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1、油气层保护1.油气层损害的基本概念钻井与完井的最终目的在于钻开储层并构成油气流动的通道，建立油气井良好的生产条件。任何阻碍流体从井眼周围流入井底的现象均称为对油气层的损害，严重的油气层损害将极大的影响油气井的产能。油气层损害的主要表现形式为油气层浸透率的降低，包括油藏岩石绝对浸透率和油气相对浸透率的降低。浸透率降低越多，油气层损害越严重。一方面，油气层损害是不可避免的。在钻井、完井、修井、施行增产措施和油气开采等各个作业环节中，均可能由于工作流体与储层之间物理的、化学的或者生物的互相作用而毁坏储层原有的平衡状态，进而增大油气流动的阻力。但另一方面，油气层损害有时能够控制的。通过施行保护油气层、
2、防止污染的技术和措施，完全能够将油气层损害降低至最低限度。油气层损害一词来源于国际上的通用词“FormationDamage,亦可译为储层损害。保护油气层一词来源于通用词“FormationDamageControl,即对油气层损害的控制。在储层油气流入井底的经过中，压力损失主要集中在井底附近的近井壁带。该区域内油气通道连通条件和浸透性的好坏，即被污染的程度或者受保护的效果，对油气井的产能影响很大。因而，保护油气层主要是指可能防止近井壁带的油气层遭到不应有的损害。2.保护油气层涉及的技术范围油气层损害的原因是特别复杂的，认识油气层损害需要多学科、多专业的知识，施行保护油气层技术需要油田各生产部
3、门，包括地质、钻井、测井、试油、开发采油和井下作业等多个部门的团队协作。能够以为，保护油气层技术是一项涉及多学科、多专业、多部门并贯穿整个油气生产经过的系统工程。因而，该技术包括的技术范围较广，归纳起来主要有下面八方面内容：1岩心分析、油气水分析和测试技术2油气层敏感性和工作液损害室内评价技术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钻井经过中的油气层损害因素和保护油气层技术5完井经过中的油气层损害因素和保护油气层技术6油气田开发生产中的油气层损害因素和保护油气层技术7油气层损害现场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以上内容组成了一项配套技术。每项内容
4、既是相对独立的，又是互相关联的。3.油气层损害的评价方法1.岩心分析岩心分析CoreAnalysis是认识油气层地质特征的必要手段。油气层的敏感性评价、损害机理的研究、对油气层损害的综合诊断和保护油气层技术方案的制定等都必须建立在岩心分析的基础之上。因而，岩心分析是保护油气层技术中不可缺少的基础工作。岩心分析的主要目的是，全面认识油藏岩石的物理性质及岩石中敏感性矿物的类型、产状、含量及分布特点，确定油气层潜在的损害的类型、程度及原因，进而为各项作业中保护油气层工程方案的设计提供根据和建议。岩心分析有多种实验手段，其中岩相学分析的三项常规技术分别是：1X-射线衍射XRD分析X-射线衍射分析是根据
5、晶体对X-射线的衍射特性来鉴别物质的方法。由于绝大多数岩石矿物都是结晶物质，因而该项技术已成为鉴别储层内岩石矿物的重要手段。2薄片分析薄片分析技术主要用于测定油藏岩石中骨架颗粒、基质和胶结物的组成和分布，描绘空隙的类型、性质及成因，了解敏感性物质矿物的分布及其对油气层可能引起的损害。此外，薄片分析还有助于对测井资料进行校正。(3)扫描电镜SEM分析扫描电镜分析能提供孔隙内充填物的矿物类型、产状和含量的直观资料，同时也是研究孔隙构造的重要手段。扫描电镜由电子系统、扫描系统、信息检测系统、真空系统和电源系统等部分组成。利用细聚焦的电子束在岩样上逐点扫描，激发产生能够反映样品特征的信息并调制成像。2
6、.油气层敏感性评价油气层敏感性评价是指通过岩心流动实验对油气层的速敏、水敏、盐敏、碱敏和酸敏性强弱及其所引起的油气层损害程度进行评价，通常简称为五敏实验。1速敏评价实验油气层的速敏性是指在钻井、完井、试油、注水、开采和施行增产措施等作业或生产经过中，流体的流动引起油气层中的微粒发生运移，致使一部分孔喉被堵塞而导致油气层浸透率下降的现象。实验表明，微粒运移只要当流速到达一定程度时才发生，并且运移程度随流速增加而加剧。进行速敏性评价的目的，一是确定导致微粒运移开场发生的临界流速；二是为后面将要进行的水敏、盐敏、碱敏和酸敏实验以及其他各种损害评价试验提供合理的实验流速。一般情况下，速敏评价实验时需要
7、首先进行的，所有后面评价试验的流速应低于临界流速，一般控制在临界流速的0.8倍。对于采油井，速敏评价试验应选用煤油作为实验流体；对于注水井，则应使用地层水或者模拟地层水作为实验流体。通过测定不同注入速度下岩心的浸透率，判定储层岩心对流速的敏感性。对临界流速的判定标准为：若流量Qi-1对应的浸透率Ki-1与流量Qi对应的浸透率Ki之间知足下式：Ki-1-Ki/Ki-1*100%5%则表明已发生流速敏感，流量Qi-1即为临界流速，然后由临界流量求得临界流速(vc)(2)水敏评价实验在油藏条件下，油藏岩石中含有的粘土矿物与地层水处于相对平衡状态。但是，当某种与储层不相配伍的外来流体侵入后，这种平衡会
8、遭到毁坏。所谓水敏，主要指矿化度较低的钻井液等外来流体进入地层后引起粘土水化膨胀、分散和运移，进而导致浸透率下降的现象。进行水敏评价的目的，就是对油藏岩石水敏性的强弱作出评价，并测定最终使储层浸透率降低的程度。测定时，首先用地层水或模拟地层水测得岩心的浸透率Kf,然后用次地层水将地层水与蒸馏水按1：1比例相混合而得到测得岩心的浸透率Ksf,最后用蒸馏水测出岩心的浸透率Kw，通常用Kw和Kf的比值来判定水敏程度，其评价标准见下表:Kw/Kf0.30.3-0.70.7水敏程度强中等弱3盐敏评价实验该项实验是测定当注入流体的矿化度逐步降低时岩石浸透率的变化，进而确定导致浸透率明显下降时的临界矿化度C
9、C.其意义在于，我们在进行钻井液、完井液等工作流体设计时，应将其矿化度保持在CC值以上，才能避免因粘土矿物水化膨胀、分散而对油气层造成损害。有时还需测定流体的矿化度逐步升高时出现的临界矿化度值，这样得出的CC值往往会高于流体矿化度逐步降低时的CC值。若矿化度Ci-1对应的浸透率Ki-1与矿化度Ci对应的浸透率Ki之间知足下式：Ki-1-Ki/Ki-1*100%5%则表明已经发生盐敏，矿化度Ci-1即为临界矿化度。4碱敏评价实验地层水一般呈中性或弱碱性，但大多数钻井液、完井液的pH值在8-12之间。当高pH值的工作流体进入储层后，将促进粘土矿物的水化膨胀与分散，并使硅质胶结物构造毁坏，促进微粒的
10、释放，进而造成堵塞损害。该项实验的目的在于，确定临界pH值以及由碱敏引起油气层损害的程度。显然，在设计各类工作液时，其pH值应控制在临界pH值下面。测定时，首先以地层水的实际pH值为基础，通过适量添加NaOH溶液分别配置不同pH值的盐水，最后一级盐水的pH值等于12.假如pHi-1所对应的盐水浸透率Ki-1与(pH)i所对应的盐水浸透率Ki之间知足式子Ki-1-Ki/Ki-1*100%5%的条件，则表明已经发生碱敏，pHi-1即为临界pH值。5酸敏评价实验酸化是广泛采用的油田增产措施，然后若使用的酸液与油气层不配伍，则会与油气层中的某些矿物、流体反响生成沉淀物或释放出微粒，对孔喉造成堵塞，使酸
11、化达不到预期效果，甚至反而使油气层浸透率下降。该实验的目的，是通过模拟酸液进入地层的经过，用不同的酸液测定酸化前后浸透率的变化，进而判定油气层能否存在酸敏性并确定酸敏的程度。评价实验的步骤可扼要概括为：先用地层水测出岩样的基础浸透率，再用煤油正向测出注酸前的浸透率K1;反向注入0.5-1.0倍孔隙体积的酸液，关闭阀门反响1-3h；最后用煤油正向测定注酸后的浸透率K。根据两浸透率之间的比值K2/K1,能够对酸敏程度作出评价，评价指标见下表：K2/K10.30.3-0.70.7酸敏程度强中等弱敏感性评价是诊断油气层损害的重要实验手段。一般来讲，对任何一个油田区块，在制定保护油气层技术方案之前，都应
12、系统的开展敏感性评价实验。2.1.1保护油气层的重要性直接关系到能否及时发现新的油气层，油气田和对储量的正确评价。有利于提高油气井产量及油气田开发经济效益的提高。有利于油气井的长期稳产和稳产。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分，是保图5-1钻井液中固相对地层浸透率的影响细固相含量，%受损害浸透率初始浸透率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特别重要的作用2.1.2油气层损害因素概念：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。油气层损害本质：内因+外因有效浸透率
13、下降内因：油气层潜在损害因素油油气层敏感性矿物油气层储渗空间特性油气层岩石外表性质油气层流体性质外因：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浸透率下降：渗流空间缩小绝对浸透率降低流动阻力增加相对浸透率降低2.1.2钻井经过中油气层损害原因钻开油气层时，在正压差、毛管力的作用下，钻井液的固相进入油气层造成孔喉堵塞，其液相进入油气层与油气层岩石和流体作用，毁坏油气层原有的平衡，进而诱发油气层潜在损害因素，造成浸透率下降。钻井经过中油气层损害原因能够归纳为下面五个方面。1钻井液中分散相颗粒堵塞油气层1固相颗粒堵塞油气层钻井液中存在多种固相颗粒，如膨润土、加重剂、
14、堵漏剂、暂堵剂、钻屑和处理剂的不溶物及高聚物鱼眼等。钻井液中小于油气层孔喉直径或裂缝宽度的固相颗粒，在钻井液有效液柱压力与地层孔隙压力之间构成的压差作用下，进入油气层孔喉和裂缝中构成堵塞，造成油气层损害。损害的严重程度随钻井液中固相含量的增加而加剧图5-1，十分是分散得特别细的膨润土的含量影响最大。其损害程度与固相颗粒尺寸大小、级配及固相类型有关。固相颗粒侵入油气层的深度随压差增大而加深。2乳化液滴堵塞油气层对于水包油或油包水钻井液，不互溶的油水二相在有效液柱压力与地层孔隙压力之间构成的压差作用下，可进入油气层的孔隙空间构成油-水段塞；连续相中的各种外表活性剂还会导致储层岩心外表的润湿反转，造
15、成油气层损害。2钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害钻井液滤液与油气层岩石不配伍诱发下面五方面的油气层在损害因素。1水敏低抑制性钻井液滤液进入水敏油气层，引起粘土矿物水化、膨胀、分散、是产生微粒运移的损害源之一。2盐敏滤液矿化度低于盐敏的低限临界矿化度时，可引起粘上矿物水化、膨胀、分散和运移。当滤液矿化度高于盐敏的高限临界矿化度，亦有可能引起粘土矿物土水化收缩破裂，造成微粒堵塞。3碱敏高pH值滤液进入碱敏油气层,引起碱敏矿物分散、运移堵塞及溶蚀结垢。4涧湿反转当滤液含有亲油外表活性剂时，这些外表活性剂就有可能被亲水岩石外表吸附，引起油气层孔喉外表润湿反转，造成油气层油相浸透率降低。5外表吸附
16、滤液中所含的部分处理剂被油气层孔隙或裂缝外表吸附；缩小孔喉或孔隙尺寸。3钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损害钻井液滤液与油气层流体不配伍可诱发油气层潜在损害因素，产生下面五种损害：1无机盐沉淀滤液中所含无机离子与地层水中无机离子作用构成不溶于水的盐类，例如含有大量碳酸根、碳酸氢根的滤液碰到高含钙离子的地层水时，构成碳酸钙沉淀。2构成处理剂不溶物当地层水的矿化度和钙、镁离子浓度超过滤液中处理剂的抗盐和抗钙镁能力时，处理剂就会盐析而产生沉淀。例如腐植酸钠碰到地层水中钙离子，就会构成腐植酸钙沉淀。3发生水锁效应十分是在低孔低渗气层中最为严重。4构成乳化堵塞十分是使用油基钻井液、油包水钻井液、水包油
17、钻井液时，含有多种乳化剂的滤液与地层中原油或水发生乳化，可造成孔道堵塞。5细菌堵塞滤液中所含的细菌进入油气层，如油气层环境合适其繁衍生长，就有可能造成喉道堵塞。4相浸透率变化引起的损害钻井液滤液进入油气层，改变了井壁附近地带的油气水分布，导致油相浸透率下降，增加油流阻力。对于气层，液相油或水侵入能在储层渗流通道的外表吸附而减小气体渗流截面积，甚至使气体的渗流完全丧失，即导致“液相圈闭。5负压差急剧变化造成的油气层损害中途测试或负压差钻井时，如选用的负压差过大，可诱发油气层速敏，引起油气层出砂及微粒运移。对于裂缝性地层，过大的负压差还可能引起井壁外表的裂缝闭合，产生应力敏感损害。此外，还会诱发地
18、层中原油组分构成有机垢。二、钻井经过中影响油气层损害程度的工程因素钻井经过损害油气层的严重程度不仅与钻井液类型和组分有关，而且随钻井液固相和液相与岩石、地层流体的作用时间和侵入深度的增加而加剧。影响作用时间和侵入深度主要是工程因素，这些因素可归纳为下面四个方面。l压差压差是造成油气层损害的主要因素之一。通常钻井液的滤失量随压差的增大而增加因此钻井液进入油气层的深度和损害油气层的严重程度均随正压差的增加而增大图5-2，此外，当钻井液有效液柱压力超过地层破裂压力或钻井液在油气层裂缝中的流动阻力时，钻井液就有可能漏失至油气层深部，加剧对油气层的损害。负压差能够阻止钻井液进入油气层，减少对油气层损害，
19、但过高的负压差会引起油气层出砂、裂缝性地层的应力敏感和有机垢的构成，反而会对油气层产生损害。压差过高对油气层损害的危害已被国内外很多实例所证明。美国阿拉斯加普鲁德霍湾油田针对油井产量进行过调研，其结论是：在钻井经过中，由于超平衡压力条件下钻井促使固相或液相侵入油气层，浸透率下降1075。2浸泡时间当油气层被钻开时，钻井液固相或滤液在压差作用下进入油气层，其进入数量和深度及对油气层损害的程度均随钻井液浸泡油气层时间的增长而增加图53，浸泡时间对油气层损害程度的影响不可忽视。3环空返速环空返速越大，钻井液对井壁泥饼的冲蚀越严重，因而，钻井液的动滤失量随环空返速的增高而增加图5-4，钻井液固相和滤液
20、对油气层侵入深度及损害程度亦随之增加。此外，钻井液当量密度随环空返速增高而增加，因此钻井液对油气层的压差亦随之增高，损害加剧。2040608010012003691215182124岩心长度，cm截面损害位置截面损害比，%砂岩12图5-2地层浸透率的损害比与压差的关系1p=0.7MPa；2p=9MPa；T=70，Vf=0.8m/s，t=1h02040608010012002468损害时间，h损害比，%砂岩图5-3地层损害比与浸泡时间的关系p=5MPa；T=70，Vf=0.8m/s4钻井液性能钻井液性能好坏与油气层损害程度高低严密相关。由于钻井液固相和液相进入油气层的深度及损害程度均随钻井液静滤
21、失量、动滤失量、HTHP滤失量的增大和泥饼质量变差而增加。钻井经过中起下钻、开泵所产生的冲动压力随钻井液的塑性粘度和动切力增大而增加。此外，井壁坍塌压力随钻井液抑制能力的减弱而增加，维持井壁稳定所需钻井液密度就要随之增高，若坍塌层与油气层在一个裸眼井段，且坍塌压力又高于油气层压力，则钻井液液柱压力与油气层压力之差随之增高，就有可能使损害加重。在各种特殊轨迹的井眼定向井、丛式井、水平井、大位移井、多目的井等的钻井作业中，钻井液性能的优劣对油气层损害的间接影响愈加显著，除了上述已经阐述的钻井液的流变性、滤失性和抑制性外，钻井液的携带能力和润滑性能直接影响着进入油气层井段后作业时间的长短，不合理的钻井液携带能力和润滑性能将使钻井液对油气层的浸泡时间延长，使油气层损害加剧。00.20.40.60.811.21.41.61.8050100150时间，min动滤失速率，mL/cm2h初始滤失区1。D=250S-12。D=200S-13。D=150S-14。D=100S-15。D=50S-1滤饼构成区稳定滤失区图5-4不同流速梯度下动滤失速率与时间的关系曲线