储层保护技术

油气层损害及保护技术勘探与生产工程监督中心讲授内容一、油气层损害概念、油气层保护重要性及原则二、油气层损害机理三、保护油气层所需资料及其取得方法四、钻井过程中储层损害原因及保护技术五、小结一、油气层损害概念、保护油气层重要性及原则（一）油气层损害概念油气层损害是指油井完井及生产阶段，在储层中造成的减少油气藏产能或降低注气、注液效果的各种阻碍。（二）保护油气层的重要性各个作业过程都可能损害储层:钻井、完井、试油等油井作业过程中，固相/滤液进入储层发生作用，不适当工艺，引起有效渗透率降低,损害储层储层损害的危害性:降低产出或注入能力及采收率，损失宝贵的油气资源，增加勘探开发成本保护储层的作用与意义：是加快勘探速度、提高油气采收率和增储上产的重要技术组成部份，是保护油气资源的重要战略措施，对促进石油工业、少投入、多产出、和贯彻股份公司以效益为中心的方针都具有十分重要的作用（二）保护油气层的重要性-有利于发现和正确评价油气层探井损害储层，可将有希望的储层被误判为干层或不具开采价值,搞好钻井、完井、试油保护油气层有利于发现油气层和正确评价油气层辽河荣兴油田：1980年之前钻9口探井，均因储层损害判为没有工业价值；1989年，采用保护储层配套技术重新钻探17口井，均获工业油流，新增含油气面积18.5km2，探明原油储量上千万吨，天然气几十亿立方米。华北岔37井第16和19层，钻井污染，电测解释为水层，射孔试油分别排出59m3和37m3钻井液滤液后，都基本出纯油，分别产油16.5t/d和11.7t/d。（二）保护油气层的重要性-有利于提高产能及开发效益保护储层可减少储层损害，有利于提高储层产能及勘探开发效益新疆夏子街油田，勘探初期用普通钻井液钻井，日产油仅3-6t；投入开发时，用保护储层钻井液钻开油层，完井后投产，日产油一般8-9t，最高达每天24t，储层级别从三类提高到二类。吐哈温米油田，开发方案设计需压裂投产才能达到所需产能，但钻167口开发井时，全面推广使用与储层特性配伍的钻井完井保护油层技术，射孔后全部井自喷投产，单井产能比设计产量提高20-30%。使用的保护储层技术每口井多投入10000元，却省掉了压裂工序，节省费用几十万元。（三）保护油气层技术的原则1、保护为主，解除为辅原则2、针对性原则3、配伍性原则4、效果与效益结合原则二、损害机理(一)油气层损害实质及类型(二)油气层损害内因(三)油气层损害外因(四)气藏特殊损害(五)油气层损害特点(一)油气层损害实质及类型油气层损害实质内因+外因有效渗透率下降内因：油气层潜在损害因素油气藏类型油气层敏感性矿物油气层储渗空间特性油气层岩石表面性质油气层流体性质(一)油气层损害实质及类型外因：引起油气层损害的条件工作液的性质生产或作业压差温度生产或作业时间环空返速有效渗透率下降：渗流空间缩小绝对渗透率降低流动阻力增加相对渗透率降低(一)油气层损害实质及类型油气层损害类型1.缩小或堵塞渗流空间的损害★外界固相颗粒侵入堵塞(固相损害)★储层微粒水化膨胀/分散(水敏损害)★微粒运移(速敏损害)★出砂★无机沉淀(包括二次沉淀)★有机沉淀★应力敏感压缩岩石★细菌堵塞★射孔压实(一)油气层损害实质及类型2.增加流动阻力的损害★水锁效应★贾敏效应★乳化堵塞★高粘液体损害★润湿性反转毛细管力引起（二）油气层损害内因1、油气藏类型2、油气层渗流空间3、油气层敏感性矿物4、油气层岩石表面性质5、油气层流体性质1、油气藏类型-分类按岩性分碎屑岩(主要为砂岩)油气藏、碳酸盐岩油气藏、砾岩油气藏按储集空间特点分粒间孔隙型，如砂岩油气藏;裂缝孔隙型，如碳酸盐岩油气藏裂缝性油气藏，如变质岩、火成岩按储层渗透性分特高渗油气藏:K2000md高渗油气藏：500mdK2000md中渗油气藏：100mdK500md低渗油气藏:10mdK100md特低渗油气藏;K10md按储层流体性质分气藏、凝析气藏、稀油油藏、稠油油藏1、油气藏类型-与储层损害关系（1)高渗透和裂缝性油气藏易发生较严重的固相堵塞损害，不易发生水锁损害原因：流动通道较大，固相颗粒可侵入很深，液相侵入易于返排（2)稠油油藏和高渗透油藏易产生出砂损害原因：这两类油藏一般胶结不好，受流体流动冲击易散架（3)低渗和特低渗油气藏易发生较严重的水锁和水敏损害，不会发生严重的固相堵塞损害原因：这两类油气藏一般孔喉小，泥质含量高，固相不易进入，液相进入难以返排和易引起粘土膨胀1、油气藏类型-与储层损害关系(4)低渗透的气藏比低渗透的油藏水锁损害更严重原因：水取代气比水取代油更容易，水可进入更小的气藏孔道，返排过程中气又难以驱走小孔道中的水(5)高粘油藏易发生有机沉淀堵塞损害原因：高粘原油含较高的蜡质、胶质和沥青质，温度、压力变化易析出这些物质(6)多数砂岩油藏都存在程度不同的速敏和水敏损害原因：几乎所有砂岩油藏都含有一定的地层微粒和水敏粘土矿物2、油气层渗流空间-概念储层岩石中未被矿物颗粒、胶结物或其它固体物质占据的空间称为渗流空间或孔隙空间，渗流空间由孔隙和喉道构成。孔隙：骨架颗粒包围着的较大空间孔隙大小反映储集能力喉道：两个较大空间的收缩部分喉道大小和形状控制渗透能力渗流空间反映了储层的储集性和渗透性孔隙喉道胶结物骨架颗粒2、油气层渗流空间-损害关系1)孔喉大小与油气层损害的关系孔喉越大，越易受到固相侵入损害孔喉越小，越易受到液相的损害2)孔喉弯曲度和孔隙连通性与油气损害的关系孔喉弯曲度越大，孔隙连通性越差,储层孔喉越易受到损害3)渗透性与油气层损害的关系渗透性好的储层，易受到固相侵入损害；渗透性差的储层，易受到水敏、水锁和微粒堵塞损害3、油气层敏感性矿物-定义与特点定义：油气层中易与流体发生物理、化学和物理/化学作用，而导致油气层渗透率下降的矿物，称之为敏感性矿物。特点：(1)粒径很小，一般小于37μm(2)比表面积大(3)多数位于易与流体作用的部位3、油气层敏感性矿物-类型按引起油气层损害类型分为：水敏性矿物：蒙脱石、混层矿物、降解伊利石和降解绿泥石、水化白云母晶格水化膨胀/分散引起损害盐酸酸敏性矿物：富含铁绿泥石、含铁碳酸岩、赤铁矿等二次沉淀和释放微粒引起损害土酸酸敏性矿物：方解石、白云石、钙长石、沸石、粘土等生成CaF2、非晶质SiO2和其它化学沉淀碱敏性矿物：长石、微晶石英、蛋白石、粘土矿物等生成凝胶沉淀和增加粘土负电荷速敏矿物：各类固结不紧的粒径37μm的敏感性矿物微粒运移堵塞3、油气层敏感性矿物-与储层损害关系敏感性矿物类型决定损害的类型蒙脱石：水敏；绿泥石：酸敏；高岭石和伊利石：速敏敏感性矿物含量影响油气层损害程度敏感性矿物含量越高，损害越严重敏感性矿物产状影响油气层损害程度敏感性矿物越接近孔隙中心，聚集颗粒越小或越细，受流体的冲击力越大和与流体接触的面积越大，则引起的速敏和其它敏感性损害的程度越大。4、岩石表面性质-比表面积1)定义及单位定义：单位体积岩石内颗粒的总表面积单位：平方厘米/立方厘米2)岩石的比表面与颗粒大小的关系岩石的颗粒越细，比表面越大砂岩：比表面950cm2/cm3细砂岩：比表面950～2300cm2/cm3粉砂岩：比表面2300cm2/cm33)岩石的比表面与油气层损害的关系比表面越大，岩石孔道越小，岩石与流体接触面积越大，作用越充分，引起的油气层损害越大4、岩石表面性质-润湿性1)定义及表示定义：液体在岩石表面的铺展情况,能铺展润湿，否则，不润湿润湿示意图非润湿示意图润湿程度的表示：接触角θθ完全润湿：θ＝0o润湿：θ90o中性润湿：θ＝90o非润湿：θ90o全不润湿：θ＝180o4、岩石表面性质-润湿性2)油层岩石的润湿性油层岩石的润湿变化很大:有水润湿(亲水)油层：亲水为主，也亲油有油润湿(亲油)油层：亲油为主，也亲水有中间润湿(中性)油层：亲油亲水程度相近3)润湿性与油气层损害的关系影响油水的微观分布影响相对渗透率大小影响油层的采收率影响毛细管力的大小和方向影响微粒的运移情况两性润湿油润湿水润湿5、油气层流体性质-地层水1)与油气层损害有关的地层水性质矿化度：地层水中的含盐量范围：几千～几十万mg/L离子成分：阳离子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+等阴离子：Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、F-等水型：CaCl2、NaHCO3、MgCl2、Na2SO4pH值2)地层水性质与油气层损害的关系影响无机沉淀损害情况影响有机沉淀损害情况影响水敏损害程度高分子处理剂盐析现象5、油气层流体性质-原油与天然气原油1)与油气层损害有关的性质含蜡量，粘度，胶质、沥青质和硫含量，析蜡点，凝固点2)与油气层损害的关系影响有机沉淀的堵塞情况引起酸渣堵塞损害引起高粘乳状液堵塞损害天然气性质1)与油气层损害有关的性质H2S和CO2的含量2)与油气层损害的关系腐蚀产物引起损害生成无机沉淀（三）油气层损害外因1、进入储层流体的性质2、作业或生产压差3、作业流体与地层流体的温差4、作业或生产时间5、作业流体的环空返速1、进入储层流体的性质(1)流体中固相颗粒1)固相颗粒:有用固相、无用固相;2)损害类型:堵塞孔喉;3)损害机理:压力作用下,流体中固相进入储层,缩小油气层孔道半径,甚至堵死孔喉,对油气层产生损害;4)影响固相损害程度因素:固相颗粒与孔喉直径匹配关系;施工作业参数:压差、剪切速率和作业时间;5)外来固相损害特点近井地带造成较严重的损害;颗粒粒径小于孔径的十分之一,且浓度较低时,侵入深度大,损害程度可能较低,随时间会加大损害;对于中、高渗透率储层,尤其是裂缝性储层,外来固相造成的损害相对较大.(2)流体中滤液性质1)流体的pH值影响下列损害情况：无机沉淀有机沉淀碱敏损害2）流体的矿化度和抑制性影响水敏损害的程度引起聚合物析出损害1、进入储层流体的性质3）流体中离子成分影响无机沉淀损害情况4）流体的粘度增加流动阻力5）表面活性剂类型和含量影响油层岩石的润湿性影响油水界面张力2、其它外因(1)作业或生产压差微粒运移损害压力敏感损害无机沉淀损害有机沉淀损害储层出砂和坍塌压漏地层增加损害的程度(2)作业流体与地层流体温差影响有些敏感性损害的程度影响无机沉淀的生成影响有机沉淀的生成影响细菌损害情况(3)作业或生产时间影响损害的程度(4)作业流体的环空返速影响损害的程度(四)气藏特殊损害★(1)气层压力敏感性(2)气层流速敏感性★(3)水侵损害(4)油侵损害压力损害水侵损害主要损害(四)气藏特殊损害-压力敏感性损害定义:随着天然气的采出,储层的孔隙压力必然下降,上覆岩石压力与储层孔隙压力之间会产生更大的压差,该压差破坏了储层岩石原有的压力平衡,使储层岩石受到压缩,导致孔隙度和渗透率降低.影响因素:(1)生产或作业负压差大小;(2)储层自身能量;(3)储层类型,裂缝性储层的压力敏感性比孔隙性压力敏感性强;(4)储层性质,储层渗透率越低,孔隙越小,泥质含量越高,压力敏感性越强;损害特点:压力敏感性一旦发生,会带来永久性损害;(四)气藏特殊损害-水侵损害定义:与气层岩石配伍的水进入气层后引起的渗透率降低.损害类型:低矿化度水:水锁损害;高矿化度水:水锁损害(小孔隙);盐结晶损害(大孔道);影响因素:储层喉道大小;侵入水的矿化度;损害特点:一旦发生,会对储层产生永久损害;（五）油气层损害特点●普遍存在性存在于各个生产和作业环节存在于油井的整个寿命周期●原因多样性同一生产或作业过程,存在多种损害相互联系性一种损害可加重或引起另一种损害●具有动态性一种损害发生后会引起内因变化随生产的进行,内因不断变化，内因变化,损害机理变化●不可逆性油气层发生损害后,要完全解除损害很难三、保护油气层所需资料及其取得方法（一）概述（二）室内分析资料（三）现场资料及其作用（一）概述1、作用分析损害机理、研究保护技术和制定保护技术方案等，必须建立在大量实验分析资料和现场资料的基础上，所以，认识油气层特性的资料调研分析和室内分析化验评价是保护油气层技术研究不可缺少的重要组成部分，也是保护油气层这一系统工程的起始点。2、类型室内