油保技術(shù)概論

保護(hù)油氣層技術(shù)大港油田鉆井技術(shù)服務(wù)公司泥漿公司主講：田增艷電話：25979227保護(hù)油氣層技術(shù)第一部分：概述第二部分：儲(chǔ)層損害與油井產(chǎn)能的關(guān)系第三部分：巖心分析第四部分：儲(chǔ)層損害室內(nèi)評(píng)價(jià)第五部分：油氣層損害機(jī)理第六部分：鉆井過(guò)程中的損害第七部分：鉆井過(guò)程中的保護(hù)油氣層講課內(nèi)容：保護(hù)油氣層技術(shù)第一講：概述概念

保護(hù)油氣層技術(shù)研究及其應(yīng)用是一項(xiàng)涉及多學(xué)科、多專(zhuān)業(yè)、多部門(mén)并貫穿整個(gè)油氣鉆探及開(kāi)發(fā)生產(chǎn)過(guò)程的系統(tǒng)工程。油氣層損害不僅降低了油氣井產(chǎn)出或注入井注入能力，降低油氣采收率，而且還造成寶貴油氣資源的長(zhǎng)久閑置和浪費(fèi)。為了有效控制油氣層損害，國(guó)內(nèi)外科技界進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)40余年的不懈努力，在理論研究和實(shí)用技術(shù)研發(fā)方面取得了重要進(jìn)展。

概念油氣層損害

：在鉆井、完井、井下作業(yè)及油氣田開(kāi)采全過(guò)程中，造成油氣層滲透率下降的現(xiàn)象。油氣層保護(hù)

：能有效控制和盡可能減輕油氣層損害的技術(shù)措施。儲(chǔ)層性能劃分標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)層性質(zhì)孔隙度%滲透率md特高孔隙度，高滲透率＞30＞2000高孔隙度，高滲透率25-30500-2000中孔隙度，中滲透率15-25100-500低孔隙度，低滲透率10-1510-100特低孔隙度，低滲透率＜10＜10保護(hù)油氣層工作的發(fā)展情況

●我國(guó)早在50年代開(kāi)始注意該問(wèn)題，川中會(huì)戰(zhàn)時(shí)提出鉆井液密度；●

60年代大慶會(huì)戰(zhàn)時(shí)提出密度與濾失量；●國(guó)外70年代開(kāi)始從分析巖心入手，進(jìn)行機(jī)理研究，并應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，形成保護(hù)油氣層系列技術(shù)；●長(zhǎng)慶油田70年代開(kāi)始進(jìn)行巖心分析及敏感性分析，直到80年代在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國(guó)才開(kāi)始全面的保護(hù)油氣層技術(shù)研究工作。

并在“七五”期間將“保護(hù)油氣層、防止污染的鉆井完井技術(shù)”列為國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，原中國(guó)石油部科技司、開(kāi)發(fā)司、鉆井司共同組織遼河、華北、長(zhǎng)慶、四川、中原等五個(gè)油田和石油大學(xué)、西南石油學(xué)院、江漢石油學(xué)院、石油勘探開(kāi)發(fā)科學(xué)研究院、工程技術(shù)研究所等單位共同進(jìn)行攻關(guān)，使我國(guó)保護(hù)油氣層技術(shù)不僅在理論研究上，而且在生產(chǎn)實(shí)踐中均取得較大發(fā)展，形成了適合我國(guó)中低滲透砂巖油氣層地質(zhì)特點(diǎn)的儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)。保護(hù)油氣層工作的發(fā)展情況實(shí)施保護(hù)油氣層技術(shù)的重要性

勘探過(guò)程中，采用保護(hù)油氣層技術(shù)有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣層、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)油氣層，直接關(guān)系到勘探目標(biāo)資源潛力的評(píng)價(jià)和油氣儲(chǔ)量評(píng)估遼河榮興油田，1980年之前先后鉆了9口探井，均因油氣層受到損害而誤判為沒(méi)有工業(yè)價(jià)值。1989年，重新鉆探此構(gòu)造，采用保護(hù)油氣層配套技術(shù)，所鉆17口井均獲得工業(yè)油流，鉆探結(jié)果新增含油氣面積18.5km2，探明原油儲(chǔ)量上千萬(wàn)噸，新增天然氣儲(chǔ)量幾十億立方米。大港油田張海501井、港深61—1井通過(guò)MTD測(cè)試，發(fā)現(xiàn)測(cè)井解釋的水層的大段地層實(shí)際為油層。黃驊坳陷千米橋古潛山，1964年開(kāi)始的30多年內(nèi)，一直以潛山帶西高點(diǎn)奧陶系為重要勘探對(duì)象，以尋找潛山油氣藏為目標(biāo)所鉆探的36口探井始終沒(méi)有大的突破。直到1998年，在板深7井首次采用欠平衡鉆井技術(shù)，成功地發(fā)現(xiàn)了古潛山高產(chǎn)油氣層。在四川盆地邛西構(gòu)造，2002年中石油西南油氣田分公司在邛西3井實(shí)施全過(guò)程欠平衡作業(yè)，使須家河組致密碎屑巖氣層的勘探打開(kāi)了新局面，欠平衡鉆井技術(shù)在隨后的川中、川西油氣勘探新發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮出了關(guān)鍵作用。實(shí)施保護(hù)油氣層技術(shù)的重要性

在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，實(shí)施保護(hù)油氣層技術(shù)有利于充分解放油氣層生產(chǎn)能力，有利于提高油氣田開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)效益。

“七五”期間，我國(guó)在中原、遼河、華北、長(zhǎng)慶等油區(qū)的13個(gè)油田試驗(yàn)此項(xiàng)配套技術(shù)，油氣井產(chǎn)量普遍有所提高。僅據(jù)1998年統(tǒng)計(jì)，屏蔽暫堵鉆井完井液技術(shù)在中國(guó)陸上多數(shù)油區(qū)推廣應(yīng)用，井?dāng)?shù)超過(guò)10000口，油井產(chǎn)量平均提高10%～20%。

如吐哈盆地溫米油田是一個(gè)低滲透油田，依據(jù)開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)，完井后需采用壓裂投產(chǎn)。但該油田所鉆的167口開(kāi)發(fā)井，從鉆井到完井投產(chǎn)，全面推廣應(yīng)用與該油田儲(chǔ)層特性相適應(yīng)的保護(hù)油層技術(shù)，油井射孔后全部自噴投產(chǎn)，單井產(chǎn)量比原開(kāi)發(fā)方案中設(shè)計(jì)產(chǎn)量提高20%~30%。為了減少對(duì)油層的損害，該油田鉆井完井時(shí)采取屏蔽暫堵鉆井液技術(shù)，每口井鉆井液費(fèi)用僅增加10000元。實(shí)施保護(hù)油氣層技術(shù)的重要性

在油氣田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)各項(xiàng)作業(yè)中，搞好保護(hù)油氣層工作有利于油氣井生產(chǎn)/注入能力的長(zhǎng)期高位保持和長(zhǎng)壽命安全運(yùn)行。

在油氣開(kāi)采的漫長(zhǎng)過(guò)程中，各項(xiàng)生產(chǎn)作業(yè)對(duì)油氣層的損害不僅會(huì)發(fā)生在近井地帶，往往還涉及到油氣層深部，影響油氣井的穩(wěn)產(chǎn)。例如，北美州阿拉斯加普魯?shù)禄魹秤吞?，投產(chǎn)后6個(gè)月發(fā)現(xiàn)部分油井的年產(chǎn)量以50%~70%快速遞減。分析其原因是射孔和修井時(shí)采用了氯化鈣鹽水作為射孔液和壓井液，由于氯化鈣與油氣層中的地層水發(fā)生作用形成無(wú)機(jī)垢堵塞油層，引起油井產(chǎn)量急劇下降。我國(guó)部分油田在開(kāi)采過(guò)程中也出現(xiàn)過(guò)油井產(chǎn)量在壓井作業(yè)后下降，表皮系數(shù)上升的現(xiàn)象。油氣層保護(hù)技術(shù)的主要內(nèi)容巖心分析油氣層敏感性和工作液損害室內(nèi)評(píng)價(jià)油氣層損害機(jī)理的研究和診斷鉆井過(guò)程保護(hù)油氣層技術(shù)完井過(guò)程保護(hù)油氣層技術(shù)采油生產(chǎn)保護(hù)油氣層技術(shù)油氣層損害礦場(chǎng)評(píng)價(jià)保護(hù)油氣層總體效果評(píng)價(jià)和分析上述八方面內(nèi)容構(gòu)成一項(xiàng)配套系統(tǒng)工程，每項(xiàng)內(nèi)容既是相對(duì)獨(dú)立的，但彼此又是緊密關(guān)聯(lián)的。其中前三項(xiàng)是基礎(chǔ)性工作，在各作業(yè)環(huán)節(jié)的油氣層保護(hù)技術(shù)研究和實(shí)施方案設(shè)計(jì)中均是必要組成部分。油氣層保護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)

1、保護(hù)油氣層技術(shù)是一項(xiàng)涉及多學(xué)科、多專(zhuān)業(yè)、多部門(mén)并貫穿整個(gè)油氣生產(chǎn)過(guò)程中的系統(tǒng)工程。

在鉆開(kāi)油氣層、完井、試油、采油、增產(chǎn)、修井、注水、熱采等過(guò)程都可造成損害，此項(xiàng)工程涉及地質(zhì)、鉆井、測(cè)井、試油、采油、井下作業(yè)等多個(gè)部門(mén)，密切配合，協(xié)同工作，正確對(duì)待投入與產(chǎn)出，才能收到良好效果。2、保護(hù)油氣層技術(shù)具有很強(qiáng)的針對(duì)性。

保護(hù)油氣層技術(shù)的研究對(duì)象是油氣層，油氣層的工程地質(zhì)特性是研究此項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)。由于不同的油氣層具有不同的特征，因此從油氣層特性出發(fā)，研究出的保護(hù)油氣層技術(shù)也具有很強(qiáng)的針對(duì)性。

3、在研究方法上要采用三結(jié)合：微觀研究與宏觀研究；機(jī)理研究與現(xiàn)場(chǎng)研究；室內(nèi)研究與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐。

●儲(chǔ)層損害與保護(hù)研究涉及多學(xué)科、多專(zhuān)業(yè)知識(shí)和多部門(mén)人員；●分析、診斷損害機(jī)理需要大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)資料分析工作；●儲(chǔ)層保護(hù)研究的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工、設(shè)備與材料準(zhǔn)備、效果評(píng)價(jià)等也需多學(xué)科、多部門(mén)合作；●倡導(dǎo)多學(xué)科交叉和團(tuán)隊(duì)合作，地質(zhì)家、地球化學(xué)家、化學(xué)家、化學(xué)工程師、油藏工程師、石油工程師、甚至經(jīng)濟(jì)師、系統(tǒng)工程師的高效合作是不可缺少。油氣層保護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)油氣層保護(hù)系統(tǒng)工程的技術(shù)思路1、分析所研究油氣層的巖石與流體性質(zhì)，以此為依據(jù)來(lái)研究該油氣藏的潛在損害因素與機(jī)理。

2、收集現(xiàn)場(chǎng)資料，開(kāi)展室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，分析每組油氣層在各項(xiàng)作業(yè)中潛在的損害因素被誘發(fā)的原因、過(guò)程及防治措施。

3、按照系統(tǒng)工程研究各項(xiàng)作業(yè)中所選擇的保護(hù)油氣層技術(shù)措施的可行性與經(jīng)濟(jì)上的合理性，通過(guò)綜合研究配套形成系列，納入鉆井、完井、與開(kāi)發(fā)方案的設(shè)計(jì)及每一項(xiàng)作業(yè)的具體設(shè)計(jì)中。

4、各項(xiàng)作業(yè)結(jié)束后進(jìn)行診斷與判斷，獲取油氣層損害程度的信息，并評(píng)價(jià)保護(hù)油氣層效果及經(jīng)濟(jì)效益，作為改進(jìn)措施的依據(jù)。5、計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)、診斷、評(píng)價(jià)和動(dòng)態(tài)模擬。

6、組織管理與監(jiān)督。這是甲乙方市場(chǎng)化運(yùn)作形勢(shì)下，油氣層保護(hù)技術(shù)順利、有效實(shí)施的重要保證。應(yīng)該像重視地質(zhì)監(jiān)督那樣，重視對(duì)油氣層保護(hù)技術(shù)執(zhí)行情況的監(jiān)督，建立健全質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，規(guī)范運(yùn)作。油氣層保護(hù)系統(tǒng)工程的技術(shù)思路油氣層保護(hù)系統(tǒng)工程的技術(shù)思路保護(hù)油氣層研究油氣藏描述及潛在損害評(píng)價(jià)油氣層損害現(xiàn)狀和作業(yè)史調(diào)查油氣層損害室內(nèi)評(píng)價(jià)油氣層損害機(jī)理綜合診斷油氣層保護(hù)工程技術(shù)油氣層保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)油氣層損害與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)防止油氣層損害的技術(shù)措施試井評(píng)價(jià)測(cè)井評(píng)價(jià)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)油氣保護(hù)技術(shù)推廣應(yīng)用組織管理與監(jiān)督保護(hù)油氣層技術(shù)第二講：儲(chǔ)層損害與油井產(chǎn)能的關(guān)系理想化的油藏模型表皮壓降示意圖表皮系數(shù)與表皮壓降的函數(shù)關(guān)系式中，h—油氣層厚度，m； P—表皮壓降，即損害帶造成的井底壓力損失，MPa；

q—原油產(chǎn)量，m3/d； o—原油粘度，mPas；

Bo—原油的體積系數(shù)，即地下體積與儲(chǔ)罐體積之比。油氣層損害加速油氣井

產(chǎn)量的衰減

油氣層損害導(dǎo)致盈利時(shí)間延遲產(chǎn)能與表皮損害的關(guān)系表皮系數(shù)越大，油井產(chǎn)能越低流動(dòng)效率與表皮系數(shù)的近似關(guān)系

Ef=J實(shí)際/J理想

=7/(7+s)

當(dāng)s=1.75時(shí)，Ef降低約20%

當(dāng)s=7.0時(shí)，Ef降低約50%（引自羅英俊主編專(zhuān)著P45，石油工業(yè)出版社，1996年）表皮系數(shù)vs

流動(dòng)效率表皮系數(shù)越大，流動(dòng)效率越低保護(hù)油氣層技術(shù)第三講：巖心分析

巖心分析的目的

全面認(rèn)識(shí)油氣層的巖石物理性質(zhì)及巖石中敏感性礦物的類(lèi)型、產(chǎn)狀、含量及分布特點(diǎn)。確定油氣層潛在損害類(lèi)型、程度及原因。為各項(xiàng)作業(yè)中保護(hù)油氣層工程方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)和建議。巖心分析的意義

可通過(guò)為數(shù)不多的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立油氣層敏感性的整體輪廓，指導(dǎo)保護(hù)油氣層工作液的研制和優(yōu)選保護(hù)油氣技術(shù)中油氣層地質(zhì)研究的內(nèi)容及巖心分析的作用巖心分析的內(nèi)容巖心分析技術(shù)應(yīng)用應(yīng)用：地層微粒分析全巖分析粘土礦物類(lèi)型鑒定和含量計(jì)算間層礦物鑒定和間層比計(jì)算無(wú)機(jī)垢分析X射線衍射全巖礦物組分和粘土礦物可用X射線衍射迅速而準(zhǔn)確的測(cè)定X射線衍射系統(tǒng)

巖心分析技術(shù)應(yīng)用：油氣層中地層微粒的觀察粘土礦物的觀測(cè)油氣層孔喉的觀測(cè)含鐵礦物的檢測(cè)掃描電鏡

掃描電鏡分析能提供孔隙內(nèi)充填物的礦物類(lèi)型、產(chǎn)狀的直觀資料，同時(shí)也是研究孔隙結(jié)構(gòu)的重要手段巖心分析技術(shù)應(yīng)用：巖石的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造骨架顆粒的成分及成巖作用孔隙特征不同產(chǎn)狀粘土礦物含量的估計(jì)熒光薄片的應(yīng)用薄片分析

應(yīng)用光學(xué)顯微鏡觀察薄片，由鑄體薄片獲得的資料比較可靠巖心分析技術(shù)應(yīng)用：儲(chǔ)集巖的分類(lèi)評(píng)價(jià)油氣層損害機(jī)理分析孔喉尺寸分布評(píng)價(jià)和篩選工作液壓汞法

汞對(duì)大多數(shù)巖石礦物為非潤(rùn)濕，當(dāng)汞的壓力和孔喉的毛管壓力相等時(shí)，汞就能克服阻力進(jìn)入孔隙，可以得到毛管壓力曲線毛管壓力曲線I－注入曲線；W－退出曲線

油氣層損害的室內(nèi)評(píng)價(jià)：是借助于各種儀器設(shè)備測(cè)定油氣層巖石與外來(lái)工作液作用前后滲透率的變化，或者測(cè)定油氣層物理化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化前后滲透率的改變，來(lái)認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)油氣層損害的一種重要手段。儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)工作液損害評(píng)價(jià)

工作液：鉆井液、完井液、固井用水泥漿、射孔液、壓井液、修井液、壓裂液、酸液等。

油氣層損害的室內(nèi)評(píng)價(jià)主要包括兩個(gè)部分，即：油氣層損害室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)流程圖油氣層損害的室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)流程框圖

油氣層損害室內(nèi)評(píng)價(jià)——敏感性評(píng)價(jià)速敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

速敏是指在鉆井、測(cè)試、試油、采油、增產(chǎn)作業(yè)、注水等作業(yè)或生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)流體在油氣層中流動(dòng)時(shí)，引起油氣層中微粒運(yùn)移并堵塞喉道造成油氣層滲透率下降的現(xiàn)象原理方法：以不同的注入速度向巖心中流入實(shí)驗(yàn)流體，并測(cè)定各個(gè)流入速度下巖心的滲透率Ki，判斷油氣層巖心對(duì)流速的敏感性，并找出滲透率明顯下降的臨界流速。評(píng)價(jià)指標(biāo)速敏發(fā)生條件：油氣層損害室內(nèi)評(píng)價(jià)——敏感性評(píng)價(jià)水敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

水敏是指淡水進(jìn)入地層后時(shí)，某些粘土礦物就會(huì)發(fā)生膨脹、分散、運(yùn)移，從而減小或者堵塞地層孔隙和孔喉，造成滲透率的降低。原理：首先用地層水測(cè)定巖心滲透率Kf，然后再用次地層水測(cè)定巖心的滲透率，最后用淡水測(cè)定巖心的滲透率Kw，從而確定淡水引起的巖心中粘土礦物的水化膨脹及造成的損害程度。評(píng)價(jià)指標(biāo)油氣層損害室內(nèi)評(píng)價(jià)——敏感性評(píng)價(jià)鹽敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

鹽敏是指與地層水礦化度不匹配的工作液進(jìn)入地層后，引起粘土的收縮、失穩(wěn)、脫落、及膨脹和分散等現(xiàn)象，導(dǎo)致油氣層孔隙空間和喉道的縮小及堵塞，引起滲透率下降從而損害油氣層。原理：通過(guò)向巖心流入不同礦化度等級(jí)的鹽水，并測(cè)定各礦化度的變化來(lái)評(píng)價(jià)鹽敏損害程度，找出鹽敏損害發(fā)生的條件。鹽敏發(fā)生條件：評(píng)價(jià)指標(biāo)油氣層損害室內(nèi)評(píng)價(jià)——敏感性評(píng)價(jià)堿敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

堿敏是指高pH值的流體進(jìn)入油氣層后，造成油氣層中粘土礦物和硅質(zhì)膠結(jié)的結(jié)構(gòu)破壞及大量的氫氧根與某些二價(jià)陽(yáng)離子結(jié)合生成不溶物，造成油氣層堵塞損害。

原理：通過(guò)流入不同pH值的地層水并測(cè)定其滲透率，根據(jù)滲透變化來(lái)評(píng)價(jià)堿敏損害程度，找出堿敏損害發(fā)生的條件。堿敏性條件：評(píng)價(jià)指標(biāo)油氣層損害室內(nèi)評(píng)價(jià)——敏感性評(píng)價(jià)酸敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)酸敏是指油氣層與酸作用后引起滲透率降低的現(xiàn)象。原理和方法：用地層水測(cè)基礎(chǔ)滲透率，再用煤油測(cè)出酸作用前的滲透率K1；反向注入0.5-1.0倍孔隙體積的酸液；用煤油正向測(cè)出恢復(fù)滲透率K2。評(píng)價(jià)指標(biāo)油氣層損害室內(nèi)評(píng)價(jià)——敏感性評(píng)價(jià)應(yīng)力敏性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

應(yīng)力敏感是指在施加一有效應(yīng)力時(shí)，巖樣的物性參數(shù)隨應(yīng)力變化而改變的性質(zhì)。原理和方法：在不同的有效應(yīng)力值σi下測(cè)出對(duì)應(yīng)的滲透率Ki和孔隙度，求出斜率Ss。

評(píng)價(jià)指標(biāo)油氣層損害室內(nèi)評(píng)價(jià)——敏感性評(píng)價(jià)溫度敏性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

溫度敏感是指由于外來(lái)流體進(jìn)入地層引起溫度下降從而導(dǎo)致地層滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象。原理和方法：分別用地層水和地層原油在不同的溫度點(diǎn)在低于臨界流速的情況下，測(cè)出對(duì)應(yīng)的巖心滲透率Ki。評(píng)價(jià)指標(biāo)表明已經(jīng)發(fā)生溫度敏感，則Ti-1即為臨界溫度值滿足式工作液對(duì)油氣層的損害評(píng)價(jià)工作液的靜態(tài)損害評(píng)價(jià)：利用各種靜濾失實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定工作液濾入巖心前后滲透率的變化，來(lái)評(píng)價(jià)工作液對(duì)油氣層的損害程度并優(yōu)選工作液配方。工作液的動(dòng)態(tài)損害評(píng)價(jià)：工作液處于循環(huán)或攪動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，用動(dòng)濾失實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定工作液濾入巖心前后滲透率的變化，來(lái)評(píng)價(jià)工作液對(duì)油氣層的損害程度并優(yōu)選工作液配方。評(píng)價(jià)指標(biāo)工作液損害程度RS---損害程度，百分?jǐn)?shù)；Ko，Kop---損害前后巖心的油相有效滲透率，μｍ2。多點(diǎn)滲透率儀

可以測(cè)量工作液侵入巖心的損害深度和損害程度多點(diǎn)滲透率儀示意圖

利用損害前后滲透率曲線對(duì)比求損害濃度Koi－損害前基線參透率曲線Kopi－損害后恢復(fù)滲透率曲線

分段污染程度損害深度=L1+L2+L3+L4+0.5×L5保護(hù)油氣層技術(shù)第五講：油氣層損害機(jī)理油氣層損害的實(shí)質(zhì)就是有效滲透率的下降，即在外界條件影響下油氣層內(nèi)部性質(zhì)變化造成的，因此把油氣層損害原因分為內(nèi)因與外因。油氣層損害類(lèi)型及其分布結(jié)構(gòu)大類(lèi)亞類(lèi)三級(jí)四級(jí)作業(yè)環(huán)節(jié)物理?yè)p害微粒運(yùn)移鉆井完井、增產(chǎn)改造、修井、注水注氣、EOR固相侵入鉆井完井液固相注入流體固相相圈閉損害水基工作液油基工作液泡沫狀油機(jī)械損害巖面釉化氣基流體鉆井、斜井鉆井巖粉擠入射孔損害壓實(shí)損害射孔完井應(yīng)力損害剪切膨脹鉆井、油氣生產(chǎn)地層壓實(shí)化學(xué)損害巖石—外來(lái)流體不配伍敏感性損害粘土礦物損害非粘土礦物損害鉆井完井、增產(chǎn)改造、修井、注水注氣、EOR處理劑吸附聚合物、陰離子地層流體—外來(lái)流體不配伍有機(jī)垢沉積石蠟、瀝青沉積無(wú)機(jī)垢沉積鹽類(lèi)沉積、水合物、類(lèi)金剛石物乳狀液堵塞潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)生物損害分泌聚合物注水和EOR過(guò)程為主腐蝕損害流體酸性化熱力損害礦物溶解熱力采油為主礦物轉(zhuǎn)化潤(rùn)濕性變化一、物理?yè)p害一、損害的類(lèi)型（一）物理?yè)p害：物理?yè)p害指鉆井、完井、壓井、增產(chǎn)措施中設(shè)備和工作液直接與儲(chǔ)層發(fā)生物理變化造成的滲透率下降。有時(shí)生產(chǎn)中地層流體本身性質(zhì)的變化也可以發(fā)生物理作用損害。1.微粒運(yùn)移多數(shù)油氣層都含有一些細(xì)小礦物，稱(chēng)為地層微粒。包括粘土礦物、非晶質(zhì)硅、微晶石英、微晶長(zhǎng)石、云母碎片和碳酸鹽礦物等，其粒徑通常小于37μm，是潛在的可運(yùn)移微粒源。微粒運(yùn)移電鏡照片2.固相侵入入井流體常含有兩種固相顆粒：一種是為達(dá)到工藝性能要求而必須加入的有用顆粒，如鉆井完井液中的粘土、加重劑和橋堵劑等；另一種對(duì)于儲(chǔ)層而言屬有害固相，如鉆井完井液中的鉆屑和注入流體中的固相雜質(zhì)。當(dāng)井眼中液柱壓力大于油氣層孔隙壓力時(shí)，固相顆粒就會(huì)隨流體一起進(jìn)入油氣層，在井眼周?chē)蚓g的某些部位沉積下來(lái)，從而縮小油氣層流道尺寸，甚至完全堵死油氣層。3.機(jī)械損害鉆頭破巖、與巖石摩擦產(chǎn)生熱力，在高溫作用下使巖石表面熔結(jié)、光化的現(xiàn)象稱(chēng)巖面釉化；在井眼中鉆具偏心轉(zhuǎn)動(dòng)、滑動(dòng)使一些微粒和鉆屑被擠入地層的現(xiàn)象稱(chēng)巖粉擠入，這在定向井、水平井鉆井作業(yè)中表現(xiàn)明顯。這種機(jī)械損害在室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究比較困難，但通過(guò)井壁取心和全尺寸巖心分析可以說(shuō)明現(xiàn)象的存在。（二）化學(xué)損害1.巖石—流體不配伍

●水敏性損害若進(jìn)入油氣層的工作液與油氣層中的水敏性礦物（如蒙脫石）不配伍時(shí)，將會(huì)引起這類(lèi)礦物水化膨脹、或分散/脫落，導(dǎo)致油氣層滲透率下降。油氣層水敏性損害的規(guī)律有：（1）當(dāng)油氣層物性相似時(shí)，油氣層中水敏性礦物含量越高，水敏性損害程度越大；（2）油氣層中常見(jiàn)的粘土礦物對(duì)油氣層水敏性損害強(qiáng)弱影響順序?yàn)椋好稍硎?gt;伊/蒙間層礦物>伊利石>高嶺石、綠泥石；（3）當(dāng)油氣層中水敏性礦物含量及存在狀態(tài)均相似時(shí)，高滲透油氣層的水敏性損害比低滲油氣層的水敏性損害要低些；（4）工作液的礦化度越低，引起油氣層的水敏性損害越強(qiáng)；工作液的礦化度降低速度越大，油氣層的水敏性損害越強(qiáng)；（5）工作液礦化度相同的情況下，含高價(jià)陽(yáng)離子的成分越多，引起油氣層水敏性損害的程度越弱。

●堿敏性損害高pH的工作液侵入油氣層時(shí)，與其中的堿敏性礦物發(fā)生反應(yīng)造成粘土微結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、分散/脫落、新的硅酸鹽沉淀和硅凝膠體生成，導(dǎo)致油氣層滲透率下降，這就是油氣層堿敏性損害。油氣層產(chǎn)生堿敏損害的原因?yàn)椋海?）粘土礦物的鋁氧八面體在堿性溶液作用下，使邊面的負(fù)電荷增多，導(dǎo)致晶體間斥力增加，促進(jìn)分散；（2）隱晶質(zhì)石英和蛋白石等較易與氫氧化物反應(yīng)生成不可溶性硅酸鹽，這種硅酸鹽可在適當(dāng)?shù)膒H范圍內(nèi)形成凝膠而堵塞流道。影響油氣層堿敏性損害程度的因素有：堿敏性礦物的含量、工作液pH值和侵入量，其中pH值起著重要作用，pH值越大，造成的堿敏性損害越大●酸敏性損害油氣層酸化處理后，釋放大量微粒，礦物溶解釋出的離子還可能再次生成沉淀，這些微粒和沉淀將堵塞油氣層的流道，輕者可削弱酸化效果，重者導(dǎo)致酸化失敗。酸化后導(dǎo)致油氣層滲透率降低的現(xiàn)象就是酸敏性損害。造成酸敏性損害的無(wú)機(jī)沉淀和凝膠體有：Fe（OH）3、Fe（OH）2、CaF2、MgF2、氟硅酸鹽、氟鋁酸鹽沉淀以及硅酸凝膠。這些沉淀和凝膠的形成與酸的濃度有關(guān)，其中大部分在酸的濃度很低時(shí)才形成沉淀?？刂扑崦粜該p害的因素有：酸液類(lèi)型和組成、酸敏性礦物含量、酸化后返排酸的時(shí)間。●化學(xué)劑吸附工作液和注入流體中的聚合物及其它高分子處理劑易在巖石基塊和裂縫表面的粘土礦物上吸附和滯留，由于它們具有較大的分子尺寸，從而降低了有效的流道空間，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率下降。對(duì)于低滲—致密油氣藏，高分子化學(xué)劑吸附損害不可忽視。室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)有助于篩選合適的處理劑，并且當(dāng)損害發(fā)生時(shí)采用氧化劑或酶可以解除這種損害。2.地層流體—外來(lái)流體不配伍●無(wú)機(jī)垢沉積由于外來(lái)流體與油氣層流體不配伍，可形成CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrCO3、SrSO4等無(wú)機(jī)垢沉淀。影響無(wú)機(jī)垢沉淀的因素有：（1）外界液體和油氣層液體中鹽類(lèi)的組成及濃度。一般說(shuō)，當(dāng)這兩種液體中含有高價(jià)陽(yáng)離子（如Ca2+、Ba2+、Sr2+等）和高價(jià)陰離子（如SO42-、CO32-等），且其濃度達(dá)到或超過(guò)形成沉淀的溶度積時(shí)，就可能形成無(wú)機(jī)沉淀；（2）液體的pH值，當(dāng)外來(lái)液體的pH值較高時(shí)，可使HCO3-轉(zhuǎn)化成CO32-離子，引起碳酸鹽沉淀，同時(shí)，還可能引起Ca（OH）2等氫氧化物沉淀形成。

●有機(jī)垢沉積外來(lái)流體與油氣層原油不配伍,可生成有機(jī)沉淀。有機(jī)沉淀主要指石蠟、瀝青質(zhì)及膠質(zhì)在井眼附近的油氣層中沉積，這樣不僅可以堵塞油氣層的孔道，而且還可能使油氣層的潤(rùn)濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致油氣層滲透率下降。影響形成有機(jī)垢的因素有：（1）外來(lái)液體引起原油pH值改變而導(dǎo)致沉淀，高pH值的液體可促使瀝青絮凝、沉積，一些含瀝青的原油與酸反應(yīng)形成瀝青質(zhì)、樹(shù)脂、蠟的膠狀污泥；（2）氣體和低表面張力的流體侵入油氣層，可促使有機(jī)垢的生成。（3）注入流體的冷卻效應(yīng)，如冬季注水、壓裂酸化排量過(guò)高可能引起石蠟、瀝青沉積。

●

潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)巖石由水潤(rùn)濕變成油潤(rùn)濕后，造成不利的后果。原油從占據(jù)孔隙中央部分變成占據(jù)小孔隙角隅或吸附在顆粒表面，大大地減少了油的有效流道；使毛管力由原來(lái)的驅(qū)油動(dòng)力變成驅(qū)油阻力。這樣不但使采收率下降，而且大大地降低油氣有效滲透率。油氣層由水潤(rùn)濕轉(zhuǎn)變?yōu)橛蜐?rùn)濕后，可使油相滲透率降低15%~85%。對(duì)潤(rùn)濕性改變起主要作用的是表面活性劑，影響潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)的因素有：pH值、聚合物處理劑、無(wú)機(jī)陽(yáng)離子和溫度。

（三）生產(chǎn)或作業(yè)時(shí)間對(duì)油氣層損害的影響生產(chǎn)或作業(yè)時(shí)間對(duì)油氣層的損害可能產(chǎn)生如下兩方面的影響：

1、生產(chǎn)或作業(yè)時(shí)間延長(zhǎng)，油氣層損害的程度增加，如細(xì)菌損害的程度隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增加，當(dāng)工作液與油氣層不配伍時(shí)，損害的程度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而加??；

2、影響損害的深度，如鉆井液、壓井液等工作液，隨著作業(yè)時(shí)間的延長(zhǎng)，濾液侵入量增加，濾液損害的深度加深。第六講：鉆井過(guò)程中的兩種損害類(lèi)1、Mudsolidsinvasion（泥漿固相侵入）

2、Mudfiltrateinvasion（泥漿濾液侵入）保護(hù)油氣層技術(shù)鉆井液固相侵入電鏡照片鉆井液中聚合物吸附/沉積引起的損害損害深度示意圖水鎖損害示意圖

Dp=2s(1/R1–1/R2)ABSN濃度與油/水界面張力的關(guān)系潤(rùn)濕性so=sw+ow

cos

式中：so =固相/油界面張力sw = 固相/水界面張力ow = 油/水界面張力 = 接觸角接觸角.鉆井過(guò)程中油氣層損害原因鉆井液中分散相顆粒堵塞油

固相顆粒堵塞油氣層、乳化液滴堵塞油氣層鉆井液體濾液與油氣層巖石不配伍引起的損害

水敏、鹽敏、堿敏、潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)、表面吸附鉆井液濾液與油氣層流體不配伍引起的損害

無(wú)機(jī)鹽沉淀、形成處理劑不溶物、發(fā)生水鎖效應(yīng)、形成乳化堵塞、細(xì)菌堵塞相滲透率變化引起的損害負(fù)壓差急劇變化造成的油氣層損害鉆井液中固相對(duì)地層滲透率的影響

鉆井過(guò)程中油氣層損害程度的工程因素壓差浸泡時(shí)間環(huán)空返速鉆井液性能地層滲透率的損害比與壓差的關(guān)系1－△p＝0.7MPa；2－△p＝9MPa；T＝70℃，vr=0.8m/s，t=1h

地層損害比與浸泡時(shí)間的關(guān)系△p＝5MPa；T＝70℃；vr＝0.8m/s

不同流速梯度下動(dòng)濾失速率與時(shí)間的關(guān)系曲線

鉆井過(guò)程中的油氣層保護(hù)（一）對(duì)鉆井液的基本要求盡可能降低固相含量密度可調(diào)，以滿足不同壓力油氣層近平衡壓力鉆井的需要必須與儲(chǔ)層巖石相配伍必須與儲(chǔ)層流體相配伍鉆井過(guò)程中的油氣層保護(hù)（二）保護(hù)油氣層鉆井液的主要類(lèi)型到目前為止已經(jīng)形成四大類(lèi)鉆井液體系：水基鉆井液油基鉆井液氣體類(lèi)鉆井流體（泡沫、充氣鉆井液）合成基鉆井液

由于水基鉆井完井液具有成本低，配置處理維護(hù)較簡(jiǎn)單、處理劑來(lái)源廣、可供選擇的類(lèi)型多、性能容易控制等優(yōu)點(diǎn)，并具有較好的保護(hù)油氣層效果，因此是國(guó)內(nèi)外鉆開(kāi)油氣層的常用鉆井完井液體系。1）無(wú)固相鹽水鉆井完井液此種鉆井完井液不含膨潤(rùn)土和其它人為加入的固相。其密度靠加入不同數(shù)量和不同種類(lèi)的可溶性鹽進(jìn)行調(diào)節(jié)，其密度可在1.O～2.30g/cm3范圍內(nèi)；加入對(duì)油氣層無(wú)損害（或低損害）的聚合物來(lái)控制其濾失量和粘度；為了防腐，應(yīng)加入對(duì)油氣層不發(fā)生損害或損害程度低的緩蝕劑。鉆井過(guò)程中的油氣層保護(hù)各類(lèi)鹽水液所能達(dá)到的最大密度鹽水液鹽的濃度（重量百分比）在21C時(shí)的密度g/cm3KC1261.07NaCl261.17KBr391.20HCOONa451.34CaCl2381.37NaBr451.39NaCl/NaBr1.49CaCl2/CaBr2601.50OS-1001.55Weigh2481.35Weigh3601.55HCOOK761.69Weigh4721.80CaBr2621.81ZnBr2/CaBr21.82CaCl2/CaBr2/ZnBr2772.30HCOOCs832.372）水包油鉆井完井液

水包油鉆井完井液是將一定量油分散于水或不同礦化度鹽水中，形成以水為分散介質(zhì)、油為分散相的無(wú)固相水包油鉆井完井液。其組分除油和水外，還有水相增粘劑，主、輔乳化劑。其密度可通過(guò)調(diào)節(jié)油水比和加入不同數(shù)量和不同種類(lèi)的可溶性鹽來(lái)調(diào)節(jié)，最低密度可達(dá)0.89g/cm3。水包油鉆井完井液的濾失量和流變性能可通過(guò)在油相或水相中加入各種低損害的處理劑來(lái)調(diào)節(jié)，此種鉆井完井液特別適用于技術(shù)套管下至油氣層頂部的低壓、裂縫發(fā)育、易發(fā)生漏失的油氣層。3）無(wú)膨潤(rùn)土?xí)憾滦途酆衔镢@井完井液此種鉆井完井液由水相、聚合物和暫堵劑固相粒子組成。其密度依據(jù)油氣層孔隙壓力，采用不同種類(lèi)和加量的可溶性鹽來(lái)調(diào)節(jié)（但需注意不要誘發(fā)鹽敏）。其流變性能通過(guò)加入低損害聚合物和高價(jià)金屬離子來(lái)調(diào)控，濾失量可通過(guò)加入各種與油氣層孔喉直徑相匹配的暫堵劑來(lái)控制，這些暫堵劑在油氣層中形成內(nèi)濾餅．阻止鉆井完井液中固相或?yàn)V液繼續(xù)侵入。此種鉆井完井液在使用過(guò)程中必須加強(qiáng)固控工作，減少無(wú)用固相的含量。

4)無(wú)固相/無(wú)粘土相弱凝膠鉆井完井液凝膠是近期發(fā)展起來(lái)的膠態(tài)分散凝膠。常規(guī)凝膠的形成條件主要是依賴(lài)于交聯(lián)劑，聚合物通過(guò)與交聯(lián)劑的作用在一定的溫度和一定的時(shí)間下成膠。弱凝膠鉆完井液與常規(guī)凝膠的形成機(jī)理不同，它是利用天然高分子流型調(diào)節(jié)劑之間的協(xié)同效應(yīng)，而不加交聯(lián)劑，成膠溫度和成膠時(shí)間要求低，所形成的弱凝膠具有無(wú)固相和快速形成弱凝膠的特點(diǎn)。它具有獨(dú)特的流變性，表觀粘度低、動(dòng)塑比高、低剪切速率粘度高，尤其在井壁附近低剪切狀態(tài)下形成高粘彈性區(qū)域,其粘度高達(dá)50000～100000mPa.s，具有很好的動(dòng)態(tài)懸砂能力。在高剪切作用下表現(xiàn)為粘度下降，但分子結(jié)構(gòu)不變，當(dāng)剪切作用消失后粘度恢復(fù)正常。靜切力恢復(fù)迅速,無(wú)時(shí)間依賴(lài)性，具有很好的靜態(tài)懸砂能力，能有效的克服水平井或大斜度井段攜砂難、易形成沉砂床的問(wèn)題，能保證井眼清潔，防止井下復(fù)雜事故的發(fā)生。同時(shí)該體系低剪切狀態(tài)下的高粘彈性特性，能防止鉆井液對(duì)井壁的沖刷，有效的控制固液相對(duì)儲(chǔ)層的侵入深度，有利儲(chǔ)層保護(hù)。在完井作業(yè)的后期，采用化學(xué)破膠技術(shù)可解除體系在井壁上形成的濾餅，疏通油流通道，能有效保護(hù)儲(chǔ)層。5）甲酸鹽鉆井完井液甲酸鹽鉆井完井液是指以甲酸鉀、甲酸鈉、甲酸銫為主要材料所配制的鉆井完井液，其基液的最高密度可達(dá)2.37g/cm3，可根據(jù)油氣層的壓力和鉆井完井液的設(shè)計(jì)要求予以調(diào)節(jié)，并且在高密度條件下，可以方便地實(shí)現(xiàn)低固相、低粘度。高礦化度的鹽水能預(yù)防大多數(shù)油氣層的粘土水化膨脹、分散運(yùn)移，同時(shí)，以甲酸鹽配制的鹽水不含鹵化