油氣層損害的室內評價

油氣層損害的室內評價第1頁/共85頁第一節(jié)

概述

第2頁/共85頁

通過室內評價實驗對油氣層的物理性質、巖石成分或結構，以及油氣層中的流體性質進行分析研究，用油氣藏開發(fā)過程中所能接觸到的流體進行模擬實驗，檢驗其損害程度，對油氣層潛在敏感性作出系統(tǒng)評價，弄清楚引起油氣層損害的原因中哪些是內因，哪些是外因，進而提出防治措施。

概括起來，進行評價實驗有以下四個目的:一、評價實驗的目的第3頁/共85頁一、評價實驗的目的(1)弄清楚油氣層潛在損害因素;(2)弄清楚外因對油氣層的影響;(3)弄清在內因、外因影響下，油氣層損害類型及程度;(4)篩選合理的防治措施。第4頁/共85頁1、油氣層損害的原因（1）油氣層巖石特殊的敏感性礦物性質和結構性質，決定了油氣層具有的潛在損害因素;（2）外來條件(如流體、壓力、溫度等)的干擾。

前者是油氣層所固有的，是客觀存在的，而后者是人為控制的。因此，進行油氣層損害室內評價，首先應該從認識巖石本身特性入手，然后在此基礎上研究外來條件的影響。

二、評價程序第5頁/共85頁2、評價程序一項系統(tǒng)的評價此程序應該分三步進行：（1）進行巖石特性評價，找出巖石中存在的敏感性礦物及其潛在危害；（2）若有潛在危害，則進行敏感性程度評價，即針對潛在危害模擬外來條件，測定巖石在不同外來條件下的敏感程度;（3）進行措施篩選實驗，即根據(jù)敏感程度分析，結合工程需要進行系列測定，篩選出防止或減少損害的措施。第6頁/共85頁二、評價程序第7頁/共85頁三、評價方法1、油氣層敏感性系統(tǒng)評價實驗巖石物性分析、巖石學分析、巖心流動評價實驗和輔助評價。2、模擬動態(tài)施工過程中的工程模擬實驗第8頁/共85頁第9頁/共85頁四、評價油氣層損害的方法和技術的發(fā)展

1、20世紀40-70年代主要是以巖心流動實驗為基礎，用滲透率的變化情況來判斷發(fā)生損害的問題。2、20世紀70-80年代（1）X射線衍射儀、電子掃描顯微鏡、圖象分析系統(tǒng)等電子儀器廣泛應用第10頁/共85頁（2）借助微電腦技術采用物理模擬和數(shù)學模擬手段來研究地層孔隙中的固體微粒的運移、微粒的侵入深度、地層中流體運動狀態(tài)、地層滲透率隨時間、流速及溫度的變化等。

3、20世紀80年代以后逐步形成了采用多種方法進行系列實驗的實驗程序，如"識別水敏性地層"實驗程序、"油氣層敏感性評價"實驗程序等等。并且出現(xiàn)了一些實驗條件更加接近礦場實際施工條件的工程模擬實驗。

第11頁/共85頁第二節(jié)巖心流動實驗第12頁/共85頁

巖心流動實驗：通過測定巖心滲透率變化規(guī)律來評價油氣層損害問題的室內實驗方法的總稱。巖心流動實驗是油氣層敏感性系統(tǒng)評價中的重要組成部分，也是油氣層損害室內評價的主要手段。巖心流動實驗以達西定律為理論依據(jù)，實驗中需要控制或測量的基本參數(shù)有壓力、流速、注入流體的組分、pH值及流過的流體體積。第13頁/共85頁一、基本實驗程序

第14頁/共85頁(一)選擇巖心實驗用巖樣應選擇本油氣層未受到污染和破壞的天然巖心，并具有較好的代表性。二、實驗條件第15頁/共85頁第16頁/共85頁

在取樣前，應將巖心表面的濾餅刮凈，并切去被污染環(huán)，制成圓柱狀巖塞。

在取樣時，為使巖樣中粘土不受破壞，應采用煤油或高礦化度鹽水作潤滑劑和冷卻劑；若巖石膠結極差，應采用液氮作潤滑劑和冷卻劑進行低溫冷凍加工，并用鉆套或篩網(wǎng)/端蓋/熱縮套〈CST〉包封法進行人工包封，以保證巖石結構不受破壞。(二)巖樣制備第17頁/共85頁實驗前，必須將巖樣中的烴類和束縛水清洗干凈。清洗的方法：溶劑抽提法、二氧化碳溶劑驅替法、加壓溶劑清洗法和熱解法。烘干：清洗干凈得樣品需保持溫度在60-65℃，相對濕度40%-45%條降下烘干后才能使用，此條件可使巖樣中粘土礦物不受到破壞。(三)巖樣的清洗與烘干第18頁/共85頁克氏滲透率—當平均壓力增至無窮大時的氣測滲透率（平均壓力增加，氣測滲透率減?。?。(四)測Ka及K∞（克氏滲透率）b--滑動因子；

--巖樣進出口平均壓力，（p1+p2）/2第19頁/共85頁飽和液：地層水或標準鹽水（7%NaCl+0.6CaCl2+0.4%MgCl2）。按照標準SY/T5336-1996（巖心常規(guī)分析方法）規(guī)定，飽和后應浸泡4h，若氣測滲透率≤10-3μm2，應在10MPa的壓力下浸泡40h以上。孔隙度用飽和法測定。(五)抽空飽和、測孔隙度第20頁/共85頁對油井：用煤油作為實驗流體，要求煤油先經(jīng)過干燥，再用白土除去其中的極性物質，然后用G5砂芯漏斗過濾；對注水井：應使用經(jīng)過過濾處理的地層水或模擬地層水作為實驗流體。(六)配制實驗液第21頁/共85頁三、常用的測定項目在評價油氣層損害時，最常用的測定項目有:

速敏性評價實驗酸敏性評價實驗堿敏性評價實驗水敏性評價實驗鹽敏評價實驗應力敏感評價實驗體積流過量評價實驗正反向流動實驗系列流體評價實驗鉆井(完井)液污染評價實驗等。

第22頁/共85頁第23頁/共85頁第24頁/共85頁(一)速敏性評價實驗1、實驗目的（1）了解流體流速的變化引起巖石顆粒運移時對油氣層滲透率的影響，并且測定臨界流速，并把它作為評估油氣層速敏性程度的指標。（2）為其它實驗提供合理的實驗流速提供依據(jù)。因流體流動速度變化引起儲層巖石中微粒運移，堵塞吼道，導致巖石滲透率或有效滲透率下降的現(xiàn)象。第25頁/共85頁第26頁/共85頁第27頁/共85頁2、臨界流速：維持滲透率平穩(wěn)的最大流速。

如圖中所示的Qi-1對應的流速，當流速大于此值，巖石孔道中運移的微粒就會產生堵塞。第28頁/共85頁3、速敏性評價指標臨界流速vc：vc越小，巖石中微粒運移越容易發(fā)生。

如果流量Qi-1

對應的滲透率Ki-1

與流量Qi對應的滲透率Ki

之間滿足下述關系，說明已發(fā)生速敏，并且流量Qi-1即為臨界流量

Qc

，QC對應的流速為臨界流速VC。第29頁/共85頁（2）損害程度

從各級流量的滲透率Ki（i=1，2，3………，n）中找出最大滲透率Kmax和最小滲透率Kmin，按下式計算損害程度：

損害程度＜30%30-70%＞70%敏感程度弱中等強第30頁/共85頁砂巖（正向）砂巖（反向）灰?guī)r第31頁/共85頁(二)水敏性實驗1、水敏

指與油氣層不配伍的外來流體進入油氣層后引起粘土膨脹、分散、運移，使孔隙和喉道減小或堵塞，降低油氣層滲透率的現(xiàn)象。

2、實驗目的

了解發(fā)生水敏的過程，綜合評價油氣層水敏性程度，并測定最終使油氣層滲透率降低的程度。第32頁/共85頁

用三種不同鹽度但成系列的流體----地層水、次地層水（即地層水與蒸餾水的等體積混合物）和蒸餾水流過巖樣，分別測定不同鹽度的流體流過巖樣時的液相滲透率。3、實驗方法第33頁/共85頁4、水敏性評價指標式中：Kw-----蒸餾水通過時的滲透率

Kf------地層水流過時巖樣的水相滲透率Kw/Kf＜0.30.3-0.70.7-1.0水敏性強度強中等弱第34頁/共85頁砂巖灰?guī)r第35頁/共85頁

(三)鹽敏評價實驗1、鹽敏

高于地層水礦化度的工作液濾液進入油氣層后，可能引起粘土的收縮、失穩(wěn)、脫落；低于地層水礦化度的工作液濾液進入油氣層后，則可能引起粘土的膨脹和分散，引起滲透率的下降的現(xiàn)象。2、實驗目的

找出鹽敏發(fā)生的條件，以及由鹽敏引起的油氣層傷害程度，為各類工作液的設計提供依據(jù)。第36頁/共85頁3、實驗方法通過向巖心注入不同礦化度等級的鹽水（按地層水的化學組成配制）并測定各礦化度下巖心對鹽水的滲透率，根據(jù)滲透率隨礦化度的變化來評價鹽敏傷害程度，找出鹽敏傷害發(fā)生的條件。第37頁/共85頁（1）鹽敏判斷

如果礦化度Ci-1

對應的滲透率Ki-1

與礦化度

Ci

對應的滲透率Ki

之間滿足下述關系，說明已發(fā)生鹽敏，并且礦化度Ci-1即為臨界礦化度Cc。4、鹽敏判斷及評價指標第38頁/共85頁（2）評價指標Kmax和Kmin：各級礦化度鹽水的滲透率Ki（i=1，2，3…，n）中最大滲透率和最小滲透率。損害程度＜30%30-70%＞70%鹽敏程度中等強弱第39頁/共85頁砂巖砂巖第40頁/共85頁第41頁/共85頁第42頁/共85頁1、巖心分析技術應用展望課堂回顧：（1）傅里葉變換紅外光譜分析；（2）CT掃描技術；（3）核磁共振成象技術（4）配能譜儀的掃描電鏡技術（5）環(huán)境掃描電鏡第43頁/共85頁2、油氣層損害的室內評價目的課堂回顧：(1)弄清楚油氣層潛在損害因素；(2)弄清楚外因對油氣層的影響；(3)弄清在內因、外因影響下，油氣層損害類型及程度；(4)篩選合理的防治措施。第44頁/共85頁3、巖心流動實驗基本程序課堂回顧：第45頁/共85頁4、油氣層損害的室內評價目的課堂回顧：速敏性評價實驗水敏性評價實驗鹽敏評價實驗堿敏性評價實驗酸敏性評價實驗應力敏感評價實驗體積流過量評價實驗正反向流動實驗系列流體評價實驗鉆井(完井)液污染評價實驗等。第46頁/共85頁4、油氣層損害的室內評價目的課堂回顧：（1）流體中的固相顆粒對油氣層的損害：堵塞孔隙和裂縫；（2）外來流體與油氣層巖石不配伍造成的損害：水敏、酸敏、堿敏損害及潤濕反轉；（3）外來流體與油氣層流體不配伍造成的損害：無機垢、有機構、沉淀物、細菌繁殖、乳狀液生成乳狀液：高粘乳狀液增加油流動阻力；乳狀液液滴堵塞孔隙喉道第47頁/共85頁

（四）堿敏評價實驗

1、堿敏概念

當高pH值流體進入油氣層后，將造成油氣層中粘土礦物和硅質膠結物的結構破壞（主要是粘土礦物和膠結物溶解后釋放微粒），大量氫氧根與某些二價陽離子結合會生成不溶物，從而造成油氣層的堵塞傷害。2、實驗目的

找出堿敏發(fā)生的條件，主要是臨界pH值，以及由堿敏引起的油氣層傷害程度，為各類工作液的設計提供依據(jù)。第48頁/共85頁

通過注入不同

pH值的地層水并測定其滲透率，根據(jù)滲透率的變化來評價堿敏傷害程度，找出堿敏傷害發(fā)生的條件。

3、實驗原理制備不同pH值鹽水（地層水pH值～12）；用選好的巖心抽真空飽和第一級鹽水，并浸泡20-24h，在低于臨界流速下測巖心對第一級鹽水滲透率K1；測巖心對第二級，…，最后一級鹽水的滲透率Kn。4、實驗步驟第49頁/共85頁5、敏感性判斷如果i-1級

pH值鹽水對應的滲透率Ki-1

與第

i級

pH值鹽水對應的滲透率Ki

之間滿足下述關系：說明已發(fā)生堿敏，則

i-1級

pH值即為臨界

pH值。第50頁/共85頁

6、傷害程度的計算方法Kmax和Kmin：各級pH值鹽水的滲透率Ki（i=1，2，3…，n）中的最大得滲透率和最小得滲透率。損害程度＜30%30-70%＞70%堿敏程度弱中等強第51頁/共85頁砂巖灰?guī)r砂巖第52頁/共85頁第53頁/共85頁（五）酸敏評價實驗

1、酸敏概念及實驗目的

油氣層的酸敏性：指油氣層與酸作用后引起的滲透率降低的現(xiàn)象。

酸敏實驗的目的：研究各種酸液的酸敏程度，其本質是研究酸液與油氣層的配伍性，為油氣層基質酸化時確定合理的酸液配方提供依據(jù)。第54頁/共85頁2、實驗步驟（1）用地層水測基礎滲透率，再用煤油測出酸作用前的滲透率

K1（正向）;（2）反向注入0.5-1.0倍孔隙體積的酸液;（3）用煤油正向測出恢復滲透率K2。第55頁/共85頁3、評價指標計算K2/K1的比值來評價酸敏程度。K2/K1＜30%30-70%＞70%酸敏程度強中等弱第56頁/共85頁砂巖（鹽酸酸敏）砂巖（土酸酸敏）灰?guī)r（鹽酸酸敏）灰?guī)r（土酸酸敏）第57頁/共85頁1、應力敏感性：在施加一定的有效應力時，巖樣的物性參數(shù)隨應力增大而變小，導致油氣層滲透率降低的性質。2、實驗目的（1）準確地評價油氣層，通過模擬圍壓條件測定孔隙度可以將常規(guī)孔隙度值轉換成原地條件，有助于儲量評價。（2）為確定合理的生產壓差服務。（六）應力敏感性評價

第58頁/共85頁

（1）選擇實驗巖心，測量長度、直徑等。（2）選擇有效應力實驗點800psi（1psi=6894.76Pa）、1000psi、2000psi、……、7000psi。（3）在

全自動巖心測試裝置上用氮氣測出各實驗應力值下的滲透率和孔隙度。3、實驗程序第59頁/共85頁應力敏感實驗結果壓力孔隙度/%下降率/%滲透率/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頁/共85頁砂巖砂巖灰?guī)r灰?guī)r第61頁/共85頁第62頁/共85頁第63頁/共85頁4、數(shù)據(jù)分析及評價指標Ss

SS

值的越大，巖樣的應力敏感性越強。式中：K1000----1000psi有效應力下的滲透率

Ki-------

有效應力σi對應的滲透率用無量綱滲透率（Ki/K1000）的立方根應力的對數(shù)作圖，可得（Ki/K1000）1/3與lgσi的線性關系：應力敏感程度評價指標SS<0.300.30≤SS≤0.700.70<SS≤1>1.0應力敏感程度弱中等強極強第64頁/共85頁第65頁/共85頁六敏實驗結果的應用項目目實驗結果及其應用速敏實驗（包括油速敏和水速敏）(1)確定其它幾種敏感性實驗（水敏、鹽敏、酸敏、堿敏）的實驗流速。(2)確定油井不發(fā)生速敏傷害的臨界產量Q∞。(3)確定注水井不發(fā)生速敏傷害的臨界注入速率Qcw，如果Qcw太小，不能滿足配注要求，應考慮增注措施。水敏實驗(1)如無水敏，則進入地層的工作液之礦化度只要小于地層水礦化度即可，不作嚴格要求。(2)如果有水敏，則必須控制工作液的礦化度大于Cc1。(3)如果水敏性較強，在工作液中要考慮使用粘土穩(wěn)定劑。鹽敏實驗（升高礦化度和降低礦化度的實驗）(1)對于進入地層的各類工作液都必須控制其礦化度在兩個臨界礦化度之間，即Cc1<工作液礦化度<Cc2。(2)如果是注水開發(fā)的油田，當注入水的礦化度比Cc1要小時，為了避免發(fā)生水敏傷害，一定要在注入水中加入合適的粘土穩(wěn)定劑，或對注水井進行周期性的粘土穩(wěn)定劑處理。堿敏實驗(1)對于進入地層的各類工作液都必須控制其pH值在臨界pH值以下。(2)如果是強堿敏地層，由于無法控制水泥漿的pH值在臨界pH值之下，為了防止油氣層傷害，建議采用屏蔽式暫培技術。(3)對于存在堿敏性的地層，要避免使用強堿性工作液。酸敏實驗(1)為基質酸化之酸液配方設計提供科學的依據(jù)。(2)為確定合理的解堵方法和增產措施提供依據(jù)。應力敏感實驗(1)準確評價油氣層：通過模擬圍壓條件測定孔隙度，可以將常規(guī)孔隙度值轉換成原地條件下的孔隙度值，有助于儲量平價。(2)為確定合理的生產壓差。第66頁/共85頁（七）鉆井完井液傷害評價實驗

1、實驗目的了解現(xiàn)場用鉆井完井液與巖心接觸后對儲層的傷害程度，從而評價鉆井完井液及優(yōu)選配方。當需要時，還可專門評價鉆井完井液中的處理劑及鉆井液濾液對油氣層的傷害。2、鉆井完井液靜態(tài)傷害實驗

在恒定壓力下，讓鉆井完井液在靜態(tài)下與巖心接觸一定時間，測定巖心與鉆井完井液接觸前后的滲透率值，即可評價鉆井完井液的傷害程度。主要模擬了鉆井過程中鉆井完井液對地層浸泡的影響。第67頁/共85頁

靜態(tài)傷害實驗步驟：

（1）正向測定巖心的地層水滲透率Kf；（2）正向油驅水并正向測定巖心束縛水狀態(tài)下的油相滲透率

KO；（3）反向完井液濾失,要求壓差保持為

3.5MPa，直至上流端流出濾液為止（也可30min）；（4）正向驅替完井液，直至下流端排出液全部是油為止；(5)正向測定巖心傷害后的油相滲透率

Kop。第68頁/共85頁Rs＜30%30-70%≥7O%損害程度弱中等強評判：損害程度Rs：第69頁/共85頁3、鉆井完井液動態(tài)傷害實驗1）評價程序用地層水或煤油測定巖心原始滲透率K0根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇適當實驗條件（壓力、溫度、切力等）在接近實際工況的情況下用工作液反向污染巖心0.5-1.0倍孔隙體積或注入1-3小時用地層水或煤油測巖心恢復滲透率KP。第70頁/共85頁模擬井筒流體在動態(tài)濾失以及剪切作用下對油氣層巖心產生的固液兩相傷害。收集濾液模擬泥漿循環(huán)剪切速率

第71頁/共85頁Rs＜30%30-70%＞70%損害程度弱中等強2）滲透率損害率3）評價標準第72頁/共85頁4、鉆井完井液侵入深度與傷害程度評價實驗上述兩種實驗均是只對鉆井完井液在整個巖心上的平均傷害程度進行評價，是一個漸進過程，侵入剖面是不規(guī)則的。從井眼至地層深部地層流體的分布為沖洗帶、過渡帶、擴散帶和原狀地層,而每個帶由于完井液侵入量不同，其傷害程度也就不同。由西南石油學院開發(fā)研制的高溫高壓長巖心多點傷害評價系統(tǒng)主體裝置如圖所示。

第73頁/共85頁方法：將多塊巖心裝入多點滲透率儀的夾持器內組成長巖心；測量損害前的滲透率，然后用工作液損害巖心，再測污染后的回復滲透率曲線；利用損害前后的滲透率曲線對比求得損害深度和分段損害程度。損害深度=L6+L5+L4+0.5*L3分段污染程度：i=1，2，3，4，5，…第74頁/共85頁

（八）其它評價實驗油氣層傷害的其它評價實驗實驗項目實驗目的及用途正反向流動實驗觀察巖心中微粒受流體流動方向的影響及運移產生的滲透率傷害情況體積流量評價實驗在低于臨界流速的情況下，用大量的工作液流過巖心，考察巖心膠結的穩(wěn)定性；用注入水作實驗可評價油層巖心對注入水量的敏感性系列流體評價實驗了解油氣層巖心按實際工程施工順序與各種外來工作液接觸后所造成的總的傷害及其程度陽離子交換實驗通過油層巖石的陽離子交換容量測量，確定粘土礦物水化膨脹的相對嚴重程度。為油層傷害機理研究及防止油層傷害的完井措施提供依據(jù)酸液評價實驗按酸化施工注液工序向巖心注入酸液，在室外內預先評價和篩選保護油氣層的酸液配方潤濕性評價實驗通過測定注入工作液前后油氣層巖石的潤濕性，觀察工作液對油氣層巖石潤濕性的改變情況相對滲透率曲線評價實驗測定油氣層巖石的相對滲透率曲線，觀察水鎖傷害的程度；或測定注入工作液前后油氣層巖石的相對滲透率曲線，觀察工作液對油氣層巖石相對滲透率的改變及由此發(fā)生的傷害程度膨脹率評價實驗測定工作液進入巖心后的膨脹率，評價工作液與油氣層巖石（特別是粘土礦物）的配伍性離心法測毛細管壓力快速評價實驗用離心法測定工作液進入油氣層巖心前后毛細管壓力的變化情況，快速評價油氣層的傷害第75頁/共85頁1、正反向流動實驗1）實驗目的當巖樣中同時存在粘土膨脹和顆粒運移時，正反向流動實驗是檢查巖樣中是否產生微粒運移損害的一種很有效的實驗方法。它是在同一塊巖樣上，流體以恒速正向流動達到一定孔隙體積的倍數(shù)后，改變流動方向，繼續(xù)測定反向滲透率隨流體體積的變化。2）數(shù)據(jù)處理以累積孔隙體積倍數(shù)ΣVp為橫坐標，液體滲透率為縱坐標，將各組實驗數(shù)據(jù)標在K-ΣVp圖上，由曲線形狀可判斷巖樣中微粒運移情況。第76頁/共85頁3）結果分析（1）若反向流動后滲透率K′有回升現(xiàn)象，而隨著流過量的增加，K′又驟然下降，而且流動狀態(tài)穩(wěn)定后K′值小于正向滲透率K值，表明微粒運移已經(jīng)造成堵塞；（2）如果K′繼續(xù)下降或K與K