《保护油气层技术》PPT课件.ppt

保护油气层技术,保护油气层技术,绪 论,绪论,上世纪30年代初提出了损害、损伤、污染这个名词。70年代，国外保护油气层防止损害的钻井、完井技术有较快发展，1974年（SPE）召开第一届防止地层损害国际学术会议，此后每两年召开一次,绪论,我国在上个世纪50年代就注意到保护油气层解 放油气层的重要意义， “七五”期间将保护油 气层钻井完井技术列为国家重点攻关项目并建 立了中国石油天然气总公司油井完井技术中心， 1989年得到联合国的援建，开展了与国外的技 术合作。 “八五”期间此项技术得到进一步推 广应用和发展,绪论,油气层损害的基本概念 进行钻井、完井、生产、增产及提高采收率和修井等全过程中任一作业环节时，在油气层近井壁带或深部造成流体产出或注入自然能力的任何障碍 油气层损害的主要表现形式为油气层渗透率的降低（包括地层岩石绝对渗透率油气相对渗透率的降低）,绪论,本定义所指的范围是石油工程全过程的每一个 环节都会发生油（气）层损害 损害一旦发生则难以消除 前一作业所造成的损害直接影响后一作业正常 进行 后一作业造成的损害总是叠加在前一作业所造 成的损害的基础上,绪论,损害的本质是流体通道（主要是喉道）的堵塞 和变小 流体包括油、气、水都在内 流动既指流出（采油、采气）也指注入地层 渗透率降低越多，油气层损害越严重 油气层损害源于“Formation Damage” 地层损害、储层损害、储集层损害、油气层损 害、油气层污染,绪论,油气层损害不可避免 油气层损害可以控制 任何油藏都应该实施保护 保护油气层-防止和避免油气层受到不应有的损害 保护油气层源于“Formation Damage Control “,绪论,保护油气层的重要性 关系到能否及时发现油气层和对储量的正确估算 利于油气井产量和油气田开发经济效益的提高 利于油气井的增产和稳产 充分利用和保护油气资源,绪论,保护油气层技术就是防止油气层损害 的技术和措施 保护油气层技术是配套的系列化技术 在储层损害研究的基础上，采用的一套保护储层或减轻、控制储层损害的技术措施和程序,绪论,保护油气层技术范围 岩心分析、油气水分析和测试技术 油气层敏感性和工作液损害室内评价技术 油气层损害机理研究和保护油气层技术系统方 案设计 钻井、完井过程中油气层损害因素和保护油气层技术（钻井、固井、射孔、试油）,绪论,油气田开发生产中油气层损害因素和保护油气 层技术（采油、注水、增产作业、修井） 油气层损害现场诊断和矿场评价技术 保护油气层总体效果评价和经济效益综合分析 技术,绪论,保护油气层技术的特点 涉及多学科、多专业、多部门并贯穿整个油气生产过程中的系统工程 （从钻开油气层、完井、试油、采油、增产、修井、注水、热采的每一项作业过程均可使油气层受到损害，而且如果后一项作业没做好油气层保护工作，就有可能使前面各项作业中的保护油气层所获得的成效部分或全部丧失）,绪论,系统工程各项技术涉及矿物学、岩相学、 地质学、油层物理、钻井工程、试油工程、开 发工程、采油工程、测井、油田化学、计算机 等多学科,绪论,案例 某低压、低渗油田，勘探初期，钻9口探井，仅5口获工业油流，日产仅46吨 所钻地层属多压力层系，上部地层压力系数1.151.20；下部0.951.0 为搞清该构造的产能和储量，技套下至低压油层顶部；换用密度1.03g/cm3优质无膨润土生物聚合物钻井液，并加入暂堵剂,绪论,钻开油层后中途测试，日产油69.9m3， 表皮系数-0.31，证明油层未受损害 完井试油时，采用与地层不配伍的清水 （该油层具较强的水敏性）作射孔液，射孔 工艺亦未优化设计 结果日产油仅14.3m3，表皮系数30，油 层严重受到损害,绪论,紧接又被压裂另一组油层时窜入的压裂液 浸泡7个月，测试油产量下降至6.4m3，表皮系 数达81.7 采用压裂解堵措施，仍无法恢复原始产 能，表皮系数依然高达30,绪论,具有很强的针对性 （保护油气层技术的研究对象是油气层，油气层的特性资料是研究此技术的基础；不同的油气层具有不同的特性。）,绪论,案例 清洁盐水是很好的射孔液和压井液 某油田试油时采用密度1.17 g/cm3的工业 盐和烧碱配制的、PH值为12 的盐水作为压井 液，压井过程中漏失110m3盐水 该油层属碱敏地层，高PH盐水使油层严 重受损，表皮系数由压井前-1.35增加至 12.12，原油日产从837m3降为110m3,绪论,在研究方法上采用三个结合 （微观研究与宏观研究相结合；机理研究与应用规律研究相机会；室内研究与现场实践相结合。）,绪论,保护油气层系统工程具体作业原则 预防为主，解堵为辅原则 针对性原则 配伍性原则 效果与效益相结合原则 实施油气层保护技术，既考虑和技术的先进性 有效性，更考虑经济上的可行性,保护油气层技术,岩心分析,岩心分析,岩心分析是认识油气层地质特征的必要 手段 岩心分析是保护油气层技术所有研究内 容的基础 为了在钻开油气层之前准确判断油气层 损害的类型和程度以便及时采取相应保 护措施,岩心分析,岩石油层物理性质,岩石油层物理性质,油气层岩石的渗透率 储油气岩石均为多孔介质 多数孔隙相互连通 岩石的渗透性-在一定的压差下，流体可以通过岩石中的连通孔隙而产生流动的性质 岩石的渗透率-表示岩石渗透性大小的量度,岩石油层物理性质,达西定律 均匀人工砂体水渗透规律实验 人工砂体单位面积水流的体积流量与砂体 进出口两端水头差成正比，与砂体长度成反比,岩石油层物理性质,岩石油层物理性质,Q-水的体积流量 A-过水断面 L-砂体长度 H-砂体两端水头差 K-比例常数,岩石油层物理性质,将达西定律用于描述地层流体渗透规律，考虑 到表征流体流动特性的参数 ，忽略重力 作用，则有,岩石油层物理性质,或 单位长度上的压力降（压力梯度）,岩石油层物理性质,当有一长度为L ，横截面积为A的岩心，使 其充满粘度为的流体，并在压力p1下流过岩 心，若出口压力为p2，对应的流量为Q。由 达西定律，有,岩石油层物理性质,或 若粘度为1mPas的流体，在105Pa的压力降 下，通过横截面积为1cm2、长度为1cm的岩心，当流量为1cm3/s时，岩心渗透率为1 m2， 称为达西；常用10-3 m2表示,岩石油层物理性质,绝对渗透率 达西定律的假设条件 多孔介质中只有一种流体存在 流体与多孔介质之间不发生任何物理-化学 作用 满足上述条件测得的渗透率为绝对渗透率 实验室中统一用气体测岩心绝对渗透率,岩石油层物理性质,衡量油气层岩石渗流能力大小的参数 绝对渗透率是岩石自身性质，取决于岩石的孔 隙结构 在层流、岩石不与流体起反应且100%为流体 饱和，岩石的绝对渗透率与所通过流体性质无 关,岩石油层物理性质,有效渗透率和相对渗透率 油藏多为油水、油气、水气或油气水共存的多相流 有效渗透率（相渗透率）-岩石中有多相流 体共存时允许其中某相流体通过的能力 有效渗透率与岩石自身性质、流体饱和度有关,岩石油层物理性质,相对渗透率-岩石的有效渗透率与绝对渗透 率的比值 同一岩心的相对渗透率之和小于100%,岩石油层物理性质,岩石孔隙度 油气层多由孔隙性砂岩或裂缝性灰岩组成； 岩石孔隙度-岩石的孔隙体积和岩石总体积 的比值，又称绝对孔隙度 衡量岩石储集空间多少及储集能力大小的参数 有效孔隙体积-总孔隙体积中不连通的“死”,岩石油层物理性质,孔隙和孔隙体积非常小以致流体不能在其中流 动的孔隙之外所剩的孔隙体积 有效孔隙度（连通孔隙度）参与渗流的连通 孔隙体积与岩石外表体积（视体积）的比值 流体饱和度 岩石孔隙中油气、水各自所占据体积的大小称 为岩石中油、气、水的饱和度,岩石油层物理性质,油气层损害后井眼附近渗透率的变化 油气层损害的核心问题是渗透率下降 井底附近地带被损害后油气层可划分为两个渗透率不同的毗邻区 近井地带的损害区有效渗透率为Ka 远离井底的未受损害区有效渗透率为 K Ka K,岩石油层物理性质,达西公式在径向流上的应用 实际油藏渗流可看成是径向流动 Re Rw h Pe Pw,岩石油层物理性质,如图为井筒示意 Rw井眼半径 h储层厚度 Pw井底流动压力 Pe储层供给边界压力 Re油层供给半径 K油层渗透率,岩石油层物理性质,达西公式的微分形式,岩石油层物理性质,在实际油藏径向流条件下，dx应为 dR，截 面积A应为2hR，随半径不同而改变，于是,岩石油层物理性质,即,岩石油层物理性质,以R=Rw,P=Pw和R=Re,P=Pe为边界条件积分得,岩石油层物理性质,于是,岩石油层物理性质,油气层损害后平均渗透率的计算 当井底附近地带的油气层受到损害时，在 半径为Re的范围内，地层渗透率由K下降为Ka。 此时井底流动压力由P/wf下降为Pwf 即井底附近地带的油气层受到损害后，产 生的附加压力下降值Pa= P/wf- Pwf 油气井的生产压差此时为Pe- Pwf,岩石油层物理性质,油气层受到损害井筒附近压力分布,岩石油层物理性质,(1) 式中 Pe 供给边界压力 Pa 损害区与未损害区界面处地层压力 Pwf 井眼周围损害后井底流动压力 （未损害时为P/wf ）,岩石油层物理性质,由于是稳定流动，任意半径处的流量为常数 根据达西公式，上式两边分别可写成,岩石油层物理性质,其中， 为地层受到损害后的平均有效渗透 率将（2）、（3）、（4）式代入（1）式，有,岩石油层物理性质,即,岩石油层物理性质,所以,岩石油层物理性质,（5）式的分母可写成：,岩石油层物理性质,则（5）式可写成：,岩石油层物理性质,上式即为油气层受到损害后平均有效渗透率的计算公式 若设 则,岩石油层物理性质,一般而言，井的供给半径及井底半径是已 知的，而Ra未知 从式（5）可看出，只知道损害区的渗透 率并不能了解到油层的损害程度 损害深度也是非常重要的参数 在上述推导过程中，引入了一个新的参数S,岩石油层物理性质,此参数称为表皮系数 由其定义式知，其中既包含损害区的 渗透率，也包含损害深度 表皮系数S能很好反映储层的损害程度 表皮系数S是评价油气层损害程度的重 要参数,岩心分析,岩心分析概述,岩心分析概述,岩心分析的目的 全面认识油气层的岩石物理性质及岩石中敏感 性矿物的类型、产状、含量及分布 确定油气层潜在损害类型、程度及原因 为各项作业中保护油气层工程方案设计提供依 据和建议,岩心分析概述,岩心分析的意义 矿物的性质 （特别是敏感性矿物的类型、产状和含量） 渗流多孔介质的性质 （孔隙度、渗透率、裂隙发育程度、孔隙喉道大小及形状、分布和连通性） 岩石表面的性质 （比表面、润湿性）,岩心分析概述,地层流体的性质 （油、气、水的组成、高压物性、析蜡点、凝固点、原油酸值） 油气层所处环境 （内部环境、外部环境） 矿物、渗流介质、地层流体对环境变化的敏感 性及可能的损害趋势和后果,岩心分析,岩心分析技术及应用,岩心分析技术及应用,X射线衍射(X-ray diffraction, XRD) 基本概念 全岩矿物和粘土矿物部分可用X射线衍射 迅速而准确的测定 XRD分析借助于X射线衍射仪来实现 主要由光源、测角仪、X射线检测和记录仪 构成,岩心分析技术及应用,(XRD)物相分析原理 每一种结晶体（包括晶质矿物）都有自己 独特的化学组成和晶体结构 当x射线通过晶体时，每一种结晶物质都有 自己独特的衍射花样 它们的衍射特征可以用各个反射面网的面网 间距（d值）和反射的相对强度（I/I0）来表示,岩心分析技术及应用,根据它们在衍射图谱上表现出的不同衍射角 和不同的衍射峰值高（强度）可以鉴别各类 结晶物质，包括岩石中各种矿物的组成,岩心分析技术及应用,岩心分析技术及应用,岩心分析技术及应用,X-射线 衍射在保护油气层中的应用 地层微粒分析 （地层微粒是指小于37m的细粒物质，粘土、长石、石英、菱铁矿、方解石、白云石、石膏等。这些物质与地层微粒运移、水化膨胀、分散等地层损害密切有关）,岩心分析技术及应用,全岩分析 （主要是对大于5 m的非粘土矿物进行分析，如云母、碳酸盐矿物、黄铁矿、长石的相对含量，与研究储层的酸敏损害及酸化设计密切相关） 粘土矿物类型鉴定和相对含量计算 （ X-射线衍射在石油工业中应用的最主要内容。利用粘土矿物 特征峰的d值，鉴定粘土矿物的类型，利用出现矿物对应的衍射峰的强度，定量分析粘土矿物的相对含量。常见的粘土矿物：蒙脱石、伊利石、绿泥石、高岭石）,岩心分析技术及应用,间层矿物的鉴定和间层比的计算 （油气层中常见的间层矿物大多数是由膨胀层和非膨胀层粘土相间构成。伊利石/蒙皂石间层矿物、绿泥石/蒙皂石间层矿物较常见 间层比：指膨胀性粘土层在层间矿物中所占的比例，以蒙皂石的百分含量表示）,岩心分析技术及应用,局限性 不易鉴定微量组分矿物； 不能给出矿物的产状和分布； 不能给出孔隙和孔喉的结构和分布,岩心分析技术及应用,扫描电镜(SEM)技术 基本概念 扫描电镜技术即是扫描电子显微技术 利用类似电视摄影显像的方式,用细聚焦电子 束在样品表表面上逐点进行扫描成象 分析孔隙内充填物类型、产状,岩心分析技术及应用,扫描电镜在保护油气层中的应用 油气层中地层微粒的观察 （微粒的类型、大小、含量等,分析地层微粒运移损害等） 粘土矿物的观测 （粘土矿物的类型、产状和含量，分析地层粘土水化膨胀、分散运移等损害机理）,岩心分析技术及应用,油气层孔喉的观测 （孔喉形状、大小、与连通关系：分析储层孔喉 结构，为完井液设计提供依据等） 含铁矿物的检测 （利用扫描电镜的x-射线能谱仪，能对矿物进行半定量分析，确定铁等敏感性矿物的种类与含量）,岩心分析技术及应用,油气层损害的监测 （通过对比污染实验前后岩心孔喉变化、微粒变化，从微观上分析地层损害机理） 局限性 只能作形态观察 不能确定矿物含量 不能给出矿物化学成分,岩心分析技术及应用,岩心分析技术及应用,岩心分析技术及应用,岩心分析技术及应用,薄片技术(Slice Techhique of Rock) 基本概念S 铸体薄片厚度为0.03mm , 面积不小于 1515mm，一般用储层岩心磨制而成 三大常规技术之一，它应用光学显微镜观察 薄片 直接观察储层孔喉大小、分布、连通情况、 地层微粒、地层敏感性矿物、地层胶结情况等,岩心分析技术及应用,薄片分析技术在保护油气层中的应用 岩石的结构与构造 （研究储层颗粒间接触关系 胶结情况、胶结物的种类等，初步估计岩石强度） 骨架颗粒的成分及成岩作用 (沉积作用、压实作用、胶结作用等对储层潜在损害因素的影响),岩心分析技术及应用,孔隙特征 (薄片分析可获得孔隙成因、大小、形状、分布等资料，可用于计算面孔率及微孔隙率等储层特征参数、研究孔喉尺寸大小、分布和类型，进而研究储层潜在损害因素) 不同产状粘土矿物含量的估计 (粘土矿物的种类、含量、产状分析，粘土矿物总量的校正),岩心分析技术及应用,荧光薄片应用 提供储层有效储集和渗流性质，分析孔隙形状、大小、连通情况、裂缝发育情况与裂缝大小、 走向等,岩心分析技术及应用,岩心分析技术及应用,岩心分析技术及应用,岩心分析技术及应用,岩心分析技术及应用,压汞法测岩石毛管压力曲线 测定原理表面张力理论 汞不润湿岩石，汞注入抽空的岩石孔隙喉 道，必须施加外力以克服岩石孔隙中的毛细管 压力 注入汞的每一点压力代表一个相应孔隙半径 下的毛管压力,岩心分析技术及应用,压力和孔喉半径的关系为 pc=0.735/r 或 r=0.735/ pc pc毛管压力，MPa r毛管半径，m 不同压力下进入孔隙系统的汞量代表相应的 孔隙半径在孔隙系统中所连通的孔隙体积 根据进入孔隙的汞量和对应的压力得到毛 管压力曲线,岩心分析技术及应用,毛管压力曲线用于 储集岩的分类评价 油气层损害机理分析 钻井完井液设计 入井流体悬浮固相控制 评价和筛选工作液,岩心分析技术及应用,特点 由于其仪器装置固定，测定快速准确，并且压力可以较高，便于更微小的孔隙测量，因而它是目前国内外测定岩石毛细管压力的主要手段,岩心分析技术及应用,岩心分析技术及应用,三个关键特征参数 排驱压力Pd 饱和度中值毛管压力 Pc50 最小非饱和孔隙 体积百分数Smin,岩心分析技术及应用,参数含义 排驱压力Pd 最大尺寸连通孔隙所对应的 毛管压力。反映了孔隙和喉道的集中程度和 大小，是划分岩性好坏的重要指标之一,岩心分析技术及应用,饱和度中值毛管压力 Pc50 注汞量达到 孔隙体积50时对应的毛细管压力。反映了 孔隙中存在油水两相 时，产油能力的大 小，Pc50越小，岩石对油的渗透性越好，产 能越高,岩心分析技术及应用,最小非饱和孔隙体积百分数Smin注 注汞压 力达到仪器的最大压力时，未被汞饱和的孔 隙体积百分数。 Smin越大，小孔隙占的孔隙体 积越多，对油气渗透不利。,岩心分析技术及应用,毛细管压力曲线在保护油气层中的应用 储集岩的分类评价 储集岩分类是评价油气层损害的前提，同一损 害因素在不同类型的储集岩中的表现存在差异 根据毛细管压力曲线特征参数，用统计法求特 征值，结合岩石孔隙度、渗透率、孔隙类型、岩性 等可以对储集岩进行综合分类,岩心分析技术及应用,岩心分析技术及应用,岩心分析技术及应用,岩心分析技术及应用,用于油气层损害机理分析 1）储层喉道特性对储层损害的影响 相同间层比的伊利石/蒙皂石间层矿物，对细孔 喉型油层的水敏损害比中、粗孔喉型油气层严重 2）孔隙大小及分布对储层损害的影响油气层 微粒的粒度分布、微粒在孔隙中的空间分布及与 孔喉大小的匹配关系是分析油气层损害的关键,岩心分析技术及应用,屏蔽暂堵钻井完井液设计 屏蔽暂堵钻井完井液技术中架桥粒子的选择，就 是依据压汞曲线所获得的孔喉分布及其对渗透率的 贡献值而确定的。 通过对一个油组或油气层不同特性级别岩样的毛 管压力曲线测定，考虑到主要储层的储层特征和最 大孔喉半径，依据2/3架桥原理设计屏蔽暂堵架桥 粒子之中值直径,岩心分析技术及应用,入井流体悬浮固相控制 射孔液、压井液、洗井液、修井液、注入水等都 涉及固相颗粒的含量和粒径大小控制问题，而控制 标准则视油气层储层特性而定。研究表明，当颗粒 直径大于平均孔喉直径的1/3时，形成外泥饼， 1/31/10时会侵入孔喉形成内泥饼，小于1/10时颗 粒能自由移动,岩心分析技术及应用,岩心分析技术应用展望 傅里叶变换红外光谱分析 测定矿物基团、功能团识别和量化常见 矿物 CT扫描技术（ X-Ray Computerized Tomography 计算机处理层析X射线成象技术 颗粒密度 裂隙和孔隙分布 固相侵入深度和孔隙空间的变化,岩心分析技术及应用,核磁共振成象技术（Nuclear Magnetic Resonance Imaging (NMRI) ） 观测孔隙、裂隙中流体分布与流动情况 观察流体间、流体与岩石间的作用过程 润湿性、润湿反转,岩心分析技术及应用,配能谱仪的扫描电镜技术 Energy Dispersive X-Ray Detector (EDS) 对矿物作半定量元素分析,保护油气层技术,油气层损害的室内评价,油气层损害的室内评价,概述,概述,借助各种仪器设备测定油气层岩石与外来工作液作用前后渗透率的变化 测定油气层物化环境发生变化前后渗透率的改变 根据达西渗透定律及岩心流动实验方法 参照砂岩储层岩心静态流动实验程序 （中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5358-94）,概述,室内评价的主要内容 油气层敏感性评价 工作液对油气层的损害评价 实验岩心的正确选择 岩样的准备 岩样的选取,油气层损害的室内评价,油气层敏感性评价,油气层损害的室内评价,油气层损害的室内评价,油气层敏感性评价,速敏评价实验 速敏概念 在钻井、测试、试油、采油、增产作业、注水、修井等作业或生产过程中，当流体在油气层中流动时，引起油气层中微粒运移并堵塞喉道造成油气层渗透率下降,油气层敏感性评价,实验目的 找出发生速敏的临界流速 为其它敏感评价实验确定合理的实验流速 为确定合理的注采速度提供科学依据,油气层敏感性评价,原理及作法 (Ki-1Ki)/Ki-1100%5% 表31敏感程度评价指标,油气层敏感性评价,损害程度计算式 (KmaxKmin) 损害程度100% Kmax,油气层敏感性评价,速敏损害机理示意图,油气层敏感性评价,油气层敏感性评价,油气层敏感性评价,油气层敏感性评价,油气层敏感性评价,水敏评价实验 水敏概念 淡水进入地层时，某些粘土矿物发生水化膨 胀、分散、运移，减小或堵塞地层孔隙和喉 道，造成地层渗透率降低,油气层敏感性评价,实验目的 了解粘土矿物遇水后的水化膨胀分散运移 过程 找出发生水敏的条件及水敏引起的油气层 损害程度,油气层敏感性评价,水敏实验方法,油气层敏感性评价,标准砂岩盐水组成（美感岩心公司）,油气层敏感性评价,水敏实验渗透率变化曲线示例,油气层敏感性评价,水敏实验曲线,油气层敏感性评价,盐敏评价实验 盐敏概念 进入地层的外来流体的矿化度高于地层水矿化 度时，将促使在地层矿化条件下水化的粘土去 水化、收缩、破裂、脱落，产生微粒运移而引 起地层渗透率降低,油气层敏感性评价,实验目的 找出盐敏发生的条件及由盐敏引起的油气层 损害程度 为各类工作液的设计提供依据 水敏实验是盐敏实验的特例，因此，储层敏感性流动实验新标准（2002）把水敏、盐敏实验合为一个实验：盐敏实验,油气层敏感性评价,盐敏实验种类 油气层损害的室内评价,油气层敏感性评价,油气层敏感性评价,油气层敏感性评价,油气层敏感性评价,碱敏评价实验 碱敏的概念 当高pH流体进入油气层后，油气层中的粘 土矿物和硅质胶结物发生反应，使其结构遭 到破坏而分散、脱落，造成油气层的堵塞损 害,油气层敏感性评价,实验目的 找出碱敏发生的条件（主要是pH临界值）及 由碱敏引起的油气层损害程度 为各类工作液的设计提供依据,油气层敏感性评价,油气层敏感性评价,油气层敏感性评价,酸敏评价实验 酸敏概念 油气层与酸作用后，溶解胶结物释放出微粒， 或矿物溶解释放出的离子再次生成沉淀，而造 成油气层的堵塞损害 实验目的 研究酸液与油气层的配伍性 为油气层基质酸化和酸化解堵设计提供依据,油气层敏感性评价,实验内容 盐酸（HCl）酸敏 鲜酸酸敏实验 氢氟酸（HF）酸敏 土酸（HCl+HF）酸敏 残酸酸敏实验,油气层敏感性评价,实验方法 用地层水测岩心Kf 反向注入0.5-1.0倍孔隙体积的酸液 关闭阀门反应1-3小时 用地层水正向测岩心恢复渗透率Ka,油气层敏感性评价,酸敏实验程序,油气层敏感性评价,油气层敏感性评价,应力敏感性敏评价实验 应力敏感概念 施加一定的有效应力时，岩石的物性参数随 应力变化而改变的性质（岩石孔隙几何学及 裂缝壁面形态对应力变化的响应） 实验目的 通过模拟围压条件测定孔隙度可将常规,油气层敏感性评价,孔隙度值转换成原地条件 求得岩心在原地条件下的渗透率 为确定合理生产压差提供依据 评价方法与指标 以无量纲渗透率的立方根与应力的对数图，其线性关系如下 Ki=K10001Sslg(I/1000)3,油气层敏感性评价,Ss=1(Ki/K1000)1/3/lg(I/1000) Ss-斜率 I -测量点 K1000-应力1000psi所对应的渗透率 m2 表32应力敏感程度评价指标,油气层敏感性评价,应力敏感原理示意,油气层敏感性评价,应力敏感实验结果,油气层敏感性评价,应力敏感实验曲线,油气层敏感性评价,温度敏感性评价实验 温度敏感性概念 外来流体进入油气层引起温度下降而导致油气层渗透率发生变化 实验目的 研究温度敏感引起油气层损害程度（外来流体对地层的“冷却效应”）,油气层敏感性评价,原理及方法 温度敏感性评价比较复杂，整个实验装置须 在恒温箱内完成 实验流体可分别用地层水或地层原油进行 1）选择实验岩心，测量长度和直径等 2）选择温度实验点6个点，T1为地层温度，T6为地面温度，每点之间温差T=(T6-T1)/5,油气层敏感性评价,3）在实验温度点时，在低于临界流速条件下用地层 水测出岩心稳定的渗透率K1 4）改变实验温度（必须恒温2小时以上）重复上一 步，直至测出最后一个实验温度点所对应的岩心稳 定渗透率K6 评价及指标 若温度 Ti-1 对应的 Ki-1与Ti对应的Ki 满足 (Ki-1Ki)/Ki-1100%5% 说明储层发生了温度敏感损害，即储层具有 温敏性,油气层敏感性评价,我们把发生温敏损害的前一个温度点的温 度（ Ti-1 ）称为临界温度Tc 损害程度的计算及评价指标同速敏 当实验流体为原油时，岩心抽真空饱和地 层水，用原油驱替岩心建立束缚水饱和度， 再用原油测,油气层损害的室内评价,工作液对油气层的损害评价,工作液对油气层的损害评价,工作液概念 钻井液、水泥浆、完井液、压井液、洗井液、 修井液、射孔液、压裂液、酸、注入水等 工作液静态损害评价 静滤失实验装置测定工作液滤入岩心前后渗透 率的变化 评价工作液对油气层的损害程度,工作液对油气层的损害评价,优选工作液配方 损害程度评价 Rs=(1Kop/Ko) 100% Rs 损害程度 Kop损害后岩心的油相有效渗透率 m2 Ko 损害前岩心的油相有效渗透率 m2,工作液对油气层的损害评价,辅助评价实验 粘土膨胀实验 膨胀率粘土样品膨胀后的体积增量与 原体积之比 v=(v2v1)/v1100% v 粘土膨胀率 % v1 样品原体积 v2样品膨胀后体积,工作液对油气层的损害评价, 阳离子交换实验 阳离子交换吸附吸附在粘土矿物表 面的阳离子可以和溶液中的阳离子发生 交作用 阳离子交换容量（CEC)在pH值为7 的条件下，粘土颗粒表面所能交换的阳 离子总量，单位是 mmol/100g土,工作液对油气层的损害评价, 酸溶实验 岩石中含有一定量的酸可溶物 可用化学分析方法测定岩石中含有的可 溶物的相对含量 浸泡实验 酸液使岩石中粘土颗粒分散脱落、矿物 溶蚀及骨架颗粒解体 实验通过观察岩石表面变化情况判断 岩石敏感性及液体与岩石的配伍性,工作液对油气层的损害评价,工作液动态损害评价 静态评价实验 采用“静压入”及“端面流动”方法 以岩心受工作液污染前后的渗透率变化值 判断损害程度 动态评价实验,工作液对油气层的损害评价,工作液在井内循环或搅动产生对地层的 压力激动 影响井壁上形成的滤饼质量和形成速度， 增大工作液对油气层的损害程度 动态评价实验工作液处于循环或搅动状态 更真实模拟井下实际工况 损害过程更接近现场实际,工作液对油气层的损害评价,实验结果对现场更具指导意义 评价方法同静态实验 旋转剪切模拟法 工作液在井内动态流动为出发点 流变学角度来解决动态问题 JHDS-高温高压动失水仪 SW-动态损害评价仪,工作液对油气层的损害评价,旋转剪切模拟法实验简图,工作液对油气层的损害评价,全尺寸动态模拟法 完全模拟钻井、完井时井内实际工作条件 下地层损害过程 模拟参数包括井内液柱压力、地层孔隙 压力、上覆岩层压力、地层温度、工作液 施工温度、钻井液上返循环速度、钻具转 速,工作液对油气层的损害评价,实验所得评价结果更加客观、实用 实验过程具有更加完善的模拟功能 DSE高温高压全尺寸动态模拟岩心污染 试验仪,工作液对油气层的损害评价,动态污染模拟试验是一套系统试验 测定污染前岩心渗透率 在动态条件下污染岩心 测定污染后的岩心渗透率 比较污染前后岩心渗透率的变化 判断岩心污染程度,工作液对油气层的损害评价,多点渗透仪测量损害深度和程度 静态和动态评价结果反映沿整个岩心长度 上的平均损害程度 工作液侵入岩心的真实程度沿整个岩心长度 不一定均匀 多点渗透率仪可准确测出真实损害深度,工作液对油气层的损害评价,多点渗透率仪示意图,工作液对油气层的损害评价,损害前后渗透率曲线对比求损害深度和 分段损害程度,工作液对油气层的损害评价,Koi-损害前基线渗透率曲线 Kopi-损害后恢复渗透率曲线 损害深度 L = L1+L2+L3+l4+0.5L5 分段污染程度 Rsi=(1 Kopi/ Koi) 100% 式中 i=1,2,36,工作液对油气层的损害评价,其它评价实验,工作液对油气层的损害评价,油气层损害室内评价技术的发展方向 全模拟实验，模拟井下温度、压力、剪切 等实际工况条件下的油气层损害评价 多点渗透率仪的应用，短岩心向长岩心发展 小尺寸岩心向大尺寸岩心发展 计算机数学模拟与室内物理模拟结合 实验自动化，引入计算机数据采集 用实际流体、模拟实际工况做油气层损害实验,油气层损害的室内评价,储层敏感性预测技术,储层敏感性预测技术,储层敏感性快速诊断和预测技术 储层敏感性实验评价技术可取得较准确的储层敏感性资料 需要大量天然岩心 花费大量人力、物力、时间 不能满足快速勘探开发实际生产需要,储层敏感性预测技术,无法满足老油田的稳产保护油气层工作所需 大量天然岩心 预测方法的基本原理 储层敏感性是储层内部性质的外部表现 储层敏感性必定与储层岩石矿物性质、孔隙 性质、储层流体性质有关,储层敏感性预测技术,预测方法步骤 按不同敏感性范围对储层分组 用多元统计分析方法求出各组判别函数 储层资料代入相应判别函授求出所属各组的 置信概率值 待判别储层归类于概率值最大一组，以该组 敏感性对储层敏感性做出预测,储层敏感性预测技术,预测技术预测内容和所需资料 储层的五敏性 水敏性、速敏性、盐敏性、盐酸酸敏性、 土酸酸敏性 17个储层组成和结构特性资料,储层敏感性预测技术,相关软件 砂岩储层敏感性快速预测软件for Windows V2.0 油科院钻井所 石油大学、西南石油学院、西安石油学院,保护油气层技术,油气层损害机理,油气层损害机理,基本概念,基本概念,油气层损害机理就是油气层损害的产生原因和伴随损害发生的物理、化学变化过程 机理研究工作基础 岩心分析技术 室内岩心流动评价实验结果 有关现场资料分析,基本概念,机理研究的目的 认识和诊断油气层损害原因及损害过程 为推荐和制定各项保护油气层和解除油气层 损害技术措施提供科学依据 油气层损害的实质是油气层中流体的渗流阻力增加、渗透率下降,基本概念,油气层被打开过程中，各种作业过程都会改变油气层的原始环境条件，使原来的物理、化学平衡状态发生改变，有可能造成油气井产能下降，导致油气层损害 油气层损害机理的研究是保护油气层技术一项必不可少的基础工作,基本概念,油气层损害是在外界条件影响下油气层内部性质变化造成的 受外界条件影响而导致油气层渗透率降低的油气层内在因素属于油气层潜在损害因素(内因） 包括 孔隙结构、敏感性矿物、岩石表面性质、体性质,基本概念,施工作业时任何能够引起油气层微观结构或流体原始状态发生改变并使油气产井能降低的外部作业条件均属油气层损害外部因素（外因） 包括 入井流体性质、压差、温度、作业时间,油气层损害机理,油气层损害类型,油气层损害类型,水敏性损害 外来水进入油气层后，油气层岩石中的粘土 矿物发生水化膨胀、分散脱落、运移，而导致 地层渗透率降低的现象 各种油气层损害类型中最复杂、最主要一种 膨胀性粘土遇水膨胀，减小油气层孔隙通道,油气层损害类型,膨胀性矿物有蒙脱石、伊利石/蒙脱石、绿泥 石/蒙脱石混层矿物 非膨胀性粘土遇水分散，释放微粒，微粒随 流体运移堵塞孔隙通道 非膨胀性矿物有高岭石、伊利石等,油气层损害类型,酸敏性损害 油气层岩石与酸液接触后，发生有害反应生 成沉淀或岩石解体产生地层微粒，引起油气层 渗透率降低的现象 油气层中岩石中铁质绿泥石、黄铁矿对盐酸 敏感，它们溶解于溶液时，释放出的铁离子生 成 Fe(OH)3 凝胶堵塞油气层孔隙,油气层损害类型,方解石、白云石等含钙碳酸盐矿物与氢氟酸反 应生成不溶解的氟化钙沉淀 硅酸盐矿物溶解后释放出硅离子与低浓度氢氟酸反应沉淀出SiOH4nH2O水化胶体物 质,油气层损害类型,微粒运移损害 流速较高或压差波动较大，使油气层中固有 的颗粒脱落，随流体移动，在孔喉处产生堵塞，造成油气层渗透率降低的现象,油气层损害类型,微粒包括所有粒级的矿物及其它组分颗粒 可为岩石颗粒，胶结不好的地层、粘土为主要胶结物的地层对流速最敏感：疏松附着于岩石孔隙壁上的各种覆盖物 也可为有机颗粒（含碳有机物残渣） 微粒运移是流速对微粒的扰动作用 分散运移是一种电化学反应,油气层损害类型,结垢损害 外来流体进入油气层，改变了地层流体成分或地层温度、压力发生变化，或外来流体与地层流体不配伍，形成各种沉淀物堵塞油气通道的现象 无机垢CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4 有机垢蜡、沥青质,油气层损害类型,毛细管阻力损害 外来流体进入油气层与地层流体接触，在油水界面形成一个凹向油相的弯月面而产生毛管阻力，阻碍液体流动；或外来流体进入油气层，改变了油气层中的油水分布，含水饱和度增加，含油饱和度下降，使油相渗透率降低的现象 物理原因的损害 与岩石矿物组成无关 只与两相流体的界面张力有关,油气层损害类型,润湿性改变损害 岩石吸附化学剂改变岩石表面润湿性而造成 油相渗透率下降的现象 润湿液体在分子力作用下在固体表面上的 流散现象,油气层损害类型,润湿性当某一固体表面同时与两种不相混 溶的流体（两种液体或一种液体、一种气体） 接触时，如果其中的一种流体有沿着固体表面 延展的趋势，则固体表面为该流体所润湿 岩石的润湿性岩石表面与流体相互作用的 一种性质，即某种流体延展或附着到固体表面 的倾向性,油气层损害类型,产生这种倾向性的根本原因是由于分子间力 的作用 水润湿地层水滴在地层表面铺展，则称该 地层为水润湿地层或水湿性地层 油润湿地层油滴在地层表面铺展，则称该 地层为油润湿地层或油湿性地层,油气层损害类型,不同岩石表面具有不同电性和润湿性亲油 岩石、亲水岩石 润湿性改变损害与岩石成分有关 含硅质物质的砂和粘土表面通常呈负电性， 阳离子型化学剂能牢固吸附与砂岩表面，使其 具亲油性,油气层损害类型,石灰岩在值为08环境下，表面带正电荷， 阴离子表面活性剂使其变为亲油表面 水润湿地层变为油润湿地层，油相渗透率降 低40%,油气层损害类型,固相颗粒侵入损害 入井流体直接将固相颗粒带入油气层，堵塞孔隙通道而使油气层渗透率降低的现象 固相颗粒分无机固相颗粒和有机固相颗粒 固相颗粒侵入损害的根源受外界因素影响 固相颗粒侵入后油气层渗透率下降的幅度与岩石的孔隙结构有关,油气层损害类型,出砂损害 高速采油情况下，弱胶结或未胶结型岩石结 构的完整性遭到破坏，发生解体，形成松散的 砂粒或微粒物质，其中较大的颗粒形成架桥或 卡堵而堵塞孔隙；较小的颗粒随油流流向井筒，造成油井出砂，堵塞生产层段,油气层损害类型,几乎所有的油气层损害都是一 系列物理、化学过程的结果,油气层损害机理,油气层潜在损害因素,油气层潜在损害因素,任何具有一定孔隙结构和渗透性的岩石都能储存油气 储存油气的岩石称为储集岩或储集层，简称储层,油气层潜在损害因素,油气层储渗空间及其特性 油气层的储集空间包括 孔隙、孔洞、裂缝 油气层的渗流通道主要是喉道 喉道是两个颗粒间连通的狭窄部分或两个 较大孔隙间的收缩部分 喉道是易受损害的敏感部位,油气层潜在损害因素,油气层的孔隙结构指孔隙和喉道的几何 形状、大小、分布、连同关系 储层的储渗空间决定了它的储集和渗滤特性 砂岩储层一般是以粒间孔隙为主的孔隙型 储层,油气层潜在损害因素,碳酸盐储层是以孔隙和裂缝为主的双重 孔隙介质型储层 以裂缝为主的裂缝型储层较少见 孔隙结构从微观角度描述油气层的储渗特性 孔隙度和渗透率从宏观角度描述岩石的储渗 特性,油气层潜在损害因素,1.油气层的孔喉类型 不同的颗粒接触关系和胶结类型决定着孔喉 类型 孔喉类型从定性角度描述油气层的孔喉特征 孔隙结构参数从定量角度描述孔喉特征 油气层孔喉分为五种类型 孔喉特征与与油气层损害关系,表4-1 孔喉类型与油气层损害关系,油气层潜在损害因素,油气层潜在损害因素,2.油气层岩石的孔隙结构参数 孔隙结构参数 孔喉大小与分布 孔喉弯曲程度 孔隙连通 程度 孔隙结构参数与油气层损害的关系 孔喉越大，不匹配的固相颗粒侵入越深，,油气层潜在损害因素,造成的固相损害程度越大，水锁和贾敏损 害可能性小 孔喉弯曲程度越大，外来固相颗粒侵入 越困难，侵入深度小，地层微粒易在喉道 阻卡，微粒分散或运移损害潜力增大， 喉道易受损害 孔隙连通性差，油气层易受损害,油气层潜在损害因素,3.岩石渗透率与储集空间、油气层损害的关系 渗透率是孔喉大小、均匀性和连通性三者共 同体现 渗透性好的油气层，孔喉较大或较均匀， 通性好，胶结物含量低，受固相侵入损害的 可能性大,油气层潜在损害因素,低渗透性油气层，孔喉小或连通性差，胶 结物含量高，易受粘土水化膨胀、分散运 移、水锁及贾敏损害,油气层潜在损害因素,油气层的敏感性矿物 1.定义与特点 储集层中与流体接触易发生物理、化学 和物理化学反应并导致油气层渗透率大幅 度下降的矿物,油气层潜在损害因素, 粒径小（37m）、比表面大、多位于 孔喉处 2.敏感性矿物类型 水敏和盐敏矿物 油气层中与矿化度不同 于地层水和水作用产生水化膨胀或分散、 脱落等，并引起油气层渗透率下降的矿物,油气层潜在损害因素,蒙脱石 伊利石/蒙皂石间层矿物 绿泥石/ 蒙皂石间层矿物 碱敏矿物 油气层中与高pH值外来液体 作用产生分散、脱落或新的硅酸盐沉淀和硅 凝胶体， 并引起渗透率下降的矿物,油气层潜在损害因素,长石 微晶石英 各类粘土矿物 蛋白石 酸敏矿物 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 盐酸敏矿物 含铁绿泥石 铁方解石 铁白云石 水化黑云母 氢氟酸敏矿物 方解石 石灰石,油气层潜在损害因素,白云石 钙长石 沸石 云母 各类粘土和 各类粘土矿物 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 粘土矿物 粒径小于37m的各种非粘土矿物 石英 长石 方解石等,油气层潜在损害因素,油气层潜在损害因素,3.敏感性矿物的产状 敏感性矿物在含油气岩石中的分布和存在 状态 敏感性矿物的产状对油气层损害影响较大 薄膜式 粘土矿物平行于骨架颗粒排列， 呈部分或全包覆基质颗粒状 以蒙脱石、伊利石为主,油气层潜在损害因素,流体流经时阻力小，不易产生微粒运移 易水化膨胀，减少孔喉，引起水锁 栉壳式 粘土矿物叶片垂直于颗粒表面表 面积大，处于流体通道部位 绿泥石为主 流体流经阻力大，极易受高速流体冲击， 破裂形成颗粒而运移,油气层潜在损害因素,被酸蚀形成Fe(OH)3、SiO2凝胶体，堵塞 孔隙 桥接式 由毛发状、纤维状伊利石搭桥于 颗粒间 流体极易将其冲碎，造成微粒运移 孔隙充填式 粘土充填在骨架颗粒之间孔隙 中，呈分散状，粘土粒间孔隙发育,油气层潜在损害因素,高岭石、绿泥石为主 极易在高速流体作用下造成微粒运移 4.敏感性矿物含量与损害程度的关系 敏感性矿物含量高，造成的油气层损害 程度大 渗透率越低，造成损害的可能性和程度 越大,油气层潜在损害因素,油气层岩石的润湿性 1.润湿性是控制油藏流体在孔隙介质中 的位置、流动和分布的重要因素 润湿性对油藏岩石的多个特性参数产生 直接影响 毛管压力、相对渗透率、驱油效率、 共存水饱和度、残余油饱和度等,油气层潜在损害因素,油湿岩石，则与水湿岩石相反 2.岩石的润湿性决定着岩石孔道中毛管力的 大小和方向 毛管力的方向总是指向非润湿相一方 岩石表面亲水时，毛管力是水驱油的动力 岩石表面亲油时，毛管力是水驱油的阻力 3.润湿性影响地层微粒的运移,油气层潜在损害因素,油气层潜在损害因素,地层微粒可被地层中流动的液体润湿时， 微粒可随之移动 地层微粒不可被地层中流动的液体润湿 时，微粒不移动 地层微粒可被地层中不相混溶的两种液体 同时润湿时，微粒沿着两种液体的界面发生 移动,油气层潜在损害因素,毛细现象 1.定义 润湿相流体在表面收缩（毛细管压力）作用下在毛细管中上升的现象 毛细现象常用毛细管压力表征 毛细管压力就是毛细管中弯月面两侧润湿 相流体和非润湿相流体之间的压差 毛细管压力的方向与液面的凹向一致,油气层潜在损害因素,对于圆柱状毛细管，毛细管压力等于 毛细管中液柱上升高度的液柱压力 其数值上为 Pc=2cos/r Pc毛管压力 润湿相和非润湿相的界面张力 润湿相与岩石的接触角 r毛细管半径,油气层潜在损害因素,2.油气层岩石具有十分复杂的孔隙系统 可看作是一套不规则的毛细管网络 平均孔喉半径小的储层的毛细管现象尤为 突出 油气层流体的性质 油气层中流体往往也是引起油气层损害的潜 在因素,油气层潜在损害因素,1.地层水的性质 矿化度 表示地层水中含盐量多少 外来工作液矿化度低于地层水矿化度可 引起地层中粘土矿物水化膨胀和分散 地层水中常见的阳离子有Na+、Ca2+、 Ma2+、 Ba2+、Sr2+、阴离子有 Cl-、SO42-、 HCO3-、F-,油气层潜在损害因素,根据水中主要离子当量比水分为CaCl2、 MgCl2、NaHCO3、Na2SO4四种类型 地层水多为NaHCO3型和CaCl2型 地面水多为Na2SO4型 工作液和地层水不配伍会对地层造成严重 损害 当油气层压力和温度降低或入井流体和地,油气层潜在损害因素,层水不配伍会生成CaCO3、CaSO4、BaSO4、 SrSO4、 Ca(OH)2等无机沉淀 高矿化度盐水可引起进入油气层的高分子 处理剂盐析 2.原油性质 含蜡量 胶质 沥青 含硫量 凝固点 粘度 析蜡点,油气层潜在损害因素,石蜡、胶质、沥青可形成有机沉淀 原油与入井流体不配伍形成有机沉淀 原油与酸液作用形成酸渣 注水和压裂作业的冷却效应导致石蜡、 沥青沉淀,油气层潜在损害因素,3.天然气性质 天然气的主要成份是气态烃类，含少量非 烃气体 H2S和CO2腐蚀气的含量和相态特征 H2S和CO2气体腐蚀设备管壁造成微粒 H2S 腐蚀金属过程中形成FeS沉淀,油气层潜在损害因素,油气藏环境 油气层损害是在特定环境下发生的 内部环境 油气藏温度、压力、原地应力、 天然驱动能量 外部环境 工作液流速、化学性质、固相颗粒 分布、压差、流体温度,油气层潜在损害因素,油气层潜在损害因素相