油气层损害机理及其控制方法

油气层损害机理及其控制方法1一、保护油气层技术概述二、保护油气层技术发展概况三、保护油气层技术现场应用四、钻井过程中保护油气层的钻井液技术五、油田开发过程中的保护油气层技术主要内容2一、保护油气层技术概述保护储层技术是一项多专业、多学科的综合配套技术，简单地讲就是在油气层勘探开发中防止储层伤害，低成本高效率地勘探开发油气层的系列技术。3几个重要的概念：几个重要的概念：储层、储集层、油层、油气层–凡是能够储集石油和天然气等，并在其中流动的岩层称为储集层。（reservoir,gasoroil–bearingreservoir）地层损害、地层污染、油气层污染、油(气)层伤害（formationdamage)–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下降的现象4保护油气层技术、保护储(集)层技术、防止地层污染技术–保护储层技术是一项多因素多学科的综合配套技术，简单地讲就是在油气层勘探开发中防止储层伤害，低成本高效率地勘探开发油气层的系列技术。511、问题的提出、问题的提出地层损害导致的危害：地层损害导致的危害：降低产能与产量，影响试油与测井资料解释的正确性，严重时导致误诊、漏掉油气层，还会造成储层储量与产能估算不准、影响合理制定开发方案。增加试油、酸化、压裂、解堵、修井等井下作业的工作量，增加油气生产成本。影响最终采收率。消除地层损害的技术措施成本高、作用效果有限。6例：用有效井眼半径表示地层损害程度假设试井参数的有效井眼半径为rw´，井眼半径为rw,则rw´=rw*e-s，进一步假设，rw=15.24cm，s=19.78则有rw´=39.01×10-9cm7用有效半径表示地层损害程度对比对比项目情况Kd/K0表皮系数Ｓ井眼半径rw有效井眼半径rw’分析对比地层损害1/1019.7815.2439.01*10-9有效半径只有原来的近亿分之一，可见产油气相当困难酸化改造1/10-19.815.24110有效半径比原来昀大7.2倍，虽有所昀大，但改善的程度有限8例：江汉油田王平一井该井目的层为江汉特有的盐间非砂岩地层。储层裂隙发育、岩石矿物成份复杂，钻井过程中泥浆伤害油气层严重，该井投产后日产3-30吨，但产量迅速下降，通过土酸酸化、冲检作业产量才有所恢复，酸化冲洗作业过程中返出了大量的泥浆、重晶石，表明钻井完井过程中储层受到了严重的污染损害。9保护油气层的重要性勘探过程中，保护油气层工作的好坏直接关系到能否及时发现新的油气层，油气田和对储量的正确评价。保护油气层有利于油气井产量及油气田开发经济效益的提高。油田开发生产各项作业中，搞好保护油气层有利于油气井的稳产和增产。1022、保护油气层技术的特点、保护油气层技术的特点a、系统性保护油气层技术是一项涉及多学科、多部门的系统工程技术。认识储集层、保护储集层和开发（含改造）储集层要注意以下四个方面：•认识储集层、保护储集层和开发改造储集层都是一项系统工程•各个作业环节都存在地层损害，因此保护油气层技术要互相配合，按系统工程进行整体优化；•储集层损害的诊断、预防和处理、改造也是一项系统工程；•保护油气层的技术和经济效益也是一项系统工程。11b、针对性保护油气层技术的针对性很强。•储层特征不同（储层岩石、矿物组成、物性特征、流体性质等）•作业特征及其开发方式不同•储层产能不同12c、高效性保护油气层技术是一项少投入、多产出的新技术。•保护储层单井投入相对较低•实施保护技术后对于一个高产井每提高１％的产量就意味着巨大的经济效益；•降低生产井改造成本；•延长油气井生产寿命；•提高油气田最终采收率；•提高注水井注水效益，降低其成本。13常规岩心分析技术：常规岩心分析、X-衍射分析、扫描电镜分析、薄片分析、毛管压力分析等油气水分析特殊岩心分析技术：微模型可见技术、CT(ComputerizedTomograph)、核磁共振扫描成象技术NMRI(NuclearMagneticResonanceImaging)分析手段(1)(1)岩心分析和储层特征研究技术岩心分析和储层特征研究技术3、油气层损害机理14资料收集、岩心观察——宏观描述，裂缝普通岩心分析——孔隙度、渗透率、饱和度、薄片分析、SEM、XRD、化学分析、能谱/电子探针、压汞毛管压力曲线测定特殊岩心分析流体性质目的——物性、孔喉、结构和矿物内部环境和外部环境潜在损害问题分析和预测15(2)(2)油气层损害的室内评价油气层损害的室内评价静态、动态敏感性实验—油（水）速敏、水敏、碱敏、酸敏、应力敏感正反向流动实验体积流量评价系列流体渗透率评价酸液评价润湿性评价相对渗透率离心机法毛管压力曲线快速评价钻井完井液体系评价实验（模拟损害实验）16(3)(3)损害机理诊断（潜在或已经发生）损害机理诊断（潜在或已经发生）岩心组成、结构、物性分析、潜在问题作业环节、施工条件、工作流体性质调查中途测试、测井、完井测试（试油）分析模拟实际工况下流体——岩石相互作用实验岩心的代表性损害机理17aa、钻井过程中的损害、钻井过程中的损害损害类型固相颗粒侵入粘土矿物水化、去水化—水敏、盐敏、碱敏毛细管作用—水锁、乳化堵塞、润湿反转化学沉淀微粒运移处理剂吸附井喷、井漏、井塌影响损害的工艺因素压差UP浸泡时间环空流速和流态钻井完井液体系及性能—固相含量粒子级配液相与地层流体配伍性液相与储层岩石配伍性处理剂性质4、油气层损害控制(1)(1)钻井钻井18bb、保护油气层钻井技术、保护油气层钻井技术选用与油气层相配伍的钻井液——水基、油基、气体类降低压差，实现近平衡钻井——孔隙、破裂、坍塌压力和地应力剖面——合理井身结构，裸眼段处于同一压力系统缩短浸泡时间搞好中途测试防止井喷、井漏、井塌等复杂情况19aa、固井作业中的损害、固井作业中的损害固井质量问题——油气水层相互干扰和窜流——注入流体在各层中窜流——油气窜入非产层固相侵入液相侵入水泥浆过早固结，井漏(2)(2)固井固井20bb、保护油气层固井技术、保护油气层固井技术提高固井质量——改善水泥浆性能——选用合理密度，控制压差，防油气侵和井漏——提高顶替效率——防水泥浆失重引起环空窜流——推广应用注水泥设计软件降低水泥浆滤失量——小于250ml钻井采用屏蔽暂堵技术21aa、保护油气层完井技术、保护油气层完井技术完井方式——射孔完井——裸眼完成——割缝衬管——砾石充填油气藏地质特性工程措施及开发要求(3)(3)完井完井22bb、保护油气层的射孔完井技术、保护油气层的射孔完井技术损害因素成孔过程损害——固相堵塞射孔参数不合理射孔压差不当——压持效应射孔液损害保护技术负压差射孔，确定合理负压值配伍的优质射孔液射孔参数优化设计与屏蔽暂堵技术配套实施23(4)(4)保护油气层试油（气）技术保护油气层试油（气）技术损害表现频繁起下管柱，增加压井机会工序配合不紧凑，延长压井时间压井液性能不良保护技术采用多功能管柱—射孔和测试联作—射孔和有杆泵生产联作各工序配合紧凑，缩短压井等候时间采用优质压井液24(5)(5)保护油气层酸化技术保护油气层酸化技术损害方式酸渣生成水敏溶解胶结物，出砂微粒运移液锁Fe(OH)3,CaF2沉淀二次沉淀前置液损害外加剂损害固相侵入保护措施抗酸渣剂、前置液控制滤失，加粘土稳定剂优选配方控制注入排量和反排速度防乳化预处理，铁螯合剂预处理配伍性，加互溶剂筛选处理剂工作液严格过滤25(6)(6)保护油气层压裂技术保护油气层压裂技术损害方式液锁压裂液残渣水敏乳化固相侵入保护措施降低油水界面张力，注气，热处理优选压裂液加粘土稳定剂防乳化剂严格过滤26aa、开发生产中的损害特点、开发生产中的损害特点•油气藏动态性—流体、物性、岩性、应力•损害周期长——可达油气田整个生命期•损害范围大——井间任何部位•损害复杂性——设备多、工艺流程长•损害叠加性——系列过程损害叠加•损害累积性——使某些微弱的损害强化(7)(7)开发开发27bb、开发生产中的保护技术、开发生产中的保护技术•注水过程中的保护技术•混相驱过程中的保护技术•注蒸汽过程中的保护技术•聚合物驱过程中的保护技术•ASP复合驱过程中的保护技术•采气过程中的保护技术28(8)(8)油气层损害的矿场评价技术油气层损害的矿场评价技术•目的——评价损害程度（油气层保护程度）——求取有效渗透率•应用方面——及时发现——正确评价——判定损害原因和作业环节——为解除损害提供依据29aa、油气层损害的矿场评价技术、油气层损害的矿场评价技术试井评价•试井资料分析•——常规试井•——现代试井•产量递减分析•注入能力递减分析•表皮系数测井评价•时间推移测井•深浅双测向测井和微球形聚焦测井•统计回归分析30bb、表皮系数（、表皮系数（SS））油气藏类型油气藏类型损损害害自然状态自然状态强强化化孔隙性均质000裂缝性非均质-3-3-3对于均质油气藏S=0－22－1010轻微较严重严重S=0－22－55－1010轻微中等较严重严重31(9)(9)油气层损害诊断与控制的软件系统油气层损害诊断与控制的软件系统•保护油气层技术数据库•敏感性预测软件•实验结果处理软件•损害模拟软件•伤害源分析系统•工作液设计软件•试井分析集成软件•优化射孔软件•直井、水平井产能预测软件•欠平衡钻井设计软件32(10)(10)保护油气层的基本原则保护油气层的基本原则a、以预防为主，解堵为辅地层损害常常是不可逆的解堵损害困难、成本高、效果差b、尽可能不让入井流体进入或少进入油气层入井流体进入后可能造成地层岩石或流体复杂的物理化学变化入井流体返排常常困难c、进入的流体应与储层岩石或流体配伍33d、系统实施保护油气层技术防止保护油气层的效果因后期作业而前功尽弃e、优选各项保护油气层技术时，注意技术的先进性、有效性、经济性和可行性34储层特征储层潜在损害因素诱发因素地层损害机理、原因及程度保护油气层技术（具体技术）现场试验推广应用实施思路35四个阶段：第一阶段第一阶段1960年前——概念形成阶段国外已开展防止地层损害技术和研究，并在生产中有所应用。50年代川中会战，60年代大庆会战。二、储层保护技术的发展概况36国外研究历程Fancher(1933)实验发现K空气与K水不一致。JohnsonandBeeson(1945)发现K淡水与K盐水也不一样，受粘土含量和蒙脱石含量控制。Monaganetal(1959)提出地层损害的概念，如何恢复淡水损害的渗透性，防止淡水与粘土作用。Jonnes(1964)发现高矿化度变化为淡水产生土锁(clayblocking)。LandandBaptist(1965)数百块岩心实验未能建立蒙脱石与水敏损害程度的关系，表明粘土膨胀不是产生水敏的主要原因。Mungan(1965)揭示不含膨胀性粘土的地层也照样会发生损害，且还会由pH值的变化引起。37提出诊断水敏性的配套分析技术，包括流动实验、XRD、膨胀实验、显微镜观察粘土矿物分布国内研究历程50年代川中会战，提出钻井液密度不宜过高。60年代大庆会战，严格要求打开油气层钻井液的密度和滤失量。38第二阶段第二阶段1960-1980年——初步研究阶段我国石油业开始注意地层损害问题，并有所应用。长庆油田岩心分析与储层敏感性分析。39扫描电镜的应用，研究粘土矿物的产状进一步明确微粒分散/运移的普遍性实验直观显示微粒移位（脱落）、运移、沉积、堵塞过程，理论阐明机理如何控制微粒运移发生是有商业前景的技术：研制粘土稳定剂1974年始，SPE召开专题会议观念更新：损害后补救———预防损害40第三阶段第三阶段1980-1990年——国内系统研究阶段我国开始全面系统研究地层损害机理及防止污染技术。•——国家75重点科研项目的建立与攻关：保护油气层防止污染的钻井、完井技术研究41电镜电镜//能谱能谱岩矿定性组份、微观结构、液体作用动态变化岩矿定性组份、微观结构、液体作用动态变化42图像分析仪图像分析仪岩矿组份、结构、孔喉结构、成岩作用岩矿组份、结构、孔喉结构、成岩作用43XX射线衍射射线衍射岩矿组份、粘土矿物、晶体结构变化