油气层损害的机理

1、一、油气层损害的基本看法油气层损害：任何阻拦流体从井眼周围流入井底的现象。油气层损害的主要表现形式：油气层浸透率的降低，包括油藏岩石绝对浸透率和油气相对浸透率的降低。发生油气层损害的主要作业环节：在钻井、完并、修井、推行增产措施和油气开采等发生油气层损害的机理：工作流体与储层之间物理的、化学的或生物的相互作用。二、保护油气层的重要性在油气勘探过程中，直接关系到可否及时发现油气层和对储量的正确估算。保护油气层有利于提高油气井产量和油气田开发经济效益。能够大大减少试油、酸化、压裂和修井等井下作业的工作量，降低生产成本。有利于油气井的增产和稳产。三、保护油气层涉及的技术范围八方面内容：岩心解析、油气

2、水解析和测试技术；油气层敏感性和工作液损害室内议论技术；油气层损害机理研究和保护油气层技术系统方案设计；钻井过程中的油气层损害因素解析和保护油气层技术；1/20完井过程中的油气层损害因素解析和保护油气层技术；开发生产中的油气层损害因素解析和保护油气层技术；油气层损害现场诊断和矿场议论技术；保护油气层整体收效议论和经济效益综合分折技术。四、油气层损害机理油气目的潜藏损害因素1）油气层储渗空间孔喉种类和孔隙结构参数与油气层损害关系很大2）油气层的敏感性矿物速敏、xx、盐敏、酸敏、碱敏3）油藏岩石的润湿性4）油气层流体性质固体颗粒拥堵造成的损害1）流体中固体颗粒拥堵油气层造成的损害2）地层中微粒运移

3、造成的损害工作液与油气层岩石不配伍造成的损害1）水敏性损害2）碱敏性损害3）酸敏性损害4）油气层岩石润湿反转造成的损害工作液与油气层流体不配伍造成的损害2/201）无机垢拥堵2）有机垢拥堵3）乳化拥堵4）细菌拥堵油气层岩石毛细管阻力造成的损害议论油气层损害的实验方法议论实验是指在研究油层损害问题时，在实验室内进行的定性或定量解析测定的实验。该议论实验由一系列综合性的岩心解析实验组成。一、议论实验的目的：保护油气层。1）弄清储层潜藏因素；2）弄清外因对储层的影响；3）在内因外因的作用下，弄清储层损害种类及程度4）优选合理的防治措施。二、议论程序三、岩心解析油气层的敏感性议论、损害机理的研究、对油

4、气层损害的综合诊断和保护油气层技术方案的拟定等都必定建立在岩心解析的基础之上。主要目的：全面认识油藏岩石的物理性质及岩石中敏感性矿物的种类、产状、含量及分布特点，确定油气层潜藏损害的种类、程度及原因，进而为各项作业中保护油气层工程方案的设计供给依照和建议。1）X-射线衍射（XRD）解析3/20依照：晶体对X-射线的衍射特点来鉴别物质的方法。没有任何两种结晶物质在晶胞大小、质点种类以及质点在晶胞中的排列方式方面是完好一致的。所以，当X-射线经过某一晶体时，必然会显示出该晶体特有的衍射特点值反射面网间的距离（d）和反射线的相对强度（I/I0）。用于：测定岩样中粒径小于4mm的粘土矿物和粒径大于4m

5、m的非粘土矿物，特别适于确定岩样中各种粘土矿物的种类和含量。测准时不需整块岩心。不足之处：是不能够确定各种敏感性矿物在孔隙中的产状及分布，所以必定与薄片、扫描电镜技术配套使用，才能全面揭穿敏感性矿物的特点。2）薄片解析方法：将岩心制成薄片，置于光学显微镜下进行察看。用于：测定油藏岩石中骨架颗粒、基质和胶结构的组成和分布，描述孔隙的种类、性质及成因，认识敏感性矿物的分布及其对油气层可能引起的损害。薄片样品制备：将岩石顺必然方向切割成薄板，将一面磨平后用树胶将其粘在载玻片上；尔后磨另一面、直至矿片厚约为0.03mm，并能透过可见光时为止，最后将盖破片粘在矿片表面即制成。特点：直观、花销低，常在X-

6、射线衍射和扫描电镜前进行。4/20注意：只有选择有代表性的岩心制成薄片，解析结果才有实质价值。3）扫描电镜（SEM）解析用于：供给孔隙内充填物的矿物种类、产状和含量的直观资料。对油气层中的粘土矿物和其他敏感性矿物进行察看；获取油气层中孔喉的形态、尺寸、波折度以及与孔隙的连通性等资料；估计出粒径小于37mm的地层微粒的种类、含量和分布；对含铁的酸敏性矿物进行检测等。组成：扫描电镜由电子系统、扫描系统、信息检测系统、真空系统和电源系统等部分组成。原理：利用细聚焦的电子束在岩样上逐点扫描，激发产生能够反响样品特点的信息并调制成像。解析前应将岩样用抽提的方法洗净，尔后加工出新鲜断面作为察看面。样品直径

7、一般不高出1cm。特点：制样简单、解析快速。4）其他岩心解析方法用压汞法测定岩石的毛管压力曲线用Amott和USBM法测定岩石的润湿性。用红外光谱法测定岩石矿物的组成及所含元素。用图像解析法察看孔喉的尺寸与分布等也都是岩心解析中的常用方法。5/20用CT扫描和核磁共振（NMR）为代表的现代影像技术已经越来越多地应用于中。四、油气层敏感性议论1）速敏议论实验速敏性：油气层的速敏性是指在钻井、完井、试油、注水、开采和推行增产措施等作业或生产过程中，流体的流动引起油气层中的微粒发生运移，致使一部分孔喉被拥堵面致使油气层浸透率下降的现象。目的：一是确定致使微粒运移开始发生的临界流速；二是为后边将要进行

8、的水敏、盐敏、碱敏和酸敏实验以及其他各种损害议论实验供给合理的实验流速。一般情况下，要先进行速敏议论实验，所有后边议论实验的流速应低于临界流速，应控制在临界流速的0.8倍。实验装置：速敏和其他敏感性议论的均为岩心流动试验仪。详细实验步骤可拜会SY/T53582002储层敏感性流动实验议论方法。实验液体：对于采油井，速敏议论实验应采用煤油作为实验流体；对于注水井，则应使用地层水或模拟地层水作为实验流体。方法：经过测定不相同注入速度下岩心的浸透率，判断储层岩心对流速的敏感性。临界流速的判断标准为：若流量Qi-1对应的浸透率Ki-1与流量Qi对应的浸透率Ki之间满足下式（Ki-1Ki）/Ki-110

9、0%发5%生流速敏感6/20流量Qi-1即为临界流量临界流速（vc）。2）xx议论实验水敏性：指矿化度较低的钻井液等外来流体进入地层后引起粘土水化膨胀、分别和运移，进而致使浸透率下降的现象。目的：就是对油藏岩石水敏性的强弱作出议论，并测定最后使储层浸透率降低的程度。测定方法：第一用地层水或模拟地层水测得岩心的浸透率Kf，尔后用次地层水测得岩心的浸透率Ksf，最后用蒸馏水测出岩心的浸透率Kw。Kw/Kf0.30.30.70.7程度强中等弱3）盐敏议论实验目的：测定当注入流体的矿化度逐渐降低时岩石浸透率的变化，进而确定致使浸透率显然下降时的临界矿化度（Cc）。意义：在进行钻井液、完井液等工作流体设

10、计时，应将其矿化度保持在临界矿化度以上，才能防范因粘土矿物水化膨胀、分别而对油气层造成损害。实验程序：第一用模拟地层水测定岩样的盐水浸透率，尔后依次降低地层水的矿化度，再分别测定盐水浸透率，直至找出Cc值时为止。7/20临界矿化度确定：（Ki-lKi）/Ki-1l00%5%Cil4）碱敏议论实验碱敏性：当高pH值的工作流体进入储层后，将促进储层中粘土矿物的水化膨胀与分别，并使硅质胶结物结构破坏，促进微粒的释放，进而造成拥堵损害。目的：确定临界pH值以及由碱敏引起油气层损害的程度。意义：在设计各种工作液时，其pH值应控制在临界pH值以下。方法：测准时，以地层水的实质pH值为基础，经过适合增加Na

11、OH溶液配制不相同pH值的盐水，最后一级盐水的pH值等于12，测定浸透率。临界pH值确定：（Ki-lKi）/Ki-1l00%（5%pH）i-15）酸敏议论实验酸敏性：若酸化用酸与油气层不配伍，则会与油气层中的某些矿物、流体反响生成积淀或释放出微粒，对孔喉造成拥堵。目的：经过模拟酸液进入地层的过程，用不相同酸液测定酸化前后浸透率的变化，进而判断油气层可否存在酸敏性并确定酸敏的程度。议论实验的步骤：8/20先用地层水测出基础浸透率，再用煤油正向测出注酸前的浸透率K1；反向注入0.51.0倍孔隙体积的酸液，反响13h；最后用煤油正向测定注酸后的浸透率率K2。依照两浸透率之比（K2/K1）议论。五、工

12、作液对油气目的损害议论议论实验的目的：经过测定工作液侵入油藏岩石前后浸透率的变化，来议论工作液对油气层的损害程度，判断它与油气层之间的配伍性，进而为优选工作液的配方和施工工艺参数供给实验依照。方法：模拟地层的温度和压力条件；用地层水饱和岩样，用中性煤油进行驱替，建立拘束水饱和度，并测出污染前岩样的油相浸透率Ko；在必然压力下反向注入工作液，历时2h，若2h内不见滤液流出，可延长时间或增大驱替压力；将岩样取出并刮除滤饼，再次用煤油正向驱替，测定污染后岩样的油相浸透率Kop浸透率的损害率：Rs=1（Kop/Ko）100%油气层损害的矿场议论目的：对油气层损害进行矿场议论的范围要比室内议论大得多，可

13、反响井筒周边几十米甚至几百米内油气层的受损程度，同时还可评估保护油气层技术在现场推行后所获取的实质收效。方法：包括对油气层进行试井议论、产量递减解析和测井议论。不牢固试井法：9/20即在油气井完成此后，经过测定压降曲线或压力恢复曲线时所获取的不牢固试井数据，对油气层的损害程度作出解析和议论。1）表皮系数法表皮系数：是描述由于近井壁地带的油气层损害而致使流体渗流阻力增加的一个常数。数学表达式：S=（Ko/Kop）-11n（rd/rw）S是一个无因次量。其数值越大、表示损害程度越大；若S=0，表示油气层无损害，这样的油气井可称为完满井，若S102）条件比与产能比法条件比（CR）：是指油气井供给半径

14、re以内的平均有效浸透率与远离并底、末受损害油气层的有效浸透率之比值产能比（PR）：是指在相同的生产压差条件下，油气层碰到损害时的原油产量与未受损害时的原油产量之比值CR和PR值越凑近于1，则损害程度越小。对于同一油气层，CR和PR相等。数学表达式：CR=PR=lg（re/rw）/lgre/rw）十0.4342S10/203）流动效率法流动效率表示在获取相同原油产量的条件下.油气层碰到损害后的采油指数PI）与未受损害时的理想采油指数（PI）0之比值。计算式：Ef=（ppf0.8684m0S）/（ppf）式中：Ef表示流动效率，p表示地层压力，pf表示井底流动压力，m0表示压力恢复曲线直线段的斜

15、率，S表示表皮系数。由上式可知，若S值越大，则Ef值越小。当S=0时，Ef=14）污染系数法污染系数等于1与产能比的差值，即DF=1PR显然，当油气层末受损害时，DF=0；碰到损害时DF05）井底污染半径法井底污染半径（rd）反响钻井液等外来流体侵入油气层的深度，是表示损害程度的一项重要指标。以上方法所确定的指标分别从不相同角度反响油气层损害的程度，其中表皮系数是最基本的参数。采用中途测试的方法.也可测得表皮系数。保护油气层的钻井液技术一、对钻井液的要求1）必定与油气层岩石相当伍2）必定与油气层流体相当伍3）尽量降低固相含量4）密度可调，以满足不相同压力油气层近平衡压力钻井的需要11/20二、

16、保护油气层的水基钻井液1）无固相干净盐水钻井液无机盐：NaCl、CaCl2、KCl、NaBr、KRr、CaBr2和ZnBr2等1）NaCl盐水系统密度可达1.18g/cm3，增加剂为HEC（羟乙基纤维素）和XC生物聚合物。（2）KCl盐水系统密度范围为1.001.17g/cm3，KCl常与NaCl、CaCl2复配，组成混杂盐水系统。只要KCl质量分数保持在3%7%，其控制作用就足以获取充分的发挥。3）CaCl2盐水系统密度可达1.39g/cm3，CaCl2也可与NaCl配合使用4）CaCl2-CaBr2混杂盐水系统密度在1.41.8g/cm3范围，只要加入较少量的聚合物。5）CaBr2-ZnB

17、r2与CaCl2-CaBr2-ZnBr2混杂系统密度均可高达2.30g/cm3。优点：可防范因固相颗粒拥堵而造成的油气层损害；可在必然程度上增强钻井液对粘土矿物水化作用的控制性，减少水敏性损害；机械钻速可显然提高。缺点：12/20成本高，工艺较复杂，固控要求严格，对钻具、套管腐化较严重和易发生漏失等问题，所以在使用上碰到较大的限制。目前，国内外主要将无固相干净盐水液用做射孔液和压井液。有室内试验表示，高矿化度盐水钻井完井液对气层的浸透率产生严重损害，损害率在90%以上；无固相的高矿化度盐水压井液对气层浸透率的损害率达80%左右。其损害机理主要原因是高矿化度盐水钻井液完井液中的盐组分在干气返排过

18、程中的结晶拥堵问题。6）甲酸盐钻井液甲酸钠、甲酸钾和甲酸铯等配制而成。特点：低腐，高密度2.20g/cm3，150性能牢固；易于泵送，环空压耗低；易生物降解，有利于环境保护。2）水包油钻井液油（平时采用柴油）分别在淡水或不相同矿化度的盐水中，形成的一种以水为连续相、油为分别相的无固相水包油乳状液。以及增粘剂、降滤失剂和乳化剂等。最低密度可达0.89g/cm3。特别适用于技术套管下至油气层顶部的低压、裂缝发育、易发生漏失的油气层。同时，也是欠平衡钻井中的一种常用钻井液系统。3）无膨润土暂堵型聚合物钻井液组成：水相+聚合物+暂堵剂固相颗粒，密度经过加入NaCl、CaCl2等活性盐进行调节。聚合物增

19、加剂有高粘CM13/20C、HEC、HPAM和XC生物聚合物等。原理：在必然的正压差作用下，所加入的暂堵剂在近井壁地带形成内泥饼和外泥饼，可阻拦钻井液中的固相和滤液连续侵入。（1）酸溶性暂堵剂常用的酸溶性暂堵剂为不相同粒径范围的详目CaCO3。采用时应注意其粒径必定与油气层孔径相般配，使其能经过架桥作用在井壁形成内、外泥饼，进而能有效地阻拦钻井液中的固相或滤液连续侵入。若是已知储层的平均孔径，可依照“三分之一架桥规则”选择暂堵剂颗粒的大小。不能够在酸敏储层使用。（2）水溶性暂堵剂平时称为悬浮盐粒钻井液系统。它主要由饱和盐水、聚合物、固体盐粒和缓蚀剂等组成，密度范由于1.042.30g/cm3。

20、由于盐粒不再溶于饱和盐水，所以悬浮在钻井液中，常用的水溶性暂堵剂有详目氯化钠和复合硼酸盐等。这类暂堵剂可在油井投产时，用低矿化度水溶解盐粒而解堵。不宜在强水敏性的储层中使用。（3）油溶性暂堵剂油溶性树脂。一类是脆性油溶性树脂，在钻井液中主要用于架桥颗粒，如油溶性的聚苯乙烯、改性酚醛树脂和二聚松香酸等；另一类是可塑性油溶性树脂，其微粒在必然压差作用下能够变形，主要作为充填颗粒。油溶性暂堵剂可被产出的原油或凝析油自行溶解而除去，也可经过注入柴油或亲油的表而活性剂将其溶解而解堵。4）低膨润土暂堵型聚合物钻井液14/20低膨润土暂堵型聚合物钻井液的特点是，在组成上尽可能减少膨润土的含量，使之既能使钻井

21、液获取安全钻进所必定的性能，又不对油气层造成较大的损害。其流变性和滤失性可经过采用各种与油气层相当伍的聚合物和暂堵剂来控制。除了含适合膨润土外，其配制原理和方法与无膨润土暂堵型聚合物钻井液周边似。5）改性钻井液裸眼钻开油气层的井，为了减少油气层损害，在钻开油气层从前，对钻井液进行改性，以满足保护油气层对钻井液的要求。1）荒弃一部分钻井液后用水稀释，以降低膨润土和无用固相含量。2）依照需要调整钻井液配方，尽可能提高钻井液与油气层岩石和流体的配伍性。3）采用适合的暂堵剂，并确定其加量。4）降低钻井液的API和HTHP滤失量，改进其流变性和泥饼质量。6）障蔽暂堵钻井液原理：利用正压差，短时间内，使钻

22、井液中起暂堵作用固体颗粒在井壁周边形成浸透率凑近于零的障蔽暂堵带（或称为障蔽环），进而能够阻拦钻井液以及水泥浆中的固相和滤液连续侵入油气层。由于障蔽暂堵带的厚度（一般不应高出3cm。）远远小于油气井的射孔深度，所以在完井投产时，可经过射孔解堵。其技术要点：（1）测出油气层孔喉分布曲线及孔喉的平均直径。15/20（2）按平均孔喉直径的选择架桥颗粒（平时用详目CaCO3）的粒径，并使这类颗粒在钻井液中的含量大于3%。3）选择粒径更小的颗粒（大体为平均孔喉直径的）作为充填颗粒，其加量应大于1.5%。4）再加入1%2%可变形的颗粒，其粒径应与充填颗粒相当，其消融点应与油气层温度相适应。这类颗粒平时从磺

23、化沥青、氧化沥青、白腊、树脂等物质中进行选择。收效：经过推行障蔽暂堵保护油气层钻井液技术（简称障蔽暂堵技术），能够较好地解决裸眼井段多套压力层系储层的保护问题。吐哈油田在陵10-18井使用障蔽暂堵钻井液钻开油层，并经过取心进行检测。检测结果表示，障蔽环的浸透率均小于l10-3mm2，暂堵深度在0.582.09cm之间。当切除岩心的障蔽环后，浸透率基本上可完好恢复。三、保护油气层的油基钻井液原理：主若是油包水乳化钻井液，由于这类钻井液以油为连续相，其滤液是油，所以能有效地防范对油气层的水敏损害。与一般水基钻井液对照，油基钻井液的损害程度较低。但是，使用油基钻井液钻开油气层时应特别注意防范因润湿反

24、转和乳化拥堵引起的损害，同时还应防范钻井液中过多的固相颗粒侵入储层。一般来讲，对于砂岩储层，应尽量防范使用亲油性较强的阳离子型表面活性剂，最好是在非离子型和阴离子型表面活性剂中进行优选。四、保护油气层的气体类钻井流体原理：16/20对于低压裂缝性油气层、稠油层、低压强水敏或易发生严重井漏的油气层，由于其压力系数低（经常低于0.8），要减少正压差造成的损害，需要选择密度低于l.0g/cm3的钻井流体来实现近平衡或欠平衡压力钻井。分类：空气、雾、充气钻井液和泡沫。特点：密度小，钻速快，平时在负压条件下钻进，所以能有效地钻穿易漏失地层，减少由于正压差过大而造成的油气层损害。1）空气组成：空气（有时亦

25、使用天然气）、缓蚀剂和干燥剂等。适用：常用于钻开已下过技术套管的下部易漏失地层、强水敏性油气层和低压油气层。特点：此种流体密度最低，负压钻进，自己又不含固相和液相，所以可最大限度地减少对油气层的损害。使用空气钻井机会械钻速可增大34倍，拥有钻速快、钻时短、钻井成本较低等特点。限制：碰到井壁不牢固和地层出水等问题的限制。并且需在井场装备大排量的空气压缩机等专用设备。2）雾17/20组成：空气、发泡剂、防腐剂和少量水混杂组成。适用：适用于钻开低压、易漏失和强水敏性的油气层。特点：使用这类流体钻井是空气钻井和泡沫钻井之间的一种过渡。当钻遇地层液体（如盐水层）而不宜再连续使用于空气作为循环介质时，则可转变成此种钻井流体。其保护油气层的原理与空气钻井流体近似。3）泡沫组成：其液相（分别介质）是发泡剂和水，气相是空气。特点：1）密度范围一般为0.030.09g/cm3，钻井时呈负压状态，再加上泡沫中液体含量少，所以可大大减少滤液和固相进入储层的机