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1、油气层 保护技术,石油大学(华东)石油工程学院蒋官澄,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,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,二、国外油气层保护技术的发展历程,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
2、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
3、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。a、其它条件相同时，孔喉越大固相颗粒损害程度越大；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
4、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。,2、敏感性矿物 (1)定义与特性定义：易与流体发生物理化学作用，并导致油气层渗透率降低。特性：粒经很小(37m)，比表面大，多位于孔喉处。 (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
5、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37m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、
6、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
7、然气性质主要是H2S、CO2。可造成微粒堵塞，生成FeS沉淀。,a、机理 b、影响因素(a)颗粒粒经与孔喉直径的匹配关系；(b)颗粒浓度C：注水、压井和修井中，颗粒浓度C损害程度；最近的研究发现，钻井液中固相含量的多少对渗透率损害没有明显的因果关系。,第三节 外因作用下引起的油气层损害,1、外界流体进入油气层引起的损害,(1)流体中固相颗粒堵塞油气层,(c)施工压差P、剪切速率D和施工时间t：在屏蔽暂堵中，施工压差P损害程度；剪切速率D破坏外滤饼，钻井液中的颗粒进入孔隙的机会如果不匹配，进入的深度增加；如果匹配，适当提高钻速，有利于形成内滤饼。施工时间t注水、压井和修井中，滤失量、损害程度；钻
8、井中，如果内外滤饼形成的质量不好，施工时间t损害程度。,c、特点(a)一般在近井地带造成严重的损害；(b)当，且颗粒浓度低时颗粒侵入深度大，但损害程度低，但该损害程度随时间的增加而增加；(c)对于中、高渗透性砂岩，尤其是裂缝性油气层，颗粒的侵入深度和损害程度较大。,(a)当物性相似时，水敏性矿物含量越多，水敏性损害程度越大；(b)各粘土矿物对水敏性影响强弱顺序为：蒙脱石伊利石蒙皂石层间矿物伊利石高岭石、绿泥石(c)当水敏性矿物含量及存在状态相似时，高渗油气层的水敏性损害低于低渗油气层；(d)C外来液越低，引起的水敏性损害越强。如果越高，引起的水敏性损害也可能越大。(e)外来液矿化度降低速度越快
9、，引起的水敏损害越强；(f)当外来液的矿化度相同时，外来液中含高价阳离子的成分越多，引起的水敏性损害程度越弱。阳离子价数越高，它与粘土负电荷中心的作用力越强，阳离子越易吸附到粘土表面和晶层间。,(2)外来流体与岩石不配伍,a、水敏性损害,(a)原因：(i)粘土矿物的铝氧八面体在碱性溶液作用下，使粘土表面的负电荷增多，导致晶层间斥力增加，促使水化分散；(ii)隐晶质石英和蛋白质等较易与氢氧化物反应生成不可溶性硅酸盐，这种硅酸盐可在适当的pH值范围内形成硅凝胶而堵塞孔道。 (b)影响因素(i)碱敏性矿物含量；(ii)液体的pH值。它起主要作用，pH值越大，造成的碱敏损害越大；(iii)液体侵入量。
10、,b、碱敏性损害,c、酸敏性损害,(a)原因 (b)定义 (c)控制因素酸液类型和组成；酸敏性矿物含量；酸化后返排的时间及效果。,(a)危害 (b)影响因素(i)pH：(ii)聚合物处理剂；(iii)无机阳离子：没有表面活性剂时，无机阳离子对岩石的润湿性没有明显影响；当有表面活性剂时，无机阳离子特别是高价阳离子可增强岩石的油润湿。因为无机阳离子使表面活性剂的溶解度降低，在岩石表面的吸附增加；多价阳离子可使表面活性剂的活性增加；多价阳离子可使阴离子表面活性剂之间发生络合作用，其络合产物更易吸附于岩石表面。(iiii)温度：温度增加，表面活性剂与水的亲合力增强，在岩石表面的吸附减弱，油湿性减弱，水
11、湿性增强。,d、水润湿变为油润湿引起的损害,(3)外来流体与地层流体不配伍,A、结垢,a、无机垢影响因素：a)外界流体和油气层液体中盐类的组成及浓度；b)液体的pH值 b、有机垢指石蜡、沥青及胶质等。影响因素：a)外来液体引起原油pH值改变而导致沉淀，高pH值液体可促使沥青絮凝、沉积；一些含沥青的原油与酸反应形成沥青质、树脂、蜡的胶状污泥。b)气体和低表面张力的流体侵入油气层，可促使有机垢的生成。,a、危害(a)一方面比孔喉尺寸大的乳状滴堵塞孔喉；(b)另一方面是提高流体的粘度，增加流动阻力。 b、影响因素(a)表面活性剂的性质和浓度；(b)微粒的存在；(c)油气层的润湿性。,B、乳化堵塞,C
12、、细菌堵塞,a、损害的原因(a)细菌繁殖很快，常以体积较大的菌络存在，堵塞孔道；(b)腐生菌和铁细菌都能产生粘液，堵塞油气层；(c)细菌代谢的CO2、H2S、S2-、OH-，CaCO3、Fe(OH)3等无机垢。 b、影响因素(a)环境条件(t、P、矿化度、pH)；(b)营养物。,a、原因 b、定义水锁损害：非润湿相驱替润湿相而造成的毛细管阻力油相渗透率K0降低。,(4)外来流体进入油气层影响油水分布造成损害(毛细管阻力造成的损害),所以，对于低渗油气层，易产生水锁损害。,贾敏损害：非润湿液滴对润湿相液体流动产生附加阻力油相渗透率K0降低。,c、影响因素(a)外来水相侵入量；(b)油气层孔喉半径
13、。对于低渗油气层：水锁、贾敏损害明显。,在相同油气层条件下，一般生产压差越大，流速越大，微粒运移的程度越大。 a、影响临界流速的因素(a)油气层的成岩性、胶结性和微粒粒经；(b)孔隙几何形状和流道表面出早粗糙度；(c)岩石和微粒的润湿性；(d)流体的离子强度和pH值；pH值增加临界流速降低，但变化不明显(e)界面张力和流体粘滞力；(f)温度影响。,2、工程因素和油气层环境条件发生变化造成的损害,(1)作业或生产压差引起的油气层损害,1)微粒运移产生速敏损害(生产压差过大),b、影响微粒运移，并引起堵塞的因素有：(a)颗粒级配、颗粒浓度；假如，很易堵塞；假如颗粒浓度增加堵塞程度增加。(b)颗粒越
14、粗糙，孔喉弯曲度越大，堵塞的可能性就越大；(c)V(P)增加堵塞程度增加、且堵塞强度增大；(d)流速方向不同，对微粒运移堵塞也有影响；,a、原因 b、压力降低形成垢的机理 (a)无机垢的形成油层压力降低脱气，使原来的CO2分配在油、水两相中，导致分配在油、水、气三相中水相中CO2的减少，pH增加HCO3-解离为CO32-促使生成CaCO3沉淀物。 (b)有机垢的形成油气层压力降低，原油中的轻质组分和溶解气挥发蜡在原油中的溶解度降低石蜡沉积。,2)无机和有机沉淀物(油气层流体产生),3)应力敏感性损害,a、原因 b、影响应力敏感性损害的因素(a)压差；(b)油气层自身的能量；(c)油气藏类型。,
15、损害程度很大。影响因素：a、作业压差；b、地层的性质。,4)压漏油气层造成损害,5)引起出砂和地层坍塌造成损害,损害程度很大。当地层比较疏松时，在没有采取固结措施之前，一定要控制使用适当的压力进行开采。,当作业压差较大时，在高压差的作用下，进入油气层的固相量和滤液量必然较大，相应地固相损害和液相损害的深度加深，从而加大油气层损害的程度。,6)加深油气层损害的深度,a、增加损害 b、引起结垢损害当温度降低时，放热沉淀反应生成的沉淀物的溶解度降低，析出无机沉淀；当原油的温度低于石蜡的初凝点时，石蜡将在油气层孔道中沉积，生成有机垢；当温度升高时，使吸热沉淀反应更易发生，有可能引起无机垢损害。,(2)
16、温度变化引起的油气层损害,(3)生产和作业时间,a、生产或作业时间延长，油气层损害的程度增加；b、影响损害的深度。 机理综述：(a)油气层损害的原因多样性：(b)油气层损害原因相互联系性(c)油气层损害原因具有动态性,第三章 岩心分析,一、X-射线衍射技术(XRD),作用：1、地层微粒分析；2、全岩分析；3、粘土矿物类型鉴定和含量计算；4、间层矿物的鉴定和层间比的计算。,二、扫描电镜技术(SEM),作用：1、地层微粒的观察；2、粘土矿物的观测；3、油气层孔喉的观测；4、含铁矿物的检测；5、油气层损害的检测。,三、薄片技术,应用：1、岩石的结构与构造；2、骨架颗粒的成分及成岩作用；3、孔隙特征；4、不同产状粘土矿物含量的计算；5、荧光薄片应用。,四、压汞法测岩石毛管压力曲线,应用：1、储集岩的分类评价；2、损害机理分析3、钻井完井液设计；4、入井流体悬浮固相控制；5、评价和筛选工作液。,
