储层岩石的应力敏感讲解

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。

摘要本文通过岩心观察、气体孔隙度、渗透率测定，对该区域Jia组岩心进行了物性分析；通过铸体薄片、普通薄片、扫描电镜及X射线衍等手段对储层岩石学特征、孔隙微观特征、粘土矿物微观特征进行了分析；使用压汞手段对储层岩心孔喉结构特征进行了分析。

开展变围压与变内压对照实验、储层敏感性评价实验，针对该区域致密储层的特性，从多个角度对其应力敏致敏机理展开了研究，开展了压汞及应力敏感性对照实验，人工造缝样品与基质样品应力敏对比实验，裂缝充填与不充填、不同充填物进行充填对比实验、不同连通性应力敏对比实验、应力敏多次加载实验以及不同含水饱和度下的应力敏对比实验。

本文最终得出如下结论认识：1.变内压与变围压的实验方法均能一定程度上反映出储层受应力敏损害的情况，但考虑到研究区域储层结构复杂多为低孔渗地层故选择变内压的实验方式更好的模拟实际地层受净应力发生应力敏损害的情况。

2.研究区域平均损害率高于85%，属于强应力敏。

从平面上看，西部中部井区表现出强应力敏，MN井区相对较弱表现出中等偏弱至中等偏强。

三个小层有细微差异，但整体表现仍为强应力敏；纵向上看，除开MN井区J1a1小层到J1a2小层有减弱趋势，其余井区整体表现出强应力敏损害且最大损害率变化不大。

故储层整体上表现强应力敏，且中部井区表现出中等偏强到强不可逆损害率。

3．研究区域内应力敏损害曲线大致分为三种类型：中速应力敏损害，同时伴随着强不可逆损害；快速应力敏损害，同时伴随着弱不可逆损害；中速应力损害，同时伴随着中等不可逆损害。

4．对应力敏损害机理的研究主要在孔喉因素、裂缝因素、多次加载因素、含水饱和度因素等，通过实验结合地质资料发现导致研究区域应力敏强的主要因素是微孔隙发育和微裂缝发育，因此本文主要在孔喉因素与裂缝因素这两方面做双重介质研究损害机理，从而解释了产生三种类型应力敏损害曲线的原因。

5.致密砂岩中裂缝存在时应力敏十分严重，因此，在现场生产开发过程中，应尽量避免采用衰竭式开采，并及时补充地层能量，防止因净应力增大而导致储层渗透性急剧下降而导致开发过程中的减产甚至不出。

储层五敏性实验学习资料储集层敏感性及五敏试验1．基本概念所谓储集层敏感性，是指储集层岩石的物性参数随环境条件（温度，压力）和流动条件（流速，酸，碱，盐，水等）而变化的性质。

岩石的物性参数，我们主要研究孔隙度和渗透率。

衡量储集层岩石的敏感程度我们常用敏感指数来，敏感指数被定义为在条件参数变化一定数值时，岩石物性减小的百分数，习惯上用SI 来表示。

我们以渗透率这个物性参数为例，给出其一个基本公式：i ik p K K K SI -= （1-1）上标表示岩石物性参数，用下标表示条件参数。

上式定义的是渗透率对地层压力的敏感指数。

敏感指数的物理含义是指条件参数变化一定数值以后，岩石物性参数损失的百分数（主要是孔隙度和渗透率）。

所以我们要想了解油藏的敏感指数就必须了解条件参数的变化幅度，从而我们可以求出敏感指数。

在实际矿场中，渗透率比孔隙度更能影响储集层产能。

因此渗透率的研究尤为重要。

储集层渗透率因为地层压力的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的压力敏感，压力敏感指数用符号P SI 表示。

由以上可以知道下面的概念。

储集层渗透率因为地层温度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的温度敏感，简称热敏，用T SI 表示。

储集层渗透率因为渗流速度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的温度敏感，简称热敏，用v SI 表示。

储集层渗透率因为注入液体的盐度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的盐度敏感，简称盐敏，用salSI 表示。

储集层渗透率因为注入液体的酸度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的酸度敏感，简称酸敏，用aciSI 表示。

储集层渗透率因为注入液体的碱度的改变而呈现出的敏感性质，称作储集层的碱度敏感，简称酸敏，用alk SI 表示。

储集层渗透率因为注入淡水而呈现出的敏感性质，称作储集层的水敏性质，简称水敏，用w SI 表示。

其中我们最常用的就是五敏：速敏，水敏，盐敏，酸敏，碱敏，实验室常做五敏实验来判断油藏性质。

储层的五种敏感性：
几乎所有井的油层都会受到不同程度的损害，油层损害必然导致产能损失及产量下降。

储层对于各种类型地层损害的敏感性程度，即为储层敏感性。

1、速敏性是指因流体流动速度变化引起地层微粒运移、堵塞喉道，导致渗透率下降的现象。

速敏性研究的目的是在于了解储层的临界流速及渗透率的变化与储层中液体流动速度的关系。

地层微粒是指地层中包括粘土微粒和其它矿物的碎屑微粒在内的所有可移动微粒，它的存在是引起速敏性的内因。

2、水敏性储层中粘土矿物及其它自生矿物在原始地层条件下处于一种含有一定矿化度的盐水环境中，当淡水或低矿化度的水进入地层后，由于环境条件的改变，这些矿物就会发生膨胀、分散、脱落和运移，减小或堵塞储层喉道，造成储层渗透率降低，地层这种遇淡水降低渗透率的现象称水敏性。

3、酸敏性：用各种酸液处理地层，已成为油气田开发改造过程中的常用措施，它可以清除井筒附近地层的酸溶性堵塞，溶蚀岩石矿物，扩大油气流通通道，改善油气层渗流能力。

在酸处理过程中，如果酸液选择或施工程序不合理，也会对地层造成损害。

酸液进入地层后，与地层中的酸敏性矿物发生反应，产生沉淀或释放出微粒，使地层渗透率下降的现象称为酸敏性。

4、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、压敏性：应力敏感性是指岩石渗透率随有效应力（或称净围压）的增加而下降的现象。

问题1. 渗透率越低，应力敏感性越强原因分析。

（直接编到报告的相关位置） 低渗储层岩石孔喉相对细小。

当在有效应力的作用下，小孔喉的微小变化，对微小孔喉直径来说，可能是一个相对较大的减小，从而而导致岩石的渗透能力较大幅度下降，所以有效应力对低渗岩心的渗透率影响比较明显。

相反，对于中、高渗岩心，孔道大，被压缩时，其收缩量相对孔喉直径来说，可以忽略不记，因此，有效应力对中、高渗岩心的渗透率影响不明显。

同时，低渗储层组成岩石骨架的颗粒细小，胶结物含量比较高也是储层应力敏感性的另一个重要原因。

问题2. 应力敏感对产量影响分析。

（下面的内容直接编到报告里就行）6.1 地层压力下降与储层岩石渗透率的关系图6-1是S6区块岩样的渗透率随净围压变化的趋势:随围压的增加，渗透率将逐渐降低。

00.511.522.533.544.505101520253035净围压/MPa渗透率/10-3μm 2图6-1 储层渗透率与净围压的关系对于描述储层压力与渗透率的关系可以采用两种函数拟合，即幂函数和二次多项式函数。

对于油井一般采用幂函数法，而对于气井可采用二次项函数法。

1、幂函数法ci i Kp a K p -⎛⎫∆= ⎪∆⎝⎭（6-1） 式中，i K —岩心初始渗透率，10-3μm 2； K —岩心当前渗透率，10-3μm 2；p ∆—有效压差，MPa ；i p ∆—初始有效压差，MPa ；,a c —实验系数，a 可近似为1.0；c 为应力敏感系数或压敏因子。

该式表明渗透率（K ）与当前有效覆压有关。

c 越大，则应力敏感性越强，当c 为0，即不考虑应力敏感性时，则K 为常数，且等于初始条件下的渗透率值。

2、二次多项式法212o o o eff eff effoKc p c p c K =++ (6-2) K —不同应力条件所对应的渗透率，μm 2； 012,,c c c —拟合系数；()effo effo over P P P P =-—有效应力，MPa ；effo K —原始地层条件下的有效渗透率μm 2；over p —上覆岩石压力，MPa ；p — 孔隙压力，MPa 。

317在油气开发过程中，随着储层内流体不断产出，地层孔隙压力下降，储层岩石骨架受到的有效应力不断上升，造成储层渗流通道发生闭合而导致渗透率下降，而形成应力敏感损害。

弄清储层应力敏感性损害机理及影响因素，为避免钻完井及生产过程中储层伤害，改善油田勘探开发效果具有重要的指导意义。

1 应力敏感性损害机理1.1 渗流通道类型对于裂缝型储层而言，裂缝由两个不光滑不完全耦合的缝面组成，每个面上由碎屑颗粒、自生矿物等形成的微凸体在两个缝面间起支撑作用，从而保持一定渗流空间。

尽管缝面上分布着较多微凸体，但是一般而言是凸起较高、刚度较大的微凸体起主要支撑作用。

随着裂缝闭合，地层压力降低，支撑裂缝面的微凸体就会产生形变，甚至脆性破裂，从而使裂缝开度变窄，裂缝的渗流通道减小，导致裂缝渗透率下降，与此同时两个缝面之间接触的微凸体个数与面积增加，等效地增加了裂缝的闭合刚度，进而导致裂缝闭合的速度降低。

裂缝成因上可以分为构造缝、溶蚀缝、卸载缝等，不同成因的裂缝具有不同的特征。

构造缝缝面往往较为光滑，微凸体分布密度较小，延伸较远；而溶蚀缝缝面上分布着较多大小不一的微凸体，能够有效支撑裂缝。

就微凸体分布而言，构造缝的应力敏感性强于溶蚀缝。

对于孔隙型储层而言，应力敏感发生主要是因为喉道的闭合，而不是孔隙空间的减小。

不同的喉道类型具有不同的应力敏感性，片状、弯片状喉道对储层应力敏感性影响最大，其次是管束状喉道、点状喉道和缩颈状喉道。

相对于裂缝型储层而言，孔隙型储层对应力变化敏感程度相对较低。

1.2 矿物组分储层应力敏感的实质就是有效应力增加导致的岩石颗粒弹塑性形变及颗粒间排列方式的改变，前者称之为本体变形后者称之为结构变形，在实际应力敏感性损害过程中，本体变形和结构变形时同时发生的。

不同矿物的岩石力学特征不同，弹性模量较小的矿物在应力作用下更易发生形变。

其中石英、长石弹性模量较方解石大，更是远远大于云母和粘土类矿物，故石英等矿物抗压能力远远大于粘土类矿物。

火山岩基质储层应力敏感性实验研究————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：火山岩基质储层应力敏感性实验研究-工程论文火山岩基质储层应力敏感性实验研究崔永CUI Yong；王丽影WANG Li-ying（延安大学石油学院，延安716000）摘要：目前，储层应力敏感性评价主要建立在常规应力敏感性实验的基础上，也有部分学者开展了变孔隙压力的应力敏感性评价实验，所得结论和常规实验有较大的出入，但并没有给出合理的解释。

为了深入研究这一问题，笔者设计了一组变围压的常规应力敏感性和变孔隙压力的高压应力敏感性评价对比实验，并对实验结果进行了详细的对比分析研究。

结果表明，Terzaghi有效应力理论用于致密火山岩基质储层有一定的局限性，采用本体有效应力理论计算较为合适。

如果采用本体有效应力分析该组对比实验，两种实验方法所得结果具有较高的一致性。

实验结果表明，地层衰竭开发过程中，岩石骨架所受应力的变化范围很小，由于应力改变而引起的岩心渗透率变化很小，可以忽略不计。

关键词：火山岩基质储层；应力敏感性；Terzaghi有效应力；本体有效应力中图分类号：P618 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）17-0187-03作者简介：崔永（1990-），男，陕西榆林人，本科，学生，专业：石油工程、油气勘察方向，长期跟老师做《克拉玛依气田火山岩气藏储层评价及渗流机理研究》科研项目；王丽影（1982-），女，河南商丘人，博士，延安大学讲师，毕业于中国科学院渗流流体力学研究所，一直从事低渗油气田开发方向的研究。

0 引言火山岩油气藏储集空间复杂多样，不考虑裂缝因素，基质一般属于低/特低渗储层。

火山岩储层评价参数很多，岩石应力敏感性是其中的一个重要参数。

已有大量学者研究了火山岩基质储层的应力敏感性，杨满平[1]等通过常规应力敏感实验分析，认为流纹岩孔隙度的下降幅度为5%~22%，渗透率的下降范围在6%~19%之间，明显要低于一般的沉积岩。

裂缝性碳酸盐岩储层应力敏感性实验研究裂缝性碳酸盐岩储层应力敏感性实验研究摘要：通过室内实验测试分析，研究了裂缝性碳酸盐岩储层应力敏感性问题，包括岩石力学性质、岩石物理性质、裂缝渗透性以及裂缝的演化特征，并探讨了应力敏感性与水压力、含水饱和度等因素的关系。

结果表明，应力敏感性较大的岩石常常富含细小裂缝，并且受到水压力等因素的影响较大。

关键词：裂缝性碳酸盐岩储层；应力敏感性；力学性质；物理性质；裂缝渗透性；裂缝演化1. 引言碳酸盐岩储层具有较高的油气勘探和开发价值。

然而，在碳酸盐岩储层的开采过程中，裂缝性岩石的应力敏感性问题经常导致生产效率下降。

因此，研究裂缝性碳酸盐岩储层应力敏感性，对于提高油气开采效率和降低运营成本具有重要意义。

2. 材料与实验方法收集常见的碳酸盐岩储层样品，包括不同类型、不同含水率、不同压力条件下的样品。

通过岩石力学实验、岩石物理实验、裂缝渗透性实验、SEM实验等手段，测试了样品的基本参数，其中力学实验包括抗压强度试验、剪切强度试验、细观形态分析等。

3. 实验结果与分析3.1 岩石力学性质通过实验发现，应力敏感性较大的岩石常常具有一定的塑性行为。

在受到一定的外力强度作用下，岩石会发生塑性变形，从而导致岩石的力学性能下降。

此外，岩石破坏过程中，常常出现多个破裂面，其中裂缝的角度较小，破裂面呈现多孔块状。

3.2 岩石物理性质实验发现，裂缝性碳酸盐岩储层的物理性质具有很高的异质性。

样品的含水饱和度对于岩石物理性质有显著的影响。

含水饱和度越高，岩石的弹性模量越小，泊松比越大。

此外，岩石的压缩性也随着含水饱和度的提高而显著增强。

3.3 裂缝渗透性实验发现，裂缝渗透性与岩石力学性质和物理性质密切相关。

裂缝的宽度和长度对渗透性有重要影响。

受到水压力等因素的影响，裂缝的宽度和长度随着时间的推移而逐渐扩大，使得渗透性不断增强。

3.4 裂缝演化通过细观形态分析，实验发现，岩石中的裂缝演化过程非常复杂。

146页岩气层基块致密，但天然裂缝发育，页岩气藏的经济开发必须要实施大规模水力压裂，使得页岩气层具有相当规模的裂缝系统。

而裂缝性致密储层具有强应力敏感性。

目前国内外对砂岩储层的应力敏感研究比较深入，而页岩储层的应力敏感研究相对较少。

针对研究区页岩气藏的特点，研究了储层应力敏感实验方法，选取天然裂缝岩心开展了模拟实际开发过程中的储层应力敏感实验 [1] 。

结合应力敏感室内实验等分析手段，对比评价了不同渗透率级别裂缝岩心的应力敏感性，研究成果有利于深化认识页岩气层开发过程中的应力敏感性。

1 实验方法实验采用变孔压的方法，将样品装入岩心夹持器，提高围压和流体压力值，直到流体压力达到实际地层压力值同时保持流体压力值不变，将围压增至实际上覆压力值 [2] 。

保持围压和驱替压力，使岩心充分恢复至地层应力状态，关闭连通岩心入口端和出口端的阀门，通过回压泵降低岩心出口端压力，使岩心两端建立压差，初始压差根据岩心初始渗透率选择，待气体流动稳定后，记录岩心出口端、入口端的压力和出口端流量。

保持围压不变，同步降低夹持器出、入口端的流压，逐步增大净围压，并根据出口端的流量情况不断增大岩石两端的压差，记录各净围压下的数据。

分别记录稳定流量后岩心两端的压力值以及出口端流，计量废弃压力点渗透率后，保持围压不变，同步升高夹持器出、入口端的流压，逐步减小净围压，并根据出口端的流量情况不断减小岩石两端的压差，记录各净围压下的数据，同时分别记录稳定流量后岩心两端的压力值以及出口端流量。

2 结果与分析根据设计的实验流程，开展了模拟地层压力条件的页岩储层应力敏感实验，测试了渗透率随有效应力的变化关系。

由于模拟地层条件的储层应力敏感实验压力高、危险大、周期长，实验过程中孔隙度的准确计量难度大，主要开展了龙马溪组8块天然裂缝岩心的渗透率应力敏感实验 [3] 。

分析实验数据可以看出，岩心以有效应力约49MPa（有效应力增加约28MPa）为分界点，渗透率随有效应力的增加表现为明显的两段，有效应力低于49MPa之前（初期阶段）渗透率降低幅度较大，有效应力高于49MPa之后（后期阶段）渗透率降低幅度较小 [4] 。

油气层岩石在井下受到上覆岩层压力（P v ）和地层孔隙压力（P r ）共同作用。

其中P v 仅与埋藏深度和上覆岩石的密度有关。

由于岩石受力条件的变化导致有效应力(r v P P -)增加，从而造成孔隙与裂缝流道被压缩，导致油气层渗透率下降的现象称为应力敏感损害。

应力敏感损害主要发生在疏松砂岩及裂缝性地层。

影响应力敏感损害的主要因素包括压差、油气层自身能量以及油气藏的类型。

进行应力敏感性评价实验的主要目的在于建立储层渗透率与有效应力之间的关系。

储层岩石在井内实际承受的有效应力可由式（2-7）求得：孔隙上覆岩层有效－P P =σ（2-7）在本实验中，由于围上覆岩层P ≈P ，驱替孔隙0.5P P ≈，因此可得到式2-8： 驱替围有效－0.5P P ≈σ（2-8）目前应力敏感性评价实验主要可用两种不同的方式进行，一种是将围压保持恒定（如3.5 MPa ），逐渐增加驱替压力以获得不同的有效应力（有效应力逐渐减小）；另一种是将驱替压力（即流量）保持恒定，逐渐增大围压以获得不同的有效应力（有效应力逐渐增加）。

本实验研究主要选用后一种方式。

一般采用应力敏感指数来评价应力敏感性。

应力敏感性引起的渗透率损害率有两种计算方式：第一种计算方式是以式2-9计算应力敏感性引起的渗透率损害率2k D ： ok K K K D 1min 12'-=×100％ (2-9) 其中：2k D ——应力不断增加至最高点的过程中产生的渗透率损害最大值；1K ——第一个应力点对应的岩样渗透率，×10－3µm 2； minK '——达到临界应力后岩样的渗透率的最小值，×10－3µm 2。

第二种计算方式是以式2-10计算应力敏感性引起的渗透率损害率3k D ：1113K K K D r k '-'=×100％ (2-10) 其中：3k D ——应力回复至第一个应力点后产生的渗透率损害率；1K '——第一个应力点对应的岩样渗透率，×10－3µm 2； r K 1——应力回复至第一个应力点岩样的渗透率，×10－3µm 2。

川西致密储层岩石力学特性及裂缝应力敏感性研究
的开题报告
一、研究背景和意义
川西地区作为中国主要的油气生产地之一，致密油储层的勘探开发一直是研究的热点。

川西地区的致密储层具有石英砂岩、石英质页岩，并具有高渗透、低孔隙度和较高含油饱和度等特点，储层岩石力学特性对其勘探开发具有重要意义。

岩石力学特性是指岩石在力学作用下表现出来的性质，包括岩石抗压、抗拉、抗剪强度等，而裂缝应力敏感性则是指岩石在受到应力作用下裂缝扩展的敏感程度。

通过分析川西致密储层的岩石力学特性及裂缝应力敏感性，可以更好地了解该储层的抗裂性能和稳定性，为储层开发提供可靠的理论依据和技术支持。

二、研究方法和内容
本文将从岩石力学和岩石物理两个角度出发，采用实验室试验和数值模拟相结合的方法，研究川西致密储层岩石力学特性及裂缝应力敏感性。

具体研究内容包括：
1. 岩石抗压、抗拉、抗剪强度等力学特性实验；
2. 岩石裂缝形态、裂缝密度等物理性质实验；
3. 岩石裂缝扩展模拟实验；
4. 数值模拟分析川西致密储层岩石力学特性和裂缝应力敏感性；
5. 分析实验与数值模拟结果，得出川西致密储层的岩石力学特性及裂缝应力敏感性特点。

三、预期成果和贡献
本研究将对川西致密储层的岩石力学特性及裂缝应力敏感性进行深入研究，得出该储层的具体特点，为该地区勘探开发提供理论支持和技术指导，从而更好地开发资源，提高勘探开发效率，对中国的能源安全具有重要意义。