第1章 储层伤害

三、污染确定方法
钻井伤害实验
岩心编号
初始标准盐水渗透率（md） S3-6H() 19.40 下游出液先是清彻，之后微浑，呈淡 黄色，有少许棕红色岩粉细粒，出液 泥浆污染24h 量达13ml（13ml滤液大概产生泥饼） 之后不再出液。取出岩心观察：岩心 端部被泥饼堵死。 标准盐水渗透率（md） 钻井液对渗透率伤害率（%） 泥浆再污染24h 正向：2.44 反向：3.79 80.5 YK1() 31.67 下游一直出液，出液呈淡黄褐色，澄 清，24h内出液大约16.1ml（约产生

微粒类型和可动性检查方法：


最常见的运移微粒：

1.固体颗粒堵塞
微粒属性
1.固体颗粒堵塞
不溶物沉淀物

沉淀类型


盐类无机沉淀 来源于油的有机沉淀

以下因素改变导致沉淀

温度 压力 注入液体组成
1.固体颗粒堵塞
无机沉淀


通常二价离子（例如Ca+2 钡与碳酸盐和硫酸盐 离子） 盐成分改变，打破初始化学平衡，产生沉淀 如:


High-pH fluids High-temperature steam condensates
3.机械压实

射孔附近粉碎或压实

射孔中不可避免的负面影响 能对产能产生巨大的不利影响，因为convergent flow to perforation

地层强度低时，或油藏压力降低，井附近地层会 坍塌
泥饼）。取出岩心观察：端部未被堵
死。 正向：3.70 反向：5.35 83.1
末端基本不出液，取出岩心观察：端 末端基本不出液，取出岩心观察：端
部被堵死 正向：1.81 反向：2.03 89.5 部被堵死 正向：2.09 反向：3.10 90.2
标准盐水渗透率（md） 钻井液对渗透率伤害率（%）
钻井伤害：滤液侵入

2.流体污染
流体对润湿性的改变

有些化学物质改变润湿性 显著改变地层相对渗透率特性


如水湿地层变为油湿地层，油相渗透率大大降低:
2.流体污染
流体对相渗的影响

增加水饱和度降低油饱和度
水锁 只要引入液相就影响相对渗透率 低渗透地层更容易发生（高毛管压力）



2.流体污染
粘土膨胀


液体盐度改变导致粘土体积改变 膨胀伤害程度取决于：

微粒运移取决于：

微粒表面积：取决于晶体结构 微粒所在位置：孔隙空间，为基质一部分或胶结物
Scanning electron microscopy (SEM) Focused dispersive X-ray analysis Core flow tests Kaolinite（高岭石）, smectite (montmorillonite) （蒙脱石）, illite（伊利石）, and chlorite（绿泥石）

Barium sulfate (BaSO4)


2.流体污染
常见垢

Iron scales


Iron carbonate and iron sulfide 难于去除 Usually in formations with high back-ground iron count and tendency to precipitate calcium carbonate 多数形式的 iron sulfide scales 在 HCl中溶解度小 形成原因

Ca+2 + 2HCO3- ↔ CaCO3 (s) + H2O + CO2 (g)
注入液高含钙（如 CaCl2）使反应向右，生成 CaCO3）沉淀 降低压力释放 CO2 （如降低 CO2 浓度）产生 CaCO3 沉淀
1.固体颗粒堵塞
有机沉淀
最常见的是石蜡 waxes (paraffins) 和沥青质asphaltenes 石蜡：
Kaolinite（高岭石） platelets
Chlorite（绿泥石） on sand grains
Illite（伊利石） on sand grains
1.固体颗粒堵塞
水流动造成的微粒运移

多数微粒水湿
润湿相流体可流动时， 微粒很可能流动

水流动能导致微粒运移 并污染地层

1.固体颗粒堵塞
微粒运移控制因素
第一章
地层伤害
一、储层伤害类型（可能因素）
二、储层伤害预防 三、储层伤害确定方法
储层伤害
储层伤害

降低地层孔隙度渗透率，降低油藏产能 污染浅（井筒壁面），易于解除；污染深，难于解除 原因：钻井，完井，修井，注水，生产，增产作业


一、储层伤害的可能因素
一、储层伤害的可能因素
1.固体颗粒堵塞孔隙

可能难于去除且作业费用昂贵 最好的办法是预防 钻井、完井和生产作为一个整体预防污染

包括计划、实施与质量保证. 任何阶段的实施、质量控制和材料都可能影响整个过 程的效果，即使设计和实施很好
1. 固体颗粒侵入预防
减轻固体颗粒污染方法:


固体颗粒尺寸大于孔隙尺寸，固体颗粒桥塞在井壁上而不进入 孔隙中 杀菌 注水质量控制 微粒运移：临界流速一下 射孔穿透污染带或酸化
Overpressured surge stimulation well configuration
3.机械压实
正压射孔后的裂缝
3.机械压实
正压处理后压力恢复测试结果
3.机械压实

地层强度低时，或油藏压力降低，井附 近地层会坍塌

地层强度低 酸化降低地层强度 近井带油藏压力过低
二、储层伤害预防
Rate of filtrate invasion depends on:

Formation of filter cake Erosion of filter cake
C uf 3600b t
uf : filtrate flux C : dynamic fluid loss coefficient for filter cake (from laboratory dynamic fluid loss test) t : exposure time (hr) b : constant accounting for mechanical stability of filter cake (2x10-8 to 5x10-7 cm3/cm2) : shear rate at wall (sec-1)
2.流体污染
常见垢

Calcium carbonate or calcite (CaCO3)


Gypsum (CaSO4 . 2H2O)石膏

富含 calcium or bicarbonate ions（碳酸氢根）的水，压力下降， 产生垢，受CO2 析出影响。
石油工业里最常见的 sulfate scale 较不常见的硫酸盐沉淀 能引起广泛的问题 难于去除，溶剂或酸中难溶。 通常形成于与不配伍水混合，压力下降、气析出和紊流加剧形 成。 barium 与 sulfate 离子混合就会产生沉淀。 Some are naturally occurring radioactive material scales
钻井污染：滤液侵入

滤液侵入量随以下影响因素增长

高滤饼渗透率 高压差 钻井液接触时间
酸溶性无机固体（碳酸钙） 油溶性颗粒

降滤失添加剂降低滤失

例1：滤液侵入深度
A well with radius of 6 inches is drilled in a formation of porosity 0.2. The drilling fluid has dynamic fluid loss coefficient of 5 in3/in2-hr1/2. Assume b is 5x10-7 cm3/cm2 and shear rate at wall is 20 sec-1. Calculate depth of filtrate invasion after 10 hr and 100 hr of drilling mud exposure to formation?

降低水敏措施

足够一价离子浓度，至少 2 wt% of KCl 足够二价离子比例：至少10%的阳离子为二价离子
2.流体污染
乳化

乳化：两种互不相溶的液体形成 乳化形成原因

机械混合油水 引入表面活性剂或微粒，使小液体稳定 pH 改变使乳化稳定

乳化液表观粘度远高于油
通常为non-Newtonian，需要足够的力克服屈服应力才 能流动

注入液体引入的固体颗粒 地层微粒运移 不容物质沉淀 细菌
改变润湿性和相渗 粘土膨胀 引入不流动相 乳化形成，堵塞 结垢
2.液体影响

3.机械压实或 disaggregation of porous media
1.固体颗粒堵塞
孔隙堵塞模式
1)
大颗粒堵塞于孔隙外面，形成滤饼：

Arrangement of clays Chemical state at movement of contact Location of clay with respect to fluid 最常见的膨胀粘土 体积可增加 60% 如果在大的孔隙及孔喉里，膨胀更严重

蒙脱石及其混合物

2.液体污染预防

降滤失添加剂降低滤失

酸溶性无机固体（碳酸钙） 油溶性颗粒 矿化度 离子组成 避免乳化、润湿反转的表面活性剂

滤液与地层水配伍


3.机械压实污染预防

避免压力激动、过低井底流压 避免破环地层强度 射孔优化
三、污染确定方法

现场测试（试井） 实验 数学模拟
细菌污染

细菌能快速生长 堵塞孔隙

细菌本身 细菌生物活动产生沉淀


来源于注入水 能大大降低渗透率 用杀菌剂处理注入水
2.流体污染

通过改变以下因素污染地层


油相表观粘度 相对渗透率

Could be considered temporary as mobile phase 有时难于去除

2.流体污染
垢

水不溶化学物质沉淀产生 形成原因

条件改变，打破溶液平衡 与不配伍水混合 压力下降, 温度, 溶解气, 粘度, 成核位置, and metal type

条件改变可能原因



位置：油管，射孔，或地层 常见垢：calcium carbonate, calcium sulfate, and barium（钡） sulfate Water-formed scales are most troublesome

易碎地层 酸化降低地层强度
3.机械压实
射孔压实作用 污染深度： ¼ to ½ inches 污染渗透率： 7% to 20%的原渗透率
3.机械压实
正压射孔和增产作业
Typical tubing conveyed overbalanced perforating well configuration

长链碳氢化合物 沉淀原因

降温 压力降低，气体析出，改变原油组分

沥青质：


高分子量芳香烃aromatic和环烷烃napthenic混合物，胶质状分 散于原油 原油化学组分改变，降低了树脂浓度，产生沥青质沉淀。树脂 能使沥青稳定于胶质状，树脂浓度降低产生絮凝作用，形成大 颗粒
1.固体颗粒堵塞


氯化物 scales

温度降低 水蒸发

酸中溶解度小 通常用水能清除
Leabharlann Baidu
2.流体污染
常见垢

Silica scales

Finely crystallized deposits of chalcedony or amorphous opal玉髓蛋白石 Usually from dissolution of siliceous minerals by
2.流体污染
粘土分散



盐度改变使一些粘土矿物膨胀，也是其他粘土矿 物 （kaolinite)）从矿物表面脱落 分散的矿物在流动的液体中运移 随后在孔喉处堵塞，降低渗透率。
2.流体污染
水敏

对盐度改变的敏感性依赖于:


阳离子类型:一价阳离子较敏感 （敏感性Na > K > NH4) pH: 越高越敏感 盐度改变速度
plugging by depositing particles
1.固体颗粒堵塞
外来固体颗粒
1. 钻、完井、作业 2. 注水
1.固体颗粒堵塞
微粒运移
1. 改变水化学成分 • 隙间水盐度变化，水敏 • 离子组成 2. 流体流动，剪切力变化
微粒运移
pore filling smectite（蒙脱石）
注入的固体
2)
固体附着于孔隙表面:
注入固体，微粒运移，不容物沉淀，细菌
3)
中等尺寸颗粒桥塞孔喉
注入固体，微粒运移，不容物沉淀，细菌
1.固体颗粒堵塞
微粒堵塞模式
cake formation by large particles
surface deposition of adhering particles