油气储层保护工艺原理(张强)2

油气储层保护工艺原理张强在钻井、完井、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通称为油气层损害。

油气层损害的实质包括绝对渗透率下降和相对渗透率下降。

绝对渗透率的降低主要指岩石储渗空间的改变。

引起变化的原因有：外来固相的侵入、水化膨胀、酸敏损害、碱敏损害、微粒运移、结垢、细菌堵塞和应力敏感损害；相对渗透率的降低主要指水锁、贾敏效应、润湿反转和乳化堵塞等引起的。

二者损害的最终结果表现为储渗条件的恶化，不利于油气渗流，即有效渗透率降低。

我国石油工作者早在50年代就开始注意到此问题，川中会战时，就提出钻井液密度不宜过高，以免压死油气层。

60年代大庆会战时，为了减少对近井地带的油气层损害，对钻开油气层钻井液的密度和滤失量也提出了严格要求。

长庆油田在70年代开始进行了岩心分析和敏感性分析，但由于受到仪器与技术条件限制，再进一步深入下去有困难。

直到80年代，在引进国外保护油气层技术的基础上，我国才全面开展了保护油气层技术的研究工作，并在“七五”期间将保护油气层钻井完井技术列为国家重点攻关项目，原中国石油工业部科技司、开发司、钻井司共同组织辽河、华北、长庆、四川、中原等五个油田和石油大学、西南石油学院、江汉石油学院、石油勘探开发科学研究院、工程技术研究所等单位共同进行攻关，使我国保护油气层技术不仅在理论研究上，而且在生产实践中均取得较大进展，形成了适合我国的保护油气层系列技术。

“八五”期间，此项技术得到进一步推广应用和发展，并取得较好的效果。

一、保护油气层系统工程的技术思路保护油气层系统工程的主要技术思路可归纳为五个方面：（1）分析所研究油气层的岩石和流体特性，以此为依据来研究该油气层的潜在损害因素与机理。

（2）收集现场资料，开展室内试验，分析研究每组油气层在各项作业过程中潜在损害因素被诱发的原因、过程及防治措施。

（3）按照系统工程研究各项作业中所选择的保护油气层技术措施的可行性与经济上的合理性，通过综合研究配套形成系列，纳入钻井、完井与开发方案设计及每一项作业的具体设计中。

（4）各项作业结束后进行诊断与测试，获取油气层损害程度的信息，并评价保护油气层的效果和经济效益。

然后反馈给有关部门，视情况决定是否继续研究改进措施或补救措施。

（5）计算机预测、诊断、评价和动态模拟。

岩心分析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、油气层损害的综合诊断、保护油气层技术方案的设计都必须建立在岩心分析的基础之上。

所以，岩心分析是保护油气层技术系列中不可缺少的重要组成部分，也是保护油气层技术这一系统工程的起始点。

二、岩心分析概述岩心分析是指利用各种仪器设备来观测和分析岩心一切特性的系列技术。

岩心是地下岩石（层）的一部分，所以岩心分析是获取地下岩石信息十分重要的手段。

1、岩心分析的目的岩心分析的目的有三点：（1）全面认识油气层的岩石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；（2）确定油气层潜在损害类型、程度及原因；（3）为各项作业中保护油气层工程方案设计提供依据和建议。

2、岩心分析的内容下表给出了保护油气层研究中岩心分析的内容及相应的技术方法。

岩心分析的样品可以来自全尺寸成形的岩心，也可以是井壁取心或钻屑。

经验表明，钻屑的代表性很差，故通常使用成形岩心，而且多个实验项目可以进行配套分析，便于找出岩石各种参数之间的内在联系。

3、岩样准备（1）收集取心井的地质资料，明确岩性、物性、含油气性（2）对井场或库房中保存的岩心进行观察、核对岩心记录，确定岩心柱塞钻取的数量和位置（3）岩心柱塞钻取(岩样柱塞直径Φ2.5cm或Φ3.8cm，长度约直径的两倍约L5～7cm,钻取岩样时用中性煤油或3%饱和盐水)（4）岩样登记、办理移交手续（5）岩样清洗，烘干，量取长度、直径、称重（6）孔隙度、渗透率测定三、油气层损害的室内评价油气层损害的室内评价是借助于各种仪器设备测定油气层岩石与外来工作液作用前后渗透率的变化，或者测定油气层物化环境发生变化前后渗透率的改变，来认识和评价油气层损害的一种重要手段。

它是油气层岩心分析的一部分，其目的是弄清油气层潜在的损害因素和损害程度，并为损害机理分析提供依据。

油气层损害的室内评价主要包括两个方面内容：（1）油气层敏感性评价；（2）工作液对油气层的损害评价。

为了正确地评价油气层损害，不能简单地任选岩心来做实验，用于实验的岩心性质必须能代表所要评价的油气层的性质。

油气层敏感性评价包括速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏等5个实验，其原理是根据达西定律，在实验设定条件下注入各种与地层损害有关的实验流体，测定实验前后岩样的渗透率及其变化,来评价储层敏感性的损害程度。

其目的是在油田勘探开发过程中，为了对油气储层进行有效保护，有必要在实验室内进行储层损害的机理研究，结合储层敏感性潜在因素分析,对储层速度敏感性、水敏感性、盐度敏感性等储层敏感性特征进行综合评价，并对储层敏感性损害的损害类型、损害程度进行评价预测,避免或减少储层潜在敏感性伤害因素的影响。

其实验流程图如图所示。

1、速敏评价实验（1）速敏概念和实验目的油气层的速敏性是指在钻井、测试、试油、采油、增产作业、注水等作业或生产过程中，当流体在油气层中流动时，引起油气层中微粒运移并堵塞喉道造成油气层渗透率下降的现象。

对于特定的油气层，由油气层中微粒运移造成的损害主要与油气层中流体的流动速度有关，因此速敏评价实验之目的在于：①找出由于流速作用导致微粒运移从而发生损害的临界流速，以及找出由速度敏感引起的油气层损害程度。

②为以下的水敏、盐敏、碱敏、酸敏四种实验及其它的各种损害评价实验确定合理的实验流速提供依据。

一般来说，由速敏实验求出临界流速后，可将其它各类评价实验的实验流速定为0.8倍临界流速，因此速敏评价实验必须要先于其它实验。

③为确定合理的注采速度提供科学依据。

（2）原理及作法以不同的注入速度向岩心中注入实验流体，水速敏用地层水，油速敏用油（煤油或实际地层原油），并测定各个注入速度下岩心的渗透率，从注入速度与渗透率的变化关系上，判断油气层岩心对流速的敏感性，并找出渗透率明显下降的临界流速。

地层水速敏评价流程如图所示。

如果流量Q i-1对应的渗透率K i-1，与流量Q i 对应的渗透率K i 满足下式：11*100%5%i i i k k k ---≥ 说明已发生速度敏感，流量Q i-1即为临界流量。

速敏程度评价标准见下表。

损害程度的计算见下式：max min max*100%k k k -损害程度＝ 式中，max k ——渗透率变化曲线中各渗透率点中的最大值，2μ；m i n k ——渗透率变化曲线中各渗透率点中的最小值，2μ；实验中要注意的是：对于采油井，要用煤油作为实验流体，并要求将煤油先经过干燥，再用白土除去其中的极性物质，然后用G5砂心漏斗过滤。

对于注水井，应使用经过过滤处理的地层水（或模拟地层水）作为实验流体。

速敏性评价实验报告及关系曲线如图所示。

2、水敏性评价实验（1）水敏概念及实验目的指油气层中的粘土矿物遇淡水后，造成某些粘土矿物就会发生膨胀、分散、运移，从而减小或堵塞地层孔隙和喉道，造成渗透率的降低现象。

水敏实验的目的是了解粘土矿物遇淡水后的膨胀、分散、运移过程，找出发生水敏的条件及水敏引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计提供依据。

（2）原理及评价指标首先用地层水测定岩心的渗透率K f ，然后再用次地层水（地层水浓度为原始地层水浓度的1/2）测定岩心的渗透率，最后用淡水测定岩心的渗透率K w ，从而确定淡水引起岩心中粘土矿物的水化膨胀及造成的损害程度，如图所示。

水敏损害评价程序如图所示，评价指标见下表。

水敏性评价实验报告及关系曲线如图所示。

3、盐敏评价实验（1）盐敏概念及实验目的盐敏是指由于高于地层水矿化度的工作液滤液进入油气层引起粘土的收缩、失稳、脱落及低于地层水矿化度的工作液滤液进入油气层后而引起粘土的膨胀和分散，并导致油气层孔隙空间和喉道的缩小及堵塞、渗透率的下降从而损害油气层的现象。

因此，盐敏评价实验目的是分析储层粘土矿物在原始地层水条件下吸水动态平衡后的膨胀程度，评价其随盐度变化的再次膨胀特征；确定第一、第二临界盐度，评价不同矿化度下渗透率损失程度；确定盐敏渗透率损害率，评价盐敏损害程度。

（2）原理及评价指标通过向岩心注入不同矿化度等级的盐水（按地层水的化学组成配制），并测定各矿化度下岩心对盐水的渗透率，根据渗透率随矿化度的变化来评价盐敏损害程度，找出盐敏损害发生的条件。

根据实际情况，一般要作升高矿化度和降低矿化度两种盐敏评价实验。

对于升高矿化度的盐敏评价实验，第一级盐水为地层水，将盐水按一定的浓度差逐级升高矿化度，直至找出临界矿化度C c2或达到工作液的最高矿化度为止。

对于降低矿化度的盐敏评价试验，第一级盐水仍为地层水，将盐水按一定的浓度差逐级降低矿化度，直至注入液的矿化度接近零为止，求出的临界矿化度为C c1。

敏感性评价程序如图所示。

如果矿化度C i-1对应的渗透率K i-1与矿化度C i 对应的渗透率K i 之间满足下述关系：11*100%5%i i i k k k ---≥ 说明已发生盐敏，并且矿化度C i-1，即为临界矿化度C c 。

按此标准，在升高矿化度实验时可以确定临界矿化度C c2，而在降低矿化度实验时可以确定临界矿化度C c1。

盐敏程度参照水敏程度表。

关系曲线图如图所示。

4、碱敏评价实验（1）碱敏概念及实验目的地层水pH 值一般呈中性或弱碱性，而大多数钻井液的pH 值在8~12之间，二次采油中的碱水驱也有较高的pH 值。

当高pH 值流体进入油气层后，将造成油气层中粘土矿物和硅质胶结的结构破坏（主要是粘土矿物解理和胶结物溶解后释放微粒），从而造成油气层的堵塞损害；此外，大量的氢氧根与某些二价阳离于结合会生成不溶物，造成油气层的堵塞损害。

因此，碱敏性是指碱液进入地层后与地层中的碱敏矿物及地层流体发生反应，产生沉淀或释放出微粒，使地层渗透率下降的现象。

÷碱敏评价实验目的在于了解现场施工过程对地层所用的工作液是否会对地层发生损害及损害的程度，以求比较有效的处理方法；分析碱敏渗透率损失率曲线特征，评价不同pH 值环境下碱化后驱替液渗流能力；确定碱敏指数，评价碱敏（强弱）程度。

（2）原理及评价指标通过注入不同pH 值的地层水并测定其渗透率，根据渗透率的变化来评价碱敏损害程度，找出碱敏损害发生的条件。

现行的部颁标准中没有规定碱敏实验的具体作法和评价指标，通过这几年的工作，我们建立了如下评价方法：① 不同pH 值盐水的制备，根据实际情况，一般要从地层水的pH 值开始，逐级升高pH 值，最后一级盐水pH 值可定为12。

② 将选好的岩心抽真空饱和第一级盐水，并浸泡20~24h ，在低于临界流速的条件下，用第一级盐水测出岩心稳定的渗透率K 1。