成都理工油层物理市公开课获奖课件

1、油层物理课件成都理工大学能源学院第1页第1页第四章岩石特殊物理性质 第2页第2页第一节 地层条件下孔隙度 一、概念油田开发前，产层上覆岩石和流体自重所产生应力（外压）、产层中流体压力（孔隙内压）以及岩石骨架所承受压力（外压与内压差值）处于平衡状态。油田投入开发后，伴随产层中流体被采出，油层压力不断下降，平衡遭到破坏，从而使外压与内压差值（压差有效应力）变大。第3页第3页 孔隙体积减少（VP）与地层岩石体积大小或试验岩样外表总体积（VT）大小、地层压力减少幅度（P）以及岩石本身弹性压缩系数Cf相关：上式可改写成： 式中,Cf岩石压缩系数，10-4MPa-1； VT岩石总体积，cm3； VP油层压

2、力减少P时，孔隙体积减小值，cm3。第4页第4页 当油层压力每减少单位压力时，单位体积岩石中孔隙体积减小值。 因此，岩石压缩系数大小，表示岩石弹性驱油能力大小，又称为岩石弹性压缩系数。 常规岩石孔隙度可通过测定岩石压缩系数CP，采用公式 即可将试验室条件下所测孔隙度值转换为地层条件下孔隙度。 在用物质平衡办法计算储量时要用到孔隙体积压缩系数，尤其是对于不饱和油藏，这个系数愈加主要。第5页第5页二、试验室测定办法1.测定装置图4-1-1 单轴压缩仪按加载方式不同，试验室岩石压缩系数测定有三种装置：单向压缩仪、三轴压缩仪和流体静力压缩仪。1）单向压缩仪（图4-1-1）这种加载方式与地层岩石受压情况

3、非常相同：岩石只在垂向上发生形变，横向形变趋于零。因此，该装置可直接测量对应地层有效上覆压力下岩石压缩性。 第6页第6页图4-1-2 三轴压缩仪2）三轴压缩仪（图4-1-2）三轴压缩仪可依据需要任意控制垂向压力和横向压力，以模拟各种不同承压条件（见图）。 三轴压缩仪可直接准确测量岩石在地层条件下压缩，并可计算岩石泊松比。但试验程序、控制较复杂，对岩样形状要求很高，难以作大量样品测量。 第7页第7页3）流体静力压缩仪（图4-1-3）流体静力压缩仪是采取静水压力加载（如图4-1-3），各方向受到相同压力作用，这与在上覆地层压力下垂向上产生形变、横向形变趋于零情况不同。因此测量值要经过转换才干与上述

4、方法进行对比。这是当前应用广泛试验装置。图4-1-3 流体静力压缩仪 三轴压缩仪第8页第8页 上述三种装置，孔压流体都是用液体（盐水），孔隙体积改变量是通过测试时从岩心中排出液体体积来反应，而普通试验时从岩心中排出流体体积量比较少，因此对计量装置计量精度要求很高。 第9页第9页图4-1-4 孔隙体积改变装置4）氦气孔隙体积压缩仪（图4-1-4）装置如图所表示。它主要由围压系统、岩心室、准确标定微量泵、气源、压力控制、调整装置几部分构成。这种办法测出孔隙体积改变，与同样条件下液体饱和法测出孔隙体积改变基本一致。这种办法主要长处是：压力平衡时间短，测量快速；岩石不接触液体，也不存在与矿物发生反应对

5、孔隙体积测量影响。 第10页第10页 另外，在引进英国罗伯逊公司常规氦气孔隙度仪基础上，设计并改装了能提供50MPa有效上覆压力岩石氦气孔隙体积压缩系数、渗入率测定仪（见图4-1-5）。 该仪器由原则容器、上覆压力源、控制显示单元、孔隙压力源、高压岩心室及相关管汇构成。它可提供50MPa有效上覆压力作恒定孔隙压力下孔隙度和孔隙体积压缩系数测定，且操作简朴，测试准确可靠。图4-1-5 有效应力氦气岩石孔隙体积压缩、孔隙度测定装置第11页第11页2.有效上覆压力计算：不同地域有效上覆压力计算可依据下式：式中，P有效上覆压力，MPa； D岩心实际深度，m； 上覆岩石平均密度，g/cm3；PL孔隙压力

6、，MPa。第12页第12页3.试验测定办法试验室测定普通用长度56cm，直径2.5cm岩心，先用有机溶剂冼净烘干，套上热缩管，然后放在夹持器内，以1.4MPa环压密封岩心。用氦气法测定岩样孔隙体积及孔隙度，然后抽空饱和盐水。 1）岩心烘干，测定孔隙度； 2）岩心抽空饱和水； 3）岩心周围施加密封压力，然后升温至油藏温度，恒温至少1小时，然后按选定压力间隔，逐步提升环压至设计有效上覆压力，统计相应压力点所挤压出水体积，将此值与上覆压力做图。 第13页第13页图4-1-8和表4-1-1表示有效上覆压力和孔隙度与孔隙体积压缩系数间关系。从图表中能够看到：原始孔隙度小压缩系数大，原始孔隙度大压缩系数小

7、，因而对于低渗入油气田更应当开展此项试验工作。 图4-1-8 孔隙体积压缩系数与有效上覆压力及孔隙度关系=4.6% =7.1% =11.0%0 7.0 14.0 21.0 28.0 35.0有效上覆压力（MPa）孔隙体积压缩系数（10-6）第14页第14页表4-1-1 岩石孔隙体积压缩系数测定数据表样品号有效上覆压力（MPa）孔隙体积（cm3）岩石体积(cm3)孔隙度（%）孔隙体积压缩系数（10-4MPa-1）实测值换成单轴应力状态值 A1.365.9978.727.66.525.9378.667.520.5812.5512.635.8678.597.518.9611.5718.505.807

8、8.537.414.859.0625.095.7478.477.313.388.1631.355.7078.437.312.207.4437.955.6578.387.210.886.6344.615.6178.347.29.705.9251.445.5878.317.14.265.29B1.362.1658.003.76.522.1357.973.743.2226.319.262.0957.933.642.7826.1714.102.0457.883.542.4825.8720.111.9957.833.435.4321.6126.991.9557.793.429.9918.2334.151

9、.9157.753.324.8415.1442.051.8857.713.318.6611.3948.641.8657.683.212.357.5355.521.8557.673.23.231.97第15页第15页第二节 地层条件下渗入率 一、地层条件下渗入率 岩石渗入率是地应力函数，相对于孔隙度，渗入率随埋藏深度增长而减小程度远远超出孔隙度改变。模拟地层条件下岩石渗入率测定是依据岩样所处深度计算有效应力值，在岩心周围施加这一压力和温度，然后采用常规渗入率测定办法进行测定。资料整理普通能够采用地面条件下测定渗入率K与地层条件下测定渗入率K比值来衡量渗入率改变：第16页第16页二、压力和温度对渗

10、入率影响 怀特等人用纯净干燥砂岩样品作压实试验，测得Ki/K（Ki为当前压力下渗入率，K为起点压力下渗入率）与上覆有效应力p关系，得到如图4-2-1所表示结果。从图中不难看出，当作用于岩样上压力越大时，渗入率相应减小，当压力超出某一数值（20MPa）时，渗入率K就急剧下降。对泥质砂岩，渗入率减小得更厉害，甚至降为零。 有效上覆压力（MPa）图4-2-1 渗入率减少与有效上覆压力关系曲线A 胶结砂岩 B 易碎（疏松）砂岩 C 未胶结砂岩初始渗入率（小数）第17页第17页不同岩石因为粒度和组成，尤其是泥质含量差异，其渗透率随压力增加而下降幅度各不相同。纯石英砂岩（图4-2-2中17号样品），在30

11、MPa围限应力下，渗透率下降了大约17%；而泥质砂岩（图4-2-2中16号样品），在30MPa围限应力下， 图4-2-2 渗入率随有效应力增长而减少围限压力MPa渗入率减少%第18页第18页 渗入率可下降78%86%；长石砂岩或石英长石砂岩则居中间位置。 从图4-2-2中还能够注意到，渗入率在10MPa以前围限应力下，其下降幅度很陡，而在10MPa以后，趋于平缓，甚至基本不变。 总之，压力、温度升高，总是使岩石渗入率减少。因此，研究岩石渗入率，则更应当研究和测定岩石在地层条件下渗入率，以反应岩石在地下真实面目。 第19页第19页第三节 有效应力下孔喉大小分布 突破压力是在油气运移定量计算中关键

12、参数之一。尤其是二次运移和油气柱定量计算中，都使用了突破压力这一关键参数。 但是，伴随对突破压力研究进一步，对试验室测试技术要求也越来越高。当前四周进汞压汞技术并不符合地层中油气流动实际情况，所测得是“视孔喉分布”，采用排驱压力作为二次运移和油气柱定量计算显然也是不适当。假如将样品侧面和一个端面用塑料封住，则可形成单向进汞，使之更靠近油气流动实际情况。此时，测得压汞曲线就会有明显差别。第20页第20页1.测试仪器 成都理工大学设计研制了测定岩石在地层条件下突破压力水平单向流动压汞仪（图4-3-1）。 图4-3-1 有效应力下水平单向流动压汞仪第21页第21页 仪器主要由提供注入压力高压注入计量

13、汞、隔离装置、水银计量和压力显示单元（A）提供上覆有效应力高压泵及高压显示单元（B），能承受70MPa上覆应力高压进汞岩芯室（D）及判断水银突破电子显示单元和真空系统（C）等部分构成。地层压力条件下孔分布测定包括： （1）地层条件下孔隙度测定； （2）地层条件下孔分布测定。第22页第22页2.资料解释应用 图4-3-2是两块不同孔隙结构特性岩芯实测毛细管压力水银饱和度关系曲线。其中a为溶孔十分发育白云岩，b为常规砂岩。 图4-3-2 不同孔隙介质毛管压力曲线第23页第23页 图中A点为水银突破点，它所相应压力叫做突破压力。它是水银进入岩芯并突破岩芯时所需最小压力。由于岩芯处于有效应力，并模拟了

14、地层情况下烃类物质作单向运移实际情况，故称为有效应力真实突破压力。 第24页第24页 图中A点叫做水银二次突破，它反应了烃类物质突破基质孔隙系统所需最小驱动力，其相应毛细管压力被称为二次突破压力。出现两次突破是双重孔隙介质系统特性。对于双重孔隙介质而言，A点称为一次突破点，一次突破压力反应了次生孔隙空间被水银突破时所需最小毛细管驱动力，其进汞量反应了在有效应下次生孔隙空间容积大小，它与地层情况下岩芯体积之比，叫做该岩芯次生孔隙度。 地层条件下水平单向流动压汞曲线其它特性值与常规压汞确实定办法一致。 第25页第25页3.毛管压力曲线特性地层条件下水平单向流动压汞得到注入曲线位于常规压汞曲线上方并

15、普遍向上抬起，它反应了岩石孔隙空间在上覆压力作用下缩小（见图4-3-3）。图4-3-3 有效应力下单向流动压汞和常规压汞孔喉大小分布和渗入率奉献图改变幅度最大是排驱压力，另一方面是饱和度中值压力和最小非饱和孔隙体积百分数，这是温、压对孔隙结构影响所造成。 第26页第26页第四节 地层岩石电阻率 一、电阻率1.概念 一个物质电阻是指该物质制止电流通过能力。 通常，干燥储集油气层岩石是不导电。当储层岩石孔隙中充斥（或部份充斥）了地层水时，岩层就变成导电。地层水之因此有导电能力，是由于水中溶解了盐分。盐在水中会电离出正离子和负离子，在电场作用下，离子产生运动，从而传导了电流。显然，地层水中盐浓度愈大

16、，则地层传导电流能力愈强，电阻则愈小。第27页第27页 泥质（指粘土矿物及其束缚和吸附水）也使地层含有导电性。泥质颗粒表面导电性大小取决于泥质成份、含量与分布情况，以及地层水组分和相对含量。 电阻率是描述物质中电荷迁移难易程度物理量，它是边长为1M立方体物质电阻。 在物理学中，导体电阻可用下列公式表示： 式中，R导体电阻，欧姆； L导体长度，米； A导体横截面积，平方米； 第28页第28页为导体电阻率，它描述导体物理物质，即是说，长度、直径同样导体，其电阻大小取决于导体材料构成，只与材料相关。对上式变形后可得到： 式中，A、L是导体外观几何尺寸，试验室测定岩石电阻率，通常是在室温和近似1个大气

17、压条件下测定。为了使测定结果能反应地层实际，测试必须在油层温度和上覆压力下进行。 第29页第29页LeaAL图4-1-1 电阻率测试孔隙介质模型 100%含盐水饱和度岩样电阻率Ro正比于地层水电阻率Rw，反比于含水总量（即孔隙度），正比于岩样迂曲度Le / L，如图4-1-1所表示。即 式中，Le岩样内孔隙长度；L岩样长度。第30页第30页 2.电阻率测定装置 试验室有各种测量岩石电阻率装置。测试时需要测定岩石外观几何尺寸、岩石内流体饱和度，饱含在岩石孔隙中水电阻率。 图4-1-2是一个简朴电阻率测定装置示意图。把被测岩样紧夹在两个电极A、B之间，测量通过电极A（B）流经岩样至B（A）时电流和

18、电极C、D之间电压。ABCD图4-1-2 测定岩石电阻率装置示意图第31页第31页用欧姆定律计算出样品电阻：用下式计算电阻率R：式中，U电压降，伏； I电流，安培； r电阻，欧姆； A样品横截面积，平方米； L电极B和C之间距离，米。第32页第32页 3.岩电参数 1）地层电阻率因子“F”地层电阻率因子F（或称地层因子）,是100%盐水饱和岩样电阻率与地层水电阻率之比值。它是研究地层电性最基本参数 第33页第33页 式中F为地层因子，为孔隙度，m为胶结指数或孔隙度指数，m是在双对数坐标纸上地层因子F与孔隙度直线关系斜率。常温、常压下，m理论值为1到2，对胶结砂岩，m也许在1.8到2.0之间，非

19、胶结洁净砂岩m为1.3左右。 通常人们也把地层因子写成另一个普遍使用关系式：Archie表示式为此时a是F和在双对数坐标纸上截距，它是迂曲度函数。第34页第34页 通常上述试验是在室温条件下进行，没有上覆压力和温度，因而求得孔隙度与地层因子关系图也是在没有上覆压力、温度条件下图和值。 然而，上覆压力、温度确实能够改变电阻率和孔隙度。普通情况下，上覆压力增长电阻率有较大增长，而温度增长则使电阻率大幅度减少。尤其是胶结差岩样和低孔隙度岩样，其孔隙度随上覆压力增长而减少。必需考虑上覆压力、温度对孔隙度和电阻率影响。第35页第35页 2）电阻率指数 电阻率指数定义为任意油（气）、水饱和度时岩样电阻率R

20、t与百分之百饱和水时岩样电阻率Ro之比值。由于油和气是不导电，因此它出现，将减少电流导电能力，从而增长电阻率，也就是随油（气）饱和度增长，岩石电阻率也将增长。即： 式中，Rt含有某一油（气）、水饱和度时岩样电阻率； Ro百分之百水饱和度时岩样电阻率； Sw岩样含水饱和度； n饱和度指数从上式中能够看出，电阻率指数是水饱和度函数，当然它也是孔隙结构函数。 第36页第36页 试验室测定不同含水饱和度下电阻率，最少应在3个不同饱和度值下测定，最好能测5个或5个以上不同饱和度值下电阻率，用I和水饱和度Sw作图，这么就能够得到该岩样饱和度指数n。 依据100%饱和水电阻率和不同水饱和度电阻率测定结果则可

21、从电测资料上确定油层含水饱和度：式中符号同前。第37页第37页第五节 储层岩石敏感性 伴随对储层研究进一步进一步，除了进行常规孔、渗、饱、孔隙结构等研究外，还必须对储层岩心进行敏感性评价，以拟定储层与入井工作液接触时，也许产生潜在危险以及对储层也许造成伤害程度。 由于各种敏感性多来自于砂岩中粘土矿物，因此，它们矿物构成、含量、分布以及在孔隙中产出状态等将直接影响储层各种敏感性，因此先简朴讨论岩石胶结物和胶结类型，再讨论胶结物中各种敏感矿物及研究敏感性办法。 第38页第38页一、胶结物及胶结类型 胶结物出现总是使储集物性变差，并且，储集物性随胶结物含量增长而变差。胶结物成份可分为泥质、钙质（灰质

22、）、硫酸盐、硅质和铁质，而常见是泥质和灰质。 胶结物含量、胶结类型直接影响岩石储集物性，但就储层敏感性而言，则是受胶结物中所含敏感矿物类型、含量以及在孔隙中产状影响。 第39页第39页二、油气储层损害潜在原因粘土矿物 油气层中不同程度地含有粘土矿物，当粘土矿物含量在15%时，则是很好油气层，粘土矿物含量超出10%，普通为较差油气层。油气层中粘土矿物类型、数量、分布，以及在孔隙中所处位置，不但对储层岩石储渗条件及储层评价有显著控制作用，而且对控制伤害油气层也含有十分主要意义。相关文件报道，由粘土矿物造成对油气层伤害，有时可使产量下降70%。因此，在钻开油层，完井、注水、增产办法之前，必须对储层所

23、含粘土矿物进行分析研究。 第40页第40页1.储层中粘土矿物 碎屑岩中粘土矿物有他生及自生因两种类型。他生成因粘土矿物是沉积作用以前形成，在沉积场合与砂粒混杂在一起同时沉积。 自生粘土矿物是沉积以后发育，包括新生及再生两种形式，自生粘土矿物在碎屑岩中有下列产状：即孔隙衬里、孔隙充填（包括裂隙充填）及假晶交代。第41页第41页 以孔隙衬里（或颗粒表面包被）形式存在粘土矿物，对油气层渗入率影响十分严重。而以孔隙充填形式存在粘土（如高岭石）矿物，它可聚结成一定粒度颗粒，也能够被搬运，在流体高流速或压力激励作用下，它能够运移而堵塞喉道。另外，粘土矿物因处于颗粒或孔隙表面，易受外来液体作用发生水化、溶解

24、等，并且粘土常含有很高比表面积，因此，当其与各种入侵流体发生各种化学反应时，反应速度不久并且强烈，对地层渗入率影响不容忽略。第42页第42页1）常见粘土矿物类型、特性及对油气层影响 储层中常见粘土矿物有：高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石、伊/蒙混层及绿/蒙混层。（1）高岭石 高岭石粒较大，在颗粒表面附着不紧，因此，它是油气层中产生颗粒运移基础物质之一。当外来流体或油气层中流体以较大流速流经孔隙通道，产生较大剪切力时，疏松含有一定粒度高岭石或伴随流体在孔道中发生移动，在喉道处形成堵塞。 第43页第43页（2）蒙皂石 蒙皂石是水敏性粘土，包括蒙脱石、绿脱石、皂石和混层粘土矿物，这些粘土矿物在结构上与

25、水云母粘土矿物相同，但键合力较弱，多埋藏在浅层。蒙皂石晶体细小，单晶形态为卷曲片状、集合体呈花瓣状、蜂窝状。砂岩中自生蒙皂石常作为碎屑颗粒包膜，呈栉壳状围绕颗粒生长，或作为孔隙衬里产出。遇水后有较高膨胀性能。 第44页第44页 也许产生潜在损害主要原因是：该类粘土含有较高亲水性；蒙皂石包膜膨胀时变得疏松可移动；蒙皂含有非常高比表面。因此，如有相对较淡水侵入岩石孔隙，使粘土发生膨胀而缩小甚至封闭孔隙喉道，造成渗入率大幅度下降。高含钠蒙皂石能够膨胀610倍（相对原始体积而言），岩石本来表面包膜被这种膨胀作用破坏；并且当粘土颗粒从岩石表面脱落而在孔道中移动时，则也许对地层造成进一步损害。由于该族粘土

26、有高比表面和强亲水性，进而发生高吸水膨胀和饱和水不可逆性等，致使形成假水层，可造成电测产生错误解释。 第45页第45页（3）伊利石 伊利石与蒙脱石结构相同，区别是遇水后没有晶层扩张。伊利石晶体细小。扫描电镜下常为不规则片状，自生常有尖刺，甚至构成帚状、粮秣状、板条状等，常呈颗粒包膜及孔隙桥塞。 伊利石对水有一定敏感性，含有一定膨胀分散性。它可使油层孔道直径缩小，把水封闭起来形成高不可逆水饱和。伊利石亦也许在孔隙中生成毛发状结晶，这种结晶对油层渗入率影响相称严重。当存在淡水时，纤维状伊利石汇集物也许进一步分散而减少渗入率；若在开采前这些毛发状伊利石不能被溶解掉，当有液体流动时，就也许受剪切冲击碎

27、断而落入孔隙形成堵塞物。 第46页第46页（4）绿泥石 在储集岩中，绿泥石多为自生成因，呈六方薄片状自形晶，互相交叉，或围绕砂岩中碎屑颗粒呈栉壳环边生长，或作为孔隙衬里附于孔隙壁上。绿泥石是在富含镁和铁离子环境中生成粘土矿物，它对酸比较敏感。当其在酸中浸泡时，它被溶解，铁被释放出来。当酸耗尽或其它低酸性溶剂进入，则形成Fe（OH）3凝胶物。这种Fe（OH）3是一个片状结晶，通常它体积要比喉道大，因此经常堵塞喉道。 第47页第47页5）伊/蒙混层和绿/蒙混层 它们是储集岩中常见两类混层粘土矿物。其化学组成份别介于伊利石、蒙皂石之间和绿泥石、蒙皂石之间。这两类混层粘土矿物均含有膨胀层，即蒙皂层，因

28、而含有与蒙皂石类似膨胀性。膨胀率随混层中蒙皂石层含量不同而对应改变。另外，混层绿泥石/蒙皂石也含有与绿泥石类似酸敏性，敏感程度一样决定于绿泥石层含量。 扫描电镜下，混层伊利石/蒙皂石呈不规则片状，略有卷曲，常作为碎屑颗粒包膜和孔隙衬里产出，亦可作为孔隙充填物形式出现，也可形成桥塞。 第48页第48页矿物名称位置形状晶体大小高岭石孔隙充填书本堆集书本长度有改变，能够是蠕虫状，通常从1m到20m，也可更大绿泥石颗粒包膜假六方晶片互相交叉每片直径由1m到10m伊利石颗粒包膜孔隙桥塞粮秣状、板条状、针状单独晶体，通常为长度1m到1020m，板条或针状蒙皂石及伊/蒙混层颗粒包膜孔隙桥塞粮秣状、火焰状、蜂

29、窝状、颗粒包膜不易区别单独晶体表4-5-1 自生粘土矿物习性 依据粘土矿物学，SEPM短期讲座NO.22教材，E.Eslinger及D.Pevear编，（1988）自生粘土矿物位置、形状及晶体大小等见表4-5-1。第49页第49页粘土矿物也许引起问题不配伍系统配伍系统消除办法蒙皂石膨胀淡水KCl，油基酸化 HCl/HF混层伊/蒙膨胀淡水KCl，油基酸化 HCl/HF伊利石微孔隙淡水KCl，油基酸化 HCl/HF高岭石微粒运移高流速低流速粘土稳定剂绿泥石铁沉淀富氧，pH高于3.5HCl，加有机酸用HCl/HF有机酸酸化依据Almon and Davics（1981） 各类粘土矿物对油层损害情况及

30、相应消除办法见表4-5-2。表4-5-2 不同粘土矿物引发地层损害情况及消除办法简表第50页第50页2）粘土矿物产状 储层中粘土矿物产状及分布特点与沉积物母岩、沉积环境、水动力条件有密切关系。产状不同，对流体流动影响也不相同。依据电镜扫描，按对渗流影响由小到大次序，可将粘土矿物产状分为以下几个类型（图4-5-1）。 图4-5-1 砂岩中粘土矿物产状（据何更生油层物理）a斑点式 b薄膜式 c桥式第51页第51页 a.斑点式 普通多为高岭石和少许针状云母、蒙脱石等。像“补丁”同样不连续地附在孔隙壁或充填在孔隙之间，使孔道变窄。（图4-5-1.a）。 b.薄膜式 这种粘土矿物主要有伊利石、绿泥石、蒙

31、脱石等。它们颗粒较小，排列规则，围绕颗粒或孔隙边沿呈环带薄膜生长，使通道变窄，对流体流动有一定影响（图4-5-1.b）。第52页第52页 c.桥式 这种粘土矿物多为绿泥石、伊利石（水云母）。呈纤维状、针状在颗粒之间延伸，有时两边粘土矿物还连结起来，像“桥”同样横跨孔隙空间。孔隙空间内又形成诸多微孔隙，使流体在孔隙内迂回流动，因而严重影响流体渗流。 除上述主要产状外，其它尚有高岭石叠片状，伊/蒙混层絮凝状等，并且几种粘土矿物产状类型也不是单一出现，有时是以某种类型为主，有时是几种类型共存。第53页第53页三、储层敏感性评价办法 储层敏感性评价是系统评价地层损害主要构成部分，系统评价是一个完整体系

32、，它包括岩石学分析、常规岩心分析、特殊岩心分析以及岩心流动试验等（图4-5-2）。 图4-5-2 储层损害评价程序框图第54页第54页 系统评价首先是通过岩相分析、常规岩心分析理解储层岩性、矿物构成、胶结物成份、粘土含量、类型、岩心孔隙度、渗入率、孔喉分布等，以研究储层也许潜在损害原因。但是，岩矿分析并不能给出造成损害强弱定量数值。因此，通过岩心流动试验，则可找出储层与外来流体接触时也许产生速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏等敏感程度。通过系统流体流动评价，找出与该地层相配伍流体，通过综合研究提出钻井、完井、增产办法设计和提议。 第55页第55页敏感性评价试验流程图如图4-5-3所表示。图4-5-3

33、 敏感性评价试验流程1. 煤油瓶；2. 恒速泵；3. 中间容器；4. 过滤器；5. 压力表；6. 六通阀；7. 岩心夹持器；8. 计量筒；9. 围压泵第56页第56页 1.流速敏感性评价试验图4-5-4 速度敏感性评价图 大量试验证实，微粒运移程度随岩石中流体流动速度增加而加剧。但不同岩石中微粒，对速度增加反应不同，有反应甚微，此岩石对速度不敏感。反之，当流体流速增大时，则表现出渗透率显著下降。因此，把注入（或产出）流体流速逐步增大到某一数值而引发渗透率下降时流动速度，称为该岩石临界流速（见图4-5-4）。 第57页第57页 临界流速是油、水井生产时允许最高产量和最大日注水量以及室内进行其它流

34、动试验依据。 试验原理： 按一定流量等级，以不同注入速度向岩心注入地层水，在各个注入速度下测定岩心在此注入速度下渗透率，从注入速度与渗透率改变曲线上，判断岩石对流速敏感性，并找出该岩石临界速度。 第58页第58页 2.水敏性评价试验 美国学者摩尔指出，普通油层中含粘土1%5%是最好储层，若含粘土量达5%20%则储层性能较差，尤其是含水敏性粘土，则完全也许把油层孔道堵死。 地层条件下，粘土矿物与地层水处于相对平衡状态，当其与矿化度较小外来流体接触时，粘土便产生膨胀，使岩石渗入率减少。 当地层与不配伍外来流体接触时，引起粘土膨胀、分散、运移而造成渗入率下降现象称为水敏。因此，水敏性评价试验目的就在

35、于理解这一膨胀、分散、运移过程以及最后使地层渗入率下降程度。第59页第59页 试验时，先用地层水流过岩心，再用矿化度为地层水二分之一盐水（称次地层水）流过岩心，最后用蒸馏水通过，测定在这三种矿化度下岩心渗入率数值大小，以此判断岩心水敏程度（见图4-5-5）。 图4-5-5 水敏渗入率改变曲线第60页第60页 依据试验前所测岩心克氏渗入率K以及岩心在蒸馏水下渗入率Kw，可得到水敏指数Kw/K。依据表4-5-2提供判断原则拟定岩心水敏程度。第61页第61页 如得到某一储层较多岩心Kw和K值，则或将其值点在lgKwlgK上（图4-5-6），图4-5-6 水敏区域图，从图中点子主要分布位置，来判断该储

36、层水敏程度。图4-5-6 水敏区域图第62页第62页 试验表明，对于水敏性地层，伴随盐度下降，粘土矿物晶层扩张增大，膨胀增长，地层渗入率则不断下降。因此，盐敏评价试验目的就是理解地层岩心在入井工作液矿化度不断下降或现场使用低矿化度盐水时，其渗入率改变过程，从而找出渗入率明显下来临界矿化度（见图4-5-7）。 图4-5-7 盐敏试验曲线3.盐度评价试验 第63页第63页4.碱敏性评价试验 地层水pH值普通呈中性或弱碱性，而大多数钻井液和水泥浆pH值在812之间，当高pH流体进入油气层后，将造成油气层中粘土矿物和硅质胶结物结构破坏（主要是粘土矿物解理和胶图4-5-7 盐敏试验曲线结物溶解后释放颗粒

37、），从而造成油气层堵塞损害。另外，大量氢氧根与一些二价阳离子结合后会生成不溶物，也会造成油气层堵塞损害。因此，碱敏评价试验是找出碱敏发生临界pH值，以及由碱敏引起油气层损害程度，为各类工作液设计提供依据。 第64页第64页 经过注入不同pH值（由低到高）地层水并测定其渗透率，依据渗透率改变来评价碱敏损害程度。 1）从地层水pH值开始，逐层升高pH值，最终一级pH值可定为12。 2）每一级pH值地层水替换完成后，需浸泡2024h，然后在低于临界流速条件下，用该级盐水测定岩心稳定渗透率K1，直到最终一级盐水。 第65页第65页5.酸敏性评价试验 在酸化作业中，对不同地层，应有不同酸液酸方。假如配方

38、不适当或办法不妥，不但不会改进地层情况，反而会使地层受到二次伤害，影响办法效果，使产量深入降低，严重时，还可能没有产量。 第66页第66页 酸敏性评价试验目的，就是为了评价拟用于酸化酸液是否会对地层产生伤害以及伤害程度，以便优选酸液配方，寻求更为有效酸化处理办法。 酸敏是指酸化液进入地层后与地层中酸敏矿物发生反应，产生凝胶或沉淀或释放出微粒，使地层渗入率下降现象。 酸敏性评价时，首先测定注酸前渗入率，然后向岩心注入0.51.0孔隙体积酸液，模拟关井停注等待酸岩反应，模拟开井返排残酸，再测定岩心注酸前后渗入率，最后对其作出评价 第67页第67页第六节 岩石力学性质 一、概述 岩石是多孔介质，当其

39、处于外部应力作用下将会产生弹性变形，岩石抵抗形变性质则称为岩石力学性质。 岩石力学特性参数包括： 弹性特性：包括岩石和各种弹性模量、刚度系数和泊松比等； 强度特性：包括岩石各种强度、内聚力和内磨擦角等。第68页第68页 油气田开发过程中，由于地层压力减少，岩石力学性质也随之产生改变，研究岩石力学性质改变规律，从而为岩石破碎、井眼稳定、地层破裂压力预测、油层套管外载荷计算及设计，油气田开发方案制定，油气井防砂，油气井水力压裂，地应力预测等石油勘探开发研究提供准确基础数据。第69页第69页二、岩石力学参数应用 当前与油气田开发相关岩石力学理论，主要应用于钻、完井工程、油气田开发和油气藏工程等领域，

40、 在以上众多研究方向上，油气田开发过程中岩石力学参数求取及改变规律、油气储层流固耦合理论、水力压裂、地应力测试技术和流固耦合油气藏数值模拟理论以及这些理论办法在油气田开发中应用等都是当前国内外研究前缘课题。 第70页第70页三、地层条件下岩石力学参数测试设备 当前国内岩石力学参数测试多数是在地面条件下进行，也有定型产品，但适合用于地层条件下样品测试设备多为自行设计加工而成，其使用和操作都不以便，精度也受到限制。 成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点试验室设计通过国际招标由美国MTS公司生产当今国际上第一台能够在地层条件下（常温200）0140MPa围压；孔隙压力070MPa；轴压：01000kN）同时动态测试油气储层岩石力学参数（静态杨氏模量、泊松比、抗压强度等）、储层物性参数（孔隙度、渗入率）和声波速度（P波和S1，S2波）“岩石物理参数自动测试系统”，能够测试绝大部分油气储层在6km以内深度物性参数。 第71页第