保护油气层技术

保护油气层技术

（徐同台、赵敏、熊友明等编）

目录

第一章绪论...........................................（1）

第一节保护油气层口勺重要性及重要内容...............（2）

第二节保护油气层技术的特点与思绪..................（6）

第二章岩心分析.....................................（10）

第一节岩心分析概述..............................（10）

第二节岩心分析技术及应用........................（14）

第三章油气层损害的室内评价........................（29）

第一节概述.......................................（29）

第二节油气层敏感性评价..........................（30）

第三节工作液对油气层的损害评价..................（40）

第四节储层敏感性预测技术........................（44）

第四章油气层损害机理..............................（49）

第•一节油气层潜在损害原因........................（50）

第二节外因作用下引起的油气层损害...............（55）

第五章钻井过程中的保护油气层技术..................（68）

第一节钻井过程中导致油气层损害原因分析........（68）

第二节保护油气层日勺钻井液技术....................（73）

第三节保护油气层日勺钻井工艺技术..................（90）

第四节保护油气层的固井技术............

(100)

第六章完井过程中H勺保护油气层技术.................（107）

第一节完井方式概述............................（107）

第二节射孔完井的保护油气层技术................（111）

第三节防砂完井的保护油气层技术................（125）

第四节试油过程中R勺保护油气层技术..............（140）

第七章油气田开发生产中的保护油气层技术..........（143）

第一节概述......................................（143）

第二节采油过程中的保护油气层技术..............（147）

第三节注水中的保护油气层技术...................（149）

第四节增产作业中的保护油气层技术..............（156）

第五节修井作业中保护油气层技术................（164）

第六节提高采收率中的保护油气层技术............（168）

第八章油气层损害日勺矿场评价技术...................（175）

第一节油气层损害的矿场评价措施................（175）

第二节油气层损害的评价参数....................（181）

第三节油气层损害时测井评价....................（186）

第九章国外保护油气层技术发展动向................（198）

参照文献............................................（213）

张绍槐，罗平亚.保护储集层技术.北京：石油工业出

钟松定，张人和，樊世忠.油气层保护技术及其矿场管理实例.北京：石油工业出版社，1999

第一章绪论

在钻井、完井、井下作业及油气田开采全过程中，导致油气层渗透率下降日勺现象通称为油气层损

害。油气层损害的实质包括绝对渗透率下降和相对渗透率下降。我国石油工作者早在5。年代就开始

注意到此问题，川中会战时，就提出钻井泄密度不适宜过高，以免压死油气层。6U年代大庆会战

时，为了减少对近井地带日勺油气层损害，对钻开油气层钻井液的密度和滤失量也提出了严格规定。

70年代，国外开始从分析油气层岩心入手来研究油气损害的机理和防治措施，并将试验室研究成

果应用于油气田钻井、完井和开发方案的设计及生产实践中，形成了保护油气层的系列技术。

长庆油田在70年代开始进行了岩心分析和敏感性分析，但由于受到仪器与技术条件限制，再深入

深入下去有困难。直到80年代，在引进国外保护油气层技术的基础上，我国才全面开展了保护油气层

技术的研究工作，并在“七五”期间将保护油气层钻井完井技术列为国家重点攻关项目，原中国石油

工业部科技司、开发司、钻井司共同组织辽河、华北、长庆、四川、中原等五个油田和石油大学、西

南石油学院、江汉石油学院、石油勘探开发科学研究院、工程技术研究所等单位共同进行攻关，使我

国保护油气层技术不仅在理论研究上，并且在生产实践中均获得较大进展，形成了适合我国日勺保护油

气层系列技术。“八五”期间，此项技术得到深入推广应用却发展，并获得很好的效果。

第一节保护油气层的重要性及重要内容

一、保护油气层的重要性

保护油气层是石油勘探开发过程中的重要技术措施之一，此项工作的好坏直接关系到勘探、开发

的效果。保护油气层的重要性有如下几方面。

1.勘探过程中，保护油气层工作日勺好坏直接关系到能否及时发现新日勺油气层、油气田和对储量的对

I向评价探井钻井完井过程中，如没有采用有效U勺保护油气层措施，油气层就也许受到严重损害，使某

些有但愿的油气层被误判为干层或不具有工业价值，延误新的油气田或油气层的发现。例如辽河荣兴

油田，1980年之前先后钻了9口探井，均因油气层受到损害而误判为没有工业价值。1989年，重新钻

探此构造，采用保护油气层配套技术，所钻17口井均获得工业油流，钻探成果新增含油气面积18.5k

m2,探明原油储最上千万吨，天然气几十亿立方米。此外，在钻井完井过程中，假如油气层受到钻

井液、完井液H勺损害，往往会影响测井资料与试油成果对油气层渗透率、孔隙度、油水饱和度等参数

I内对欧J解释，从而影响油气层日勺鉴别，有时误把油气层判断为水层，从而影响油气储量的对日勺计算。

之相匹配H勺各项保护油气层技术措施，顺利钻穿了沙二段目的层。由于减少了钻井液密度而减少井下

豆杂状况，提高了机械钻速，咕井费用比投标节省934万元。更为突出的效益是油井投产后平均日产

油达14t,比该区老井平均日产油8t提高81.25%o

3.油田开发生产各项作业中，搞好保护油气层有助于油气井的稳产和增产在油气开采的漫长过程

中，各项生产作业对油气层的损害不仅会发生在近井地带，往往还波及到油气层深部，影响油气井的

稳产。例如，北美州阿拉斯加普鲁德霍湾油田，投产后6个月发现部分油井H勺年产量以50%-70%迅速

递减。分析其原因是射孔和修井时采用了氯化钙盐水作为射孔液和压井液，由于氯化钙与油气层中日勺

地层水发生作用形成水垢堵塞油层，引起油井产量急剧下降。我国部分油田在开采过程中也出现过油

井产量在压井作业后下降，表皮系数上升日勺现象。如某井在完井测试时表皮系数为L78；再次进行井

下作业时，采用盐水压井，然后再次测试，表皮系数增长为5.72o增产、注水和热采作业中，假如油

气层受到损害就会影响增产效果。例如，对强酸敏油气层采用无防止酸敏损害的酸化作业，其成果非

但没增产反而减产。对于水敏油层，若注水时没有采用防水敏措施，则伴随注水工作口勺进行，注水压

力会不停升高，吸水指数不停下降，最终达不到配注规定。

总之，在油田开发生产日勺每一项作业中，搞好保护油气层工作将有助于油井稳产和增产，实现少

投入多产出，获得很好的I经济效益。

二、保护油气层技术的重要内容

保护油气层技术重要包括如下八方面内容：

（1）岩心分析、油气水分析却测试技术；

（2）油气层敏感性和工作液损害室内评价试验技术；

（3）油气层损害机理研究和保护油气层技术系统方案设计；

（4）钻井过程中油气层损害原因和保护油气层技术；

（5）完井过程中油气层损害原因和保护油气层及解堵技术：

（6）油气田开发生产中的油气层损害原因和保护油气层技术;

（7）油气层损宙现场诊断和矿场评价技术；

（8）保护油气层总体效果评价和经济效益综合分析技术。

上述八方面内容构成一项配套系统工程，每项内容是独立的，但彼此又是有关联的。

第二节保护油气层技术的特点与思绪

一、保护油气层技术的特点

1.保护油气层技术是一项波及多学科、多专业、多部门并贯穿整个油气生产过程中的系统工程

从钻开油气层、完井、试油、采油、增产、修井、注水、热采的每一项作业过程中均也许使油气层受

到损害，并且假如后•项作'也没搞好保护油气层工作，就有也许使前面各项作业中的保护油气层所获

得的成效部分或所有丧失。因此保护油气层技术是一项系统工程，此项工程波及地质、钻井、测井、

试油、采油、井下作业等多种部门，只有这些部门亲密配合，协同工作，对的看待投入与产出，才能

收到良好效果。例如，某油田是一种低压、低渗油田，勘探初期钻了9口探井，仅5口井获工业油

流，但产量很低，日产仅4〜6T,上述探井所钻遇地层属于多压力层系，上部地层孔隙压力系数最高达

1.15-1.20,大大高于下部油层日勺压力系数0.95-1.为了弄清该构造的产能与储量，决定变化井身构

造，技术套管下至低压油层顶部，然后换用密度为1.03g/cm3H勺优质无膨润土相生物聚合物钻井液，

并加入暂堵剂。钻开油层后立即进行中途测试，口产油69.9m3,表皮系数为-0.31,证明油层没有受

到损害。但完井试油时，采用与油层不配伍的清水（该油层具有较强水敏）作为射孔液，射孔工艺也

未进行优化设计，成果日产油仅14.34m3,表皮系数增到30,阐明油层已受到严重损害。接着该油层

又被压裂另一组油层时窜入的压裂液浸泡7个月，再次进行测试时，日产量下降至6.4m3,表皮系数

深入增到81.7,使油层受到更为严重FI勺损害。尽管后来采用了压裂解堵措施，也无法恢复油层原始产

能，表皮系数仍然高达30。上述例子充足阐明了保护油气层技术必须系列配套，任何一种环节的失误

都会影响保护油气层的J总体效果。从第一节所论述时保护油气层技术所包括的内容不难看出，要开展

比项系统工程中各项技术日勺研究，必然波及到矿物学、岩相学、地质学、油层物理、钻井工程、试油

工程、开发工程、采油工程、测井、油田化学和计算机等多种学科专业，只有充足运用这些学科的

关知识与最新研究成果，才能形成高水平的保护油气层配套技术。

2.保护油气层技术具有很强的针对性

保护油气层技术的研究对象是油气层，油气层的特性资料是研究此项技术的基础。由于不•样的油气

层具有不一样||勺特性，因此从油气层特性出发研究出的保护油气层技术也具有很强的针对性。尽管油

气层特性有共同点，其损害机理与防治措施也有共性之处。但不一样类型油藏和油气层的特性又有许

多不一样之处；虽然同一种油气层，如处在不一样开发阶段，其特性参数亦会发生变化；此外，相似

作业在不一样工况下所诱发的油气层损害也不完全相似。因此在确定每项作业的保护油气层技术措施

时，应根据所研究日勺油气层处在不•样开发阶段的特性来确定，否则会得到相反效果。例如清洁盐水

是一种很好II勺射孔液和压井液，不过某油田在试油中采用密度为1.17g/cm3U勺工业盐和烧碱配制

成pH值为12U勺盐水作为压井液，压井过程中漏失U0m3盐水。由于该组油层属于碱敏油层（室内试

验成果表明，使用PH值12的高碱性盐水，其渗透率恢复值仅为36%〜49%）,漏入油层的高碱

性盐水使油层受到严重损害，表皮系数从压井前一1.35增为12.12,原油产量从837m3/d降为110

m3/d,气产量从5852m3/d降为778m3/do假如该井根据油层特性采用水合肺作为防腐剂

的清洁盐水作为压井液（室内试验表明其渗透率恢复值可高达97%〜99.8%）,油气层损害程

度就有也许大大地减轻。

3.保护油气层技术在研究措施上采用三个结合保护油气层技术在研究措施上采用三个结合：微观研

究与宏观研究相结合；机理研究与应用规律研究相结合；室内研究与现场实践相结合。

二，保护油气层系统工程的技术思绪

保护油气层系统工程R勺重要技术思绪可归纳为五个方面：

（1）分析所研究油气层的岩石和流体特性，以此为根据来研究该油气层打勺潜在损害原因与机理。

（2）搜集现场资料，开展室内试验，分析研究每组油气层在各项作业过程中潜在损害原因被诱发的J

原因、过程及防治措施。

（3）按照系统工程研究各项作业中所选择的保护油气层技术措施的可行性与经济上的合理性，通过

淙合研究配套形成系列，纳入钻井、完井与开发方案设计及每一项作业的详细设计中。

（4）各项作业结束后进行诊断与测试，获取油气层损害程度日勺信息，并评价保护油气层的效果和经

济效益。然后反馈给有关部门，视状况决定与否继续研究改善措施或补救措施。

（5）计算机预测、诊断、评价和动态模拟。研究每项详细作业时应注意坚持如下五项原则：

（1）根据油气层特性选择入井工作液（如钻井液、水泥浆、射孔液、压井液与修井液等）H勺密度、

类型和组分，减少压差，缩短浸泡时间，控制其液相和固相颗粒尽量不进入或少进入油气层。如不能

完全控制住，则规定所采用口勺工作液与油气层岩石和流体相匹配，尽量不要诱发油气层潜在损害原因

或者控制工作液进入油气层欧I深度，并控制进入油气层工作液欧J组分，力争在油气井投产时可使用现

代物理或化学措施加以解堵。

（2）进行多种测试和采油作业时，应选择合理的压差，防止油气层中微粒运移、乳化、细菌及结垢

堵塞、水锁、出砂和相渗透率的减少。

（3）油气田开发生产过程中，为了增长油气层能量和驱替效果，必须向油层中注入多种流体，这些

流体应力争与油气层岩石和地层中流体相配伍，减少对油气层H勺损害，使之有助于油、气的采出。

（4）保护油气层技术尽量立足于以防止为主，解堵为辅c由于油气层渗透率和孔隙度一旦受到损

害，很难完全恢复，有些损害无法进行解堵。部分油气层受到损害后，虽然可以解堵，但所花费日勺费

用也很高。

（5）优选各项保护油气层技术时，既要考虑各项技术的先进性与有效性，更重要的是要考虑其经济

上的可行性。

第二章岩心分析

岩心分析是认识油气层地质特性的必要手段，油气层口勺敏感性评价、损害机理的I研究、油气层损

害日勺综合诊断、保护油气层技术方案口勺设计都必须建立在岩心分析的I基础之上。因此，岩心分析是保

护油气层技术系列中不可缺乏H勺重要构成部分，也是保护油气层技术这一系统工程日勺起始点。

第一节岩心分析概述

一、岩心分析的目的意义

1.岩心分析的目的

岩心分析的目的有三点：

(1)全面认识油气层的岩石物理性质及岩石中敏感性矿物H勺类型、产状、含量及分布特点；

(2)确定油气层潜在损害类型、程度及原因；

(3)为各项作业中保护油气层工程方案设计提供根据和提议。

2.岩心分析的I意义

保护油气层技术的研究与实践表明，油气层地质研究是保护油气技术的基础工作，而岩心分析在

油气地质研究中具有重要作用。油气层地质研究U勺目的是，精确地认识油气层的初始状态及钻开油气

层后油气层对环境变化的响应，即油气层潜在损害类型及程度。其内容包括六个方面：

(1)矿物性质，尤其是敏感性矿物FI勺类型、产状和含量；

(2)渗流多孔介质的性质，如孔隙度、渗透率、裂隙发育程度、孔隙及喉道的大小、形态、分布和

连通性；

(3)岩石表面性质，如比表面、润湿性等；

(4)地层流体性质，包括油、气、水口勺构成，高压物性、析蜡点、凝固点、原油酸值等；

(5)油气层所处环境，考虑内部环境和外部环境两个方面：

(6)矿物、渗流介质、地层流体对环境变化的敏感性及也许的损害趋势和后果。

其中，矿物性质及渗流多孔介质的特性重要是通过岩心分析获得，从而体现了岩心分析在油气层

地质研究中的关键作用。图2—1阐明了六项内容之间H勺互相联络，最终应指明潜在油气层损害原

因、预测敏感性，并有针对性地提出施工提议。还应指出，室内敏感性评价和工作液筛选使用的J岩心

数最有限，不也许所有考虑油气层物性及敏感性矿物所体现出来日勺多种复杂状况，岩心分析则可以确

定某一块试验岩样在整个油气层中的代表性，进而可通过为数不多的试验成果，建立油气层敏感性的

整体轮廓，指导保护油气层工作液的研制和优选。

二、岩心分析的内容

岩心分析是指运用多种仪器设备来观测和分析岩心一切特性的系列技术。岩心是地下岩石（层）

的一部分，因此岩心分析是获取地下岩石信息十分重要的手段。表2—1给出了保护油气层研究中岩

心分析H勺内容及对应H勺技术措施。应用中要根据详细H勺油气层特点进行选择分析，做到既能抓住重要

矛盾，处理实际问题，又要经济实用，注意发挥不一样技术的长处，配套实行。

三、取样规定

岩心分析的样品可以来自全尺寸成形的岩心，也可以是井壁取心或钻屑。经验表明，钻屑口勺代表

性很差，故一般使用成形岩心，并且多种试验项目可以进行配套分析，便于找出岩石多种参数之间的

内在联络。

岩心

I

岩石物理性质地层流体

定

Rk恻化学分析

片

海

铸

体光雄分析

毓

电

描

为色讲分析

术

技

未

压点压物件

析

像

分

图

法

触

角

接

结诉出势

孔隙及

及类型

渗息率

孔眼结构

岩石衣面性质

内部环境，外部环境।

服力流速

阻度.L作淞性质

原地应力外来冏和侵入

天然驱动能量压差

潜在油气足损害和她感性

「保老油气N技术措及建议

图2-1保护油气技术中油气层地质研究的内容及岩心分析的作用

岩石构造与矿物分析、孔隙构造的测定要在理解油气层岩性、物性、含油气性、电性的基础上，

有重点地进行选样分析。铸体薄片的样品应能包括油气层剖面上所有岩石性质的极端状况，如粒度、

颜色、胶结程度、结核、裂缝、针孔、含油级别等，样品间距1〜5块/m,必要时加密。X射线衍

射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析样品密度大概为铸体薄片的J1/3至1/2,对油气层要加

密，水层及火层进行控制性分析。压汞分析的J岩样，对于一种油组（或厚油层），每个渗透率级别至

少的3〜5条毛管压力曲线，最终可根据物性分布求取该油组的平均毛管压力曲线。如图2—2所

示，最佳在同一段岩心上取足配套分析的柱塞。铸体薄片、扫描电镜、压汞分样需在同一柱塞上进

行，这有助于建立孔隙分布与孔喉分布参数间的关系，以及孔隙构造与岩性、物性、粘土矿物之间的

联络。XRD分析可以用碎样，但应清除被泥浆污染的部分，否则会干扰试验成果。电子探针分析可

用其他柱塞端部，这样在所有分析项目完毕后，就能指出潜在的损害类型及原因，预测不一样渗透率

级别（储层类型）的油气层的敏感程度，对的解释敏感性评价试验成果。

表2-1岩心分析揭示的内容及所用的方法

内容方法

常规条件总孔隙度、连通孔隙度气测法、煤油饱和法孔隙度仪

孔隙僮

模拟1町K总孔隙度CMS-300全自动岩心分析仪

空气淮透室、煤油淮透率、地层水渗透率;水平淮通

常法透率仪

岩港透率率、垂直部透率、他囱落透率、全直径岩心渗透率;

规CMS・300全自动比心分析仪

石梗损国乐渗透率

物

物比表面乐汞或等温吸阳法

性

理

相渗透率气一水、油一气、气一油一水稳态法、不稳态法

性

心接触角测球、阿莫特（自吸入）法、点心机法毛管用力

涧湿性油湿、水湿』响洞湿

曲线测定

类型、大小、形态、连通性、分布

孔隙孔隙一喉道锌体薄片、图像分析、SEM、X时或a归描、NMR

结构

孔喉大小、分4乐汞法、离心机法毛管压力曲线测定

件架石英、长石粒度大小、分布缔析法、樽片粒度图像分析

岩肩、云母

省接触关系..成分、含晶、成岩变化的体薄片、阴极发光、XRD全岩分析、红外光谱

石

结产状铸体薄片、SEM

构

咕土矿物

与得体僧片、、红外光谱、沉降分离法、电子探针成

用类型、成分、含殳XRD

矿能请

鼠

物

物

产状岩石博片、SEM

#粘上矿物

类型、成分、含量薄片染色、XRD金岩分析、红外光谓、碳酸盐含斑测定

常规物性电子探针Him

喊感性及配缶性评价x射毂衍射粒度分析

图2-2岩心分析取样示意图

第二节岩心分析技术及应用

-X射线衍射

1.X射线衍射分析技术

全岩矿物组分和粘土矿物可用X射线衍射（XRD）迅速而精确地测定。XRD分析借助于X射线衍射

仪来实现，它重要由光源、测角仪、X射线检测和记录仪构成（图2—3）。

图2—3X射线衍射仪的衍射系统

由于粘.土矿物的I含量较低，砂岩中一般为3%〜15%。这时，X射线衍射全岩分析不能精确地反应粘土的

构成与相对含量，需要把粘土矿物与具他组分分离，分别加以分析。首先将岩样抽提洁净，然后碎样，

用蒸储水浸泡，最佳湿式研磨，并用超声波振荡加速粘土从颗粒上脱落，提取粒径不不小于2um

（泥、页岩）或不不小于5um（砂岩）的部分，沉降分离、烘干、计算其占岩样的重量比例。粘土矿

物的XRD分析使用定向片，包括自然干燥的定向片（N片）、经乙二醇饱和的定向片（再加热至

550C）,或盐酸处理之后的自然干燥定向片。粒径不小于2um或5um的部分则研磨至粒径不不小于

40Um的粉末，用压片法制片，上机分析。此外还可以直接进行薄片的XRD分析，它对于鉴定疑难矿

物十分以便，并可与薄片中矿物的光性特性对照，进行综合分析。

2.X射线衍射在保护油气层中的应用

1）地层微粒分析

地层微粒指粒径不不小于3711m（或44um）即能通过美国400目（或325目）筛B勺细粒物质，它

是砂岩中重要的损害原因，砂岩中与矿物有关的地层损害都与其有亲密的联络。地层微粒的分析为矿物

微粒稳定剂的筛选、解堵措施的优化提供根据。除粘土矿物外，常见的其他地层微粒有长石、石英、云

母、菱铁矿、方解石、白云石、石膏等。

2）全岩分析

对粒径不小于5um口勺非粘土矿物部分进行XRD分析，可以懂得诸如云母、碳酸盐矿物、黄铁矿、长石

日勺相对含量，对酸敏（HF,HC1）性研究和酸化设计有协助。长石含量高日勺砂岩，当酸液浓度和处

理规模过大时，会减弱岩石构造的完整性，并且存在着酸化后的二次沉淀问题，也许导致土酸酸化失

败，

3）粘土矿物类型鉴定和含量计算

运用粘土矿物特性峰的d001值格定粘土矿物类型，表2—2列出了各族重要粘土矿物H勺dOO1值。根

据出现的矿物对应衍射峰日勺强度（峰面积或峰高度），根据行业原则SY/T5163—1995“用

X射线衍射仪测定沉积岩粘土矿物的）定量分析措施”求出粘土矿物相对含量。

表2-2各族主要粘土矿物的dw（10-nm）X射线衍射特征

矿物dbo2</()()3</(>U5

蒙皂石12-15—4~5—2.4-3

绿泥石14.27.14.73.532.8

蛭石14.27.14.73.532.8

伊利石10.()5.03.332.5—

高岭石7.153.582.37————

4）间层矿物鉴定和间层比计算

油气层中常见时间层矿物大多数是由膨张层与非膨胀层单元相间构成。表2—3列出了间层矿物的类

型，伊利石/蒙皂石间层矿物、绿泥石/蒙皂石间层矿物较常见。

表2-3主要间层粘土矿物类型（WilsonNadeau,1985）

非膨张云母绿泥石

高岭石

二八面体三八面体二八面体三八面体

有序度

钠板不

柯绿泥石

（累托石）水黑云母苏托石

(Tri-Ch)/

近程有序（云母/（云母/（羟硅铝石）—

Vc

蒙电石）蛭石）（Di-Ch）/S

(Tri-Ch)/5

云母/蛭石

伊利石/

长程有序云母/蛭布?9?

蒙皂石

绿泥石/

云母/蛭布绿泥石/蒙

伊利石/蒙皂石高岭看/

无序（云母/蒙皂石（绿泥

蒙电石（绿泥石/蒙电石

皂石）石/蛭石）

蛭石）

注：Di一二八面体；Tri一三八面体；Ch-绿泥石；S—蒙皂石；Ve-蛭石；Bi-黑云母。

间层比指膨胀性单元层在间层矿物中所占比例，一般以蒙皂石层的百分含量表达。由衍射峰的特

性，根据行业原则SY/T5983-94"伊利石/蒙皂石间层矿物X射线射鉴定措施”求出间层矿

物可层比及间层类型（绿泥石/蒙皂石间层矿物间层比口勺原则化计算措施待定）。对间层矿物时间层类

型、间层比和有高序度的研究有助于揭示油气层中粘土矿物水化、膨胀、分散的特性。应兰指出，XR

D分析不能给出敏感性矿物产状，因此必须与薄片、扫描电镜技术配套使用，才能全面揭示敏感性矿物

日勺特性。

5）无机垢分析

XRD分析技术鉴定矿物日勺能力在地层损害研究中尚有广泛的应用。油气井见水后，也许会有无机盐类沉

积在射孔孔眼和油管中，运用XRD分析技术就可以识别矿物的类型，为防止和解除垢沉积提供根据。

如大庆油田聚合物驱采油中，生产井油管中无机垢沉积，经XRD鉴定存在BaS04。此外，XRD

分析还用于注入和产出流体中的固相分析，明确矿物成分和相对含量，对于研究解堵措施很有协助。

二，扫描电镜

1.扫描电镜分析技术

扫描电镜（SEM）分析能提供孔隙内充填物口勺矿物类型、产状的直观资料，同步也是研究孔隙构造的重

要手段。扫描电镜一般由电子系统、扫描系统、信息检测系统、真空系统和电源系统五大部分构成（图

2—4）,它是运用类似电视摄影显像的方式，用细聚焦电子束在样品表面上逐点进行扫描，激发产生

可以

反应样品表面特性H勺信息来调制成像。有些扫描电镜配有X射线能谱分析仪，因此能进行微区元素分

析，

高压发

生回路

透镜励磁

电源回路

由了扫

描回路

X射线

—II—测量回路

真空系统

图2—4

二、扫描电镜

1.扫描电镜分析技术扫描电镜（SEM）分析能提供孔隙内充填物的矿物类型、产状的J直观资料，同

步也是研究孔隙构造H勺重要手段,

扫描电镜一般由电子系统、扫描系统、信息检测系统、真空系统和电源系统五大部分构成（图2—

4）,它是运用类似电视摄影显像的方式，用细聚焦电子束在样品表面上逐点进行扫描，激发产生可以

反应样品表面特性的信息来调制成像。有些扫描电镜配有X射线能谱分析仪，因此能进行微区元素分

析，图2—4扫描电镜基本构造图扫描电镜分析具有制样简朴、分析迅速H勺特点。分析前要将岩样抽

提清洗洁净，然后加工出新鲜面作为观测面，用导电胶固定在样品于桩上，自然晾干，最终在真空镀膜

机上镀金（或碳），样品直径一般不超过1cm。

近年来，在扫描电镜样品制备方面获得了明显日勺进展。临界点干燥法可以详细地观测原状粘土矿物的显

微构造，背散射电子图像的使用可以在同一视域中直接识别不一样化学成分的多种矿物。

2,扫描电镜在保护油气层中的应用

1）油气层中地层微粒的观测

扫描电镜分析能给出孔隙系统中微粒的类型、大小、含量、共生关系的资料。越靠近孔、喉中央口勺

微粒，在外来流体和地层流体作用下越轻易失稳。测定微粒的大小分布及在孔喉中日勺位置，能有效地估

计临界流速和速敏程度，便于有针对性地采用措施防止或解除因分散、运移导致口勺损害。

2）粘土矿物的）观测

粘土矿物有其特殊的形态（表2—4）,借此可确定粘土矿物的类型、产状和含量。如孔喉桥接

状、分散质点状粘土矿物易与流体作用。对于间层矿物，通过形态可以大体估计间层比范围。

3）油气层孔喉的观测

扫描电镜立体感强，更适于观测孔喉的形态、大小及与孔隙的连通关系。对孔喉表面的粗糙度、弯

曲度、孔喉尺寸H勺观测能揭示微粒捕集、拦截的位置及难易程度，对研究微粒运移和外来固相侵入很故

意义。

4）含铁矿物口勺检测

当扫描电镜配Tfx射线能谱仪时，能对矿物提供半定量的元素分析，常用于检测铁元素，如碳酸盐

矿物、不一样产状绿泥石的含铁量，由于在盐酸酸化时少许的铁很轻易形成二次沉淀，导致油气层的损

害,

5）油气层损害II勺监测

运用背散射电子图像，岩心可以不必镀金和镀碳就能测定，在敏感性（或工作液损害）评价试验前

后都可以进行直观分析。对于无机和有机垢的晶体形态、排布关系H勺观测，还可认为抑垢除垢•、筛选处

理剂、优化工艺措施提供根据。

三薄片技术

1.薄片分析技术

薄片技术是保护油气层的岩相学分析三大常规技术之一，也是最基础U勺一项分析工应用光学显微镜观测

薄片，由铸体薄片获得的资料比较可靠。制作铸体薄片的样品最佳是成形岩心，不推荐使压钻屑。薄片

厚.度为0.03mm,面积不不不小于15mmX15mm。未取心H勺状况除外，提议少用或不用钻屑薄

片，由于岩石总是趋于沿弱连接处破裂，胶结致密H勺岩块则能保持较大H勺尺寸，这样会对孔隙发育及胶

结状况得出错误口勺认识。

表2-4主要粘土矿物及其在扫描电镜下的特征

(尿I

=构造类平族矿物化学分子式单体形态集合体形态

10

书页状

假六方板状

岛的石7.1~7.2,蛾虫状

高岭石A14(S4O|0)(OH)»鳞片状

地开行3.58F风界状

1:|板条状

塔品

细微棒状

埃洛石埃洛石AU(SuO10)(OH)g10.05针管状

奥状

蒙股公RJAlM)?(SiX)io)N«家IK公12.QQ弯片状蜂窝状

蒙皂出K

蒙电石(OH)24H2。CaCIft石15.50限皮依片状案团状

2：1

伊利石鳍片状

KAI((.\lSi3)(),0)好窝状

水云母海绿石10碎片状

(OH)2.nilh()”缕状

蛭石毛发状

薄片状玫瑰花状

各■种EcMgAl的层状硅酸14.7.14,

2：1：1绿泥石鳞片状绒球状

绿泥石盐，同形置换普遍4.72,3.55

针叶片状登片状

2dMj；,AL(SiO(()H),10.40.丝状

海泡石ill软木踪的状

层链状(()H2)4*m(H2())43.14,2.59纤维状

2.薄片分析技术在保护油气层中的应用

1）岩石的构造与构造

薄片粒度分析给出的粒度分布参数可供设计防砂方案时参照，当然应以筛析法和激光粒度分析获得

H勺数据为重要根据。研究颗粒间接触关系、胶结类型及胶结物的构造可以估计岩石的强度，预测出砂趋

势，对砂岩中泥质纹层、生物搅动对原生层理口勺破坏也可观测，当用土酸酸化时，这些粘土H勺溶解会使

岩石构造稳定性减少，诱发出砂,

2）骨架颗粒的成分及成岩作用

沉积作用、压实作用、胶结作用和溶解作用强烈地影响着油气层的储集性及敏感性。理解成岩变化

及自生矿物的晶出次序对测井解释、敏感性预测、钻井完井液设计、增产措施选择、注水水质控制十分

有利。

3）孔隙特性

薄片分析获得孔隙成因、大小、形态、分布资料，用于计算面孔率及微孔隙率。研究地层微粒及敏

感性矿物在孔隙和喉道中H勺位置及与孔喉的尺寸匹配关系，可以判断油气层损害原因，并用于综合分析

潜在口勺油气层损害，提出防治措施。例如，低渗一致密油气层使用高分子有机阳离子聚合物粘土稳定剂

时，虽可有效地稳定粘土，但由于孔喉细小，处理剂分子尺寸较大，它同步又损害油气层。

4）不一样产状粘土矿物含量的估计

XRD和红外光谱均不能给出粘土矿物的产状及成因，薄片分析则可阐明同一种类型粘土矿物的几

种产状（成因）的相对比例。这一点很重要，由于只有位于孔隙流动系统中的粘土矿物才对外来工作液

性质最敏感。此外，薄片分析还用于粘土总量H勺校正，如泥质岩屑H勺存在也许引起粘土总量H勺升高，研

究中应注意辨别。沉降法分离出口勺粘土受粒径限制，难于反应出较大粒径变化范围（5〜20um）时

粘土的真实构成。

5）荧光薄片应用

荧光薄片提供油存在的有效储集和渗流空间的性质，如孔隙形状、大小、连通性及裂缝隙发育程

度，为更好地埋解油气层损古发明了条件。

四、压汞法测定岩石毛管压力曲线

由毛管压力曲线可以获得描述孔喉分布及大小的系列特性参数，确定各孔喉区间对渗透率的奉献。

1.基本原理

压汞法由于其仪器装置固定、测定迅速精确，并且压力可以较高，便于更微小的孔隙测量，因而它是目

前国内外测定岩石毛管压力曲线的J重要手段。使用压汞仪测定岩样的毛管压力曲线（如图2—5）,原

理是汞对大多数造岩矿物为非润湿，对汞施加压力后，当汞口勺压力和孔喉的毛管压力相等时，汞就能克

服阻力进入孔隙，计量进汞量和压力，根据进入汞的孔隙体积百分数和对应压力就得到毛管压力曲线。

压力和孔喉半径U勺关系为：

儿=匕空或r=（）735/2(2-1)

r

式中A——毛管压力，MPa;

1-毛管半径，

压汞试验所用岩样一般为直径2.5cm,长2.5cm左右的柱塞，测定前将油清洗洁净，测定岩石总体

积、氮气法孔隙度、岩石密度和渗透率。

30.0

0.0735

S15

目

R0・735

仃

7.35

15

图2—5毛管压力曲线I一注入曲线；W—退出曲线

2.毛管压力曲线在保护油气层中口勺应用

1）储集岩的分类评价

储集岩分类是评价油气层损害的前提，同一损害原因在不一样类型日勺储集岩中的体现存在差异。根

据毛管压力的曲线特性参数，用记录法求特性值，结合岩石孔隙度、渗透率、孔隙类型、岩性等可以对

储集岩进行综合分类。

2）油气层损害机理分析

油气层微粒的粒度分析、微粒在孔隙中的空间分布及与孔喉大小H勺匹配关系是分析油气层损害H勺关

键，例如相似间层比口勺伊利石/蒙皂石间层矿物，对细孔喉型油层H勺水敏损害比中、粗孔喉型油气层严

重，

3）钻井完井液设计

屏蔽暂堵型钻井完升液技术中架桥粒子的选择，就是根据由压汞曲线获得的孔喉分布。通过对一种

油组或油气层不一样物性级别岩样的毛管压力曲线测定，构制平均毛管压力曲线。架桥粒子即根据平均

毛管压力曲线，考虑到出现的最大孔喉半径，按2/3架桥原理设计的。暂堵型酸化、压裂过程中，暂

堵剂粒度的筛选也要参照孔喉分布数据飞

4）入井流体悬浮固相控制

压井液、洗井液、射孔液、修井液、注入水和压裂液等都波及固相颗粒的含量和粒径大小控制问

题，而控制原则则视油气层储渗质量、孔喉参数而定。研究表明，当颗粒直径不小于平均孔喉直径的1

/3时形成外泥饼，1/3〜1/10时会侵入孔喉形成内泥饼，不不小于1/10时颗粒能自由移

动,

5）评价和筛选工作液

油气层损害的实质是岩石孔隙构造的变化，通过测定岩石与工作液作用前后的岩样毛管压力曲线就

能对配伍性有明确H勺认识。应用高速离心机法可以迅速测定毛管压力曲线和储集岩润湿性及润湿性变

化，理解工作液作用前后储集岩孔喉分布参数和润湿性变化。

五、岩心分析技术应用展望

尽管用于分析岩心口勺许多技术早已存在，但石油地质家及石油工程师从未象今天这样共同关怀并应

用岩心分析技术来深入揭示油气层欧I微观特性。某些老式技术因使用目日勺转变，而