微粒运移在储层保护中的应用研究

使 用模 型 参数 （ 大集 中约束 、 最 滤饼 和地 层伤 害 系数 ） 进 行 计算 ， 些参 数 可 以使 以前 做过 的在 吊注 时 的通 过岩 这
芯的压力降。集 中约束 的最大值可 以通过两次岩芯驱 替 获得 ， 必须 在微 观范 围 内与力矩 平衡 相 匹配 。 但 Ｐ ｅ ｒ ｏ ｅｓ ｙ建 立 了粒 子 力 学 平 衡 方 程 和 最 ．Ｂ ｄｉ ｖ ｔｋ ｋ 大 约束 函数 。写 出 了 Ｈｅ －ｈ ｗ 流 体 中关 于拖 拽 、 ｌＳ ａ ｅ 静 电、 举升 和重 力 的表达 式 ， 中对 任 何孑 隙尺 寸来说 ， 其 Ｌ 力 学平 衡 条件 和拖 拽依 赖 速 度 及最 大 集 中约束 的调 整 说 明作 为 流速 的函数 。对 于 一束 平 行 的矩 形平 行 毛管 力 需要 给 出最 大约束 函数 的估计值 。 通过 实验 研究 表 明 ： （） １ 在悬 注时 ， 过岩 芯 的稳 定 的压 力 降可 以通 过 通 拖拽 力 、 电 ， 静 作用 在 内部 滤 饼 表 面 的重 力 和升 降 力 达 到 了力矩 的平 衡来 解 释 。在 内部 滤 饼表 面 的粒 子 平 衡 是通 过无 量纲 移位 数来 表征 的 ， 它是 拖拽力 和 总的升 降 力 、 电及重 力 （ 常力 ） 静 正 的一个 比值 。最大 的约 束 函数 对 比移位 数关 闭移 位粒 子 深床过 滤模 型系统 ， 维悬 注 一 问题 要求 精确 的 分析 结果 。 问题 表 明移 位 从 岩 芯 人 口 开始 ， 然后 进入 岩 芯知道 移位 区域 占领 整个 岩芯 。从 那 个 时刻 起 ， 微粒 捕 获就再 也不 会发 生 了 。 （） ２ 问题要 求 确定 的 ３个 模 型 系 数 （ 滤 和 地层 伤 过 害系 数 和最大 集 中约束 ） 从持 续速 率 注入压 力降 曲线 上 读 取 。实 验 室岩芯 驱替 数 据 的处 理 在渗 透 率 下 降 进 一 步稳定 导 致过 滤 和地 层 伤 害 系数 值 在这 些 参 数 的正 常 范 围 内。对 于多孔 中渗简 化 几 何 尺 寸 及静 电常 数 的 常 规 值 ， 得 的最 大集 中约束 值能在 微观 范 围内与力 矩 平 获
影响微 粒运 移 的 因 素 ， 矿 化 度 、 如 流量 、 Ｈ 值 、 ｐ 温
度、 残余 油饱 和度 、 湿性 、 的极 性 和油水 分级 流量都 润 油
理 的 、 学 的描述被 包 含在 细 小 粒 子 的行 为 ， 论 了粒 数 讨 子 作用 的各 种机械 的 、 学 的和热过 程 的启 示 。最终 使 化 用数 学模型 描述 了包括 微粒运 移 、 淀 和细小 粒子 的 流 沉
并 将 研 究 结 果 用 于 指 导 完 井 作 业 。Ｔｉ Ｈｕ ｎ ｌ 在 ｍ ａ ｇ６ ２０ ０ ８年将 纳 米 粒 子运 用 到 完 井 工程 的研 究 中 ， 并且 提 出了使用 纳米 粒子 抑制 地 层微 粒 运 移 的方 法 来 进行 油 气层 保护 。Ｂ ｕ ］ ２ ０ ．Ｊ Ｅ 在 ０ ６年对 疏 松 砂 岩 油 藏 中微 粒 运 移进行 了研 究 ， 用 有 限元 和线 性 逐 次超 松 弛 技 术 使
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西 部探 矿工程
２１ ０ ２年第 １ 期 １
微 粒 运 移 在 储 层 保 护 中 的 应 用 研 究
龙 瀛 ， 蒲俊 余 范 志利 ，
（． １西南石油大学， 四川 成都 ６０ ０ ； ． １５０ ２ 中石油西南油气田分公司勘探事业部， 四川 成都 ６００ ） １５０
摘 要 ： 油气开 采过程 中， 井 、 在 钻 完井 、 油 、 井 、 产 等一 系列作 业环 境 中， 何 一 个环 节都 可 能 采 修 增 任
＊ 收 稿 日期 ：０ ２０ —７ ２ １－３０
型作 为工具 来优化设 计油气 层保 护 。 在 多孑 介质 中 ， 型 变得 很 复 杂 ， 似 的公 式 要 在 Ｌ 模 相 不 同的介质 中进行 运算 ， 这种方 法也 能用来 描述 自然 裂 缝 地 层 的损 害 。Ｃｉａ ｎ ｕｅ ｖｎａｄＮｇ ｙｎ在 ２０ ０５年使 用该 方
值 模 拟油层 中微 粒运移 。 ２ 对 高温气 藏条 件下 微粒 运移 的研究 Ｍｉ ａｌ ｙ ｎ Ｅ 在 ２ ０ ｃ ｅ Ｂ ｒ ｅ ｊ ０ ９年 对 东 南 亚 马 拉 盆 地 的 ｈ ５
一
隙 空 间中定 位粒 子 的 内部 力学平 衡 的基础 上 ， 建立 了一 个新 的数 学 模型 。并 考 虑 作用 在 基 质 上 的 粒子 或 流 动 液体 上 的拖 拽力矩 、 电 、 升力 、 力 的平 衡 。力矩 平 静 举 重 衡需 要考 虑在 捕获 粒 子 时 最 大 的集 中约束 。粒 子 力 矩 平 衡 要求 在作 用于 粒 子外 饼 面 的拖拽 力 和 正 常 力 之 间 乘 以一个 无量 纲 系数 。最 大 去 除 数 的保 持 函数 关 闭 了
垢Ｅ 。
了现 象模 型在非 均质储 层 （ 一多层 介 质 ） 单 中的应 用 ， 使 用 孔 隙度 损 害理 论 、 多孔介 质 的实现 和有效 阀值 孔 隙度
理论 ， 虑 了粒 子类 型 和来 源 （ 考 内部 、 部 ） 产 生 粒子 外 及 的三种机 理 （ 机物 沉 淀 、 机 物 沉 淀 和液 一液 相互 作 无 有 用 ） 列举 不 同 冲击 现象对 颗粒 的影 响 ， ； 并使 用 机理 和物
在 钻井 、 井 、 完 井下作 业及 油气 田开采 全过 程 中 ， 造 成 油气层 渗 透率 下 降 的现 象 统 称 为油 气 层损 害［ 。油 １ ］ 气 层损 害 的实质 是有 效 渗 透率 的下 降 。而 引起 渗 透 率 下 降 的因素 很多 。其 中 ， 粒 的运 移 、 淀 及堵 塞 是 渗 微 沉
第 一 作 者简 介 ： 瀛 （９ ６） 男 （ 族 ）四 川 成都 人 ， 南 石 油 大 学 在 读 硕 士研 究 生 ， 究 方 向 ： 完 井 龙 １８ 一 ， 汉 ， 西 研 造
２１ ０ ２年第 １ 期 １
西 部探 矿工 程
型 的应用 。
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法 成功 地模 拟 了粒 子在 多孔介 质 中的运 移和沉 淀 。 Ｐ ｅ ｒ ｏ ｅｓ ｓ 在 ２ １ ．Ｂ ｄ ｉ ｖ ｔｋｇ ｋ ０ ０年 运 用 定 量 理 论 对 微
损害 进行 了 研 究 。Ｍｉ ａｌＢ ｒ ｅ ］ ２ ０ ｃ ｅ ｙｎ ｌ 在 ０ ９年 对 东 南 ｈ ＿ ５
亚马 拉盆地 的一个气 藏 中微粒运 移 的情况进 行 了研究 ，
过 针对控 制损 害过 程 中与 时 间范 围相关 的井 的注 人 和
生 产 时间情况 ， 可控 制不 良反应 。避免 储层 损害 的最好 的选择 是保护 原位 平 衡状 态 不被 打破 。从粒 子 的观 点 出发 ， 主要 目标 是获 得 简化的数 学模 型 以得到复 杂 的微 粒 运移过 程 和它们 与 储层 的相互 作 用 。并 利 用 这些 模
Ｂ ｕ 在 ２ ０ ， ．Ｊ Ｅ ］ ０ ６年 使用 了一 个新 的不 同于过 去 常
粒 运移 和地 层损 害 进 行 了研 究 。在 实 验 室 岩 芯 驱替 和 天 然储 层 中流动 时 ， 以广 泛 地观察 到粒 子从 基质 上脱 可
离并 在 孑 隙介质 中悬 浮搬 运 。为 了研 究粒 子脱 离 ， Ｌ 在孔
近 年来 Ｆ ｒｋＣ ｖ ｎ。在 ２ ０ ａｕ ｉａ Ｅ ］ ０ ９年 回顾 了各 种 微 粒
作 用 过 程 及 引 起 储 层 损 害 的 现 象 模 型 。 Ｐ ｅｒ — ．Ｂ ｄｉ ｋ ｏ ｅｓ ｙ ］ ２ １ ｖ ｔｋ Ｅ 在 ０ ０年运 用 定 量 理 论 对 微 粒 运 移 和地 层
引起 渗 透 率的降低 ， 导致 油 气层 伤 害 、 降低 产量 ， 至错 过 油 气层 的发 现 。 因此 ， 甚 为提 高 油气 产量 ， 进 行 油 气层 保 护研 究很有 必要 。 引起 油 气层 损 害的 主要 有速敏 、 水敏 、 盐敏 、 碱敏 、 酸敏 和 应 力敏 感等 。
衡 相 匹配 。
替测试 ， 并利用测试结果来评估产气过程 中微粒运移的 潜 在损 害 。确 定 了高温 条 件 下微 粒 运 移 实验 室 测 试 程 序， 并对 实验 结果进 行 了应用 讨 论 ， 不 同的实 验 方 法 对 进行 了 比较 。在现 场条 件下 ， 筒 附近流 量按 比例缩 小 井 以适 合实 验室 的情况 ， 进行 了充 分 的考 虑 。指 出了周 围 条件 和高 温气 藏条件 下 渗 透率 降低 和 微粒 运 移 的显著 不 同 。并 提 出一套在 高 温 气藏 条 件 下 测试 微 粒 运 移 的 方法 ， 和使 用 比例模拟 方法 模拟 井下情 况 。 经过研 究 Ｍｉ ａ ｌ ｙｎ ｃ ｅ Ｂ ｒ ｅ找 到 了证 明 高 温 气 藏 在 ｈ 生产 阶段 的微粒 运 移 的证 据 。实 验 室 测试 和 接 下来 对 测试 岩样 的分 析展示 了天 然微粒 和渗透 率 改变 的过程 。 认 识 到 了气 藏 中潜在 微粒运 移 问题 的过 程及 潜在 损害 ， 并 将研 究结 果与完 井设 计 时相结合 。
粒 运移过 程 的认 识 ， 清 了微 粒损 害产 生 的过 程 及 机 弄 理， 并进 一 步指导 生产 的作 用 的过 程 非 常 复杂 。 控 这些 过程 的反应 速率很 多依 赖于 当地 的环境 ， 包括 化学 状况、 流体 、 温度 、 压力 、 应力 和其 它相关 因素 。因此 ， 通
动 的机理 。 在油气 和盐水 通过 储层 时和完 井 系统 中 ， 在各 种原
已经 被试 验研究 。为 了 了解微 粒 运 移对 油气 层 的损 害 的过 程 ， 人们 开始对 微粒运 移过 程引起 储层 损 害的现 象 进行 研究 ， 使用 数 学描 述建 立 了模 型 ， 深 了人 们对 微 加
规 油藏数 值模 拟 的三 维 （Ｄ） 际 比例数 学 模 型 ， 拟 ３ 实 模 砂粒 释放 和运 移过 程及 行 为 的数学 模 型 。微 观 数 学模 型有 一些 局 限性 ， 因为它 更 多 地依 靠 一 些 可 能性 ， 且 并 它 的数值模 拟过 程需要 占用大量 的计算 时 间 。因此 ， 大 孔隙 多孔介 质理 论 和微 粒 运移 常 常 被用 来 进 行 三维 数
控 制 方程 系统 ， 以得到 释放 粒子 的胶质 运移 。
个 气 藏 中微 粒运 移 的情 况进 行 了研究 。进行 了高 温
条 件下 和等价 （ 拟井 下 条 件下 ） 境 条 件 下 的 岩芯 驱 模 环
在假设 了滤膜 常数 和孔 隙度后 ， 芯驱 替 的一维 问 岩
题 通过 悬 浮计 算释 放 粒 子 得 到精 确 解 。显 示 公 式允 许
针 对 引起 油气层损 害的微 粒运 移进行 了研 究分析 ， 总结 了最近年 在微 粒 运 移方 面的研 究 成果 和 进展 以及微 粒运 移在 完 井工程 、 裂作 业 、 藏工程 等方 面相 关的应 用 。 压 油
关键词 ： 粒运移 ； 微 储层保 护 ； 井 ； 力压裂 完 水
中 图分 类号 ： Ｅ１ ２ １ 文献标 识码 ： 文章编 号 ：Ｏ ４ ７ ６ ２ １ ） ｌ Ｏ ５— ０ Ｔ ２． Ａ １ ０ —５ １ （０ ２ １— ０ ２ ４
（ Ｓ Ｒ） Ｌ Ｏ 并建 立 了一 个新 的 ３ Ｄ模 型 ， 用数 值 方 法 模 并
拟微 粒运移 和产 能预测 。
１ 对微粒 运移 模型 的研 究 Ｆ ｒ ｋＣ ｖ ｎ。分 析 了 引起 储 层 损 害 的过 程 ， 绍 ａｕ ｉａ Ｅ ］ 介
透率的改变导致地层伤害的重要机理之一 。地层微粒 的定义是存在于砂岩地层孔隙见疏松 的或者未胶结 的 固体粒 子 和通 常小 于 ３ ｇ 的 粒子 。微 粒 的来 源 有 来 ７ｍ 至 地 层 内 部 和 外 部 侵 入 ， 学 反 应 生 成 无 机 垢 、 机 化 有