（油气田开发工程专业论文）注水井地层伤害诊断与处理措施评价技术研究.pdf

a s t u d yo nd i a g n o s i sf o rf o r m a t i o nd a m a g e a n d e v a l u a t i o nf o rt r e a t m e n tt oi n j e c t i o nw e l l z h a n g z h o n g - p i n g ( o i l & g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yc h e n d e c h u n ( v i c e p r o f e s s o o a b s t r a c t w a t e rf l o o d i n gi st h em o s tp o p u l a rt e c h n i q u eo fs e c o n d a r yo i l r e c o v e r ya n di m p o r t a n tm e t h o df o rh i g ha n ds t a b l ep r o d u c t i o n h o w e v e r , t h ed e s c e n d e n tw a t e ri n j e c t i v i t yi n f l u e n c e dd e v e l o p m e n tr e s u l td u r i n gt h e p r o c e s so fw a t e r f l o o d i n g t h ed i a g n o s i sf o r f o r m a t i o nd a m a g ea n d e v a l u a t i o nf o rt r e a t m e n tt oi n j e c t i o nw e l li so n eo ft h em o s te f f e c t i v e a c c e s st oe s t a b l i s ht h es y s t e mo fp r e v e n t i o na n dt r e a t m e n tt of o r m a t i o n d a m a g e b a s e do ns t u d yo fg e o l o 百c a lc h a r a c t e r i s t i c s ，i n j e e t e dw a t e r q u a l i t y , s e n s i t i v i t ye x p e r i m e n t a lm a t e r i a la n da c t u a lp r o d u c t i o nd a t a ，t h i s p a p e ra n a l y z e dt h em e c h a n i s m o f f o r m a t i o nd a m a g e ，t h el e v e la n dd e p t ho f d a m a g e ，e s t a b l i s h e dt h ed i a g n o s i s f o rf o r m a t i o nd a m a g em o d e l b y c o m p a r i s o na n da n a l y s i sa l lk i n d so ft r e a t m e n t m e c h a n i s m ，t e c h n o l o g y , a p p l i c a b i l i t ya n ds e c o n d a r yd a m a g e ，i te s t a b l i s h e dt h ee v a l u a t i o na n d d e c i s i o nf o rf o r m a t i o nt r e a t m e n tm o d e lb yt h e o r ys t u d ya n di n v e s t i g a t i n g t h ea p p l i c a t i o no ff i e l ds h o w st h a tt h ee v a l u a t i o nm o d e l sc o i n c i d e n c e s r a t i oe x c e e d8 5 a n d2 0r e s u l t sa r e b a s i c a l l yi d e n t i c a lb e t w e e nt h e c a l c u l a t i o na n dt h ea p p l i c a t i o n t h e r e f o r et h es t u d yc a nm a k ed i a g n o s i s a n dd e c i s i o nm o r eq u i c k l ya n dm o r es c i e n t i f i ca n d i m p r o v ee f f i c i e n c ya n d q u a l i t yo fw o r k k e yw o r d s ：f o r m a t i o nd a m a g e ，d i a g n o s e ，g r a d ew e i g h i n g ，f u z z y j u d g e m e n t ，i n j e c t i o nw e l l 独创性声明 本人声明所呈交的论文足我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中 国石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示了谢意。 签名：3 , o d 5 年s 目t e t 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名：堡垒生主 6 年f 导师签名：砷6 年r , e l “日 , e jj j 日 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 1 1 研究目的及意义 第1 章前言 注水是油田开发中应用最广泛的二次采油技术，也是目前油田高产 稳产的重要手段。近几年全国油田年平均注水6 8 亿吨，平均吨油注水 量接近5 立方米。然而，在油田注水过程中，由于外来流体与储层岩石 矿物、储层流体等不配伍，水中悬浮物、浮油、微生物及代谢产物的存 在，以及注水地层的敏感性等，常常引起地层伤害。 注水地层受到伤害会影响注水井的注水量，影响油田的开发效果， 同时增加了解除油层伤害的作业工作量，从而给石油开发带来巨大经济 损失。因此，保护油气层不受伤害是十分重要的。 另一方面，由于地层对注入水的排异性，注水又必然对地层造成一 定程度的伤害。所以，分析伤害机理，评价各因素的伤害程度，并决策 采用有效的解堵增注技术措施，也是提高油田开采效益和开发效果的重 要研究内容。 针对东辛油田目前欠注井多、每年欠注层改造井次多等情况，在对 油藏地质特征、注入水水质资料、敏感性实验资料、注水生产资料、处 理措施应用评价资料等的研究与分析的基础上，研究影响注水井地层吸 水能力各因素的量化评价模型，以分析注水地层伤害的机理及各因素伤 害的程度及深度；结合注水井生产动态状况，建立注水井生产系统动态 分析方法与伤害诊断模型；利用理论研究和现场应用效果分析等手段， 对注水地层处理措施的机理与效果等进行综合对比和分析，建立注水井 地层处理措施的应用评价模型和应用评价决策体系；基于上述思路，研 发“注水井地层伤害诊断及处理措施评价技术”计算软件，以实现油田 注水井工作分析和注水地层伤害诊断和处理措施决策的及时化和科学 化，提高工作效率与工作质量。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 1 2 国内外研究现状 ( 1 ) 油气层伤害机理研究及其伤害诊断技术研究 实验室实验评价：通过岩心流动实验，考察油气层岩心与各种 外来流体接触后所发生的各种物理化学作用对岩石性质，主要是对渗透 率的影响及其程度，为油气水井各项工程技术措施的设计和实施提供必 要的参数和依据。如尹先清等“1 通过不同水样的岩心流动实验，研究了 纯化油田不同注入水水质对岩心渗透率的伤害率，并分析了其对地层伤 害的程度。 多种评价资料的综合解释方法：通过试井解释结果，计算表皮 系数，反映地层的伤害程度。如胡书勇等0 1 从典型的实例出发，分析了 储层深部伤害在试井曲线上的反映，并定性分析了储层深部伤害的原 因，得出了用试井手段评价注水过程中对储层深部伤害的方法。 地层伤害微观机理的深入研究：主要是对影响油气层伤害程度 和深度的某一主要因素进行微观分析，提出减少和控制油气层伤害的界 限指标。如罗明良等啪在岩心速敏实验基础上，应用渗流力学和采油工 艺等基本原理，将室内临界流速研究与油田开发相结合，建立了微粒运 移堵塞预测数学模型。并根据现场参数计算油气井的临界产量，为地层 解堵和防止微粒运移提供重要的科学依据。 理论与实践结合的统计分析方法：在油田实际工作中，经常根 据生产资料的统计分析，结合理论研究，得出本油田实用的分析评价方 法。如何晓东等“1 立足于多年来轮南油田注入水水质的实验研究数据， 对轮南油田注入水现状进行分析讨论，对化学指标( 铁含量、溶解氧、 硫化物含量、二氧化碳含量、含油量、腐蚀率) 、细菌指标、物理指标 ( 悬浮物含量、悬浮物粒径) 和注入水与地层水配伍性等进行逐一评定， 指导现场注水实践。 利用表皮系数计算分析地层伤害类型与程度：分析了注水过程 中可能引起油层伤害的主要机制，给出各项伤害因素引起的表皮系数具 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 体计算方法，得出注水地层伤害类型与程度。如李明忠、秦积舜等“1 在 分析油层本身的结构组成特征、所含流体的性质、注入水的成分特征及 注入方式的基础上，计算各影响因素所引起的表皮系数，从而全面认识 注水对油层的伤害情况，掌握预防的重点。 ( 2 ) 注水井解堵增注技术的评价研究 对比与综述分析：在分析国内外常用的解堵增注技术的作用机 理和适用条件的基础上，对目前的解堵增注技术进行简单的评价。如汪 伟英“将国内外常用的解堵增注技术分为物理方法和化学方法，分析 这些措施方法的微观宏观作用机理、特点及其适用范围，结合部分现场 应用情况，评价措施的使用效果以及适用性。 模糊综合评判法：在实际生产中，解堵效果与解堵技术有关， 也与注水地层地质情况、堵塞成因等多种因素有关，因此运用模糊综合 评判是一种比较适合实际情况的方法。如李燕杰棚在大庆油田采油二厂 南四一八区为主的2 5 口油水井上，分别采用热化学解堵技术、低伤害 缓蚀酸解堵技术、复合解堵技术、高频水力振荡解堵技术、超声波解堵 技术、高能气体压裂解堵技术进行了解堵试验，然后将试验结果列出， 建立模糊综合评判的数学模型，并进行综合分析得到这几种解堵技术的 相对优劣及其稳定性。 未确知测度综合评价法：在现场试验结果的基础上运用未确知 测度综合评价模型，对所采用的各种解堵技术作出优劣排序。如刘开第 嘲针对七种解堵措施在大庆油田某采区2 3 口井上的试验结果，建立未 确知测度识别模型，对七种解堵技术进行效果综合评价，并进行优劣排 序。 1 3 主要研究内容与技术路线 ( 1 ) 主要研究内容 注水井地层伤害机理研究 3 中国石油大学( 华东 硕士论文第1 章前言 对注水造成地层伤害的机理进行分类研究，结合油田注水实际情况 和生产测试资料，研究注水井地层伤害机理，分析地层伤害的影响因素。 注水井地层伤害诊断技术研究 建立注水造成地层伤害各影响因素的计算模型。根据注水井测试资 料和生产资料，确定注水井各吸水层段的总伤害程度和伤害深度，并根 据地层地质和油藏工程资料、注入水水质资料、注水井生产资料等确定 各伤害因素对总伤害程度和伤害深度的作用及其量化指标，以评价注水 井各吸水层段的伤害机理。 处理措施实施效果评价与预测模型研究 根据注水并地层伤害诊断结果及所决策的处理措施，利用等级权衡 法和模糊综合评判法，建立评价解除伤害后的注水效果及措施效果预测 模型，推荐有效解除地层伤害的处理措施。 “注水井地层伤害诊断及处理措施评价技术”的计算工具软件 开发 基于上述研究成果，建立“注水井地层伤害诊断及处理措施分析技 术”的软件编制大纲，开发相应的计算工具软件。 计算与分析 收集东辛油田注水井和注水地层的油藏地质资料、注水水质资料、 实际生产数据等，利用开发的软件进行计算与分析，指导现场应用。 ( 2 ) 研究方法与技术路线 采用文献调研、理论研究、现场资料统计及软件开发设计相结合的 研究方式逐步展开。 以东辛油田的注水井为研究对象，通过注水井生产资料和油藏 地质条件的分析，了解注水井的现状及存在问题，建立注水造成地层伤 害各影响因素的计算模型，以确定各影响因素对总伤害程度和伤害深度 的作用及其量化指标，诊断注水并地层污染状况。 调研国内外注水井解除地层伤害的各种技术，特别足东辛油田 近年来现场应用的各种措施技术，分析其作用机理和应用条件，研究与 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 分析各影响因素与措施效果之间的关系，建立注水井解除地层伤害的技 术应用评价决策模型和注水井地层处理措施效果的预测模型。 开发“注水井地层伤害诊断及处理措施评价技术”计算工具软 件。 现场应用与分析。 5 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章注水地层伤害机理研究 第2 章注水地层伤害机理研究 注水是目前油田实现高产、稳产和高效开采的重要措施。随着油田 开发的进行，油藏地质对注水质量和注水工艺的要求越来越高，注够水、 注好水是保持地层能量、保证油田稳产的基础。在长期注水开发过程中， 由于各种原因，造成了部分注水井的注水地层吸水能力下降，影响着油 田注水开发效果。因此，有必要开展注水井地层伤害诊断技术研究。 2 1 注水地层吸水能力下降因素分析 2 1 1 注水地层吸水能力 注水井的吸水能力例常用比吸水指数来描述，即单位油层厚度、单 位注水压差下油层的吸水量，表示为； 刀：掣鼎! 兰1( 2 - 1 ) b j h 1 i 硝! t ，) + s 一0 5 式中，为比吸指数，r a 3 i d m p a m ；k 为水的有效渗透率， 1 0 - 3 岫2 ；b ，为水的体积系数，m 3 m 3 ；儿为水的粘度，m p a s ；s 为注水井综合表皮系数，无因次；0 为水前缘半径，m ；o 为井跟半径， 由式( 2 一1 ) 可知，注水井的吸水能力与足，、扫。、s 及有关， 如果忽略由于注入水粘度、体积系数以及由注入水水线推进前缘的变化 引起的吸水指数的改变，则注水井吸水能力的变化集中地反映了k 。和 s 的变化。表皮因子s 不但包含了由于钻井、固井、完井等引起的近井 地带的伤害，也包含了注水过程中水中悬浮颗粒、无机垢、水敏及速敏 等带来的地层伤害。而足。则主要与注水井的注水时间、注入水中含油 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章注水地层伤害机理研究 量以及地层的润湿性等因素有关。 2 1 2 注水地层吸水能力下降的因素 ( 1 ) 与注水井作业管理有关的因素嘲嘲 作业时，因压井液浸入注水层段而造成的伤害； 酸化措施不当破坏了岩石骨架或生成沉淀物，造成地层的二次 伤害： 注水操作不平衡或注水强度过大，破坏了地层岩石结构而造成 的伤害； 井筒不清洁，从而使井筒中的污物随注入水侵入地层造成的地 层堵塞。 ( 2 ) 与注入水水质有关的因素 注入水水质不合格造成的地层伤害不仅涉及近井地带，而且将涉及 地层深部，同时由于注水时间长，注入量大，其伤害具有累积效应，伤 害程度严重，且不易排除。因此，由于注入水水质因素引起的地层伤害 是十分不利的，它将严重影响地层的吸水能力。注入水水质因素引起的 地层伤害可能是某个指标或几个指标超标( 或沿程恶化) 造成的 2 2 注水地层伤害机理分析 引起注水地层伤害的原因很多，但根据不同的堵塞机理“”可归纳为 以下几种类型： 外来流体与地层岩石矿物不配伍造成的堵塞： 外来流体与地层流体不配伍造成的堵塞； 毛细现象造成的堵塞； 固体颗粒侵入或运移造成的堵塞； 微生物和浮游生物及其代谢产物造成的堵塞。 无论哪种原因造成的堵塞1 ，地层本身的内在条件是主要原因，当 地层不能适应外界条件变化时，就会导致地层渗透率下降 7 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章注水地层伤害机理研究 2 2 1 速敏性堵塞 速敏性“3 1 是指流体流动速度变化引起地层中微粒( 包括粘土和其它 矿物在内的所有碎屑微粒) 运移、堵塞喉道、造成渗透率下降的现象。 随着注入水流速的增大，孔隙中的微粒发生运移，堵塞喉道，使储 层渗透率降低的一种储层伤害。主要是由于粒间孔隙中的高岭石、伊利 石等粘土矿物吸水膨胀和非粘土矿物颗粒的运移造成的。 外来流体侵入储层使地层流体的离子浓度发生变化，引起储层中粘 土矿物水化、膨胀、分散，粘土矿物微粒及由粘土矿物胶结的碎屑微粒 被释放出来，于是产生了速敏性。因此，速敏性“”贯穿于储层勘探开发 的全过程中。 2 2 2 水敏性堵塞 水敏性是指与储层不配伍的外来流体进入储层后，引起粘土膨胀、 分散、运移，从而导致渗透率下降的现象。水敏在开发过程中比较常见， 研究也比较深入。 储层中比较常见的水敏性粘土矿物“”有蒙脱石、伊蒙混层、伊利 石等。它们的水敏性强弱为；蒙脱石 混层粘土矿物 伊利石 绿泥石 高岭石。 ( 1 ) 水敏影响因素 水敏是在内因和外因作用下发生的。内因包括粘土矿物的种类、粘 土矿物的含量、分布、形态，储层的孔隙度、渗透率，外因主要包括外 来流体的矿化度、矿化度改变速度以及外来流体中阳离子类型等。 粘土类型 对于不同的粘土矿物，其晶体结构不同，在发生晶格取代时，取代 的位置、取代的数量不一样，以及平衡负电荷的无机阳离子不同，则它 们的水化膨胀的程度和对储层水敏性的影响也有所不同。例如，蒙脱石 品层之间只存在分子间引力，水分子很容易进入层间；并且由于其比面 积大，阳离子交换量高，因而是典型的膨胀性粘土矿物，它的存在对储 8 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章注水地层伤害机理研究 层水敏性影响最大。 粘土矿物含量 在其他因素相近的情况下，膨胀粘土矿物含量越高，则水敏性越强。 粘土矿物形态及分布位置 水敏性的强弱不仅与粘土矿物含量有关，而且与水敏性粘土矿物的 形态和分布位置有关。如果水敏性粘土矿物处于与外来流体接触较少的 位置，则水敏性较弱，如果水敏性粘土矿物处于与外来流体接触较多的 位置，如位于喉道位置，对渗透率影响较大，则水敏性较强。有时水敏 性矿物含量不多，却表现出强的水敏性，其原因就在于粘土分布在孔喉 处，或以网状分布在孔穴，一旦膨胀，渗透能力就急剧下降。e b b a s a n “5 1 等在提出地层伤害指数时就充分考虑了粘土分布位置的影响。 油藏岩石的孔渗性质 一般的，在低渗、特低渗油藏中，孔喉尺寸较小，即使只存在少量 的水敏性粘土矿物，也可能对储层渗透率有较大的影响；在中高渗透的 油气藏中，少量水敏性的粘土矿物的存在对渗透率的影响相对较小。 外来流体矿化度及其降低速度 外来流体矿化度与地层水矿化度差异越大，则膨胀越严重，水敏性 越强。 外来流体矿化度的降低速度对储层的水敏性也有一定的影响。 k h i l a r 和f o g l e r “通过实验提出一个机理i 当溶液矿化度突然降低时， 粘土会较快的膨胀分散，使得孔隙流体中粘土颗粒浓度在短时间内迅速 增加，于是粘土颗粒堵塞孔喉的可能性就增大；而在缓慢、连续的降低 矿化度时，粘土的膨胀和分散也会比较缓慢，单位时间内释放出的粘土 颗粒较少，因此粘土颗粒堵塞孔喉的可能性就相对较小。 外来流体中阳离子类型 外来流体中阳离子价态越高，该阳离子与粘土负电荷中心作用力越 强，使粘土表现出弱水敏性。对于同价阳离子，其水化离子半径越小， 该阳离子与粘土表面负电荷中心的作用力也越强，它所引起的储层水敏 性也越弱。相反，如果是溶液中低价阳离子置换粘土矿物表面和晶层之 9 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第2 章注水地层伤害机理研究 问的高价阳离子，则将增加粘土表面的负电性，从而从溶液中吸附更多 的等电量阳离子，这些无机阳离子的水化以及晶片上表面水化，使粘土 矿物晶层间的引力减弱，导致吸水膨胀和分散，加剧粘土渗透水化，从 而表现强的水敏性。 ( 2 ) 水敏性伤害过程 储层水敏性伤害过程可以分为粘土矿物水化膨胀和分散运移两个 阶段。水化膨胀包括表面水化和渗透水化；分散运移包括表面水化引起 的分散和晶层之间的渗透膨胀引起的分散。其原理是粘土矿物硅氧四面 体片和硅氧八面体之间的低价阳离子面体片之间的低价阳离子取代高 价阳离子，致使晶片带负电荷。平衡这些负电荷的无机阳离子的水化、 晶面处硅氧键或氢氧键的偶极对水分子的吸引，使粘土矿物膨胀、层间 的引力减弱，导致膨胀、分散、运移，从而缩小喉道，降低储层渗透率。 2 2 3 酸敏性堵塞 地层酸敏是指酸化液进入地层后与地层中的酸敏性矿物和流体发 生反应、产生沉淀或者释放出颗粒，使地层渗透率下降的现象。从定义 可以知道，酸敏性导致伤害的形式主要有两种，一是产生化学沉淀或凝 胶，二是破坏岩石原有结构，产生微粒而发生微粒运移。酸敏性是酸一 岩石、酸一原油、酸一反应产物、反应产物一反应产物及酸液引入的离 子或有机物等与岩石及原油相互作用的结果。 2 2 4 固体颗粒侵入堵塞 外来颗粒入侵“”是指在入井流体中含有一些有害的固体颗粒，如机 械杂质、管线腐蚀产生的沉淀颗粒，随流体侵入地层，进入油气层孔道、 裂缝和射孔孔眼等，并在渗滤介质表面或储层深部喉道沉积，或在孔喉 处产生单颗粒堵塞或架桥堵塞，从而减少储渗空间，降低油气层渗透率。 b a r k m a n 、d a v i d s o n “”从地层受到悬浮颗粒伤害影响注水能力角度 提出入侵颗粒造成伤害的四种机理： 由于滤饼的形成，使得井径缩小； 1 0 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章注水地层伤害机理研究 微粒侵入到油层多孔介质中； 井筒被沉淀充填； 衬管完井法的缝隙及井眼射孔孔道被微粒堵塞。 ( 1 ) 固相颗粒粒度对堵塞的影响 m e c u n e “”在1 9 7 7 年提出一种过滤方法将注入盐水的固体颗粒绝对 值降到o 4 5 岫，在此基础上的全部渗透率伤害归为物理化学反应，如 岩石各种敏感性、p h 值、化学沉淀等。 j o r d a n 啪1 等人在1 9 6 9 年发现，注入水即使用0 4 5p a n 的过滤器过滤 后“胶体大小”铁质微粒仍然能堵塞地层，从而提出亚微粒子堵塞地层 的概念。 d a v i d s o n “”通过悬浮颗粒侵入试验发现颗粒沉降速度与颗粒尺寸 成正比，但是，该结论只适合d a v i d s o n 限定的特殊体系，然而，它是 在文献中第一次提出在孔隙介质中颗粒运移和线性流动速度之间的关 系。 t o d d c a l 在1 9 7 9 年用三种不同岩心材料进行颗粒堵塞试验。结果显 示，无机固体能够引起渗透率严重下降。但是，实验预测的注入能力下 降没有在油田观察到，其原因可能是在井眼周围存在裂缝。 t o d d 恤1 等在1 9 8 4 年用尺寸范围为0 3 、钆6 、8 - 1 0 p m 范围的氧化 铝颗粒进行颗粒入侵实验。研究认为；所有的伤害与平均孔喉尺寸有关； 0 - 3r u n 的悬浮颗粒伤害的岩心在整个岩心长度都存在；当颗粒尺寸增 加，伤害逐渐转向注入端面，并形成外滤饼。 v e t t e r 等对过去实验研究进行了回顾，并作了颗粒过滤实验。研 究结果表明所有尺寸的颗粒( o 0 5 7 i t r n ) 都能引起伤害；含有较大颗 粒悬浮液将引起岩心渗透率急剧下降：流动速度对于亚微粒子的伤害机 理和伤害程度是很重要的参数。线性速度越高，颗粒侵入深度越大。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章注永地层伤害机理研究 t o d d 啪1 在1 9 8 8 年运用多点测压法进行了实验研究，其研究采用的 岩心为c l a s a e h 砂岩，渗透率范围为1 0 0 2 0 0 x1 0 4 岬2 ，平均孔隙度 为1 4 5 ，注入速度0 4 5 1 8 c e s e e ，颗粒尺寸小于3 岬，颗粒浓度为 i 1 5p p m ，注入时间很长，超过1 0 0 0 0 p v ，以研究长时间的影响。结 果表明：对岩心柱端面为锯磨过的岩心常常产生外滤饼，而对岩心柱端 面为破裂的岩心却发生颗粒深部侵入；渗透率与总体流动速度之间、渗 透率与颗粒浓度之间呈现简单的半对数下降关系；流动速度越小，颗粒 越大，渗透率伤害越严重。 p a u t z 。”认为，当用地层渗透率的平方根来估计对渗透率下降有影 响的最小的颗粒时应该更新1 3 一l ，7 经验规则。 ( 2 ) 水动力影响 对于不同的颗粒，水动力影响不同。在一定的储层渗透率的情况下， 当颗粒为亚微粒子时，水动力影响较小：当颗粒大于2 岫1 时，水动力 对颗粒堵塞程度和堵塞速度、堵塞位置影响较大。 ( 3 ) 颗粒电荷 颗粒带有电荷，存在范德华力，当溶液中加入阴离子型表面活性剂 时，由于电荷中和反应，颗粒沉淀堵塞将加剧对岩心渗透率的伤害。 ( 4 ) 地层物性影响 地层物性参数包括孔隙大小、孔喉比、孔隙度、渗透率等。它们对 于颗粒侵入深度、颗粒堵塞类型、地层伤害程度有较大的影响。对某一 尺寸的微粒，对于低渗储层，容易发生架桥堵塞或单颗粒堵塞，对于高 渗储层则可以发生表面沉积。 ( 5 ) 油滴作用 1 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章注水地层伤害机理研究 t o d d ，a c j o c h i 等研究了注入水中含有固相颗粒和油滴引起 地层伤害的情况。他们通过实验认为，油滴将加剧岩心渗透率的降低， 并且，油滴与固体颗粒形成泥饼造成的伤害与注入压力有关。注入压力 越高，则伤害越小，并且乳化的油滴逐渐向多孔介质深部移动，油滴的 颗粒尺寸越来越小，从而不会对油层注入能力造成大的影响。 2 2 5 微粒运移堵塞 微粒运移堵塞呻1 是指地层中固有的或侵入的微粒在一定的水动力 作用下，从骨架颗粒上面脱落，随流体运移，在较小的孔道处沉积堵塞， 降低渗透率的现象。 ( 1 ) 微粒种类 微粒运移分为两种不同情况：分散运移和颗粒运移。地层微粒是指 储层中粒径在0 5 3 7 1 a m 范围内的矿物颗粒。对于颗粒运移，m u e c k e t ” 对砂岩岩心中排出的微粒进行电镜、x 射线衍射和筛选分析，发现微粒 中最人的为3 7 1 t i n 。颗粒组成包括石英、粘土、其他矿物和非晶性物质 四个大类，其中，石英含量最高，粘土微粒只占较小部分。国内也用x 射线衍射分析技术分析了几个油田储层微粒矿物成分，发现了相似的规 律。 发生分散运移的物质一般为粘土矿物，其主要原因是储层流体的离 子强度和p h 值发生了改变，导致储层粘土矿物颗粒膨胀、剥落、分散、 运移。分散运移实质是由电化学因素所引起的问题。颗粒运移主要是指 储层中固有的细微颗粒及入侵颗粒随流体的运移。组成这些颗粒的物质 包括石英、长石、有机物残渣、沥青、石蜡等固态烃类的颗粒。在一定 的流速下颗粒发生运移、滞留、堵塞等过程。颗粒运移主要影响因素是 水动力作用，电化学作用是次要的 ( 2 ) 微粒运移堵塞机理 1 3 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章注水地层伤害机理研究 微粒运移堵塞常常有三种机理：表面沉积、架桥、单颗粒卡堵。表 面沉积是指当微粒失去动能，或者微粒与孔壁表面相互吸引而逐渐沉积 在孔隙的表面，它对孔隙介质的渗透率影响不大。架桥堵塞是指两个或 多个微粒先后或同时在孔喉处聚集而形成架桥状，阻止随后的微粒通 过，它对孔隙介质的渗透率影响较大。架桥堵塞的稳定性与颗粒形状、 大小、压力激动等因素有关。单颗粒堵塞是指一个微粒在孔喉处发生滞 留，同时阻止随后的颗粒通过多孔介质，它对孔隙介质的渗透率影响也 比较显著。当微粒平均半径小于孔喉平均半径的十分之一时，常常发生 表面沉积，微粒在水动力作用下侵入油层深部；当微粒平均半径在孔喉 平均半径的三分之一到十分之一之间则容易发生架桥堵塞；当微粒平均 半径大于孔喉平均半径的三分之一时，将会发生单颗粒堵塞。 ( 3 ) 微粒运移堵塞影响因素 堵塞影响因素有：地层微粒种类、数量；微粒所处位置；微粒形状； 表面电荷；颗粒表面润湿性；流体粘度、流动速度；外来流体的矿化度 及矿化度下降梯度；外来流体的p h ；微粒尺寸等。其中，微粒尺寸和 流体速度影响显著。颗粒在启动、运移和沉积堵塞过程中启动是最关键 的一步。它的描述参数为临界流速，临界流速越大，说明微粒启动越不 容易，储层速敏性弱，反之，临界流速低，储层速敏性强。颗粒大小与 堵塞类型相关，不同的颗粒与孔喉尺寸比例形成不同的堵塞类型。 2 2 6 地层结垢堵塞 在油田注水开发过程中，由于压力、温度等条件的变化，或者液体 与液体、液体与固体不配伍，当注入水或外来流体进入储层以后将会破 坏原始的动态平衡，尤其是注入水的水型和矿化度与地层水的水型及矿 化度相差很大时，这种破坏作用更加严重，根据溶度积规则“”，当水中 阳离子浓度与阴离子浓度乘积大予该化合物的溶度积时，常常产生无机 结垢，导致地层堵塞。这些结垢物中典型的是钙、锶、钡的硫酸盐和碳 酸盐。它们可在油水井近井带、井筒或生产装置中形成垢物而阻碍流体 1 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章注水地层伤害机理研究 流动，导致注水时阻力增大。 油田结垢啪1 大体上可分为两种情况： ( 1 ) 温度、压力等热力学条件改变，导致水中离子平衡状态改变， 成垢组分溶解度降低而析出结晶沉淀； ( 2 ) 离子组成不相容的水相互混合而产生沉淀。水垢的形成过程 可简略表示如下：水溶液一溶解度一过饱和度一晶体析出一晶体长大一 结垢。对于垢形成过程，溶液过饱和状态、结晶的沉淀与溶解、与表面 的接触时间等是关键因素。其中，过饱和度是结垢的首要条件过饱和 度除与溶解度相关外，还受热力学、( 结晶) 动力学、流体动力学等多 种因素的影响。 2 2 7 污油堵塞 污油堵塞指注入水中所含的污油或油层油等在注水过程中因各种 原因吸附于防砂筛管壁上或堵塞地层孔道，导致注水时阻力增大的现 象。 2 2 8 地层出砂堵塞 注水井多次突然停注，致使砂粒等随水流反吐，反吐的砂粒充填于 防砂砾石孔隙之中，或进入井筒，使得近井地带渗透率下降，注水时阻 力增大。 1 5 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章注水地层伤害表皮系数的计算方法 第3 章注水地层伤害表皮系数的计算方法 3 1 注水地层伤害总表皮系数的计算模型 地层伤害一般用表皮系数s 表征“”完善井s = o ，增注措施后的超 铲鞘r , 1 口 ( 3 1 ) 式中，g 为注水层段吸水量，m 3 d ；瓦为注水层段水相平均 渗透率，1 0 4 岫2 ；h 为该层段有效厚度，m ；肋为该层段有效并 底注水压力，m p a ；见为该层段地层平均压力，m p a ；以为注入 水粘度，m p a s ；& 为注入水体积系数，m 3 ，m 3 ；为供给半径， m ；o 为井眼半径，m ；s 为该层段总表皮系数。无因次；口为单 ，：! ：；! 坐! ：a ( 3 2 )一= = 了_、) 。二， p w p 。也( 胁号一j 1 + s s ：燮一肠兰+ 三( 3 3 ) 1 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章注水地层伤害表皮系数的计算方法 3 2 注水地层伤害各分表皮系数的计算模型 由测试资料所求得的表皮系数。町不仅包括注水对井底附近油 气层伤害的真表皮系数。”，而且还包括井的不完善程度、井斜、油 藏形状、射孔等引起的拟表皮系数，只有减去拟表皮系数，才能认 识油气层伤害的真正程度。”。 3 2 1 部分打开油层的拟表皮系数 驴陆一阍一2 4 ， 式中，s 。为打开程度不完善引起的表皮系数咖，无因次；h 为 油层厚度，i n ；h p 为油层打开厚度，r i l ；k r 为垂向渗透率，1 0 。岬2 ； k h 为水平渗透率，1 0 - 3 岫2 ；为井眼半径，i n 。 3 2 2 井斜拟表皮系数 品= 倒“一矿，倍罔 协s ， 瓦= 一 臣 ( 3 6 ) 式中，岛为井斜引起的表皮系数嘲，无因次；h 为油层厚度， m ；k p 为垂向渗透率，1 0 _ 3 p x n 2 ；k n 为水平渗透率，1 0 - 3 岫2 ； 为井眼半径，m ；以为井斜角度，度。 3 2 3 油藏形状引起的拟表皮系数 当实际地层不是圆形时，偏离了理想渗流，产生一个拟表皮系 数州。 1 7 中国石浊大学( 华东) 硕士论文第3 章注水地层伤害表皮系数的计算方法 s 。- o s 伴) 俘， 式中，只为油藏形状引起的拟表皮系数，无因次；巴为油藏 形状系数，可查有关图表“”求得。 3 2 4 射孔产生的拟表皮系数 射孔造成的拟表皮系数“”的计算有几种方法，以前研究是采用 图表的形式给出各种情况下射孔造成的拟表皮系数，这里将射孔表 皮系数分解为水平方向、垂直方向、井筒以及压实带造成的拟表皮 系数之和来表示整个射孔过程中造成的拟表皮系数。 ( 1 ) 水平方向的拟表皮系数 品= i n k 厂。) ( 3 - 8 ) 删= 阮岛) 等 ， 式中，品为由射孔引起的水平方向的拟表皮系数，无因次；，舯 为有效井半径，m ；o 为井眼半径，1 1 1 ；工，为射孔孔眼长度，m ： 为常数，取值见表3 - l 。 ( 2 ) 井筒造成拟表皮系数 & p ) = q p ) e x p k p k 】 ( 3 - i o ) = o 也+ o ) ( 3 1 1 ) 式中，s 。p ) 为并筒造成的拟表皮系数，无因次；o 为井眼半 径，i n ；上。为射孔孔眼长度，m ；q p ) 和c ：p ) 取值见表3 - 2 。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章注水地层伤害表皮系数的计算方法 表3 - 1a e 的取值 射孔相位 0 ( 3 6 0 )1 8 01 2 09 06 04 5 角( 。) 0 2 5o 50 6 4 80 7 2 60 8 1 30 8 6 表3 2 相位角与c 1 和乞p ) 之同的关系 射孔相位 0 ( 3 6 0 )1 8 01 2 09 06 04 5 角( ) c 1 ( 0 ) 1 6 x 1 0 12 6 x1 0 。26 6 1 0 。31 9 x 1 0 33 0 1 0 44 6 xl o s 乞p ) 2 6 7 54 5 3 25 3 26 1 5 57 5 0 98 7 9 1 表3 - 3 垂直方向拟表皮计算系数 射孔相位 o ( 3 6 0 )1 8 01 2 09 06 04 5 角( 。) q 2 0 9 12 0 2 52 0 1 8i 9 0 51 8 9 81 7 8 9 呸 o 。0 4 5 30 9 5 3 0 。0 6 3 4 o 1 0 3 90 1 0 2 30 。2 3 9 8 b l 5 1 3 1 33 0 3 7 31 6 1 3 61 5 6 7 41 3 6 5 41 1 9 1 5 6 2 1 8 6 7 21 8 1 1 51 7 7 7 01 6 9 3 51 6 4 9 01 6 3 9 2 ( 3 ) 垂直方向上的拟表皮系数 s = 1 0 4 略1 盘 1 9 ( 3 1 2 ) 主国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章注水地层伤害表皮系数的计算方法 口2 口l l g r v o + 啦 ( 3 - 1 3 ) b = b l4 - + 如( 3 - 1 4 ) 其中，q 、a 2 、岛、如值见表3 - 3 。 2 毒雁 似 铀= 扯罔 式中，s 为射孔弓i 起的垂直方向上的拟表皮系数，无因次；，口 为射孔孔眼半径，m ；o 为井眼半径，m ；l 。为射孔孔眼长度，m ； k ，为垂向渗透率，1 0 _ 3 岬2 ；k _ i = r 为水平渗透率，1 0 3 岫2 ；h 为油 藏有效厚度，m 。 ( 4 ) 射孔孔眼几何形状的拟表皮系数 s 酽= s p + s h + s ( 3 1 7 ) ( 5 ) 射孔压实带拟表皮系数 = ( 毒一烈剖吲 式中，屯为射孔压实带拟表皮系数，无因次；为射孔总数： 为压实带半径，m ；0 为孔眼半径，m ；如为压实带渗透率， 1 0 - 3 岬2 ；k d 为伤害带渗透率，1 0 3 岬2 ；置为未伤害油层渗透率， 1 0 。岬2 ；h 为油藏有效厚度，m ；工。为射孔孑l 眼长度，m 。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章注水地层伤害表皮系数的计算方法 对于油井压实带半径，压实带渗透率k 咖，可以采用文献中 给出的实验结果，即= 0 0 1 2 5 + r p 、k 4 ：= o a k 3 2 5 地层伤害表皮系数 从总表皮系数中扣除其它各种因素产生的拟表皮系数之后所 得到的表皮系数。”，反映了地层的真实伤害情况。其计算表达式为： s d = s - s 口一s e s 一s 矿一s 毋 3 - 、9 ) 3 2 6 地层伤害深度计算模型 伤害深度嘲1 的确定对于油水层改造技术应用规模的选择具有 重要的指导作用。在伤害带“”口”内离井愈远地层伤害愈轻假设渗 透率在伤害带r 4 满足指数关系，则有： 丘：幢厂r - r , 归 c 。 式中，墨为地层伤害处的地层渗透率，1 0 习岫2 ；为伤害带 半径，m ；k w 为井眼附近0 处地层渗透率，1 0 。肛2 。 根据达西定律得： 栌：1 7 2 8 万h 垦d s ( 3 2 1 ) 式中，b 为地层体积系数，i 1 3 m 3 ；p 为地层压力，m p a 。对 两式积分整理得： n 一羔麦h 去- n 爿+ 置( 一去n 剀 ( 3 2 2 ) 式中，p ，为地层伤害处地层压力，m p a ；p 。为井眼附近地层 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章注水地层伤害表皮系数的计算方法 压力，m p a 。 地层伤害区域内的平均渗透率为： 足l n 三 t = ( 去 丧 _ 巨( 一去- n 尝 + e ( 一去- n 乏 由此可得与s d 之间的关系： 蜀= 毒黟 _ 七去h 爿+ e - 去k 剀乩鸯 ( 3 2 3 ) ( 3 - 2 4 ) 采用牛顿迭代法求解上述方程，可以得到伤害半径。 令： 川啦( _ 去h 乏 + e ( - 去h 剖 。 ( 3 - 2 5 ) 一( 乏广( h 号+ 鲁& 则： ，也) = 于是有： ：，一煎丛 。厂k ) ( 3 2 6 ) ( 3 2 7 ) 如果j + 。一i o 0 0 1 ，则迭代停止，认为o + 。是方程的解，即 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章注水地层伤害表皮系数的计算方法 为。由此求得地层伤害深度l = - r , 。 3 2 7 水敏引起的表皮系数计算模型 对于注水井地层，采用李淑白提出的适合于特低渗和低渗储 层的水敏伤害预测模型。 特低渗模型；( l o x l o - 3 f l r a 2 ) 疋，= o 6 5 5 8 + 0 0 8 9 9 瓦+ o 0 1 9 8 + 0 1 2 8 7 r - 0 0 1 0 6 ；1 疋- 0 0 4 3 4 c l a y l c h ( 3 2 9 ) 式中，r 为储层主要孔喉半径，p m 。 。) o ，s 胯t ) s 。， 式中，o 为井眼半径，m ；为井底有效半径，m ；s 。为水 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章注水地层伤害表皮系数的计算方法 敏引起的表皮系数，无因次。 3 2 8 酸敏引起的表皮系数计算模型 对酸敏性1 影响因素主要有石英含量、长石含量、碳酸盐含量、 主要粘土矿物种类及其含量、伊犁石含量、绿泥石含量、空气渗透 率、孔隙度、岩石颗粒分选、胶结类型等。选择空气渗透率、孔隙 度、碳酸盐含量、蒙脱石含量，绿泥石含量、伊犁石含量、伊蒙混 层含量、粘土矿物总含量、溶失率、残酸中的三价铁离子浓度、残 酸中的三价铝离子浓度等参数建立了相应的六个酸敏性经验模型。 在实际应用过程中，根据用户提供的参数情况进行选择，以参 数最多的方案为参考模型进行预测。 ( 1 ) 模型1 如一篇：3+：_芒苫+2：787：+422475137 8 6 i n 3 08 4 0c 10 5 8i s r 斌 s t ， +c 一 + 。 ( 2 ) 模型2 a = 2 1 0 1 3 8 + 8 5 5 0 x 西一1 2 9 1 x k a + 7 9 1 8 4 s + 6 7 0 5 l ，+ 1 0 0 1 2 6 k + 5 6 1 6 0 c 一7 0 9 5 0 c + 2 0 4 2 i s r + 2 7 5 3 f e ( 3 - 3 2 ) 一1 7 9 8 + 2 0 4 3 够 + 1 0 ) x ”+ 1 ) ( 3 ) 模型3 肛- 一1 2 5 1 - 9 删6 0 9 x k 删a + 6 1 眦2 6 x k a 。1 ，”9 + 1 0 1 4 7 眠3 3 3 ) 一5 0 5 0 8 5 r - 1 + 3 4 2 8 8 7 r _ u ( 4 ) 模型4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第