储层的敏感性矿物

4．2．2．1　敏感性矿物的定义和特点

油气层岩石骨架是由矿物构成的，它们可以是矿屑和岩屑。从沉积物来源上说，有碎屑成因、化学成因和生物成因之分。储层中的造岩矿物绝大部分属于化学性质比较稳定的类型，如石英、长石和碳酸盐矿物，不易与工作液发生物理和化学作用，对油气层没有多大损害。成岩过程中形成的自生矿物数量虽少，但易与工作液发生物理和化学作用，导致油气层渗透性显著降低，这部分矿物就称为油气层敏感性矿物。它们的特点是粒径很小（＜37μm），比表面积大，且多数位于孔喉处。因此它们必然优先与外界流体接触，进行充分作用，引起油气层敏感性损害。

4．2．2．2　敏感性矿物的类型

表4－5是几类可能损害地层的敏感性矿物。

表4－5　可能损害地层的几类敏感性矿物

（1）水敏（性）矿物。是指油气层中与水溶液作用产生晶格膨胀或分散堵塞孔喉并引起渗透率下降的矿物。此类矿物一般具有阳离子交换容量较大的特点，如表4－5中的蒙脱石。阳离子交换容量每100g为80～150毫克当量。如果水溶液中阳离子的类型和含量（即矿化度）不同，那么其阳离子交换容量和交换后引起的膨胀、分散、渗透率降低的程度也不同，所以也有“盐敏矿物”之称。其实水敏矿物仅是水溶液中矿化度为最小（即淡水）时的一种特定称呼。

（2）酸敏矿物。是指油气层中与酸液作用产生化学沉淀或酸蚀后释放出的微粒引起渗透率下降的矿物。其中与盐酸作用产生氢氧化铁沉淀的矿物都是含铁高的一类矿物（表4－5）。这类矿物一般含Fe2＋离子，如果氧化条件下变为Fe3＋离子，在pH值为2．2时，就沉淀出Fe（OH）3，大多数Fe2＋在pH＜9时不沉淀，如果是含铁绿泥石矿物与HCl作用时，多数是这类黏土矿物中的Si游离出来，形成非晶质的SiO2凝胶体堵塞孔隙。而与氢氟酸（HF）作用产生氟化钙沉淀物，都是含钙高的一类矿物。如表4－5中的钙长石、钙沸石、浊沸石、石灰石（方解石）、白云石等。

在酸敏矿物中与氢氟酸反应的硅酸盐矿物（长石类、沸石类矿物）和氧化硅矿物（石英、蛋白石）等，可能生成CaF2沉积物。若在强碱性（pH＞12）介质中黏土矿物将产生新的硅酸盐沉淀物和硅凝胶体堵塞孔喉。所以针对强碱性条件能产生沉淀物损害渗透率的矿物也有“碱敏矿物”的称呼。这类矿物是固井设计方案中应予以考虑的，但因为固井水泥浆滤液的pH值都很高，而且很难降低，所以在钻井液中一般先采用相应的暂堵技术，使高pH值液体尽量少进多出，以防止地层伤害。

（3）碱敏矿物。是指油气层中与高pH值外来液作用产生分散、脱落或新的硅酸盐沉淀和硅凝胶体，并引起渗透率下降的矿物。主要有长石、微晶石英、各类黏土矿物和蛋白石。

（4）速敏矿物。是指在油气层中，因流体流速过高，甚至水化膨胀产生的细分散的黏土矿物，以及杂基中胶结不紧的微粒，包括碎屑黏土矿物，或者酸蚀后释放出的残余微粒形成了分散运移和微粒运移损伤渗透率的矿物。如表4－5中的高岭石、毛发状伊利石，固结不紧的微晶石英、长石等。

其他的敏感性矿物，如硫酸盐矿物（石膏、重晶石、天青石）及硫铁矿、岩盐等。由于温度和压力的变化，引起溶解和再沉淀（或盐析），或者是入侵滤液与地层流体化学特性的差异将会发生有害反应，从而引起有机结垢（石蜡、沥青）和无机结垢（CaCO3、FeCO3、BaSO4、SrSO4）损害地层（表4－5）。

总之，在设计无损害钻井、完井、开发、采油方案时，上述矿物学资料是不可缺少的。它配合后面要讲的敏感性实验将为油气层敏感性评价提供定量参数。

4．2．2．3　敏感性矿物的产状

敏感性矿物的产状是指它们在含油气岩石中的分布位置和存在状态，其对油气层损害有较大影响。通过大量的研究，敏感性矿物有四种产状类型（图4－2），它们与油气层损害的关系如下：

图4－2　敏感性矿物产状示意图
（a）薄膜式；（b）栉壳式；
（c）桥接式；（d）孔隙充填式

（1）薄膜式。黏土矿物平行于骨架颗粒排列，呈部分或全包覆基质颗粒状，这种产状以蒙脱石和伊利石为主。流体流经它时阻力小，一般不易产生微粒运移，但这类黏土易产生水化膨胀，减少孔喉，甚至引起水锁损害。

（2）栉壳式。黏土矿物叶片垂直于颗粒表面生长，表面积大，又处于流体通道部位，呈这种产状以绿泥石为主。流体流经它时阻力大，因此极易受高速流体的冲击，然后破裂形成颗粒随流体而运移。若被酸蚀后，形成Fe（OH）3胶凝体和SiO2凝胶体，堵塞孔喉。

（3）桥接式。由毛发状、纤维状的伊利石搭桥于颗粒之间，流体极易将它冲碎，造成微粒运移。

（4）孔隙充填式。黏土充填在骨架颗粒之间的孔隙中，呈分散状，黏土粒间微孔隙发育。呈这种产状以高岭石、绿泥石为主，极易在高速流体作用下造成微粒运移。

4．2．2．4　敏感性矿物的含量与损害程度的关系

一般来说，敏感性矿物含量越高，由它造成的油气层损害程度越大；在其他条件相同的情况下，油气层渗透率越低，敏感性矿物对油气层造成损害的可能性和损害程度就越大。