注水过程储层伤害机理研究

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注水开发作为一次采油后增加采油量的重要技术之一，被国内外油田广泛采用，这种方式既能有效保持地层能量，又能起到驱替储层原油的效果。

但随着油田开发技术的不断进步，一些注水过程中储层伤害的问题逐渐暴露出来，其中注入水的水质是引起储层损害的主要原因之一。

1 固相颗粒的堵塞损害
注入水中的固相颗粒主要包括悬浮物、油珠、腐蚀产物等。

这些固相颗粒进入储层后，若与储层孔喉不配伍，将发生沉积充填孔隙或堵塞孔喉，使油气渗流通道缩小，造成储层损害。

固相颗粒一般对近井筒附近区域造成的堵塞尤为严重，其堵塞程度与悬浮颗粒浓度和粒径、储层孔喉半径及注水作业的参数有关。

固相颗粒的堵塞损害主要分为三种（图1）：①颗粒粒径大于孔喉直径时，在井壁形成外部滤饼
使井眼变窄；②粒径小于孔喉直径时，颗粒进入地层在近井壁附近形成内部滤饼；③当颗粒较大时，沉积在井底，使储层厚度减小。

2 注入水与岩石不配伍造成的损害2.1 微粒运移损害
在平衡状态下，储层中微粒受自身重力、颗粒间形成的范德华力等多种力的综合作用，停留在原有位置。

在注水作业时，若注水强度或注水压力过大，地层微粒将受到水动力冲击发生运移。

在较高流速状态下，地层微粒在储层岩石中一般有三种运移形式（如图2）：①单个颗粒在孔喉处形成“卡堵”；②多个颗粒在喉道处形成“桥堵”；③细小微粒冲出孔喉。

研究表明：球形和椭球形微粒比片状微粒更易堵塞孔喉；胶结疏松的微粒、粘土矿物随流体流速增加，运移程度越高；外来流体与地层配伍性越差，越易发生微粒分散、运移。

注水过程储层伤害机理研究
董豪 赵峰
西南石油大学地球科学与技术学院 四川 成都 610500
摘要：注水开发是油田储层开发最重要的方式之一，注入水水质不合格将对储层造成严重的损害。

本文开展了注入水中固相颗粒堵塞、注入水与岩石及地层流体不配伍等储层损害机理研究。

关键词：注水开发 储层损害 伤害机理 不配伍性
Research on Reservoir Damage Mechanism during Water Injection
Dong Hao，Zhao Feng
School of Earth Science and Technology ，Southwest Petroleum University ，Chengdu Sichuan 610500
Abstract：Water injection development is one of the most important methods of oilfield reservoir development. Unqualified injected water quality will cause serious damage to the reservoir. This paper has carried out research on the reservoir damage mechanism such as blockage of solid particles in injected water，incompatibility of injected water with rocks and formation fluids.
Keywords：
Water Injection Development；Reservoir Damage；Damage Mechanism；Incompatibility
 a）外部滤饼 b）内部滤饼 c）井底变高图1 注入水中固相颗粒堵塞地层类型
a）单个颗粒卡堵孔喉 b）多个颗粒形成桥堵 c）细小颗粒冲出孔喉
图2 地层微粒在储层岩石中的运移形式
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 2.2 敏感性损害
敏感性矿物是造成储层敏感性损害的主要因素。

储层中往往含有一定量的敏感性矿物，包括高岭石、伊利石、伊/蒙间层等黏土矿物以及碳酸盐胶结物、硅质胶结物等。

在油田注水开发过程中，注入水进入储层后，与这些储层矿物产生接触，若两
者间存在不配伍性，就发生各种物理化学反应，造成黏土颗粒水化膨胀、分散运移或是生成沉淀堵塞孔喉，即敏感性损害。

不同种类的黏土矿物对外来流体的敏感性不同，最终导致地层伤害的类型与机理也不同（如表1所示）。

表1 不同敏感性矿物损害类型及损害机理
损害类型主要敏感性矿物
损害机理速敏高岭石、伊利石、蒙脱石、伊／蒙间层等分散／运移
水/盐敏
蒙脱石、伊／蒙间层、伊利石等晶格水化膨胀、分散／运移酸敏
HCl
绿泥石、方解石、白云石等
Fe（OH）3沉淀、硅胶沉淀
HF
方解石、白云石、各类黏土矿物、长石等CaF 2沉淀、硅胶沉淀、氟硅酸盐沉淀等碱敏各类黏土矿物（高岭石为主）、微晶长石等硅酸盐沉淀等、晶格膨胀应力敏感
造岩矿物岩石压实、孔喉压缩
3 注入水与储层流体不配伍造成的损害3.1 无机垢造成的地层损害
无机垢是油田注水开发过程中形成的主要垢类。

当外来流体进入地层后，若与地层水不配伍，混合溶液中部分离子发生一系列的化学反应，形成的难溶或不溶的无机盐类。

无机盐类垢首先会成核，然后少数垢核在油管表面附着，引起其它成垢化合物在这些垢核周围聚集，成为更大的垢团，最终堵塞油气运移通道。

油田注水过程中形成的常见无机盐垢类型有碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、碳酸镁等，其中碳酸盐类占主要部分。

无机盐类垢形成原理基本相同，以碳酸钙垢为例：若溶液中钙离子或碳酸根离子增加，溶液中的化学平衡被破坏，化学反应就会向生成碳酸钙的方向发展，促进碳酸钙垢的形成。

除成垢离子浓度外，储层温度越高、地层压力越高、溶液pH值越低等均有利于成垢反应的发生。

3.2 有机沉淀造成的地层损害
通常情况下，储层原油体系处于稳定状态。

在注水开釆过程中，由于储层的温度、压力等条件发生变化，则会导致胶质、沥青质聚集、沉积，阻塞流动通道。

常见的有机沉淀有石蜡、沥青质及胶质。

其中石蜡沉淀形成的主要原因是由环境温度、压力的降低而结晶析出产生；胶质和沥青质等重质组分的沉淀则是由多分散性效应、立体胶体效应和聚集效应等多种复杂机理而形成的。

3.3 原油乳化损害
注入水添加的乳化剂可能改变储层油水界面性
能，使地层中的油水相互混合，形成原油乳化液。

乳化液堵塞孔喉的形式主要有3种：一是单液滴堵塞孔喉，当单个液滴遇到与其尺寸不匹配的狭小孔喉时，易发生卡堵；二是多个液滴拥堵孔喉，多个液滴呈无序状拥挤在孔喉处，发生随机性堵塞；三是乳化液的液滴由于表面张力与润湿性会吸附在岩石表面，产生滞留效应，堵塞渗流通道。

4 结束语
1）注入水中的悬浮物、油珠等固相颗粒进入地层，将堵塞孔喉，造成储层损害。

建议入井前进行严格的注入水水质处理。

2）注水强度过大会引起地层微粒运移；注入水与储层矿物不配伍会造成敏感性损害。

建议控制注水速度、注入水矿化度及pH值等在临界值以下。

3）注入水与储层流体不配伍会导致结垢、原油乳化，堵塞渗流通道，损害储层。

建议适当添加各类工作剂，如防垢剂、防膨剂等。

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