第81储层敏感性分析.ppt

第八章第八章 储层敏感性分析储层敏感性分析 油气储层中普通存在着粘土和碳酸盐等矿物。在油油气储层中普通存在着粘土和碳酸盐等矿物。在油气田勘探开发过程中的各个施工环节气田勘探开发过程中的各个施工环节钻井、固井、钻井、固井、完井、射孔、修井、注水、酸化、压裂直到三次采油，完井、射孔、修井、注水、酸化、压裂直到三次采油，储层都会与外来流体以及它所携带的固体微粒接触。如储层都会与外来流体以及它所携带的固体微粒接触。如果外来流体与储层矿物或流体不匹配，会发生各种物理、果外来流体与储层矿物或流体不匹配，会发生各种物理、化学作用，导致储层渗流能力下降，影响油气藏的评价，化学作用，导致储层渗流能力下降，影响油气藏的评价，降低增产措施的效果，减小油气的最终采收率。降低增产措施的效果，减小油气的最终采收率。储层敏感性概念：储层敏感性概念：油气储层与外来流体发生各种物理油气储层与外来流体发生各种物理或化学作用而使储层孔隙结构和渗透性发生变化的性或化学作用而使储层孔隙结构和渗透性发生变化的性质，即称为储层的敏感性。质，即称为储层的敏感性。储层的敏感性是由储层岩石中含有的敏感性矿物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（大幅下降的一类矿物，它们一般粒径很小（20m20m），比表面积很大。），比表面积很大。常见的敏感性矿物可分为酸敏性矿物、碱敏性矿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，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。与之相对应的是储层的五敏性。第一节第一节 储层敏感性机理储层敏感性机理一、储层的酸敏性一、储层的酸敏性 油层酸化处理是油田开采过程中的主要增油层酸化处理是油田开采过程中的主要增产措施之一。酸化的主要目的是通过溶解产措施之一。酸化的主要目的是通过溶解岩石中的某些物质以增加油井周围的渗透岩石中的某些物质以增加油井周围的渗透率。但在岩石矿物质溶解的同时，可能产率。但在岩石矿物质溶解的同时，可能产生大量的沉淀物质，如果酸处理时的溶解生大量的沉淀物质，如果酸处理时的溶解量大于沉淀量，就会导致储层渗透率的增量大于沉淀量，就会导致储层渗透率的增加，达到油井增产的效果，反之，则得到加，达到油井增产的效果，反之，则得到相反的结果，造成储层伤害。相反的结果，造成储层伤害。概念：酸敏性是指酸液进入储层后与储层中概念：酸敏性是指酸液进入储层后与储层中的酸敏性矿物发生反应，产生凝胶、沉淀，的酸敏性矿物发生反应，产生凝胶、沉淀，或释放出微粒，致使储层渗透率下降的性质。或释放出微粒，致使储层渗透率下降的性质。酸敏性导致地层伤害的形式主要有两种：一酸敏性导致地层伤害的形式主要有两种：一是产生化学沉淀或凝胶；二是破坏岩石原有是产生化学沉淀或凝胶；二是破坏岩石原有结构，产生或加剧速敏性。结构，产生或加剧速敏性。酸敏矿物是指储层中与酸液发生反应产生化酸敏矿物是指储层中与酸液发生反应产生化学沉淀或酸化后释放出微粒引起渗透率下降学沉淀或酸化后释放出微粒引起渗透率下降的矿物。的矿物。一般在酸化处理中，多用盐酸处理碳酸盐岩油层一般在酸化处理中，多用盐酸处理碳酸盐岩油层和含碳酸盐胶结物较多的砂岩油层，用土酸（盐和含碳酸盐胶结物较多的砂岩油层，用土酸（盐酸和氢氟酸的混合物）处理砂岩油层（适用于碳酸和氢氟酸的混合物）处理砂岩油层（适用于碳酸盐含量较低、泥质含量较高的砂岩油层）。酸盐含量较低、泥质含量较高的砂岩油层）。对于盐酸来说，酸敏性矿物主要为含铁高的一类对于盐酸来说，酸敏性矿物主要为含铁高的一类矿物包括绿泥石、绿泥石矿物包括绿泥石、绿泥石蒙皂石混层矿物、海蒙皂石混层矿物、海绿石、水化黑云母、铁方解石、铁白云石、赤铁绿石、水化黑云母、铁方解石、铁白云石、赤铁矿、黄铁矿、菱铁矿等。矿、黄铁矿、菱铁矿等。对于氢氟酸来说，酸敏性矿物主要为含钙高的矿对于氢氟酸来说，酸敏性矿物主要为含钙高的矿物，如方解石、白云石、钙长石、沸石类（浊沸物，如方解石、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），石、钙沸石、斜钙沸石、片沸石、辉沸石等），它们与氢氟酸反应后会生成它们与氢氟酸反应后会生成CaFCaF2 2沉淀和沉淀和SiOSiO2 2凝胶体，凝胶体，从而堵塞喉道。从而堵塞喉道。二、储层的碱敏性二、储层的碱敏性 概念：是指具有碱性（概念：是指具有碱性（pH值大于值大于7）的油）的油田工作液进入储层后，与储层岩石或储层田工作液进入储层后，与储层岩石或储层流体接触而发生反应产生沉淀，并使储层流体接触而发生反应产生沉淀，并使储层渗流能力下降的现象。渗流能力下降的现象。碱性工作液通常为碱性工作液通常为pH值大于的钻井液或值大于的钻井液或完井液，以及化学驱中使用的碱性水。完井液，以及化学驱中使用的碱性水。碱敏性的机理：碱敏性的机理：（1 1）粘土矿物在碱性工作液中发生离子交换，成为）粘土矿物在碱性工作液中发生离子交换，成为较易水化的钠型粘土，使粘土矿物的水化膨胀加剧，较易水化的钠型粘土，使粘土矿物的水化膨胀加剧，导致水敏性。导致水敏性。MH+NaOH=MNa+HMH+NaOH=MNa+H2 2O O （2 2）碱性工作液还会与储层矿物发生一定程度的化）碱性工作液还会与储层矿物发生一定程度的化学反应，这些新生矿物沉积在储层中，导致其渗透率学反应，这些新生矿物沉积在储层中，导致其渗透率伤害。伤害。（3 3）由于碱性工作液与储层矿物或储层流体不配伍，）由于碱性工作液与储层矿物或储层流体不配伍，破坏了储层原有的离子平衡，产生碱垢，降低储层的破坏了储层原有的离子平衡，产生碱垢，降低储层的渗透率。渗透率。（4 4）高）高pHpH值环境使矿物表面双电层斥力增加，部分值环境使矿物表面双电层斥力增加，部分与岩石基质未胶结的或胶结不好的地层微粒，将随碱与岩石基质未胶结的或胶结不好的地层微粒，将随碱性工作液运移，并在喉道处性工作液运移，并在喉道处“架桥架桥”，堵塞孔喉。，堵塞孔喉。三、储层的盐敏性三、储层的盐敏性 概念：储层盐敏性是指储层在系列盐液中，由于概念：储层盐敏性是指储层在系列盐液中，由于粘土矿物的水化、膨胀而导致渗透率下降的现象。粘土矿物的水化、膨胀而导致渗透率下降的现象。临界盐度临界盐度当不同盐度的流体流经含粘土的储当不同盐度的流体流经含粘土的储层时，在开始阶段，随着盐度的下降，岩样渗透层时，在开始阶段，随着盐度的下降，岩样渗透率变化不大，但当盐度减小至某一临界值时，随率变化不大，但当盐度减小至某一临界值时，随着盐度的继续下降，渗透率将大幅度减小，此时着盐度的继续下降，渗透率将大幅度减小，此时的盐度称为临界盐度。的盐度称为临界盐度。粘土膨胀过程可分两个阶段：粘土膨胀过程可分两个阶段：第一阶段是由表面水合能引起的，即外表面水化膨胀，粘第一阶段是由表面水合能引起的，即外表面水化膨胀，粘土矿物颗粒周围形成水膜，水可由渗透效应吸附，并使粘土矿物颗粒周围形成水膜，水可由渗透效应吸附，并使粘土矿物发生膨胀。土矿物发生膨胀。但当溶液的盐度低至临界盐度时，膨胀使粘土片距离超过但当溶液的盐度低至临界盐度时，膨胀使粘土片距离超过一定值（相当于一定值（相当于4 4个单分子层水），表面水合能不再那么个单分子层水），表面水合能不再那么重要，而层间内表面水化膨胀（双电层排斥）成为粘土膨重要，而层间内表面水化膨胀（双电层排斥）成为粘土膨胀的主要作用，此时进入粘土膨胀的第二阶段。胀的主要作用，此时进入粘土膨胀的第二阶段。第二阶段又被称为渗透膨胀阶段，即内表面水化阶段，粘第二阶段又被称为渗透膨胀阶段，即内表面水化阶段，粘土体积的膨胀率远远大于水化膨胀阶段，其体积膨胀率有土体积的膨胀率远远大于水化膨胀阶段，其体积膨胀率有时可达时可达100100倍以上，使得储层的渗透率急剧下降。临界盐倍以上，使得储层的渗透率急剧下降。临界盐度正是这两个过程的交点。度正是这两个过程的交点。外表面水化膨胀是可逆的，即随着含盐度的增加渗透率基外表面水化膨胀是可逆的，即随着含盐度的增加渗透率基本上可以恢复，而当盐度低于临界盐度时的内表面水化膨本上可以恢复，而当盐度低于临界盐度时的内表面水化膨胀是不可逆的，虽然随着含盐度的增加渗透率也会有所上胀是不可逆的，虽然随着含盐度的增加渗透率也会有所上升，但恢复程度很低。升，但恢复程度很低。四、储层的水敏性四、储层的水敏性 概念：指当与地层不配伍的外来流体进入地层后，引概念：指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。率不同程度地下降的现象。储层水敏程度主要取决于储层内粘土矿物的类型及含储层水敏程度主要取决于储层内粘土矿物的类型及含量。量。常见粘土矿物中，蒙皂石的膨胀能力最强，其次是伊常见粘土矿物中，蒙皂石的膨胀能力最强，其次是伊利石利石/蒙皂石和绿泥石蒙皂石和绿泥石/蒙皂石混层矿物，而绿泥石膨蒙皂石混层矿物，而绿泥石膨胀力弱，伊利石很弱，高岭石则无膨胀性。胀力弱，伊利石很弱，高岭石则无膨胀性。储层水敏性与粘土矿物的类型、含量和流体矿化度有储层水敏性与粘土矿物的类型、含量和流体矿化度有关。储层中蒙皂石（尤其是钠蒙皂石）含量越多或水关。储层中蒙皂石（尤其是钠蒙皂石）含量越多或水溶液矿化度越低，则水敏强度越大。溶液矿化度越低，则水敏强度越大。五、储层的速敏性五、储层的速敏性 在储层内部，总是不同程度地存在着非常细小的在储层内部，总是不同程度地存在着非常细小的微粒，这些微粒或被牢固地胶结，或呈半固结甚微粒，这些微粒或被牢固地胶结，或呈半固结甚至松散状分布于孔壁和大颗粒之间。当外来流体至松散状分布于孔壁和大颗粒之间。当外来流体流经储层时，这些微粒可在孔隙中迁移，堵塞孔流经储层时，这些微粒可在孔隙中迁移，堵塞孔隙喉道，从而造成渗透率下降。隙喉道，从而造成渗透率下降。概念：储层因外来流体流动速度的变化引起储层概念：储层因外来流体流动速度的变化引起储层微粒迁移，堵塞喉道，造成渗透率下降的现象称微粒迁移，堵塞喉道，造成渗透率下降的现象称为储层的速敏性。为储层的速敏性。（一）速敏矿物与地层微粒（一）速敏矿物与地层微粒 速敏矿物是指在储层内，随流速增大而易于分散速敏矿物是指在储层内，随流速增大而易于分散迁移的矿物。迁移的矿物。高岭石、毛发状伊利石以及固结不紧的微晶石英、高岭石、毛发状伊利石以及固结不紧的微晶石英、长石等，均为速敏性矿物。长石等，均为速敏性矿物。地层内部可迁移的微粒包括三种类型：地层内部可迁移的微粒包括三种类型：（1）储层中的粘土矿物，包括速敏性粘土矿物）储层中的粘土矿物，包括速敏性粘土矿物（高岭石、毛发状伊利石等）和水敏性粘土矿物（高岭石、毛发状伊利石等）和水敏性粘土矿物（蒙皂石、伊利石（蒙皂石、伊利石/蒙皂石混层）等。蒙皂石混层）等。（2）胶结不坚固的碎屑微粒，如胶结不紧）胶结不坚固的碎屑微粒，如胶结不紧的微晶石英、长石等，常以微粒运移状堵的微晶石英、长石等，常以微粒运移状堵塞孔隙喉道；塞孔隙喉道；（3 3）油层酸化处理后被释放出来的碎屑微粒，如硫）油层酸化处理后被释放出来的碎屑微粒，如硫酸盐矿物（石膏、重晶石、天青石）、硫铁矿、岩盐酸盐矿物（石膏、重晶石、天青石）、硫铁矿、岩盐等，由于温度和压力的变化，引起溶解和再沉淀，或等，由于温度和压力的变化，引起溶解和再沉淀，或入侵滤液与地层流体发生有机结垢（石蜡、沥青）和入侵滤液与地层流体发生有机结垢（石蜡、沥青）和无机结垢（无机结垢（CaCOCaCO3 3、FeCOFeCO3 3、BaSOBaSO4 4、SrSOSrSO4 4）而堵塞孔）而堵塞孔隙喉道。隙喉道。微粒迁移后能否堵塞孔喉和形成桥塞，主要取决于微微粒迁移后能否堵塞孔喉和形成桥塞，主要取决于微粒大小、含量以及喉道