第三章储层损害的室内评价.

第三章储层损害的评价方法在开发一个油田或实施一项油井工程作业之前，首先应该弄清楚以下问题：1.油层岩石和流体特性怎样?2.当油层原始的化学、水动力学和热动力学条件失去平衡时是否会造成损害?3.发生损害的类型和原因?4.采用什么措施才能减少油气层损害等问题。这就需要有一套科学的方法对储层潜在的损害因素及各种类型的损害进行评价。第三章储层损害的评价方法认识油层损害不仅需要应用多方面的知识，更需要采用先进的实验技术，在实验室内首先进行损害机理研究，弄清楚损害类型和损害程度，以及防止和有效处理地层损害的措施。发展史1.国外：（1）40~50年代就开始了油层损害的室内实验研究，主要是以岩心流动实验为基础，用渗透率的变化情况来判断发生损害的问题；（2）70年代以来，X-射线衍射仪、电子扫描显微镜、图像分析系统等电子仪器广泛应用于储集层岩石的研究；借助微电脑技术采用物理模拟和数学模拟手段来研究地层孔隙中固体微粒的运移、微粒的侵入深度、地层中流体运动状态、地层渗透率随时间、流速及温度的变化等；（3）80年代，逐步形成了采用多种方法进行系列试验的实验技术；（4）目前，国外已能通过开展室内实验对特定的油气层发生地层损害的原因进行预测，并提出相应的防止或减轻损害的措施。2.国内起步较晚，80年代初仍处于初级阶段。近十几年发展很快。辽河、华北、中原、长庆、四川等油田针对钻井完井中的油层保护问题，较系统地研究了评价油层损害的各种实验方法，形成了一套能适用于不同类型油藏的评价实验程序，为我国深入进行油层损害机理研究，指导工程设计中完善保护油层的措施奠定了基础。发展史室内评价实验流程第一节油气层敏感性评价代表性岩样的选择步骤：1.岩样的钻取：在钻取岩样时，最好从一块岩心中钻取几块相同的样品，以供多项分析使用；然后再进行岩样的清洗（用煤油或高矿化度盐水作润滑剂和清洗剂）。2.岩样孔隙度和渗透率的测定3.岩样的选取：在坐标纸上作出岩样的K～φ关系图，画出回归曲线，以此作为选择岩样的依据。该关系曲线也可用已有的孔、渗资料，用最小二乘法回归处理而得。如下图所示：第一节油气层敏感性评价一、敏感性评价实验油气层敏感性评价包括速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏五敏实验，具体实验方法基本按“砂岩储层岩心流动实验评价程序”部颁标准执行，其目的在于找出油气层发生敏感的条件和由敏感引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计、油气层损害机理分析和制定系统的油气层保护技术方案提供科学依据。第一节油气层敏感性评价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。第一节油气层敏感性评价目的：（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，以及确定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损害评价实验流速的合理确定提供依据。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。因此，速敏评价实验是非常重要的。第一节油气层敏感性评价（2）步骤及评价指标以不同的注入速度向岩心中注入实验流体（煤油或地层水），并测定各注入速度下岩心的渗透率，从渗透率与注入速度的变化关系上，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。如果流量Qi-1对应的渗透率Ki-1与流量Qi对应的渗透率Ki满足下式，说明已发生速度敏感，流量Qi-1即为临界流量。%5%10011iiiKKK第一节油气层敏感性评价表1速敏程度评价指标损害程度30%30%~70%70%速敏程度弱中等强损害程度=(Kmax－Kmin)/Kmax×100%Kmax渗透率变化曲线中各渗透率点中的最大值，μm2Kmin渗透率变化曲线中各渗透率点中的最小值，μm2注意：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。第一节油气层敏感性评价2.水敏评价实验（1）水敏概念及实验目的油气层中的粘土矿物在原始的地层条件下处在一定矿化度的环境中，当淡水进入地层时，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，造成渗透率降低。油气层的这种遇淡水后渗透率降低的现象，称为水敏。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。第一节油气层敏感性评价（2）步骤及评价指标首先用地层水测定岩心的渗透率Kf，然后再用次地层水测定岩心的渗透率，最后用淡水测定岩心的渗透率KW，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。评价指标见表2。表2水敏程度评价指标KW/Kf0.30.3~0.70.7水敏程度强中等弱第一节油气层敏感性评价3.盐敏评价实验（1）实验目的找出盐敏发生的条件，以及由盐敏引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计提供依据。第一节油气层敏感性评价（2）步骤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。第一节油气层敏感性评价根据实际情况，一般要做升高矿化度和降低矿化度两种盐敏评价实验。（1）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Cc2或达到工作液的最高矿化度为止。（2）对于降低矿化度的盐敏评价实验，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Cc1。第一节油气层敏感性评价如果矿化度Ci-1对应的渗透率Ki-1与矿化度Ci对应的渗透率Ki之间满足下述关系：%5%10011iiiKKK说明已发生盐敏，并且矿化度Ci-1即为临界矿化度Cc。按此标准，在升高矿化度实验时可以确定临界矿化度Cc2，而在降低矿化度实验时可以确定临界矿化度CC1。第一节油气层敏感性评价表3盐敏程度评价指标损害程度30%30%~70%70%敏感程度弱中等强损害程度=(Kmax－Kmin)/Kmax×100%Kmax渗透率变化曲线中各渗透率点中的最大值，μm2Kmin渗透率变化曲线中各渗透率点中的最小值，μm2第一节油气层敏感性评价损害程度的计算方法见下式，评价指标见表3。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，三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子结合会生成不溶物，造成油气层的堵塞损害。因此,碱敏评价实验之目的是找出碱敏发生的条件，主要是临界pH值，以及由碱敏引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计提供依据。第一节油气层敏感性评价（2）步骤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。a.制备不同pH值的盐水，根据实际情况，一般要从地层水的pH值开始，逐级升高pH值，最后一级盐水的pH值可定为12。b.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，用第一级盐水测出岩心稳定的渗透率K1。c.注入第二级盐水，浸泡20~24h，在低于临界流速的条件下，用第二级盐水测出岩心稳定的渗透率K2。d.改变注入盐水的级别，重复第(3)步，直至测出最后一级盐水处理后的岩心的稳定渗透率Kn第一节油气层敏感性评价如果pHi-1盐水的渗透率Ki-1，与pH盐水的渗透率Ki之间满足(Ki-1-Ki)/Ki-1≥0.05的条件，说明已发生碱敏，则pHi-1即为临界pH值。表4敏感程度评价指标(Kmax－Kmin)/Kmax×100%30%30%~70%70%碱敏程度弱中等强第一节油气层敏感性评价5.酸敏评价实验（1）酸敏概念及实验目的酸化是油田广泛采用的解堵和增产措施，酸液进入油气层后，一方面可改善油气层的渗透率，另一方面又与油气层中的矿物及地层流体反应产生沉淀并堵塞油气层的孔喉。油气层的酸敏性是指油气层与酸作用后引起渗透率降低的现象。酸敏实验目的：研究各种酸液的酸敏程度，其本质是研究酸液与油气层的配伍性，为油气层基质酸化和酸化解堵设计提供依据。第一节油气层敏感性评价（2）步骤及评价指标酸敏实验包括鲜酸（一定浓度的盐酸、氢氟酸、土酸）和残酸（可用鲜酸与另一块岩心反应后制备）的敏感实验。①用地层水测基础渗透率，再用煤油测出酸作用前的渗透率K1(正向)；②反向注入0.5~1.0倍孔隙体积的酸液；③用煤油正向测出恢复渗透率K2。用实验所测的两个渗透率K1和K2,计算K2/K1的比值来评价酸敏程度。第一节油气层敏感性评价表5酸敏程度评价指标K2/K10.30.3~0.70.7酸敏程度强中等弱综上所述，五敏实验是评价和诊断油气层损害的最重要的手段之一。一般说来，对每一个区块，都应做五敏实验，再参照表5进行保护油气层技术方案的制定，并指导生产。但对于某些储层还要作应力敏感性评价。第一节油气层敏感性评价6.应力敏感性评价油气层岩石在井下受到上覆岩石压力(PV)和孔隙流体压力（即地层压力PR）的共同作用。上覆岩石压力仅与埋藏深度和上覆岩石的密度有关，对于某点岩石而言，上覆岩石压力可以认为是恒定的。油气层压力则与油气井的开采压差和时间有关，随着开采的进行，由于生产压差的作用油气层压力下降。这样岩石的有效应力(σ=PV－PR)就增加，使孔隙流道被压缩，尤其是裂缝孔隙型流道更为明显，导致油气层渗透率下降而造成应力敏感性损害，影响应力敏感损害的因素是：压差、油气层自身的能量和油气藏的类型。第一节油气层敏感性评价（1）评价应力敏感性的目的①准确地评价储层，通过模拟围压条件测定孔隙度可以将常规孔隙度转换成原地条件，有助于储量评价；②求出岩心在原地条件下的渗透率，便于建立岩心测试渗透率Kc与原地渗透率Ke的关系；③为确定合理的生产压差提供依据。第一节油气层敏感性评价（2）评价应力敏感性的实验程序①选取天然裂缝性岩心，准确量取裂缝性岩样的几何尺寸，并称取岩样的干重，测其氮气渗透率；②将裂缝性岩样用标准盐水抽真空饱和，然后称取岩样的湿重，并计算其孔隙度；③将岩样放入岩心夹持器中，首先用标准盐水进行驱替，待压力稳定后测其盐水渗透率；④用煤油驱替建立束缚水饱和度。然后用煤油驱替，测定在不同的有效应力条件下裂缝性岩样的油相渗透率。实验时泵流量固定在0.8倍临界流速。围压变化范围控制在1-24MPa范围内；⑤利用计算机绘制裂缝性岩样的渗透率与有效应力之间的关系曲线，计算应力敏感损害度。第一节油气层敏感性评价（3）评价应力敏感性的定量指标1应力敏感性损害度（R），其定义如下：0min010logKKKRK0——初始渗透率（升高围压曲线起始点），10-3μm2；Kmin——最低渗透率（一般为升高围压曲线终止点），10-3μm2；——有效应力变化值，MPa；R——应力敏感性损害度。第一节油气层敏感性评价R损害程度3~2弱2~1中1~0强应力敏感性评价指标1传统的油层损害的损害度R，只是岩样渗透率降低的百分率，没有考虑有效应力的变化幅度，不能直接反映有效应力的影响。应力敏感性损害度R则反映了有效应力变化幅度，更具科学性和实用性。一般情况下，应力敏感性损害度R越小，岩样的应力敏感损害越严重。第一节油气层敏感性评价（4）评价应力敏感性的定量指标2用无量纲渗透率（Ki/K1000）1/3与lgσi作图得一直线，以直线的斜率S