酸化压裂可能对储集层造成伤害-段晓辉

储集层保护技术酸化压裂可能对储集层造成的伤害段晓辉石工2008001018前言

对于低压、低渗，裂缝的发育很不完善，分布极不均匀，造成油气流动极为不畅，必须靠储层改造工艺来沟通天然裂缝组，形成油气通道，达到增产或投产的目的。压裂、酸化作为低渗油气藏重要的增产和投产措施，在石油工业生产中得到了广泛的应用。然而，压裂酸化措施对储集层也潜在着造成新伤害的危险，由于储层低渗、致密、非均质严重的特性，油层改造的增产效果不太理想，特别是个别在井的增产改造后出现减产的现象。为了获得增产效果，就应充分发挥其改善储集层的作用，尽量减少伤害储集层的因素。因此，这就很有必要搞清楚具体低渗透油田压裂、酸化作业对储层的伤害机理、伤害类型

酸化压裂作为油气井重要的增产和投产措施，在石油工业生产中得到了广泛的应用。特别是对于受到伤害的储集层，把压裂酸化作为投产措施，能在一定程度上解除堵塞物，恢复油气井产能。然而，压裂酸化措施也潜在着对储集层造成新的伤害的危险。

增产液对储集层伤害的类型及机理水力压裂技术是我国油气田开发必不可少的重要措施之一。压裂作业存在两重性:一方面是形成具有一定几何形状的高导流能力裂缝，改善油气通道:另一方面是压裂液进入地层后，会引起部分伤害。因此，压裂液在满足了压裂施工过程中造缝和携砂能力的同时如何尽量减少对储层的损害是压裂液研究的主要课题之一。

第一章.压裂液引起的储集层伤害压裂液进入地层后是通过物理或化学作用引起地层渗透率下降的。按压裂液作用位置可分为地层基质损害和支撑裂缝损害。根据流体性质不同，其损害又可分为以下类型：

(1)液体损害

压裂液滤液引起的地层粘土膨胀、分散、运移、

堵塞孔道;滤液进入喉道后由于毛细管力的作用而造成水锁，润湿性反转使油相渗透率变小，与地层流体配伍性差而产生沉淀等

(2)固体损害

压裂液破胶水化后，残留固相颗粒对地层喉道和支撑裂缝造成堵塞。

(3)压裂液滤饼和浓缩损害

由于滤失作用，在压裂成的裂缝表面形成致密的滤饼;同时滤液进入地层裂缝内形成浓缩压裂液，破胶困难，导致裂缝导流能力大大降低

压裂液在储集层中滞留产生液堵

1.1低渗透砂岩中的水锁伤害机理

在油气层增产改造过程中，酸化、压裂液等外来流体侵入储层后，由于毛细管力作用，地层驱动压力不能将外来流体完全排出地层，从而使储层的含水饱和度增加，油气相渗透率降低;对于气藏而言，气水两相区减小，这种现象称为水锁效应。在低压、低渗透、特低渗透储层中水锁效应尤为突出。

如下图所示

a.原始状态条件下，液体以液滴状存在，而气态是连续的。b.水侵时，液体连续存在，而气态被水包围。c.天然气派液时，无疑增加了天然气的阻力。采取以下措施:

①在水基压裂液中加入表面活性剂即助排剂，降低油水界面张力，增大接触角，减少毛细管力。

②改善压裂液破胶性能，实现压裂液在地层中的彻底水化破胶，减小压裂液在地层介质中流动的粘滞阻力。

③压裂液快速破胶，并在压裂结束后采用小油嘴，利用余压强制裂缝排液，减少压裂液在地层的滞留时间。

④使用液氮、C02助排等。

1.2压裂液残渣对储集层造成的伤害

残渣的来源是基液和成胶物质中的不溶物、防滤失剂或支撑剂的微粒及由于压裂液对储集层岩石的浸泡，冲刷作用而脱落下来的微粒。残渣在岩石表面形成储饼，可降低压裂液的滤失，并且阻止大颗粒继续流人储集层内。但较小颗粒残渣，穿过滤饼随压裂液一道进入储集层深部，堵塞孔隙喉道，降低储集层渗透率。缝壁上的残渣，随压裂液的注入过程可能沿支撑缝移动，压裂结束后，这些残渣返流堵塞填砂裂缝，降低裂缝导流能力，严重时使填砂裂缝完全堵塞，造成压裂失败。残渣对压裂效果的影响存在双重性:

一方面是形成滤饼，阻碍压裂液侵入地层深处，提高了压裂液效率，减轻了地层损害;

另一方面是堵塞地层及裂缝内孔隙和喉道，增强了乳化液的界面膜厚度，难于破乳，降低地层和裂缝渗透率，损害地层。

压裂液破胶液残渣对支撑裂缝存在一定的损害。

残渣在孔隙中形成的堵塞如下图

由上图可以看出，几乎都对孔隙喉道产生了负面影响1.3压裂过程引起储集层中粘土矿物的膨胀和颗粒运移

几乎所有的砂岩储集层都含有一定量的水敏粘土矿物。在碳酸盐岩中、粘土矿物充填于岩石孔隙、裂缝之间，粘附于颗粒表上。粘土矿物与水为基液的压裂液接触，立即产生膨胀，使流动孔隙减小。松散粘附于孔道壁面的粘土颗粒与压裂液接触时分散、剥落，随压裂液滤入储集层或沿裂缝流动。在孔喉处被停住，形成桥堵，从而引起伤。

1.4压裂液的冷却效应造成储集层伤害

冷的压裂液进入储集层、会使储集层温度降低，从而使原油中的蜡及沥青等析出;造成储集层伤害。此种伤害取决于储集层原油的性质、储集层原始温度、储集层降温幅度及储集层渗透率等因素。

在高温井压裂时可利用“冷却效应”来降低压裂流体的滤失量，使耐温性较差的压裂液可用于温度较高的油井，并给施工带来一些方便。

此外，压裂液与储集层流体的配伍性不好，产生化学反应生成沉淀，以及添加剂使用不当造成岩石润湿性改变等新的伤害，都将严重危害储集层的压后产能。1.5施工作业及施工质量差带来的附加伤害

井筒及压裂液储罐清洗不干净，杂质、锈、垢等带入储集层将引起损害。配液时，水质不好，使压裂液性能改变，并引入有害物质。

施工结束后排液不彻底将造成大量高粘压裂液残存于储集层和裂缝中，会对储集层带来伤害。

第二章.酸化作业可能造成的伤害

由于储集层岩石成分、结构及储集层中流体的不同，导致酸化技术的复杂性，使得有的酸化作业不但不能解除原有储集层堵塞，相反带来对储集层进一步的伤害。

在酸化施工过程中，由于设计及处理不当，可能造成严重的储集层伤害，最常见的储集层伤害主要在于酸化后二次产物的沉淀，酸液与储集层岩石，流体的不配伍以及储集层润湿性的改变，毛管力的产生，酸化后疏松颗粒及微粒的脱落运移堵塞、产生乳化等。1.酸液与储集层流体的配伍性

1.1储集层原油与酸液的配伍

当酸液与储集层中含沥青原油接触时，会产生酸渣。酸渣由沥青、树脂、石蜡和其它高分子碳氢化合物组成，是一种胶状的不溶性产物。一旦产生，会对储集层带来永久性伤害，一般很难加以消除。

1.2储集层水与酸液的配伍

储集层水与酸接触带的危害，主要是反应生成沉淀。若不考虑注入酸液与岩石反应时，酸与储集层中水接触产生的危害不大。

酸液特别是HF将与这些离子作用而产生有害沉淀物。因此，酸化时要设法避免其与储集层水接触产生沉淀。

2.酸液与储集层岩石的配伍性

储集层岩石矿物成分复杂，酸液注入后对不同矿物产生的溶解机理不同。会带来不同类型和不同程度的储集层伤害。粘土矿物普遍存在于油、气储集层中，最常见的是蒙脱石、伊利石、混层粘土(以伊利石一蒙脱石为主)、高岭石以及绿泥石。不同的粘土矿物其组成、结构以及理化性质不同，酸液对其反应亦各异，产生的伤害机理也不同。

2.1酸液引起粘土矿物膨胀

酸液注入到含蒙脱石或伊利石一蒙脱石含量较高的储集层。酸液中水被蒙脱石所吸收，引起这类粘土矿物的膨胀。特别是高含Na蒙脱石类粘土，膨胀体积因而使孔道变窄甚至堵死孔道，使储集层丧失渗透性。即使酸液溶解掉部分粘土矿物，也很难抵消其造成的伤害。

2.2酸液的冲刷及溶解作用造成微粒运移

在酸化过程中或酸化后随酸液或流体流动而破碎迁移，引起孔道堵塞。不论是哪类粘土矿物，酸化过程中酸溶解胶结物不同程度地使储集层颗粒或微粒松散，脱落而运移堵塞。这些微粒随酸液的流动搅拌极易促进酸液与储集层中原油一起形成稳定的乳化液，产生液堵。

高岭石类粘土在储集层中大多松散地附着在砂粒表面，随着酸浪的冲刷，剥落下来的微粒将发生迁移，造成孔隙喉道的堵塞。进而降低渗透率。

伊利石类粘土在砂岩中可以形成大体积的微孔(蜂窝状)，这些微孔可以束缚酸中的水，有时在孔隙中还可发育成类似毛状的晶体，增加了孔隙的弯曲性，降低渗透率。

2.3酸液溶解含铁矿物产生不溶产物

绿泥石类粘土是水合铝硅酸盐，常常含有大量的Fe和Mg，对酸和含氧的水非常敏感，它很容易溶于稀酸，用酸处理时可以被溶解掉，但当酸耗尽时，F离子可以再次以氢氧化铁凝胶沉淀出来，堵塞储集层，这种情况特别是酸液未加鳌合剂时，更为严重。

2.4酸化产生液堵和岩石润湿性改变

酸液注入储集层后，井壁附近含水大大增加，当水油流度比大于1时会出现水锁，因此应加强酸化后排液工作。酸液中的表面活性剂可能改变岩石润湿性引起储集层伤害，若酸化时形成乳化、泡沫等，两相流动阻力增大，特别是当气泡、液滴流经喉道时，产生贾敏效应封堵喉道。

2.5酸液与储集层矿物反应产生二次沉淀损害

在酸化过程中，酸溶解矿物以扩大孔隙或裂隙空间。但若溶解后的产物再次沉淀出来，则会重新堵塞孔道。酸化后的再次沉淀物一般如下：

a.铁质沉淀

b.氢氟酸反应产生沉淀

c.水化硅沉淀

2.4妨碍酸反应的有机覆盖层处理后对油层的损害

酸化中存在的一个普遍问题是酸不能穿透岩石或结垢表面上的有机覆盖层而使处理失败。这对沥青质原油的储集层尤为突出。这类储集层酸化前，采用溶剂或酸/溶剂混合物作预处理，也可采用注热油处理。但若施工不当，把被溶解的有机沉淀物注到储集层中，发生再沉淀，也会堵塞储集层。酸化时则要在酸液中加入抗酸渣剂以免酸与原油作用产生酸渣。

2.5酸液滤失造成的损害

一是酸液或前置液渗入细微的粒间孔道，产生

毛管阻力，返排时压差不能克服毛管阻力，造成这些流道的液阻;

二是酸液中固相颗粒，酸液溶蚀下的储集层微粒，特别