储层保护技术

油气层损害及保护技术讲授内容一、油气层损害概念、油气层保护重要性及原则二、油气层损害机理三、保护油气层所需资料及其取得方法四、钻井过程中储层损害原因及保护技术五、小结一、油气层损害概念、保护油气层重要性及原则（一）油气层损害概念油气层损害是指油井完井及生产阶段，在储层中造成的减少油气藏产能或降低注气、注液效果的各种阻碍。（二）保护油气层的重要性

各个作业过程都可能损害储层:

钻井、完井、试油等油井作业过程中，固相/滤液进入储层发生作用，不适当工艺，引起有效渗透率降低,损害储层储层损害的危害性:

降低产出或注入能力及采收率，损失宝贵的油气资源，增加勘探开发成本

保护储层的作用与意义：

是加快勘探速度、提高油气采收率和增储上产的重要技术组成部份，是保护油气资源的重要战略措施，对促进石油工业、少投入、多产出、和贯彻股份公司以效益为中心的方针都具有十分重要的作用

（二）保护油气层的重要性-有利于发现和正确评价油气层

探井损害储层，可将有希望的储层被误判为干层或不具开采价值,搞好钻井、完井、试油保护油气层有利于发现油气层和正确评价油气层

辽河荣兴油田：1980年之前钻9口探井，均因储层损害判为没有工业价值；1989年，采用保护储层配套技术重新钻探17口井，均获工业油流，新增含油气面积18.5km2，探明原油储量上千万吨，天然气几十亿立方米。华北岔37井第16和19层，钻井污染，电测解释为水层，射孔试油分别排出59m3和37m3钻井液滤液后，都基本出纯油，分别产油16.5t/d和11.7t/d。

（二）保护油气层的重要性-有利于提高产能及开发效益保护储层可减少储层损害，有利于提高储层产能及勘探开发效益

新疆夏子街油田，勘探初期用普通钻井液钻井，日产油仅3-6t；投入开发时，用保护储层钻井液钻开油层，完井后投产，日产油一般8-9t，最高达每天24t，储层级别从三类提高到二类。

吐哈温米油田，开发方案设计需压裂投产才能达到所需产能，但钻167口开发井时，全面推广使用与储层特性配伍的钻井完井保护油层技术，射孔后全部井自喷投产，单井产能比设计产量提高20-30%。使用的保护储层技术每口井多投入10000元，却省掉了压裂工序，节省费用几十万元。

（三）保护油气层技术的原则1、保护为主，解除为辅原则2、针对性原则3、配伍性原则4、效果与效益结合原则二、损害机理(一)油气层损害实质及类型(二)油气层损害内因(三)油气层损害外因(四)气藏特殊损害(五)油气层损害特点(一)油气层损害实质及类型

油气层损害实质

内因+外因有效渗透率下降内因：油气层潜在损害因素

油气藏类型油气层敏感性矿物油气层储渗空间特性油气层岩石表面性质油气层流体性质(一)油气层损害实质及类型外因：引起油气层损害的条件

工作液的性质生产或作业压差温度生产或作业时间环空返速有效渗透率下降：

渗流空间缩小绝对渗透率降低流动阻力增加相对渗透率降低(一)油气层损害实质及类型油气层损害类型1.缩小或堵塞渗流空间的损害

★

外界固相颗粒侵入堵塞(固相损害)

★

储层微粒水化膨胀/分散(水敏损害)

★

微粒运移(速敏损害)

★出砂

★

无机沉淀(包括二次沉淀)

★有机沉淀

★应力敏感压缩岩石

★细菌堵塞

★射孔压实

(一)油气层损害实质及类型2.增加流动阻力的损害

★

水锁效应

★

贾敏效应

★

乳化堵塞

★

高粘液体损害

★

润湿性反转

毛细管力引起（二）油气层损害内因1、油气藏类型2、油气层渗流空间3、油气层敏感性矿物4、油气层岩石表面性质5、油气层流体性质1、油气藏类型-分类1、油气藏类型-与储层损害关系（1)高渗透和裂缝性油气藏易发生较严重的固相堵塞损害，不易发生水锁损害原因：流动通道较大，固相颗粒可侵入很深，液相侵入易于返排（2)稠油油藏和高渗透油藏易产生出砂损害原因：这两类油藏一般胶结不好，受流体流动冲击易散架（3)低渗和特低渗油气藏易发生较严重的水锁和水敏损害，不会发生严重的固相堵塞损害原因：这两类油气藏一般孔喉小，泥质含量高，固相不易进入，液相进入难以返排和易引起粘土膨胀1、油气藏类型-与储层损害关系(4)低渗透的气藏比低渗透的油藏水锁损害更严重

原因：水取代气比水取代油更容易，水可进入更小的气藏孔道，返排过程中气又难以驱走小孔道中的水(5)高粘油藏易发生有机沉淀堵塞损害 原因：高粘原油含较高的蜡质、胶质和沥青质，温度、压力变化易析出这些物质(6)多数砂岩油藏都存在程度不同的速敏和水敏损害 原因：几乎所有砂岩油藏都含有一定的地层微粒和水敏粘土矿物2、油气层渗流空间-概念

储层岩石中未被矿物颗粒、胶结物或其它固体物质占据的空间称为渗流空间或孔隙空间，渗流空间由孔隙和喉道构成。孔隙：骨架颗粒包围着的较大空间

孔隙大小反映储集能力喉道：两个较大空间的收缩部分

喉道大小和形状控制渗透能力渗流空间反映了储层的储集性和渗透性孔隙喉道胶结物骨架颗粒2、油气层渗流空间-损害关系1)孔喉大小与油气层损害的关系

孔喉越大，越易受到固相侵入损害孔喉越小，越易受到液相的损害2)孔喉弯曲度和孔隙连通性与油气损害的关系

孔喉弯曲度越大，孔隙连通性越差,储层孔喉越易受到损害3)渗透性与油气层损害的关系

渗透性好的储层，易受到固相侵入损害；渗透性差的储层，易受到水敏、水锁和微粒堵塞损害3、油气层敏感性矿物-定义与特点定义：油气层中易与流体发生物理、化学和物理/化学作用，而导致油气层渗透率下降的矿物，称之为敏感性矿物。特点：(1)粒径很小，一般小于37μm(2)比表面积大(3)多数位于易与流体作用的部位3、油气层敏感性矿物-类型按引起油气层损害类型分为：水敏性矿物：蒙脱石、混层矿物、降解伊利石和降解绿泥石、水化白云母晶格水化膨胀/分散引起损害盐酸酸敏性矿物：富含铁绿泥石、含铁碳酸岩、赤铁矿等二次沉淀和释放微粒引起损害土酸酸敏性矿物：方解石、白云石、钙长石、沸石、粘土等生成CaF2、非晶质SiO2和其它化学沉淀碱敏性矿物：长石、微晶石英、蛋白石、粘土矿物等生成凝胶沉淀和增加粘土负电荷速敏矿物：各类固结不紧的粒径<37μm的敏感性矿物微粒运移堵塞3、油气层敏感性矿物-与储层损害关系敏感性矿物类型决定损害的类型 蒙脱石：水敏；绿泥石：酸敏； 高岭石和伊利石：速敏敏感性矿物含量影响油气层损害程度 敏感性矿物含量越高，损害越严重敏感性矿物产状影响油气层损害程度 敏感性矿物越接近孔隙中心，聚集颗粒越小或越细，受流体的冲击力越大和与流体接触的面积越大，则引起的速敏和其它敏感性损害的程度越大。4、岩石表面性质-比表面积1)定义及单位

定义：单位体积岩石内颗粒的总表面积单位：平方厘米/立方厘米2)岩石的比表面与颗粒大小的关系

岩石的颗粒越细，比表面越大砂岩：比表面<950cm2/cm3细砂岩：比表面950～2300cm2/cm3粉砂岩：比表面>2300cm2/cm33)岩石的比表面与油气层损害的关系

比表面越大，岩石孔道越小，岩石与流体接触面积越大，作用越充分，引起的油气层损害越大4、岩石表面性质-润湿性1)定义及表示定义：液体在岩石表面的铺展情况,能铺展润湿，否则，不润湿润湿示意图非润湿示意图润湿程度的表示：接触角θθ完全润湿：θ＝0o润湿：θ<90o中性润湿：θ＝90o非润湿：θ>90o全不润湿：θ＝180o4、岩石表面性质-润湿性2)油层岩石的润湿性

油层岩石的润湿变化很大:有水润湿(亲水)油层：亲水为主，也亲油有油润湿(亲油)油层：亲油为主，也亲水有中间润湿(中性)油层：亲油亲水程度相近3)润湿性与油气层损害的关系

影响油水的微观分布影响相对渗透率大小影响油层的采收率影响毛细管力的大小和方向影响微粒的运移情况两性润湿油润湿水润湿5、油气层流体性质-地层水1)与油气层损害有关的地层水性质

矿化度：地层水中的含盐量范围：几千～几十万mg/L

离子成分：阳离子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+等阴离子：Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、F-等水型：CaCl2、NaHCO3、MgCl2、Na2SO4pH值2)地层水性质与油气层损害的关系

影响无机沉淀损害情况影响有机沉淀损害情况影响水敏损害程度高分子处理剂盐析现象5、油气层流体性质-原油与天然气原油1)与油气层损害有关的性质含蜡量，粘度，胶质、沥青质和硫含量，析蜡点，凝固点2)与油气层损害的关系影响有机沉淀的堵塞情况引起酸渣堵塞损害引起高粘乳状液堵塞损害天然气性质1)与油气层损害有关的性质H2S和CO2的含量2)与油气层损害的关系腐蚀产物引起损害生成无机沉淀（三）油气层损害外因1、进入储层流体的性质2、作业或生产压差3、作业流体与地层流体的温差4、作业或生产时间5、作业流体的环空返速1、进入储层流体的性质(1)流体中固相颗粒1)固相颗粒:有用固相、无用固相;2)损害类型:堵塞孔喉;3)损害机理:

压力作用下,流体中固相进入储层,缩小油气层孔道半径,甚至堵死孔喉,对油气层产生损害;4)影响固相损害程度因素:

固相颗粒与孔喉直径匹配关系; 施工作业参数:压差、剪切速率和作业时间;5)外来固相损害特点

近井地带造成较严重的损害; 颗粒粒径小于孔径的十分之一,且浓度较低时,侵入深度大,损害程度可能较低,随时间会加大损害; 对于中、高渗透率储层,尤其是裂缝性储层,外来固相造成的损害相对较大.(2)流体中滤液性质1)流体的pH值

影响下列损害情况：无机沉淀有机沉淀

碱敏损害2）流体的矿化度和抑制性

影响水敏损害的程度引起聚合物析出损害1、进入储层流体的性质3）流体中离子成分影响无机沉淀损害情况4）流体的粘度增加流动阻力5）表面活性剂类型和含量

影响油层岩石的润湿性影响油水界面张力2、其它外因(1)作业或生产压差微粒运移损害压力敏感损害无机沉淀损害有机沉淀损害储层出砂和坍塌压漏地层增加损害的程度(2)作业流体与地层流体温差影响有些敏感性损害的程度影响无机沉淀的生成影响有机沉淀的生成影响细菌损害情况(3)作业或生产时间

影响损害的程度(4)作业流体的环空返速影响损害的程度(四)气藏特殊损害

★

(1)气层压力敏感性(2)气层流速敏感性

★

(3)水侵损害(4)油侵损害

压力损害水侵损害主要损害(四)气藏特殊损害-压力敏感性损害定义: 随着天然气的采出,储层的孔隙压力必然下降,上覆岩石压力与储层孔隙压力之间会产生更大的压差,该压差破坏了储层岩石原有的压力平衡,使储层岩石受到压缩,导致孔隙度和渗透率降低.影响因素: (1)生产或作业负压差大小; (2)储层自身能量; (3)储层类型,裂缝性储层的压力敏感性比孔隙性压力敏 感性强; (4)储层性质,储层渗透率越低,孔隙越小,泥质含量越高, 压力敏感性越强;损害特点: 压力敏感性一旦发生,会带来永久性损害;(四)气藏特殊损害-水侵损害定义:与气层岩石配伍的水进入气层后引起的渗透率降低.损害类型:

低矿化度水:水锁损害;高矿化度水:水锁损害(小孔隙); 盐结晶损害(大孔道);影响因素:

储层喉道大小;侵入水的矿化度;损害特点:

一旦发生,会对储层产生永久损害;（五）油气层损害特点●普遍存在性存在于各个生产和作业环节存在于油井的整个寿命周期●原因多样性

同一生产或作业过程,存在多种损害相互联系性

一种损害可加重或引起另一种损害●具有动态性

一种损害发生后会引起内因变化随生产的进行,内因不断变化，

内因变化,损害机理变化●不可逆性

油气层发生损害后,要完全解除损害很难三、保护油气层所需资料及其取得方法（一）概述（二）室内分析资料（三）现场资料及其作用（一）概述1、作用

分析损害机理、研究保护技术和制定保护技术方案等，必须建立在大量实验分析资料和现场资料的基础上，所以，认识油气层特性的资料调研分析和室内分析化验评价是保护油气层技术研究不可缺少的重要组成部分，也是保护油气层这一系统工程的起始点。2、类型

室内分析评价资料现场资料（二）室内分析资料1、定义、类型与样品要求2、储层性质资料3、储层敏感性评价（二）室内分析资料-定义、类型与样品要求定义:室内分析评价资料指地质实验室、开发实验室和储层 保护研究室通过室内分析与评价所取得的资料.类型:

主要包括储层岩石矿物的组成与结构、孔渗、表面性质，储层流体性质和储层敏感性等资料。样品要求:

代表性：样品覆盖不同层位与井段和岩性与物性配套性：做到不同的分析、评价项目进行配套取心预处理：柱塞油层样品，要洗油、洗盐和烘干处理（二）室内分析资料-矿物组成与结构资料内容

骨架颗粒粒度大小、分布、接触关系、成分和含量粘土矿物和非粘土矿物的类型、含量和产状等，粒径小于37μm微粒的类型、含量和产状作用

主要用于分析储层可能发生的水敏、速敏、酸敏和碱敏性的情况。取得方法

铸体薄片分析、X-射线衍射分析、扫描电镜（二）室内分析资料-储层物性作用岩石的孔隙度和渗透率是判断储层储集能力与渗流能力的重要资料，也是衡量储层损害情况的评价指标取得方法

通过孔隙度和渗透率测定仪取得（二）室内分析资料-孔喉资料资料内容

主要包括孔喉类型、大小、分布、形状，连通性作用

选择暂堵颗粒的大小与分布判断固相与微粒损害机理取得方法

主要通过压汞分析和薄片分析方法取得（二）室内分析资料-岩石表面性质资料内容

主要指岩石的比表面和润湿性作用

比表面用于分析处理剂的吸附情况分析由润湿性引起的储层损害取得方法

比表面资料通过压汞或等温吸附法取得润湿性通过接触角测量或阿莫特法取得（二）室内分析资料-流体性质资料内容

储层中油、气、水的组成与性质指标作用

是分析无机沉淀、有机沉淀、乳化堵塞和配置模拟实验流体不可缺少的基础资料取得方法

地层水资料：水分析原油资料：原油分析天然气资料：气相色谱方法取得（二）室内分析资料-油藏敏感性评价资料内容

速敏、水敏、盐敏、酸敏、碱敏、压力敏和水锁损害作用

提供油气层发生敏感性的条件和损害程度是工作液设计、损害机理分析和制定保护方案的依据表征方法

敏感性指数：损害前（Kbd)、后（Kad)渗透率差与损害前（Kbd)渗透率比值渗透率恢复值：损害后（Kad)渗透率与损害前（Kbd)渗透率的百分比敏感性程度指标（二）室内分析资料-油藏敏感性评价方法原理

根据达西定律，在实验设定的条件下注入各种与地层损害有关的流体，或改变渗流条件（流速、净围压等），测定岩样的渗透率及其变化，从而评价储层渗透率的损害程度。标准

油藏敏感性的评价方法已建立SY/T5358-2002评价标准。（二）室内分析资料-油藏敏感性评价(速敏性)速敏概念

生产作业过程中，流体(地层水和油）流动引起油气层中微粒运移，并堵塞孔喉造成油气层渗透率降低的现象作用

确定损害发生的临界流速和损害程度，为确定合适的注、采速度和其它敏感性实验的注入速度提供依据（二）室内分析资料-油藏敏感性评价(水敏性)水敏概念

淡水进入油气层时，引起粘土矿物发生水化膨胀和分散运移而减小或堵塞孔喉，造成渗透率降低的现象作用

确定水敏损害的程度，以便为工作液设计时是否考虑防膨措施提供依据。（二）室内分析资料-油藏敏感性评价(盐敏性)盐敏概念

矿化度不同于地层水的流体进入储层后，引起粘土矿物状态发生变化，造成油气层渗透率降低的现象。作用

确定盐敏损害发生的临界矿化度和盐敏损害的程度，为确定各类工作液的矿化度提供科学依据。（二）室内分析资料-油藏敏感性评价(酸敏性)酸敏概念

储层岩石与酸液作用后产生的渗透率降低现象作用

确定酸液与油气层的配伍情况及损害程度，为暂堵技术的选择和酸化作业设计提供科学的依据。（二）室内分析资料-油藏敏感性评价(碱敏性)碱敏概念

高pH流体进入油层中后，引起渗透率降低的现象作用

确定碱敏损害发生的临界pH值和碱敏损害程度，为确定各类工作液的合理pH值提供科学依据。（二）室内分析资料-油藏敏感性评价(水锁损害)水锁损害进入产层的水相工作液段塞使储层的渗透率降低，称为油气层的水锁损害作用确定外界水相液体进入储层后产生损害的程度，为防止水锁损害的工作液设计提供依据（三）现场资料及其作用1、钻井井史报告

其中与保护油气层关系比较密切的内容有井身结构、地层压力监测、取心情况、钻井液性能记录、井下复杂情况及事故的发生与处理等。其作用就是对该地区的工程情况有一个基本理解，以便进行保护油气层的钻井完井设计时进行参考。2、钻井液和完井液总结报告

该资料可以对已完成井的钻井完井液使用情况获得更加全面和深入的认识，对保护油气层的钻井液完井液研究具有参考作用。3、完井地质总结报告

其中对钻井完井保护油气层比较有用的部分是地层岩石岩性及其准确分层情况，以及对储层性质的描述部分。对于了解欲钻地层和储层的情况具有重要作用。（三）现场资料及其作用4.测井和录井综合解释结果报告

从中可以知道油气层的位置。根据测井解释结果与录井解释结果的不一致情况，还可以分析油气层损害情况。此外，测井解释报告中的孔隙度、含油饱和度等资料对钻井完井保护油气层也很有用。5.中途测试和试油结果报告

其中的渗透率、表皮系数、油气层压力与温度是认识油气层损害情况和开展保护油气层工作必不可少的资料。特别是表皮系数资料和油气层温度与压力资料更为重要。四、钻井过程中的油气层损害原因

及保护技术钻井过程中油气层损害原因钻井过程中油气层保护技术（一）钻井过程中油气层损害原因损害原因固相滤液负压差急剧变化与储层岩石不配伍相渗透率改变与储层流体不配伍负压差过大(中途测试或负压钻井)引发速敏出砂裂缝闭合（一）钻井过程中油气层损害原因影响损害程度工程因素压差浸泡时间环空返速钻井液性能(二)钻井过程中的储层保护技术保护油气层钻井液技术保护油气层钻井工艺技术1、保护油气层钻井液技术保护油气层对钻井液的要求油气藏类型及相应的保护措施国内成熟的钻井液类型国内外新近发展的钻井液体系(1)保护油气层对钻井液的要求钻井液密度可调，满足不同压力油气层近平衡压力钻井的需要；钻井液中固相与油气层渗流通道匹配；钻井液必须与油气层岩石相配伍；钻井液中滤液成分必须与油气层中流体相配伍。(2)油气藏类型及相应的保护措施(2)油气藏类型及相应的保护措施(3)国内成熟的钻井液类型-水基钻井液

比较成熟的种类：

无固相清洁盐水完井液无膨润土相聚合物钻井液低膨润土相聚合物钻井液改性钻井完井液阳离子聚合物钻井液屏蔽暂堵钻井液复合离子聚合物钻井液正电胶钻井完井液水包油钻井完井液优点：

成本低、配制和维护简单、处理剂来源广、可供选择的配方多、性能容易控制和调节、保护储层效果好(3)国内成熟的钻井液类型-油基钻井液体系优点：保护储层效果好、防塌效果好、 性能稳定、抗污染强缺点：成本高、污染严重、易发生火灾、对录井有影响比较成熟的类型：

纯油基钻井液油包水乳化钻井液抗高温高密度油包水乳化钻井液低胶质油包水乳化钻井液低毒无荧光油包水乳化钻井液(3)国内成熟的钻井液类型-油基钻井液体系主要应用范围：

常用于低渗、低孔、强水敏性砂岩储层的取心、完井和钻井，特别适用于复杂情况的钻井。纯油基常用于取心和完井；普通油包水常用于中深井；抗高温高密度油包水常用于深井、超深井和复杂井；低毒无荧光油包水常用于对环保和录井要求严格的井;(3)国内成熟的钻井液类型-气体型钻井流体优点：低密度、低或无失水、不易漏失、钻速高、无固相、可延长钻头使用寿命、多数耗水量低、保护储层效果很好。缺点：所需设备和工艺复杂、不适用于高压和含硫化氢储层、不适用于深井、空气钻井易起火和爆炸，泡沫成本高比较成熟的类型：

空气和雾化钻井流体;泡沫钻井液;充气钻井液主要应用范围：

套管下到油气层顶部的低压、易漏失、强水敏和强水锁储层。空气和泡沫钻井还适用于缺水地区、长泥页岩井段、井壁稳定地层、硬石灰岩和石膏层、易漏地层的钻井。(4)国内外新近发展的钻井液体系--国内新近发展的钻井液1)甲酸盐无固相钻井液

应用范围:取代使用常规盐水钻井液的场合2)聚合醇钻井液

应用范围:造浆不严重的地层3)可循环泡沫钻井液 应用范围:与普通泡沫相同，主要用于低压油气层。(4)国内外新近发展的钻井液体系--国外新近发展钻井液1)合成基钻井完井液主要应用范围：

特别适用于海上、滩海等环保要求严