油气层保护技术

第一章 概述一、问题的提出表1 建井和开采的各个不同阶段地层损害严重性相对大小建井阶段 问题类型 钻井固井 完井 **** ** 钻井液固相颗粒堵塞 *** **** 微粒运移 **** ** 粘土膨胀 *** **** 乳化堵塞 ** *** 润湿反转 ** *** 相对渗透率下降 * * 有机垢 ** *** 无机垢 **** 外来颗粒堵塞 次生矿物沉淀 ** ** 细菌堵塞 * *** 出砂 修井 *** *** *** ** *** **** *** **** *** ** * 增产 - **** **** **** *** **** * *** **** **** 油田开采阶段 中途测试 开采 注液开采 * - **** *** **** ** * **** **** *** ** **** **** *** **** *** ** **** *** **

注：“-”表示不存在该类储层损害；“*”表示存在该类储层损害的严重程度。

表2 油气井作业过程中可能导致的油气层损害原因及因素射孔 1.压实带的形成； 射孔工艺固有特性，压实带厚度约为 6.5~13mm,压 试油 实带内岩石力学性质及渗流性能受到破坏，其渗透率仅 7 压裂 压裂液与储层不配伍。 (1)滤液与粘土作用使粘土发生水化膨胀、乳化等；(2) 5 注水 1.注水水质不合要求； (1)化学性质不合要求可引起地层粘土膨胀、分散运移、 有原始值的 7~12%; 序号 作业 导致油气层损害的原因及因素 化学沉淀、细菌堵塞等；(2)固相大小及含量不合要求可 压裂液残渣或固相堵塞支撑剂孔道，降低导流能力。 过程 2.射孔液与储层不配伍； 射孔液化学性质与储层不配伍可引起粘土膨胀及水锁 引起机械杂质堵塞等； 6 1 采油 1.采油速度过大； 会使油气层的微粒发生运移； 钻 1.钻井液与储层不配伍； 等； 滤液可引起粘土膨胀，水锁，乳化；固相引起堵塞等； 2.注水强度不当。 注水强度大即井壁附近地带流速过大引起地层微粒运 2.生产过程中原有地层平衡被破坏造成结垢； (1)生产过程中由于储层压力降低 开3.固相堵塞； 2.压差控制不当； 促使钻井液固相及滤液更易进入储层； 射孔液(压井液)中有害固相含量高，管线中钻井液絮 移。 可引起地层水结垢，如果油气井从 油 3.浸泡时间过长； 增大滤液侵入量； 块，聚能射孔产生的碎片等，可在正压差射孔时压入地 8 正常生产层窜槽或导管处漏水，则 修井 修井液与储层不配伍。 (1)滤液与岩心不配伍可引起粘土膨胀、分散、结垢、 气 4.钻井液流速梯度过大；层，产生损害； 冲蚀井壁破坏滤饼，不仅促使滤液进入产层，而且易造 沉淀的水垢会堵塞井筒、射孔孔眼 岩石润湿性反转、原油乳化等；(2)残留的钻井液污物、 成井眼扩大，影响固井质量； 4.射孔压差过大； 射孔正压差比负压差更易产生损害； 和地层；(2)高含沥青质或蜡质原油 氧化物、沥青、管子涂料、锈皮、沉淀有机物、细菌分 层5.高压差高排量试

油。 5.快速起下钻； 快速起钻的抽汲效应，可破坏滤饼，快速下钻的充击可 (1)引起储层内微粒运移；(2)在井眼周围地带形成压力 在流动过程中温度、压力的降低都 解物等均可堵塞渗流通道。 增大压差，充而促使钻井液侵入储层量的增加； 亏空带，再次压井可引起大量渗滤；(3)若地下原油油气 会引起有机垢； 9 三采 注入液(剂)与储层不配伍 一方面可破坏滤饼，使钻井液易于进入储层，另一方面 (1)蒸气驱中的凝析液可引起粘土膨胀；(2)表面活 6.钻具刮削井壁。 比高或含蜡量高，则在井眼周围区域压力很快下降，使 3.清蜡、清沥青方法不当； 泥抹作用，使固相嵌入渗流通道。 如正循环时，油管上刮下来的石蜡或沥青有一部分会 性剂驱中，有些注入剂在一定条件下可与地层水 原油脱气，结蜡堵塞渗流通道；(4)对一些物性差、埋藏 泵入射孔孔眼和地层渗流通道，用热油热水清蜡或清 或粘土中的可交换高价离子形成不溶物(如石油 2 注水 1.水泥浆滤液进入储层。深的储层，易产生压实作用，产生压力敏感。 (1)造成粘土膨胀分散；(2)水泥的水化作用使氢氧化物 除沥青时也会堵塞地层的射孔孔眼； 磺酸盐类)堵塞孔喉或形成乳状液等；(3)使用碱水 泥 过饱和重结晶沉淀在孔隙中；(3)滤液中氢氧化物与地层 4 酸化 1.酸反应物产生再次沉淀 主要是一些酸敏矿物存在时，用不配伍的酸处理地层可 4.化学处理剂的影响。 缓蚀剂、防垢剂或防蜡剂若与生产层接触可降低渗透 驱动，可引起碱敏；(4)聚合物驱中与地层水不配 中硅起反应生成硅质熟石灰成为粘结性化合物。 产生絮状或胶状沉淀物； 率。 伍可引起盐析等。 2.固井质量不好。 后继工作液会沿水泥环渗漏入地层造成损害。 2.外来固相堵塞； 作用管线不干净，则酸可将铁锈、污染物等外来固相溶 3 3.增加地层微粒； 4.酸与原油不配伍。 解下来代入地层； 酸溶解了部分岩石骨架及胶结物后，会释放出许多不溶 于酸的固体颗粒，使地层微粒运移现象加重； 原油中的沥青质与酸接触形成胶状沉淀。

二、国外油气层保护技术的发展历程

技术发 发展原因 技术发展水平 展阶段 50 年代 认识阶 石油价格低、基本忽 有些学者开始提出油井投产 段 略油气层损害问题 时存在油气层损害问题 60~70 年代 初级阶 西方国家出现能源危 运用实验室研究分析手段， 研 中期 段 机，油价上涨，开始 究油气层损害机理， 开始研究 重视防止油气层损 无损害工作液和添加剂， 以及 害，提高油井产量 有关配套工艺 70 年代中 发展阶 认识到油气层损害严 每两年召开一次油气层损害 期~目前 段 重，轻者使油气井产

会议， 继续加强实验室分析研 能下降，重者油气井 究工作， 将研制和发展的无损 不出油气 害工作液、添加剂，以及有关 配套工艺技术运用到现场， 并 受到良好技术经济效果

年代

存在的问题 重视降低原油成本，忽略 提高油井产量 主要体现在实验室工作 上，各研究成果对现场有 一定应用，但未形成大面 积使用 仍有一定程度的工作量停 留在实验室里，研究成果 在现场得到不同程度的应 用，在应用中尚有不足之 处，有待进一步研制和发 展

三、油气层损害的定义 定义：任何阻止流体从井眼周围流入井底的现象均称为油 气层损害。或：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称为油气层损害。

四、油气层损害的原因 在钻井、完井、修井、油气开采等全过程中，由于外来流

体的进入或开采措施不当等原因，破坏了地下流体与油气层岩石、油气层流体的平衡条件，导致水化膨胀、微粒运移、细菌 堵塞、外来颗粒的侵入等，最终使油气层的渗透率降低。

五、保护油气层技术涉及的技术范围

1、主要思路 2、主要内容

3、特点 (1)是一项系统工程； (2)具有很强的针对性； (3)采用三个结合。

第二章 油气层损害机理油气层损害机理：油气层损害产生的原因和伴随损害发生的物理、 化学变化过程。 目的：认识和诊断油气层损害原因及损害过程。 第一节 油气层损害机理的研究方法 损害的实质：有效渗透率下降。 渗流空间的改变：外来固相侵入、水敏性损害、酸敏性损害、 碱敏性损害、微粒运移、结垢、细菌堵塞、应力敏感性损害。 研究油气层损害机理应坚持微观研究与宏观研究相结合。

第二节 油气层潜在损害因素1、油气层储渗空间 渗流空间主要指孔隙。渗流通道主要指喉道。 喉道：两个颗粒间连通的狭窄部分，是易受损害的敏感部 分。 孔隙结构：孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其连通 关系，它是从微观上来描述的。

渗透率和孔隙度是从宏观角度来描述岩石的储渗特性。(1)孔喉类型(缩经喉道、点状喉道、片状喉道、弯片状喉道、 管束状喉道)

(2)孔隙结构参数

主要有：孔喉大小、分布、孔喉弯曲程度和孔喉连通程度。滤液造成水锁、贾敏等损害的可能性越小。 b、孔喉弯曲程度增加 越易受到损害。 c、孔隙连通性越差 越易受到损害。 (3)渗透率和孔隙度 渗透率是孔喉大小、均匀性和连通性三者的共同体现。 如果储层的渗透率高 孔喉较大、较均匀、连通性好、 胶结物含量低、受固相侵入损害的可能性大。 如果储层的渗透率低 孔喉较小、连通

性差、胶结物含 量高、易受水化膨胀、分散运移、水锁、贾敏损害。K

a、其它条件相同时，孔喉越大 固相颗粒损害程度越大；

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2、敏感性矿物

(1)定义与特性特性：粒经很小(<37 m),比表面大，多位于孔喉处。

定义：易与流体发生物理化学作用，并导致油气层渗透率降低。

(2)类型a、水敏和盐敏矿物 指油气层中与矿化度不同于地层水的水相作用产生水化膨胀 或分散、脱离等，并引起油气层渗透率下降的矿物。 主要有：蒙脱石、伊利石/蒙皂石间层矿物、绿泥石/蒙皂石 间层矿物。 b、碱敏性矿物 与高pH值外来液作用产生分散、脱离或新的硅酸盐沉淀、硅 凝胶体，并引起渗透率下降的矿物。 主要有：长石、微晶石英、各类粘土矿物、蛋白石等。

c、酸敏性矿物 指油气层中与酸液作用产生化学沉淀或酸蚀后释放出微粒，并引

起渗透率下降的矿物。d、速敏矿物 油气层中在高速流体流动作用下发生运移，并堵塞喉道的微粒 矿物。 主要有：粘土矿物、粒经小于37 m的各种非粘土矿物。 如：石英、长石、方解石。 (3)产状 定义：指在含油气岩石中的分布位置和存在状态，对油气层 损害的影响很大。

a、薄膜式：以蒙脱石和伊利石为主，易发生水化膨胀、水锁。

b、栉壳式：以绿泥石为主，易造 成微粒运移和酸蚀后生成Fe(OH)3 胶凝体和SiO2凝胶体，堵塞孔喉。

c、桥接式：以毛发状、纤维状的 伊利石为主，易造成微粒运移。

d、孔隙充填式：以高岭石、 绿泥石为主，易造成微粒运移。

(4)敏感性矿物含量与损害程度之间的关系 a、含量越高 损害程度越大； b、其它条件相同时，渗透率越低 敏感性矿物造成的 损害程度越大。 3、油气层岩石的润湿性 (1)定义 (2)分类 (3)作用

a、控制孔隙中的流体分布；b、决定岩石孔道中毛管力的大小和方向； c、影响微粒运移。 (4)与油气层损害的关系

4、油气层流体性质

(1)地层水指矿化度、离子类型和含量、pH值、水型等。 对损害的影响：a、生成垢；b、发生盐析。 (2)原油性质 对油气层损害的影响：

a、生成有机垢；b、生成乳状液。 (3)天然气性质 主要是H2S、CO2。 可造成微粒堵塞，生成FeS沉淀。