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储层的敏感性特征及开发过程中的变化
摘要：由于储层岩石和流体的性质，储层往往存在多种敏感性，即速敏、水敏、盐敏、酸敏、碱敏、应力敏感性和温度敏感性等七种敏感性。不同的敏感性产生的条件和产生的影响都有各自的特点。本文主要从三个部分研究分析了储层的敏感性特征。即：粘土矿物的敏感性；储层敏感性特征；储层敏感性在开发过程中的变化。通过这三个方面的研究，希望能给生产实际提供理论依据，进而指导合理的生产。
关键词：粘土矿物；储层；敏感性
1．粘土矿物的敏感性特征
随着对储层研究进一步加深，除了进行常规的空隙结构和空隙度、渗透率、饱和度等的研究外，还必须对储层岩心进行敏感性分析，以确定储层与入井工作液接触时，可能产生的潜在危险和对储层可能造成伤害的程度。
由于各种敏感性多来至于砂岩中粘土矿物，因此它们的矿物组成、含量、分布以及在空隙中的产出状态等将直接影响储层的各种敏感性。
1.1 粘土含量
在粒度分析中粒径小于5um者皆称为粘土，其含量即为粘土总含量。当粘土矿物含量在1%~5%时，则是较好的油气层，粘土矿物超过10%的一般为较差的油气层[1]。
1.2 粘土矿物类型
粘土矿物的类型较多，常见的有蒙皂石、高岭石、绿泥石、伊利石以及它们的混层粘土[2]。粘土矿物的类型和含量与物源、沉积环境和成岩作用阶段有关。不同类型的粘土矿物对流体的敏感性不同，因此要分别测定不同储集层出现的粘土矿物类型，以及各类粘土矿物的相对含量。目前多彩采用X射线衍射法分析粘土矿物。常见粘土矿物及其敏感性如表1所示。
1.3 粘土矿物的产状
粘土矿物的产状对储层内油气运动影响较大，其产状一般分为散状（充填式）、薄层状（衬底状）和搭桥状[1]。在三种粘土矿物类型中，以分散式储渗条件最好；薄层式次之；搭桥式由于孔喉变窄变小，其储渗条件最差。除此之外，还有高岭石叠片状，伊/蒙混层的絮凝状等，而且集中粘土矿物的产状类型也不是

单一出现的，有时是以某种类型为主，与其它几种类型共存。
表1 常见粘土矿物极其敏感性分析
敏感性矿物
潜在敏感性
敏感程度
产生条件
抑制方法
蒙脱石
水敏
速敏
酸敏
3
2
2
淡水系统
淡水系统、较高流速
酸化作业
高盐度流体、防膨剂酸处理
低流速
酸敏抑制剂
伊利石
速敏
微孔隙堵塞
酸敏
2
2
1
高流速
淡水系统
HF酸化
低流速
高盐度流体、防膨剂
酸敏抑制剂
高岭石
速敏
酸敏
3
2
高流速，高PH值
压裂酸化作业
微粒稳定剂、低流速
酸敏抑制剂
绿泥石
酸敏
水敏
速敏
2
2
1
淡水系统
高流速
酸化作业
高粘度流体、防膨剂
低流速
酸敏抑制剂
混层粘土
水敏
速敏
酸敏
2
2
1
淡水系统
高流速
酸化作业
高粘度流体、防膨剂
低流速
酸敏抑制剂
含铁矿物
酸敏
Fe(OH)3沉淀
2
1
高PH值
富氧系统
酸敏抑制剂
除氧剂、除垢剂
2．储层敏感性特征
常规储层的敏感性评价包括速敏、水敏、盐敏、酸敏这五种评价。随着技术的不断发展，增加了应力敏感和温度敏感，故目前储层敏感性评价共七种，其目的在于找出油气层发生敏感的条件和由敏感引起的油气层伤害程度，为各类工作液的设计、油气层伤害机理分析和制定系统的油气层保护技术方案提供科学的依据。
2.1 储层速敏性
储层因外来流体流动速度的变化引起地层微粒迁移，堵塞喉道，造成渗透率下降的现象称为储层的速敏性[3]。

速敏性研究的目的在于了解储层的临界流速及渗透率的变化与储层中流体流动速度的关系。
2.1.1 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、长石等，均为速敏性矿物。如高岭石，常呈书页状（假六方晶体的叠加堆积），晶体间结构力较弱，常分布于骨架颗粒间而与颗粒的粘结不坚固，因而容易脱落、分散，形成粘土微粒。
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（高岭石、毛发状伊利石等）和水敏性粘土矿物（蒙皂石、伊/蒙混层）等，水敏性矿物在水化膨胀后，受高速流体冲击即会发生分散迁。
（2）胶结不坚固的碎屑微粒，如胶结不紧的微晶石英、长石等，常以微粒运移状堵塞孔隙喉道；
（3）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、岩盐等，由于温度和压力变化，引起溶解和再沉淀，或入侵滤液与地层流体发生有机垢（石蜡、沥青）和无机结垢（CaCO3、FeCO3、BaSO4、SrSO4）而堵塞孔隙喉道。
2.1.2 外来流体速度对微粒迁移和孔喉堵塞的影响
当外来流体的流速过大或存在压力激烈波动时，与喉道直径较匹配的微粒开始移动。一方面这部分微粒可以在喉道处形成较稳定“桥堵”，另一方面由于此时流速较大，成“桥”过程中流体对微粒的击力也较低速时强。因此，导致岩石中的喉道在较短时间大量地被塞，造成多孔介质渗透能力骤然减小，此时的流速即为临界流速。临界流速所标志的并不是微粒运移的开始，而是稳定“桥堵”的形成。
流速增加将导致岩石渗透率的大幅度降低，其渗透率的伤害可达原始渗透率的20-50%，甚至超过50%。当流速超过一定值时，启动的微粒粒径过大，与喉道直径不匹配，难以形成新的“桥堵”，而随着流速的进一步增加，高速流体冲击着微粒和“桥堵”，一部分微粒可能被流体带出岩石，从而使渗透率回升。

2.1.3 流体性质对速敏性的影响
对速敏性有影响的流体性质主要为盐度、pH值以及流体中的分散剂，这些性质对水敏性粘土矿物的分散迁移影响较大。
低盐度的流体使水敏性粘土矿物水化、膨胀和分散，它们较低的流速下便会发生迁移，并可堵塞喉道，从而导致岩临界流速值减小；同时，由于水敏性粘土在低盐度流体中水化膨胀，在高速流体冲击下易于分散，这样，不仅释放更多更细小的粘土微粒，而且释放出由粘土矿物作为胶结的其它矿物颗粒，从而使地层微粒数量增加，使速敏性增强。
分散剂对速敏性的影响与高pH值流体相似。钻井液滤液是强的粘土分散剂之一，由此引起的粘土分散导致的渗透率害不容忽视。
2.1.4 储层物性对速敏性的影响
储层物性对速敏性也有一定的影响，尤其是喉道的大小、几形状对储集层的伤害尤为明显。
比如大孔粗喉型的砂岩储集层，喉道是孔隙的缩小部分、孔喉直径比值接近于1，一般不易造成喉道堵塞，但容易造成出砂。而对于喉道变细的砂岩储集层、孔隙喉道直径差别特别大，喉道多呈片状、弯片状或束状，易形成微粒堵塞喉道。
2.2 储层的水敏性
储层的水敏性是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，从而导致渗透率不同程度地下降的现象[4]。
储层水敏程度主要取决于储层内粘土矿物的类型及含量。大部分粘土矿物具有不同程度的膨胀性。在常见粘土矿物中，蒙皂石的膨胀能力最强，其次是伊/蒙和绿/蒙混层矿物，而绿泥石膨胀力弱，伊利石很弱，高岭石则无膨胀性。
储层水敏性与粘土矿物的类型和含量以及流体矿化度有关。储层中蒙皂石（尤其是钠蒙皂石）含量越多及水溶液矿化度愈低，则水敏强度愈大。
2.3 储层的盐敏性
碱敏性是指碱性工作液进入储层后，与储层岩石或储层液体接触，并使储层渗流能力下降的现象

[5]。
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，此临界点的盐度值称为临界盐度[6]。
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；
第二阶段被称为渗透膨胀阶段，即内表面水化阶段。
2.4 储层的酸敏性
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[7]。
酸敏性导致地层损害的形式主要有两种：一是产生化学沉淀或凝胶，二是破坏岩石原有结构，产生或加剧速敏性。
酸敏性矿物是指储层中与酸液发生化学沉淀或酸化后释放出微粒引起渗透率下降的矿物。一般地，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）。所以酸化过程中的酸液包括盐酸（HCl）和氢氟酸（HF）两类。
2.5 储层的碱敏性
碱敏性是指具有碱性（pH值大于7）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，并使储层渗流能力下降的现象[8]。
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，使其产生碱敏性的机理主要为：粘土矿物在碱性工作液中发生离子交换，成为较易水化的型粘土，使粘土矿物的水化膨胀加剧，导致水敏性。
碱性工作液还会与储层矿物发生一定程度的化学反应，与碱的反应活性从高到低依次为：高岭石、石膏、蒙皂土、伊利石、白云石和沸石，而长石，绿泥石和细石英砂的反应活性中等。碱与矿物反应的结果不仅导致阳离子交换，甚至有可能生成新的矿物。这些新生矿物沉积在储层中，导致起渗透率损害。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，降低储层的渗透率。

高pH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，将随碱性工作液运移，并在喉道处“架桥”，堵塞孔喉。
2.6 储层应力敏感性
在油田开发过程中，空隙压力的改变、油气渗流或开采工艺导致储层地应力发生改变，而应力场的改变反过来影响储层岩石的空隙度和渗透率，并影响油气在空隙或裂缝中的流动，导致储集层渗透率、孔隙度降低的现象为应力敏感性[8]。
在不同的储层中，渗透率的应力敏感程度差异较大，影响储层渗透率应力敏感性的主要因素如表2所示。
表2 压力敏感性及其作用效果
影响因素
作用效果
储层渗透率
初始渗透率越小，应力敏感性越强
储层岩石类型
岩石硬度越小，应力敏感性越强
胶结类型和程度
胶结程度越低，应力敏感性越强
流体饱和度
含流体饱和度越大，应力敏感性越强
泥质和杂质含量
泥质和杂质含量越大，应力敏感性越强
压力敏感性的影响因素包括储层原始渗透率；储层岩石的孔道类型；储层岩石颗粒的分选性和磨圆度；储层岩石泥质含量；储层含水饱和度（特指气层）；碎屑颗粒成分的相对含量。
2.7 储层温度敏感性
由于外来流体进入底层引起温度下降从而导致地层渗透率发生变化的现象。温度敏感性的目的是研究温度敏感引起的地层伤害程度，为合理开发和保护油气层提供帮助。
3．储层敏感性在开发过程中的变化
由于储层岩石物性和流体性质的多样性，油气田开发过程中采用的各种工艺措施，都将给储层带来很多的敏感性伤害。
3.1 钻井过程的储层敏感性损害

常规钻井大多使用水基钻井液，在钻井过程中一般情况泥浆柱压力大于或略大于地层压力，泥浆滤液侵入现象必然存在，而且压差越大侵入越严重，浸泡时间越长侵入越严重。对于强水敏性储层，必然会产生严重的水敏性伤害[10]。
强水敏性地层的黏土水化膨胀、分散、运移，易造成储层孔道堵塞等水敏性伤害，因而必须提高钻井液的抑制性和封堵性。因此，选取正确的钻井液，对钻井液与地层岩石和流体进行适应性评价尤为重要。
例如纳米乳液暂堵钻井液具有低滤失量、强抑制性和防塌能力、渗透率恢复率高的良好特征，在岩心外部和内部形成了较好的泥饼，能有效抑制黏土水化膨胀和分散，起到有效的屏蔽暂堵作用。
3.2 酸化改造的储层敏感性损害
酸化技术是油层改造常用的技术之一，其通过酸液溶蚀岩石孔隙中的堵塞物或基岩本身的某些矿物成份，从而改善岩石内部孔道的连通性，解除地层污染，恢复和提高地层的渗透率，从而达到增产增注的目的。
但有些砂岩储层的空隙填充的粘土矿物含有大量的绿泥石、蒙脱石等酸敏性矿物，其化学性质活跃，在常规土酸酸化过程中溶解，形成絮凝物或沉淀，导致严重的储层伤害，降低酸化效果。因此，对该储层进行酸化适应性研究和选择正确的酸化施工工艺，可以有效的减小酸化引起的敏感性伤害[11]。
3.3 压裂改造的储层敏感性伤害
压裂是指采油或采气过程中，利用水力作用，使储层形成裂缝，增加储层的孔隙度和渗透率的一种方法，又称水力压裂。虽然压裂能改善储层性质，但是也可能出现一些储层伤害现象。
如压裂也注入储层时流速都很高，这往往会造成速敏性伤害。储层微粒和支撑剂随着压裂液一起高速流动，可能会堵塞原始的储层孔隙，形成“死胡同”，使压裂通道控制的储层空间大大减小。
当使用水基压裂液时，会对水敏性储层造成严重的水敏性伤害，使储层物性变差，起不到增产改造效果。
压裂液的温度一般都低于储层流体温度，较大的温差可能改变储层的物性，造成温度敏感性伤害，降低储层的渗透力。

3.4 开采过程中的敏感性伤害
随着油气的不断采出，储层性质会发生一系列的变化，这个过程中可能会发生水敏、速敏和应力敏感性现象等。
随着开采时间的增加，剩余油饱和度不断下降，含水饱和度不断升高。原来含油气空间与地层水接触，产生水敏性伤害，把一些未来得及被水躯替的微小油气单元锁死在孔隙中，降低了油气的最终采收率。
生产初期，随着井筒附近的油气采出，生产压差不断增大，使得孔隙中的微小颗粒随着流体一起运动是卡死在喉道中，发生速敏现象，降低了储层的渗透率。
随着油气的不断采出，储层的内压下降，在上覆岩层压力的作用下，发生应力敏感性现象，使储层中的一些裂缝性孔隙被压合，降低了储层的渗透率[12]。
3.5 注水开采中的敏感性伤害
随着地层压力的下降，井的产量也随之下降。为了维持井的正常生产，通常最经济有效的办法就是注水开发。随着外来水侵入储层，将对敏感性储层造成相应的伤害[13]。
外来流体与储层物性不配伍，使其发生物理膨胀或产生化学沉淀，堵塞喉道，造成水敏性伤害。当注入水流速大于临界流速时，使储层中的速敏性矿物运移，堵塞一些小孔喉，造成渗透率下降。
注入水的温度一般都低于储层流体温度，较大的温差可能改变储层的物性，造成温度敏感性伤害，降低储层的渗透率。
4．结论
综合不同储层的岩石性质和流体性质，储层敏感性包括速敏、水敏、盐敏、酸敏、碱敏、应力敏感性和温度敏感性等七种敏感性。研究储层岩石和流体的敏感性，分析储层敏感性在开发中的变化，非常重要。这可以给我们制定合理的开发方案、保护油气层、改善油气层渗透率等提供依据，从而提高油气藏的最终采收率，获得最大的经济效益。

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