储层伤害源_定义_作用机理和描述体系

第19卷　第3期 西南石油学院学报 Vol.19　No.3

1997年　8月 Journal of S outhwest Petroleum Institute Aug　1997

储层伤害源

—定义、作用机理和描述体系Ξ

康毅力　罗平亚 高约友

(西南石油学院油井完井技术中心,四川南充637001) (河南石油勘探局)

摘要　根据储层损害的特殊性和损害机理,将储层伤害源定义为:打开储层时,在温度压力环境

下,由于储层内组分或外来组分与储层组分作用所发生的变化,导致岩石孔隙结构的调整并引

起绝对渗透率降低的物质。储层伤害源包括内伤害源、外伤害源和复合伤害源三个部分。内伤

害源是储层内固有的,外伤害源是引入的,复合伤害源是内、外伤害源相互作用的产物。伤害源

作用机理研究表明,伤害源是一个复杂的系统,具有明显的结构层次和功能,可划分为五级描述

体系,这就为保护油气层技术系统工程提供了理论依据。

主题词　储集层;结构;孔隙度;污染源;系统

中图分类号　P618.130.23

随着地层损害研究的深入[1],特别是对一地区或油田进行详细的保护储层技术研究之后,人们希望将地层损害的特征表述在剖面图上,以指导下一步作业或为邻区提供借鉴,为此中国石油天然气总公司开发局曾下文要求各油田根据自己的实际情况,建立伤害源剖面图。然而伤害源的定义、限定范围以及如何全面有效地把握主要的伤害源等技术问题至今尚未圆满解决。

1　储层伤害源的定义

在环境保护科学领域中,经常使用“污染源”这一术语。在水污染控制工程中,污染源指污染纯净水体的沉积物(及其所携带的有害物)、重金属、氮磷化合物以及有毒有机物、或溶解有有害气体的水,或被污染的水体等[2]。污染源实际上是“物”源,即污染物的来源。这点与沉积学中的物源(母岩区)相似,如果把进入水盆地中沉积物当做污染物的话,那么“物源”也就成为“污染源”。

针对地层损害(Formation Damage),曾提出过含义相同、或相近,但称谓不一致的几个术语,如污染源、损害源、伤害源、损害的内因和外因等。考虑到地层损害的特殊性,以及对“伤害源”的提法已为多数人接受或认同,我们建议统一使用“伤害源”,以避免称谓上的混乱。

国内较早使用“污染源”这一词,在正式报告中见于《岩性测试及分析技术研究》国家“七五”重点科技攻关项目成果报告75-02-03-01,该报告由中原石油勘探局与西南石油学院共同完成。文中多次提到“污染源”,并限定为“敏感性组分———储层在流体作用下易发生

Ξ1996—10—31收稿

康毅力,男,1964年生,讲师,在读博士生,主要从事粘土矿物在石油工程中的应用研究

物理的、化学的以及物理化学反应的组分”。很明显,这里定义的仅仅是岩石中的矿物组分。

“伤害源”的定义取决于“地层损害”的定义。目前,比较普遍而又较确切的地层损害定义为:“当钻井、完井、采油、增产、修井等各种作业时,在储集层近井壁带造成流体产出或注入自然能力的任何障碍都是地层损害[1,3,4]。这个定义是广义的,实际上它包括了相对渗透率的影响、润湿性的变化和粘性流体浸入所引起的液锁。狭义的地层损害仅考虑孔隙结构的改变而引起的绝对渗透率降低。为简明起见,我们拟将伤害源限定在使孔隙结构改变而引起的绝对渗透率降低的“物”源上,而不涉及相对渗透率问题,也不包括环境,如温度、压力的变化。

储层伤害源定义为:打开储层时,在温度压力环境下,由于储层内组分或外来组分与储层组分作用所发生的变化,导致岩石孔隙结构的调整并引起绝对渗透率降低的物质。

这里有几点需要强调说明:①打开储层,指钻井、完井、采油、增产、修井等各项作业;②储层,包括油层、气层或水层;③储层内组分,包括矿物和储层内流体(油、气、水),但排除孔隙结构;④温度、压力环境,包括储层原始的状态和打开储层之后的状态,因储层内组分不包括孔隙结构,故此处由于压力变化而引起的应力敏感性也不属伤害源范畴;⑤外来流体,包括液流、气流或多相流。它们可以是溶液(液态溶液和气态溶液),也可以是胶体,还可以是图1　伤害源的类型划分悬浮液的滤液、乳状液或泡沫;⑥外来组分

与储层组分作用,指外来流体携带的固相

进入储层,外来流体流速对矿物稳定性的

破坏,外来流体与地层流体和岩石发生反

应等;⑦所发生的变化,系指物理的、化学

的或物理化学的变化;⑧孔隙结构的调整

与绝对渗透率的降低,前者为伤害源作用

的结果,后者是表现,绝对渗透率的降低体

现了孔隙结构变化;⑨伤害源伤害的是孔隙结构。

由此我们认为,伤害源包括三个方面:内伤害源、外伤害源和复合伤害源。内伤害源是储层内固有的;外伤害源是引入的;复合伤害源是内、外伤害源相互作用的产物(图1)。2　储层伤害源作用机理

图2　内伤害源伤害储层的机理

2.1　内伤害源

内伤害源指储层内的组分

(矿物和流体)。在未打开储层

时,所处温度、压力条件是平衡的

(动态平衡)。打开储层之后,未

与外来流体接触部分的储层处于

内伤害源作用范围。温度、压力

降低,可引起水中的无机组分以

无机垢形式伤害储层,或原油中

的石蜡、沥青以有机垢形式伤害9第3期 康毅力等:储层伤害源———定义、作用机理和描述体系

储层,或在高压降下地层流体的流出造成的储层微粒运移而堵塞孔喉(图2)。

2.2　外伤害源

外伤害源指外来流体及其中的组分。打开储层后,外伤害源对储层的损害表现之一为流体中的固相堵塞孔喉,固相的类型有粘土、钻屑、加重材料、堵漏材料、固相的沉淀、有机物。它们可来自钻井液、完井液、修井液、注入水、酸化压裂液等。从这点来讲,流体仅作为载体,伤害源是其中携带的固相。伤害程度取决于压差ΔP ,浸泡时间t 和固相浓度、粒度分布以及孔喉大小与分布(图3)。

图3　外伤害源伤害储层的机理外来固相与外来流体作用伤

害储层主要发生在施工中使用的

固相与后来的其它类型工作液发

生反应,形成不溶物(或沉淀),使

孔喉被堵塞。如若钻井液加重材

料(或桥堵剂)使用菱铁矿,而后

又用HC1酸化,在有氧的条件下

残酸液就会形成Fe (OH )3沉淀。

此外,外来流体之间也还存

在配伍性问题,表现在流体接触

顺序、流体类型及组成方面上。若流体不配伍,形成的沉淀亦可堵塞孔喉。

2.3　复合伤害源

单纯的内、外伤害源对地层的损害很少是孤立的,常常是两者相互作用,互为条件,共同图4　复合伤害源伤害储层的机理

伤害储层,称之为复合伤害

源。储层不同于纯净的水

体,储层具有不同的敏感性,

同一外来流体对于不同储层

产生的损害程度不一样,这

也是复合伤害源的特色之

一,此外复合伤害源所污染

的既不是矿物,也不是地层

流体,而是孔隙结构。

复合伤害源伤害储层的

作用机理有:外来流体与岩

石作用、外来流体与地层流

体作用。结果,会发生速敏、

水敏、盐敏、碱敏、酸敏,产生有机垢和无机垢的沉淀。

复合伤害源对地层的损害程度取决于储层的流体、矿物与外来流体性质的配置关系,如图4所示。

01西南石油学院学报 1997年