油气层损害的室内评价

油气层损害的室内评价第1页/共85页第一节

概述

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通过室内评价实验对油气层的物理性质、岩石成分或结构，以及油气层中的流体性质进行分析研究，用油气藏开发过程中所能接触到的流体进行模拟实验，检验其损害程度，对油气层潜在敏感性作出系统评价，弄清楚引起油气层损害的原因中哪些是内因，哪些是外因，进而提出防治措施。

概括起来，进行评价实验有以下四个目的:一、评价实验的目的第3页/共85页一、评价实验的目的(1)弄清楚油气层潜在损害因素;(2)弄清楚外因对油气层的影响;(3)弄清在内因、外因影响下，油气层损害类型及程度;(4)筛选合理的防治措施。第4页/共85页1、油气层损害的原因（1）油气层岩石特殊的敏感性矿物性质和结构性质，决定了油气层具有的潜在损害因素;（2）外来条件(如流体、压力、温度等)的干扰。

前者是油气层所固有的，是客观存在的，而后者是人为控制的。因此，进行油气层损害室内评价，首先应该从认识岩石本身特性入手，然后在此基础上研究外来条件的影响。

二、评价程序第5页/共85页2、评价程序一项系统的评价此程序应该分三步进行：（1）进行岩石特性评价，找出岩石中存在的敏感性矿物及其潜在危害；（2）若有潜在危害，则进行敏感性程度评价，即针对潜在危害模拟外来条件，测定岩石在不同外来条件下的敏感程度;（3）进行措施筛选实验，即根据敏感程度分析，结合工程需要进行系列测定，筛选出防止或减少损害的措施。第6页/共85页二、评价程序第7页/共85页三、评价方法1、油气层敏感性系统评价实验岩石物性分析、岩石学分析、岩心流动评价实验和辅助评价。2、模拟动态施工过程中的工程模拟实验第8页/共85页第9页/共85页四、评价油气层损害的方法和技术的发展

1、20世纪40-70年代主要是以岩心流动实验为基础，用渗透率的变化情况来判断发生损害的问题。2、20世纪70-80年代（1）X射线衍射仪、电子扫描显微镜、图象分析系统等电子仪器广泛应用第10页/共85页（2）借助微电脑技术采用物理模拟和数学模拟手段来研究地层孔隙中的固体微粒的运移、微粒的侵入深度、地层中流体运动状态、地层渗透率随时间、流速及温度的变化等。

3、20世纪80年代以后逐步形成了采用多种方法进行系列实验的实验程序，如"识别水敏性地层"实验程序、"油气层敏感性评价"实验程序等等。并且出现了一些实验条件更加接近矿场实际施工条件的工程模拟实验。

第11页/共85页第二节岩心流动实验第12页/共85页

岩心流动实验：通过测定岩心渗透率变化规律来评价油气层损害问题的室内实验方法的总称。岩心流动实验是油气层敏感性系统评价中的重要组成部分，也是油气层损害室内评价的主要手段。岩心流动实验以达西定律为理论依据，实验中需要控制或测量的基本参数有压力、流速、注入流体的组分、pH值及流过的流体体积。第13页/共85页一、基本实验程序

第14页/共85页(一)选择岩心实验用岩样应选择本油气层未受到污染和破坏的天然岩心，并具有较好的代表性。二、实验条件第15页/共85页第16页/共85页

在取样前，应将岩心表面的滤饼刮净，并切去被污染环，制成圆柱状岩塞。

在取样时，为使岩样中粘土不受破坏，应采用煤油或高矿化度盐水作润滑剂和冷却剂；若岩石胶结极差，应采用液氮作润滑剂和冷却剂进行低温冷冻加工，并用钻套或筛网/端盖/热缩套〈CST〉包封法进行人工包封，以保证岩石结构不受破坏。(二)岩样制备第17页/共85页实验前，必须将岩样中的烃类和束缚水清洗干净。清洗的方法：溶剂抽提法、二氧化碳溶剂驱替法、加压溶剂清洗法和热解法。烘干：清洗干净得样品需保持温度在60-65℃，相对湿度40%-45%条降下烘干后才能使用，此条件可使岩样中粘土矿物不受到破坏。(三)岩样的清洗与烘干第18页/共85页克氏渗透率—当平均压力增至无穷大时的气测渗透率（平均压力增加，气测渗透率减小）。(四)测Ka及K∞（克氏渗透率）b--滑动因子；

--岩样进出口平均压力，（p1+p2）/2第19页/共85页饱和液：地层水或标准盐水（7%NaCl+0.6CaCl2+0.4%MgCl2）。按照标准SY/T5336-1996（岩心常规分析方法）规定，饱和后应浸泡4h，若气测渗透率≤10-3μm2，应在10MPa的压力下浸泡40h以上。孔隙度用饱和法测定。(五)抽空饱和、测孔隙度第20页/共85页对油井：用煤油作为实验流体，要求煤油先经过干燥，再用白土除去其中的极性物质，然后用G5砂芯漏斗过滤；对注水井：应使用经过过滤处理的地层水或模拟地层水作为实验流体。(六)配制实验液第21页/共85页三、常用的测定项目在评价油气层损害时，最常用的测定项目有:

速敏性评价实验酸敏性评价实验碱敏性评价实验水敏性评价实验盐敏评价实验应力敏感评价实验体积流过量评价实验正反向流动实验系列流体评价实验钻井(完井)液污染评价实验等。

第22页/共85页第23页/共85页第24页/共85页(一)速敏性评价实验1、实验目的（1）了解流体流速的变化引起岩石颗粒运移时对油气层渗透率的影响，并且测定临界流速，并把它作为评估油气层速敏性程度的指标。（2）为其它实验提供合理的实验流速提供依据。因流体流动速度变化引起储层岩石中微粒运移，堵塞吼道，导致岩石渗透率或有效渗透率下降的现象。第25页/共85页第26页/共85页第27页/共85页2、临界流速：维持渗透率平稳的最大流速。

如图中所示的Qi-1对应的流速，当流速大于此值，岩石孔道中运移的微粒就会产生堵塞。第28页/共85页3、速敏性评价指标临界流速vc：vc越小，岩石中微粒运移越容易发生。

如果流量Qi-1

对应的渗透率Ki-1

与流量Qi对应的渗透率Ki

之间满足下述关系，说明已发生速敏，并且流量Qi-1即为临界流量

Qc

，QC对应的流速为临界流速VC。第29页/共85页（2）损害程度

从各级流量的渗透率Ki（i=1，2，3………，n）中找出最大渗透率Kmax和最小渗透率Kmin，按下式计算损害程度：

损害程度＜30%30-70%＞70%敏感程度弱中等强第30页/共85页砂岩（正向）砂岩（反向）灰岩第31页/共85页(二)水敏性实验1、水敏

指与油气层不配伍的外来流体进入油气层后引起粘土膨胀、分散、运移，使孔隙和喉道减小或堵塞，降低油气层渗透率的现象。

2、实验目的

了解发生水敏的过程，综合评价油气层水敏性程度，并测定最终使油气层渗透率降低的程度。第32页/共85页

用三种不同盐度但成系列的流体----地层水、次地层水（即地层水与蒸馏水的等体积混合物）和蒸馏水流过岩样，分别测定不同盐度的流体流过岩样时的液相渗透率。3、实验方法第33页/共85页4、水敏性评价指标式中：Kw-----蒸馏水通过时的渗透率

Kf------地层水流过时岩样的水相渗透率Kw/Kf＜0.30.3-0.70.7-1.0水敏性强度强中等弱第34页/共85页砂岩灰岩第35页/共85页

(三)盐敏评价实验1、盐敏

高于地层水矿化度的工作液滤液进入油气层后，可能引起粘土的收缩、失稳、脱落；低于地层水矿化度的工作液滤液进入油气层后，则可能引起粘土的膨胀和分散，引起渗透率的下降的现象。2、实验目的

找出盐敏发生的条件，以及由盐敏引起的油气层伤害程度，为各类工作液的设计提供依据。第36页/共85页3、实验方法通过向岩心注入不同矿化度等级的盐水（按地层水的化学组成配制）并测定各矿化度下岩心对盐水的渗透率，根据渗透率随矿化度的变化来评价盐敏伤害程度，找出盐敏伤害发生的条件。第37页/共85页（1）盐敏判断

如果矿化度Ci-1

对应的渗透率Ki-1

与矿化度

Ci

对应的渗透率Ki

之间满足下述关系，说明已发生盐敏，并且矿化度Ci-1即为临界矿化度Cc。4、盐敏判断及评价指标第38页/共85页（2）评价指标Kmax和Kmin：各级矿化度盐水的渗透率Ki（i=1，2，3…，n）中最大渗透率和最小渗透率。损害程度＜30%30-70%＞70%盐敏程度中等强弱第39页/共85页砂岩砂岩第40页/共85页第41页/共85页第42页/共85页1、岩心分析技术应用展望课堂回顾：（1）傅里叶变换红外光谱分析；（2）CT扫描技术；（3）核磁共振成象技术（4）配能谱仪的扫描电镜技术（5）环境扫描电镜第43页/共85页2、油气层损害的室内评价目的课堂回顾：(1)弄清楚油气层潜在损害因素；(2)弄清楚外因对油气层的影响；(3)弄清在内因、外因影响下，油气层损害类型及程度；(4)筛选合理的防治措施。第44页/共85页3、岩心流动实验基本程序课堂回顾：第45页/共85页4、油气层损害的室内评价目的课堂回顾：速敏性评价实验水敏性评价实验盐敏评价实验碱敏性评价实验酸敏性评价实验应力敏感评价实验体积流过量评价实验正反向流动实验系列流体评价实验钻井(完井)液污染评价实验等。第46页/共85页4、油气层损害的室内评价目的课堂回顾：（1）流体中的固相颗粒对油气层的损害：堵塞孔隙和裂缝；（2）外来流体与油气层岩石不配伍造成的损害：水敏、酸敏、碱敏损害及润湿反转；（3）外来流体与油气层流体不配伍造成的损害：无机垢、有机构、沉淀物、细菌繁殖、乳状液生成乳状液：高粘乳状液增加油流动阻力；乳状液液滴堵塞孔隙喉道第47页/共85页

（四）碱敏评价实验

1、碱敏概念

当高pH值流体进入油气层后，将造成油气层中粘土矿物和硅质胶结物的结构破坏（主要是粘土矿物和胶结物溶解后释放微粒），大量氢氧根与某些二价阳离子结合会生成不溶物，从而造成油气层的堵塞伤害。2、实验目的

找出碱敏发生的条件，主要是临界pH值，以及由碱敏引起的油气层伤害程度，为各类工作液的设计提供依据。第48页/共85页

通过注入不同

pH值的地层水并测定其渗透率，根据渗透率的变化来评价碱敏伤害程度，找出碱敏伤害发生的条件。

3、实验原理制备不同pH值盐水（地层水pH值～12）；用选好的岩心抽真空饱和第一级盐水，并浸泡20-24h，在低于临界流速下测岩心对第一级盐水渗透率K1；测岩心对第二级，…，最后一级盐水的渗透率Kn。4、实验步骤第49页/共85页5、敏感性判断如果i-1级

pH值盐水对应的渗透率Ki-1

与第

i级

pH值盐水对应的渗透率Ki

之间满足下述关系：说明已发生碱敏，则

i-1级

pH值即为临界

pH值。第50页/共85页

6、伤害程度的计算方法Kmax和Kmin：各级pH值盐水的渗透率Ki（i=1，2，3…，n）中的最大得渗透率和最小得渗透率。损害程度＜30%30-70%＞70%碱敏程度弱中等强第51页/共85页砂岩灰岩砂岩第52页/共85页第53页/共85页（五）酸敏评价实验

1、酸敏概念及实验目的

油气层的酸敏性：指油气层与酸作用后引起的渗透率降低的现象。

酸敏实验的目的：研究各种酸液的酸敏程度，其本质是研究酸液与油气层的配伍性，为油气层基质酸化时确定合理的酸液配方提供依据。第54页/共85页2、实验步骤（1）用地层水测基础渗透率，再用煤油测出酸作用前的渗透率

K1（正向）;（2）反向注入0.5-1.0倍孔隙体积的酸液;（3）用煤油正向测出恢复渗透率K2。第55页/共85页3、评价指标计算K2/K1的比值来评价酸敏程度。K2/K1＜30%30-70%＞70%酸敏程度强中等弱第56页/共85页砂岩（盐酸酸敏）砂岩（土酸酸敏）灰岩（盐酸酸敏）灰岩（土酸酸敏）第57页/共85页1、应力敏感性：在施加一定的有效应力时，岩样的物性参数随应力增大而变小，导致油气层渗透率降低的性质。2、实验目的（1）准确地评价油气层，通过模拟围压条件测定孔隙度可以将常规孔隙度值转换成原地条件，有助于储量评价。（2）为确定合理的生产压差服务。（六）应力敏感性评价

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（1）选择实验岩心，测量长度、直径等。（2）选择有效应力实验点800psi（1psi=6894.76Pa）、1000psi、2000psi、……、7000psi。（3）在

全自动岩心测试装置上用氮气测出各实验应力值下的渗透率和孔隙度。3、实验程序第59页/共85页应力敏感实验结果压力孔隙度/%下降率/%渗透率/mD下降率/%3Mpa10.6

0.1240

5Mpa10.14.70.08233.97Mpa9.78.50.0651.610Mpa9.510.40.04861.315Mpa9.312.30.04166.9第60页/共85页砂岩砂岩灰岩灰岩第61页/共85页第62页/共85页第63页/共85页4、数据分析及评价指标Ss

SS

值的越大，岩样的应力敏感性越强。式中：K1000----1000psi有效应力下的渗透率

Ki-------

有效应力σi对应的渗透率用无量纲渗透率（Ki/K1000）的立方根应力的对数作图，可得（Ki/K1000）1/3与lgσi的线性关系：应力敏感程度评价指标SS<0.300.30≤SS≤0.700.70<SS≤1>1.0应力敏感程度弱中等强极强第64页/共85页第65页/共85页六敏实验结果的应用项目目实验结果及其应用速敏实验（包括油速敏和水速敏）(1)确定其它几种敏感性实验（水敏、盐敏、酸敏、碱敏）的实验流速。(2)确定油井不发生速敏伤害的临界产量Q∞。(3)确定注水井不发生速敏伤害的临界注入速率Qcw，如果Qcw太小，不能满足配注要求，应考虑增注措施。水敏实验(1)如无水敏，则进入地层的工作液之矿化度只要小于地层水矿化度即可，不作严格要求。(2)如果有水敏，则必须控制工作液的矿化度大于Cc1。(3)如果水敏性较强，在工作液中要考虑使用粘土稳定剂。盐敏实验（升高矿化度和降低矿化度的实验）(1)对于进入地层的各类工作液都必须控制其矿化度在两个临界矿化度之间，即Cc1<工作液矿化度<Cc2。(2)如果是注水开发的油田，当注入水的矿化度比Cc1要小时，为了避免发生水敏伤害，一定要在注入水中加入合适的粘土稳定剂，或对注水井进行周期性的粘土稳定剂处理。碱敏实验(1)对于进入地层的各类工作液都必须控制其pH值在临界pH值以下。(2)如果是强碱敏地层，由于无法控制水泥浆的pH值在临界pH值之下，为了防止油气层伤害，建议采用屏蔽式暂培技术。(3)对于存在碱敏性的地层，要避免使用强碱性工作液。酸敏实验(1)为基质酸化之酸液配方设计提供科学的依据。(2)为确定合理的解堵方法和增产措施提供依据。应力敏感实验(1)准确评价油气层：通过模拟围压条件测定孔隙度，可以将常规孔隙度值转换成原地条件下的孔隙度值，有助于储量平价。(2)为确定合理的生产压差。第66页/共85页（七）钻井完井液伤害评价实验

1、实验目的了解现场用钻井完井液与岩心接触后对储层的伤害程度，从而评价钻井完井液及优选配方。当需要时，还可专门评价钻井完井液中的处理剂及钻井液滤液对油气层的伤害。2、钻井完井液静态伤害实验

在恒定压力下，让钻井完井液在静态下与岩心接触一定时间，测定岩心与钻井完井液接触前后的渗透率值，即可评价钻井完井液的伤害程度。主要模拟了钻井过程中钻井完井液对地层浸泡的影响。第67页/共85页

静态伤害实验步骤：

（1）正向测定岩心的地层水渗透率Kf；（2）正向油驱水并正向测定岩心束缚水状态下的油相渗透率

KO；（3）反向完井液滤失,要求压差保持为

3.5MPa，直至上流端流出滤液为止（也可30min）；（4）正向驱替完井液，直至下流端排出液全部是油为止；(5)正向测定岩心伤害后的油相渗透率

Kop。第68页/共85页Rs＜30%30-70%≥7O%损害程度弱中等强评判：损害程度Rs：第69页/共85页3、钻井完井液动态伤害实验1）评价程序用地层水或煤油测定岩心原始渗透率K0根据现场实际情况选择适当实验条件（压力、温度、切力等）在接近实际工况的情况下用工作液反向污染岩心0.5-1.0倍孔隙体积或注入1-3小时用地层水或煤油测岩心恢复渗透率KP。第70页/共85页模拟井筒流体在动态滤失以及剪切作用下对油气层岩心产生的固液两相伤害。收集滤液模拟泥浆循环剪切速率

第71页/共85页Rs＜30%30-70%＞70%损害程度弱中等强2）渗透率损害率3）评价标准第72页/共85页4、钻井完井液侵入深度与伤害程度评价实验上述两种实验均是只对钻井完井液在整个岩心上的平均伤害程度进行评价，是一个渐进过程，侵入剖面是不规则的。从井眼至地层深部地层流体的分布为冲洗带、过渡带、扩散带和原状地层,而每个带由于完井液侵入量不同，其伤害程度也就不同。由西南石油学院开发研制的高温高压长岩心多点伤害评价系统主体装置如图所示。

第73页/共85页方法：将多块岩心装入多点渗透率仪的夹持器内组成长岩心；测量损害前的渗透率，然后用工作液损害岩心，再测污染后的回复渗透率曲线；利用损害前后的渗透率曲线对比求得损害深度和分段损害程度。损害深度=L6+L5+L4+0.5*L3分段污染程度：i=1，2，3，4，5，…第74页/共85页

（八）其它评价实验油气层伤害的其它评价实验实验项目实验目的及用途正反向流动实验观察岩心中微粒受流体流动方向的影响及运移产生的渗透率伤害情况体积流量评价实验在低于临界流速的情况下，用大量的工作液流过岩心，考察岩心胶结的稳定性；用注入水作实验可评价油层岩心对注入水量的敏感性系列流体评价实验了解油气层岩心按实际工程施工顺序与各种外来工作液接触后所造成的总的伤害及其程度阳离子交换实验通过油层岩石的阳离子交换容量测量，确定粘土矿物水化膨胀的相对严重程度。为油层伤害机理研究及防止油层伤害的完井措施提供依据酸液评价实验按酸化施工注液工序向岩心注入酸液，在室外内预先评价和筛选保护油气层的酸液配方润湿性评价实验通过测定注入工作液前后油气层岩石的润湿性，观察工作液对油气层岩石润湿性的改变情况相对渗透率曲线评价实验测定油气层岩石的相对渗透率曲线，观察水锁伤害的程度；或测定注入工作液前后油气层岩石的相对渗透率曲线，观察工作液对油气层岩石相对渗透率的改变及由此发生的伤害程度膨胀率评价实验测定工作液进入岩心后的膨胀率，评价工作液与油气层岩石（特别是粘土矿物）的配伍性离心法测毛细管压力快速评价实验用离心法测定工作液进入油气层岩心前后毛细管压力的变化情况，快速评价油气层的伤害第75页/共85页1、正反向流动实验1）实验目的当岩样中同时存在粘土膨胀和颗粒运移时，正反向流动实验是检查岩样中是否产生微粒运移损害的一种很有效的实验方法。它是在同一块岩样上，流体以恒速正向流动达到一定孔隙体积的倍数后，改变流动方向，继续测定反向渗透率随流体体积的变化。2）数据处理以累积孔隙体积倍数ΣVp为横坐标，液体渗透率为纵坐标，将各组实验数据标在K-ΣVp图上，由曲线形状可判断岩样中微粒运移情况。第76页/共85页3）结果分析（1）若反向流动后渗透率K′有回升现象，而随着流过量的增加，K′又骤然下降，而且流动状态稳定后K′值小于正向渗透率K值，表明微粒运移已经造成堵塞；（2）如果K′继续下降或K与K