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1、油气田开发生产中的保护油气层技术第一节 概述 一、油气田开发生产中油气层损害的特点油气田开发生产过程是油气层发生动态变化的过程。油气层一旦投入开发生产，油气层的压力、温度及其储渗特性都在不断地发生变化。同时，各个作业环节带给油气层的各类入井流体及固相微粒也参与了以上的变化。这种变化过程重要涉及以下几个方面：（1）在油气层的储集空间中，油、气、水不断重新分布。例如：注气、注水引起含水、含气饱和度改变；（2）油气层的岩石储、渗空间不断改变。例如：粘土矿物遇淡水发生膨胀，引起储、渗空间减少，严重时堵塞孔道，外来固相微粒或各种垢的堵塞作用，使储、渗空间缩小；（3）岩石的润湿性改变或润湿反转。例如：阳离
2、子表面活性剂能改变油层岩石的表面性质；（4）油气层的水动力学场（压力、地应力、天然驱动能量）和温度场不断破坏和不断重新平衡。例如：注蒸汽使地层压力、温度升高，改善了油的粘度，使油的相对渗透率增长，但是，由于热蒸汽到地下冷却后可凝析出淡水，很也许会导致水敏损害。诸如上述多种变化经常表现为固相微粒堵塞、微粒运移、次生矿物沉积、结垢、乳化堵塞、润湿反转、细菌堵塞、出砂等等多种损害方式。其本质是不断地改变油、气、水的相对渗透率。假如开发生产中措施得当，避免了损害，保护了油气层，就可改善油、气的相对渗透率，可望获得高的采收率；反之，若措施不妥，损害了油气层，则也许减少油、气、水的相对渗透率，得到的是一个
3、低的采收率。因此，油气田开发生产中油气层保护技术的核心是防止油气层的储、渗空间的堵塞和缩小，控制油、气、水的分布，使之有助于油、气的采出。开发生产过程中油层损害的本质是指油层有效渗透率的减少。有效渗透率的减少涉及了绝对渗透率的减少和相对渗透率的减少。绝对渗透率的减少重要指岩石储渗空间的改变。引起变化的因素有：外来固相的侵入、水化膨胀、酸敏损害、碱敏损害、微粒运移、结垢、细菌堵塞和应力敏感损害；相对渗透率的减少重要指水锁、贾敏效应、润湿反转和乳化堵塞等引起的。两者损害的最终结果表现为储渗条件的恶化，不利于油气渗流，即有效渗透率减少。导致损害的本质因素是由于外来作业流体（含固相微粒）进入油层时，与
4、油层自身固有的岩石和所含流体性质不配伍；或者由于外部工作条件如压差、温度、作业时间等改变，引起相对渗透率的下降。油层岩石自身和所含流体的性质是客观存在的，是产生损害的潜在因素，油气田开发生产过程中其原始状态和性质是不断改变的。因此，在开发生产过程中，对油层岩石和流体的性质，应不断地进行再结识，再分析，必须把着眼点放在“动态”上。而开发生产中各作业环节的入井流体和各种工作方式是诱发地层潜在损害的外部因素，是可以人为控制的，它们是实行油层保护技术的着眼点。与钻井、完井油气层保护技术相比，油气层开发生产中的油气层损害具有如下特点：（1）损害周期长。几乎贯穿于油气田开发生产的整个生命期；（2）损害范围
5、宽。涉及到油气层的深部而不仅仅局限于近井地带，即由点（一口井）到面（整个油气层）；（3）更具有复杂性。井的寿命不等，先期损害限度各异，损害类型和限度更为复杂，地面设备多、流程长，工艺措施种类多而复杂，极易导致二次损害；（4）更具叠加性。每一个作业环节都是在前面一系列作业的基础上叠加进行的，加之作业频率比钻井、完井次数高，因此，损害的叠加性强。二、油气田开发生产中保护油气层技术的基本思绪 油气田开发生产中保护 油气层技术的基本思绪实质上是保护油气层系列技术的具体化。在绪论中对保护油气层系列技术已经讨论过。值得强调的是油气田开发生产中的油气层损害发生在油气田深部。更具叠加性、复杂性和动态性。因此，
6、它的保护技术的基本思绪要把着眼点放在“动态”上，即重新结识油气层的现状是该技术的基本出发点。基本思绪方框图如图7-1。三、油气田开发生产中保护油气层的重要性油气田开发生产中的油气层保护技术已愈来愈被人们重视，这重要是由于我国的油气田大都处在油田开采中、后期，油田作业的频率比开采初期明显增高，显然，控制各作业环节对油气层的损害，实行油气层保护系列技术，必然是提高作业效率的有效途径之一。同时，石油工业正面向复杂油气藏、特殊油气藏的挑战，这势必面临着投入更多的成本，获得较少产出的难题。正如第一章绪论中所指出的：油气层保护技术自身就是一种保护资源的系统工程，是“增储上产”的重要措施之一。因此，必须进行
7、油气田开发生产中的油气层保护工作。此外，目前生产实际也急待油气田开发生产中的保护技术尽快实现系列化、实用化。例如，目前，不少大油田开采进入中、后期，发现地层堵塞严重，有的注水时，使用大功率、大排量，吸水指数不仅不增长，反而愈来愈注不进地层。又如，某油田的一个可采储量500万吨的构造，开采一年半，仅采出30万吨，采用不少措施，但效果极差。类似问题不少，这些问题从表面上看，都是生产作业环节的具体技术问题，似乎与保护油气层沾不上边，但核心问题是对目前已经受到损害的对象（油气层）缺少对的的诊断，或没有切实可行的解除损害的措施，大有束手无策之感，因此，完善、发展油气田开发生产中保护技术是生产实际的需要。
8、（未达目的）（油气藏发生动态变化）已开发的油气层开发方案实行开发方案设计油气层损害诊断地层损害潜在因素再结识入井工作液特性分析先期损害评价岩石流体油气层损害全貌评价配伍性评价原因途径过程程度范围清除办法防止办法选择保护措施室内实验矿场评价现场施工推广图7-1油气田开发生产中保护油气层技术基本思绪框图目前，对油气田开发生产中保护油气层的紧迫性、重要性还远未形成共识。因此，实行油气田开发生产中油气层保护技术，一方面要统一结识，站在战略的高度结识其重要性和紧迫性，各级技术决策人、技术监督人和工程技术人员，上下齐心，共同努力，将它作为一项技术政策来实行，才干实现保护油气层之大业。第二节 采油过程中的保
9、护油气层技术对于采油过程，虽然没有外来流体进入油气层，但是，仍然存在着油气层被损害的也许性。导致损害的最直接的因素是工作制度不合理。一、工作制度不合理导致的油气层损害采油工作制度不合理是指生产压差过大或开采速率过高。其损害可归纳为以下四个方面。1应力敏感效应由于生产压差过大或开采速率过高，使近井壁区井底带岩层结构破坏，胶结强度破坏，发生出砂。采油速度过快，油流在临界流速以上时，增长了产层流体对砂粒的摩擦力、粘滞力和剪切力，加剧砂粒运动。同时，岩石骨架和胶结物的强度受到破坏，微粒开始运移，例如，高岭土、伊利石、微晶石英，微晶长石很容易发生速敏反映。砂和固相微粒被油携带并不断地堵塞储、渗空间，损害
10、地层。2生产压差由于生产压差过大或开采速率过高，发生底水锥进，边水指进，导致生产井过早出水。从渗流的角度考虑，本来的单相流（油）变为两相流（油、水）。油和水由于界面张力以及与岩石润湿性之间的差异也许形成乳化水滴，增长油流粘度，减少油、气的有效流动能力。当它们的尺寸大于孔喉大小时，就会堵塞孔隙，减少油、气的储、渗空间，从而使油的相对渗透率减少，油气层受到损害。从盐垢生成的机理角度考虑，当注入水突破时，由于注入水与地层水在近井地带充足混合产生盐垢，而地层压力系统的压力减少更加剧了这种盐垢的生成，致使油层受到损害。3结垢油气田一旦投入生产，就有油、气从油气层中采出。原有的热动力学和化学平衡被打破，发
11、生两种后果：（1）油气层温度、压力和流体成分的变化会导致无机垢的产生；（2）由于温度、压力、pH值的变化使沥青、石蜡从原油中析出，即有机垢产生。结垢堵塞孔喉是发生在油气层深部的一种难以消除的损害方式。4脱气当油气层压力降到低于饱和压力时，气体不断地从油中析出，油气层储、渗空间的流体由单相变为油、气两相流动，必然导致油的相对渗透率下降，影响最终采收率。二、采油过程中的保护油气层技术措施1生产压差及采油速率的拟定采用优化设计的方法初步拟定生产压差和采油速率，并用室内和现场实验对优化方案进行评价，然后推广应用。根据油气层的储量大小、集中限度、地层能量、压力高低、渗透性、孔隙度、疏松限度、流体粘度、含
12、气区与含水区的范围，以及生产中的垂向、水平向距离，通过试井和试采及数模方案对比，优化得出采油工作制度。然后作室内和室外矿场评价，最终拟定应采用的工作制度。值得强调的是：若新区投产，所采用的基础数据是投产前取得的数据；若老区改造，其数据为改造前再结识油气层的数据。要充足重视采油过程中损害的“动态”特点。2保持油气层压力开采保持油气层在饱和压力以上开采，可达成同一产量的油井维持较高的井底压力，充足延长自喷期，减少生成成本。同时，保持地层压力可以延缓或减少原油中溶解气在采油生产中的逸出时间，以及减缓油层的出砂趋势，提高采收率。保持地层压力开采，可避免气相的出现和压力减少引起有机垢及无机垢等损害发生。
13、我国多数油田采用初期注水开发以保持油气层压力，这对保护油气层是十分有利的措施之一。3对不同的油气层采用不同的防止损害措施每个油气层岩性和流体都有自身的特点，应采用的防止损害措施也各有不同，因此不能一概而论。例如：当油气层为低渗或特低渗时，防止采油过程中的损害更为重要。因此，要尽也许地保持油气层压力开采避免出现多相流，防止气锁和乳化油滴的封堵损害。当油气层为中、高渗的疏松砂岩时，应对的地选择完井方法、防砂措施、合理地生产压差，以减少油气层损害；对于碳酸岩地层，要尽量避免在采油过程中产生碳酸钙沉淀，堵塞孔道。除了采用合理的生产压差和采油速度外，有时可适本地投放添加剂，例如乙胺四醋酸，破坏产生碳酸钙
14、沉淀的平衡条件，防止碳酸钙沉淀产生。对于中、低渗的稠油层，要尽也许地防止有机垢，如沥青、胶质、蜡从稠油中析出，保持油层压力开采，若技术条件允许，使用热油开采更为有效。目前，解除采油中地层损害的方法还不够完善。国内、外常用的方法有以下几种：（1）控制生产压差及限制产量，对缓解沉淀和出砂有一定的克制作用；（2）解除垢的堵塞，如热洗、注克制剂、酸洗等化学方法；（3）用现代物理方法解堵，如磁化、震荡、超声波等方法。采油过程中，没有外来入井流体和入井固相微粒诱发地层潜在损害内因产生损害，但损害仍然存在，重要是生产压差过大、采出速率过高导致的。因此，采油过程中油气层保护技术的关键是控制合理的工作制度。第三
15、节 注水中的保护油气层技术注水过程中，由于外来入井流体（注入水）流入油气层，必然要与油气层的岩石和流体接触，将发生各种损害。一、注水中的油气层损害分析不合格的注入水水质引起的地层损害是注水的重要损害。所谓不合格的注入水水质涉及两个方面：一是指注入水与地层岩石不配伍；二是指注入水与地层的流体不配伍。注入水与地层岩石不配伍表现为：（1）注入水导致地层粘土矿物水化、膨胀、分散和运移；（2）由于注水速度过快，引起地层松散微粒分散、运移；（3）注入水机杂粒径、浓度超标，堵塞孔道等。注入水使地层粘土水化膨胀甚至分散运移是注水损害的重要因素之一。许多储层具有多达10%-15%的粘土矿物成分。其产状和微结构各异，当使用与粘土不相容的注入水时，会使油藏的孔隙度和渗透率减少。地层损害重要表现为：（1）二价离子的释放能导致表面活性剂的沉淀和聚合物的失效；（2）与表面电荷作用同时出现的离子互换反映可以导致地层结构的破坏；（3）粘土膨胀使孔喉通道变小或堵塞，粘土的机械运移（粘土微粒发生分散、运移）；（4）岩石矿物成分与注入水发生化学反映或化学沉淀等等。不少地层是水润湿的，这种水润湿地层变成油润湿后可以将油的渗透率平均减少约40%。这种损害对气井也同样存在。损害方式多数以水锁或乳状液堵塞的方式出现。砂岩油井更容易遭到此类损害，含低
