第十七章 储层敏感性研究与

储层敏感性研究与应用汇报提纲•储层敏感性研究的主要类型•敏感性快速预测评价程序储层的敏感性主要有以下几种类型（1）外来流体的盐度降低引起油气储层中粘土矿物的水化、膨胀，因而缩小了储层的孔隙喉道，这就是储层的水敏性。（2）微粒运移堵塞油气储层的孔隙喉道，即储层的速敏性。（3）由于与储层流体不配伍的流体侵入储层、溶液温度变化、溶液压力变化、溶液蒸发（气井）等原因，使储层原有的沉淀-溶解平衡被破坏，因而生成沥青、石蜡或无机沉淀，这就是储层的结垢问题。结垢严重时，可造成储层孔隙或裂缝、射孔孔眼、井筒或采油设备堵塞，损害油气产能。（4）外来流体进入储层，并与储层矿物发生化学反应，如碱水驱中的碱溶或酸化作业中的酸溶，由于反应产物的沉淀以及胶结物被溶解产生的碎屑微粒堵塞孔喉，因而导致储层渗透能力的下降。（5）外来流体的侵入造成水饱和度增加，引起水堵，或者使油气储层润湿性改变，降低油气的相渗透率，或形成高粘度的乳化液，堵塞油气储层的流动通道。汇报提纲•储层敏感性研究的主要类型•敏感性快速预测评价程序快速预测评价程序井场取心岩样处理岩石学分析X-射线衍射扫描电镜分析红外光谱分析水敏性分析膨胀率阳离子交换量盐敏性分析絮凝曲线酸敏性分析酸敏动力学化学酸敏酸敏热力学成垢趋势预测碱敏性分析碱敏动力学化学碱敏碱敏热力学敏感性评价结果储层敏感性预测研究程序潜在的敏感性预测•通过岩石学分析结果，即可判断储层中含有哪些敏感性矿物，从而预测潜在的敏感性。储层中最典型的水敏性矿物为蒙皂石，或含蒙皂石的混层矿物；酸敏性矿物主要有绿泥石、方解石、蒙脱石、石膏以及所有含铁矿物；碱敏性矿物主要是易产生碱耗的白云石、高岭石、伊利石等；潜在的速敏性的判断比较复杂，通常需要根据扫描电镜确定地层微粒的矿物组成，并结合X-射线衍射和红外光谱分析的结果评价速敏性。•岩石物性对敏感性也有一定影响，当物性差时，将可能强化敏感性。主要的物牲参数为渗透率和孔隙度.自生矿物的敏感性速敏性快速评价一、定义微粒运移堵塞油气储层的孔隙喉道，即储层的速敏性。二、速敏性评价程序速敏性评价实验的目的在于了解储层渗透率的变化与储层中流体流动速度的关系，如储层有速敏性则要找出其开始发生速敏的临界流速（υc），并评价速敏性的程度。速敏性评价实验应按照0.10，0.25，0.50，0.75，1.00，1.50，2.00，3.00，4.00，5.00，6.00ml/min的流量等级，依次测定渗透率。对于气体渗透率大于0.500μm2的岩样，可以从0.25ml/min开始测定。当测出临界流速后，流量等级间隔可以加大。若一直未测出临界流速，应作到最大排量6.00ml/min为止。速敏性快速评价三、速敏性评价指标速敏性的强弱可由速敏性产生的渗透率伤害率（DK）来评价，即：损害程度的评价指标如下：无≤0.05弱0.06～0.30中等偏弱0.31～0.50中等偏强0.51～0.70强0.70maxminmaxKKKDK水敏性快速评价一.定义水敏性是指与储层不配伍的外来流体进入储层后，引起粘土膨胀、分散、运移，从而导致渗透率下降的现象。二、水敏性评价技术水敏性评价包括岩心驱替和非岩心驱替（膨胀率测定、阳离子交换量测定）两类实验。1．非岩心驱替法评价水敏性测定岩石的膨胀率，可以定性判断储层中是否含有膨胀性粘土，预测储层岩石与外来流体接触后的水敏性程度。阳离子交换能力是矿物的一种特性。有水存在时，晶层表面的补偿阳离子容易被溶液中存在的其他阳离子交换，不同的矿物其阳离子交换量也不相同。结合膨胀率测定结果，可以定性地预测岩石水敏性的可能程度。2．驱替法评价水敏性水敏性评价实验的目的是了解这一膨胀、分散、运移的过程，以及最终使储层渗透率下降的程度。水敏性快速评价三、水敏性评价指标非驱替法评价水敏性的指标见表17-3，其中的参数T仅作参考。表17-3水敏性分析的指标注：H为膨胀率，CEC为阳离子交换量，T为水敏性粘土总量。驱替法评价水敏性采用水敏指数（IW），其定义如下：式中，KL通常为等效液体渗透率、标准盐水渗透率或地层水渗透率，单位10-3μm2。参照美国Marathon石油公司对水敏性强度的分级标准，将水敏性强度与水敏指数的对应关系定义如下：无水敏IW≤0.05弱水敏0.05IW≤0.30中等偏弱水敏0.30IW≤0.50中等偏强水敏0.50IW0.70强水敏0.70≤IW0.90极强水敏IW≥0.90水敏性程度T（%）H（%）CEC（m.e./100g）弱0～100～30～1.4中等10～203～101.4～4强大于20大于10大于4LWLWKKKI*水敏性快速评价四、防膨剂研究防膨剂是一类在水中少量加入即可明显抑制或解除粘土矿物水敏性的化学剂，其主要化学分类为；无机盐、无机聚合物、有机聚合物等。目前，在国内外应用最广、使用效果较好的主要是有机阳离子聚合物中的聚季胺盐。现场进行防膨处理之前，应首先进行室内的筛选实验，其研究程序为：（1）采用化学研究方法筛选出最佳的防膨剂；（2）优选防膨剂最佳浓度；（3）选择合适的添加剂；（4）采用上述实验所得的防膨剂最佳配方进行动吸附研究，考察防膨处理的最佳关井时间；（5）通过岩心驱替实验评价防膨效果；（6）应用计算机数值模拟技术，计算现场使用防膨剂的最佳注入量（段塞尺寸）；（7）现场实际应用。盐敏性快速评价盐敏性是地层耐受低盐度流体能力的量度。一、盐敏性机理当不同盐度的流体流经含粘土的储层时，当盐度减小至某一临界值时，随着盐度的继续下降，由于粘土矿物的水化、膨胀而导致渗透率将会大幅度减小，此临界点称为临界盐度（Sc或Fc）。盐敏性评价方法有絮凝法和岩心驱替法两种。二、絮凝法盐敏性实验程序1．已洗油洗盐的岩样（或其他固体试样），经研磨后过180目筛，于80℃下烘干；2．按0.3g/100ml的固液比配制试液，摇匀后放置水化24小时；3．将试液充分摇动后，以蒸馏水作参比液，在500nm波长下连续测定60min内的透光率值；4．用积分法或称重法求絮凝值I（%）5．绘制絮凝曲线。60/])([600dttTI盐敏性快速评价三、盐敏性评价指标•为了便于各油田及同一油田中井层之间进行比较，通常在实验中采用一种高盐度、无结垢倾向的盐水作为标准盐水，其配方为：NaCl∶CaCl2∶MgCl2·6H2O=7∶0.6∶0.4（重量比）•盐敏性的程度采用临界絮凝浓度（Fc）或临界盐度（Sc）及水敏指数来评价，通常使用标准盐水（复盐）进行实验，评价指标为：无盐敏IW≤0.05弱盐敏Fc≤1000中等偏弱盐敏1000Fc2500中等盐敏2500≤Fc≤5000中等偏强盐敏5000Fc10000强盐敏10000≤Fc30000极强盐敏Fc≥30000•使用NaCl盐水（单盐）进行实验时，评价盐敏性的指标（临界盐度）应适当增大。酸敏性快速评价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，或释放出微粒，致使储层渗透率下降的现象。一、酸敏性机理•在酸化提高产量时，碳酸盐岩以盐酸酸化为主，碎屑岩以土酸酸化为主。•碳酸盐岩地层盐酸酸化时，主要的酸敏性离子为Al3+、Fe3+，且主要以氢氧化物的形式沉淀，其酸敏性与pH值的变化密切相关。由于碳酸盐岩与盐酸反应过程的pH值上升很快，故酸敏性将可能对渗透率产生相当的影响。•砂岩与盐酸的反应能力一般比碳酸盐岩低得多，但反应产物却比碳酸盐岩与盐酸的反应复杂得多。主要为硅酸盐和硅铝酸盐。当残酸pH值上升后，还将生成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀。由于溶解过程使某些离子浓度提高，还将导致某些无机垢的生成。•土酸不仅能象盐酸一样快速地与碳酸盐岩反应，而且能溶解砂岩中的石英、长石等盐酸不溶或难溶的矿物，尤其是其对粘土矿物的溶解能力是任何其他酸很难相比的。由于土酸是由盐酸和氢氟酸组成的，酸—岩反应产物除多种阳离子外，还有H2SiF6和H3AlF6。一次沉淀物为CaF2和MgF2，二次沉淀物为氟硅酸盐（K2SiF6等）、氟铝酸盐（Na3AlF6等）、简单氟化物（CaF2、BaF2等）及无机垢。酸敏性快速评价二、酸敏性评价程序酸敏性评价实验的目的是检验岩样与盐酸、氢氟酸等接触后的反应产物对储层渗透能力的影响。1．化学法酸敏性评价（1）选择酸化用酸的种类（2）选择最佳酸浓度选择盐酸酸化，找出酸化效果最好（溶失率高）且用酸量较少的盐酸浓度。选择土酸酸化，须测定一系列不同浓度土酸的溶失率。（3）酸敏动力学与酸敏热力学研究2．驱替法酸敏性评价驱替法酸敏性评价实验采用确定的酸配方进行，比较岩样在酸处理前后渗透率的变化情况，测定驱替过程中pH值及流出液中酸敏性离子浓度的变化，判断岩样酸处理后的损害程度等。酸敏性快速评价三、酸敏性评价指标1．化学法酸敏性评价通过测定1.5克岩样在10毫升15%HCl中的溶解度（RW）来选择酸化用酸：RW≥20%普通盐酸酸化（15%HCl）RW20%土酸酸化或浓盐酸（20～37%HCl）酸化通常选择溶失率大于20%，小于30%时的土酸浓度作为土酸酸化的最佳浓度。2．驱替法酸敏性评价选择长度等于或大于5cm，直径2.5cm的岩样，注入1VP15%HCl或先用2VP15%HCl预处理，然后注0.5～1VP12%HCl+3%HF，反应时间为1～2小时，定义酸敏指数（Ia）如下：式中Ki—酸化前用标准盐水（或地层水）测定的岩样渗透率Ks（或Kf）；Kia—酸化后用标准盐水（或地层水）测定的岩样渗透率Ksa（或Kfa）。酸敏指数与酸敏性的关系如下：无酸敏Ia≤0.05弱酸0.05Ia0.30中等酸敏0.30≤Ia≤0.70强酸敏Ia0.70iiaiaKKKI水垢研究油田水结垢是现场作业中普遍存在的一大难题，其结果是产生地层损害、阻流、设备磨损和垢蚀等，将严重影响生产，造成产量下降。据报导，国内外由于油田水结垢而使原油产量损失和各种除垢作业造成的经济损失相当大。在美国有许多井是由于地层和井筒结垢而减产，甚至过早地报废。国内许多油由（如长庆、胜利、克拉玛依等）也都已出现了较为严重的结垢问题。国内外的经验表明，根据具体情况对油田水结垢的可能性及结垢程度进行预测评价，进而采取相应的防治措施，可以减轻或消除由于结垢而造成的地层损害。水垢研究一、储层结垢的机理由于油田水与储层矿物长期处于沉淀-溶解的平衡状态，水中含有一定量的阴阳离子。在一定的理化条件下，当水中低溶解度的盐类达到过饱和状态时，这些离子就会形成某些难溶的盐类而沉淀下来沉淀物可在水中呈悬浮状态或在地层岩石的表面附着而形成水垢。在油田的生产过程中，当温度、压力、水的含盐度、油水气三相之间的平衡关系以及动力学条件等发生变化时，盐水的pH值、离子组成、溶解气含量等均会发生相应的变化，从而改变某些难溶盐在水中的溶解度，使水中易成垢的盐过饱和，此时就会发生结垢。当两种不相容的水（如地层水和注入水）混合后使其中的某些盐过饱和时，也可产生结垢。1．储层中常见的水垢油田生产中最常见的水垢为碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡和硫酸锶垢。2．水垢的预防油田生产中主要使用化学防垢剂来抑制水垢的形成。3．水垢的清除可用机械方法和化学处理剂来清除水垢。水垢研究二、油田水结垢预测评价和预测油田水结垢的方法一般有两种，即室内实验方法和数值模拟技术。1.室内实验主要用来评价两种不相容水混合后的结垢情况，有静态和动态两类实验方法。2.数值模拟技术目前，通过建立完善的结垢预测化学模型，采用数值模拟技术预测油田水结垢趋势的方法已比较广泛地应用于油田。有些“结垢预测软件”不仅理论基础可靠，而且以大量的室内实验和现场试验为依据，能处理油田生产中各种类型的结垢问题。采用数值模拟技术可在短时间内建立起各种条件的实验模型，给出结垢趋势和结垢量。碱敏性研究一、碱敏性机理•碱性工作液通常为pH值大于7的钻井液或完井液，以及化学驱中使用的碱性水,这些流体进入储层后，与储层岩石或储层流体接触，并使储层渗流能力下降。碱性工作液与地层岩石反应比酸反应程度弱得多。但由于碱性工作液与地层接触时间长，对储层渗流能力的影响仍是相当可观的。•