 0.500.70 弱敏感 中等偏弱敏感 中等偏強敏感 0.70 強敏感 March 5, 2009 44 第二節(jié) 儲層敏感性評價 (八）應力敏感評價 ¾ 巖石應力敏感性研究的目的有如下幾點： Bill Yu z 準確地評價儲層，通過模擬圍壓條件測定孔隙度可以將常規(guī)孔隙度值

45、轉(zhuǎn) 換成原地條件下的值。有助于儲量評價； z 求出巖心在原地條件下的滲透率，便于建立巖心滲透率Kc與測試滲透率 Ke的關(guān)系，對認識Ke和地層電阻率也有幫助； z 為確定合理的生產(chǎn)壓差服務。 ¾ 應力敏感性評價實驗可用氣體、中性煤油或標準鹽水（質(zhì)量分數(shù)為8%）作 為實驗流體，用氣體做實驗流體時的實驗步驟為： z 最高實驗圍壓按二分之一上覆巖壓選取，以下分48個壓力點。 z 保持進口壓力值不變，緩慢增加圍壓，每個壓力點持續(xù)30min后側(cè)定巖 樣氣體滲透率。 z 保持進口壓力值不變，緩慢減小圍壓，每一壓力點持續(xù)1小時后測定巖 樣氣體滲透率。 z 所有壓力點測完后關(guān)閉氣源，停止實驗。 Mar

46、ch 5, 2009 45 第二節(jié) 儲層敏感性評價 應力敏感的損害率Dk2按式（7-15）計算： ' D k 2 = K l - K min K l ×100% Bill Yu 式中： D 2k 應力不斷增加至最高點的過程中產(chǎn)生的滲透率損害最大值； Kl 第一個應力點對應的巖樣滲透率， 10 -3 mm ； Kmin ' 達到臨界應力后巖樣滲透率的最小值，10 mm 2 -3 2 ； 按式7-9計算應力敏感性引起的不可逆滲透率損害率Dk3： ' D k 3 = K l - K r K ' l ×100% March 5, 2009 46 第二

47、節(jié) 儲層敏感性評價 Bill Yu 表8-16 應力敏感性評價指標（引自萬仁溥，2000） 滲透率損害率% * D k 5 * 5 < D k 30 * 30 < D k 50 * 50 < D k 70 * 70 < D k 90 Dk * > 90 （可逆）損害程度 無 弱 中等偏弱 中等偏強 強 極強 * 注：D k表示D 2k或 Dk 3 March 5, 2009 47 第三節(jié) 開發(fā)過程中儲層性質(zhì)的動態(tài)變化 表8-17 注水開發(fā)對儲層的影響 影響因素 Bill Yu 礦物組成 儲層孔隙度 儲層滲透率 潤濕性 含油性 變化情況 巖石粒度中值提高 部分碳酸鹽

48、礦物損失 喉道半徑增大，孔隙度增加 孔隙充填物被溶解，滲透率增加 水敏性礦物含量高的地層，滲透率降低 親水性增加 含油性降低 March 5, 2009 48 第三節(jié) 開發(fā)過程中儲層性質(zhì)的動態(tài)變化 一、開發(fā)過程中儲層性質(zhì)的動態(tài)變化狀況 (一）儲層巖性參數(shù)的變化 Bill Yu 以勝利油區(qū)館上段油藏為例，油層為河流相正韻律高滲透 率、高孔隙度、高飽和度的疏松砂巖，巖性以粉細砂巖、粉砂 巖、細砂巖為主。利用孤島油田三個不同時期幾十口取芯井的粒 度分析資料，在三個不同開發(fā)時期，泥質(zhì)含量與粒度中值之間均 具有良好的負相關(guān)性；但是，隨著注水開發(fā)程度的加深，泥質(zhì)含 量有所降低，粒度中值相對增大（表8-18

49、）。 ¾ 泥質(zhì)含量的變化是由于儲層中粘土礦物在注水過程中的變化 造成的。 March 5, 2009 49 第三節(jié) 開發(fā)過程中儲層性質(zhì)的動態(tài)變化 表8-18 孤島油田不同開發(fā)時期的館陶組儲層巖性參數(shù)變化 低含水開發(fā)期 泥質(zhì) 含量 % 1020 812 粒度 中值 mm 0.1 0.14 0.13 0.16 中、高含水開發(fā)期 泥質(zhì) 粒度 Bill Yu 特高含水開發(fā)期 泥質(zhì) 粒度 開發(fā)時 期巖性 粉砂巖、 粉細砂巖 細砂巖、 中細砂巖 含量 % 中值 mm 含量 % 中值 mm 812 58 0.11 0.15 0.14 0.21 5 5 0.14 0.18 0.16 0.25 表8-

50、19是勝坨油田二區(qū)試驗室分析的粘土礦物變化統(tǒng)計表。隨著含水 階段的提高，高嶺石相對含量減少，伊利石含量相對增加。高嶺石在長 時期受注入水浸泡的情況下，晶體格架遭破壞，從而形成細小的微粒， 這些微粒容易隨采出液帶出油層。而綠泥石、伊利石一般呈膜狀附貼于 顆粒表面或環(huán)繞顆粒，其結(jié)晶格架較緊密，不易遭到破壞，故隨著開發(fā) 程度的加深這些粘土礦物的相對含量增高。 March 5, 2009 50 第三節(jié) 開發(fā)過程中儲層性質(zhì)的動態(tài)變化 表8-19 勝坨油田二區(qū)粘土礦物成分及含量變化統(tǒng)計表 層位 粘土礦物組分相對含量，% 蒙皂石 伊利石 高嶺石 綠泥石 （6） （5.8） （0.4） （5.5） Bill Yu 12 12 12 83 83 83 83 83 83 83 March 5, 2009 含水 階