油气层损害及保护措施护储层技术(井下作业)

油气层损害及保护技术勘探与生产工程监督中心二00七年六月 讲授内容提纲 一 油气层损害概念 油气层保护重要性及原则二 油气层损害机理三 保护油气层技术四 小结 一 油气层损害概念 保护油气层重要性及原则 一 油气层损害概念油气层损害是指油井完井及生产阶段 在储层中造成的减少油气藏产能或降低注气 注液效果的各种阻碍 二 保护油气层的重要性 各个作业过程都可能损害储层 钻井 完井 试油等油井作业过程中 固相 滤液进入储层发生作用 不适当工艺 引起有效渗透率降低 损害储层储层损害的危害性 降低产出或注入能力及采收率 损失宝贵的油气资源 增加勘探开发成本保护储层的作用与意义 是加快勘探速度 提高油气采收率和增储上产的重要技术组成部份 是保护油气资源的重要战略措施 对促进石油工业 少投入 多产出 和贯彻股份公司以效益为中心的方针都具有十分重要的作用 三 保护油气层技术的原则 1 保护为主 解除为辅原则2 针对性原则3 配伍性原则4 效果与效益结合原则 二 损害机理 一 油气层损害实质及类型 二 油气层损害内因 三 油气层损害外因 四 气藏特殊损害 五 油气层损害特点 一 油气层损害实质及类型 油气层损害实质内因 外因有效渗透率下降内因 油气层潜在损害因素油气藏类型油气层敏感性矿物油气层储渗空间特性油气层岩石表面性质油气层流体性质 一 油气层损害实质及类型 外因 引起油气层损害的条件工作液的性质生产或作业压差温度生产或作业时间环空返速有效渗透率下降 渗流空间缩小绝对渗透率降低流动阻力增加相对渗透率降低 一 油气层损害实质及类型 油气层损害类型1 缩小或堵塞渗流空间的损害 外界固相颗粒侵入堵塞 固相损害 储层微粒水化膨胀 分散 水敏损害 微粒运移 速敏损害 出砂 无机沉淀 包括二次沉淀 有机沉淀 应力敏感压缩岩石 细菌堵塞 射孔压实 一 油气层损害实质及类型 2 增加流动阻力的损害 水锁效应 贾敏效应 乳化堵塞 高粘液体损害 润湿性反转 流体分布状态改变 毛细管力引起 二 油气层损害内因 1 油气藏类型2 油气层渗流空间3 油气层敏感性矿物4 油气层岩石表面性质5 油气层流体性质 1 油气藏类型 损害关系 2 油气层渗流空间 概念 储层岩石中未被矿物颗粒 胶结物或其它固体物质占据的空间称为渗流空间或孔隙空间 渗流空间由孔隙和喉道构成 孔隙 骨架颗粒包围着的较大空间孔隙大小反映储集能力喉道 两个较大空间的收缩部分喉道大小和形状控制渗透能力渗流空间反映了储层的储集性和渗透性 2 油气层渗流空间 损害关系 1 孔喉大小与油气层损害的关系孔喉越大 越易受到固相侵入损害孔喉越小 越易受到液相的损害2 孔喉弯曲度和孔隙连通性与油气损害的关系孔喉弯曲度越大 孔隙连通性越差 储层孔喉越易受到损害3 渗透性与油气层损害的关系渗透性好的储层 易受到固相侵入损害 渗透性差的储层 易受到水敏 水锁和微粒堵塞损害 3 油气层敏感性矿物 定义与特点 定义 油气层中易与流体发生物理 化学和物理 化学作用 而导致油气层渗透率下降的矿物 称之为敏感性矿物 特点 1 粒径很小 一般小于37 m 2 比表面积大 3 多数位于易与流体作用的部位 3 油气层敏感性矿物 类型 按引起油气层损害类型分为 水敏性矿物 蒙脱石 混层矿物 降解伊利石和降解绿泥石 水化白云母晶格水化膨胀 分散引起损害盐酸酸敏性矿物 富含铁绿泥石 含铁碳酸岩 赤铁矿等二次沉淀和释放微粒引起损害土酸酸敏性矿物 方解石 白云石 钙长石 沸石 粘土等生成CaF2 非晶质SiO2和其它化学沉淀碱敏性矿物 长石 微晶石英 蛋白石 粘土矿物等生成凝胶沉淀和增加粘土负电荷速敏矿物 各类固结不紧的粒径 37 m的敏感性矿物微粒运移堵塞 3 油气层敏感性矿物 与储层损害关系 敏感性矿物类型决定损害的类型蒙脱石 水敏 绿泥石 酸敏 高岭石和伊利石 速敏敏感性矿物含量影响油气层损害程度敏感性矿物含量越高 损害越严重敏感性矿物产状影响油气层损害程度敏感性矿物越接近孔隙中心 聚集颗粒越小或越细 受流体的冲击力越大和与流体接触的面积越大 则引起的速敏和其它敏感性损害的程度越大 4 岩石表面性质 比表面积 1 定义及单位定义 单位体积岩石内颗粒的总表面积单位 平方厘米 立方厘米2 岩石的比表面与颗粒大小的关系岩石的颗粒越细 比表面越大砂岩 比表面2300cm2 cm33 岩石的比表面与油气层损害的关系比表面越大 岩石孔道越小 岩石与流体接触面积越大 作用越充分 引起的油气层损害越大 4 岩石表面性质 润湿性 1 定义及表示定义 液体在岩石表面的铺展情况 能铺展润湿 否则 不润湿 润湿程度的表示 接触角 完全润湿 0o润湿 90o全不润湿 180o 4 岩石表面性质 润湿性 2 油层岩石的润湿性油层岩石的润湿变化很大 有水润湿 亲水 油层 亲水为主 也亲油有油润湿 亲油 油层 亲油为主 也亲水有中间润湿 中性 油层 亲油亲水程度相近3 润湿性与油气层损害的关系影响油水的微观分布影响相对渗透率大小影响油层的采收率影响毛细管力的大小和方向影响微粒的运移情况 5 油气层流体性质 地层水 1 与油气层损害有关的地层水性质矿化度 地层水中的含盐量范围 几千 几十万mg L离子成分 阳离子 Na K Ca2 Mg2 Ba2 Sr2 等阴离子 Cl SO42 HCO3 CO32 F 等水型 CaCl2 NaHCO3 MgCl2 Na2SO4pH值 2 地层水性质与油气层损害的关系影响无机沉淀损害情况影响有机沉淀损害情况影响水敏损害程度 5 油气层流体性质 原油与天然气 原油1 与油气层损害有关的性质含蜡量 粘度 胶质 沥青质和硫含量 析蜡点 凝固点2 与油气层损害的关系影响有机沉淀的堵塞情况引起酸渣堵塞损害引起高粘乳状液堵塞损害 天然气性质1 与油气层损害有关的性质H2S和CO2的含量2 与油气层损害的关系腐蚀产物引起损害生成无机沉淀 三 油气层损害外因 1 进入储层流体的性质2 作业或生产压差3 作业流体与地层流体的温差4 作业或生产时间5 作业流体的环空返速 1 进入储层流体的性质 1 流体中固相颗粒1 固相颗粒 有用固相 无用固相 2 损害类型 堵塞孔喉 3 损害机理 压力作用下 流体中固相进入储层 缩小油气层孔道半径 甚至堵死孔喉 对油气层产生损害 4 影响固相损害程度因素 固相颗粒与孔喉直径匹配关系 固相颗粒浓度 施工作业参数 压差 剪切速率和作业时间 5 外来固相损害特点近井地带造成较严重的损害 颗粒粒径小于孔径的十分之一 且浓度较低时 侵入深度大 损害程度可能较低 随时间会加大损害 对于中 高渗透率储层 尤其是裂缝性储层 外来固相造成的损害相对较大 2 流体中滤液性质1 流体的pH值影响下列损害情况 无机沉淀碱敏损害乳化损害2 流体的矿化度和抑制性影响水敏损害的程度引起聚合物析出损害 1 进入储层流体的性质 3 流体中离子成分影响无机沉淀损害情况4 流体的粘度增加流动阻力5 表面活性剂类型和含量影响油层岩石的润湿性影响油水界面张力 2 其它外因 2 作业或生产压差微粒运移损害压力敏感损害无机沉淀损害有机沉淀损害储层出砂和坍塌压漏地层增加损害的程度 3 作业流体与地层流体温差影响有些敏感性损害的程度影响无机沉淀的生成影响有机沉淀的生成影响细菌损害情况4 作业或生产时间影响损害的程度5 作业流体的环空返速影响损害的程度 四 气藏特殊损害 1 气层压力敏感性 2 气层流速敏感性 3 水侵损害 4 油侵损害 气藏特殊损害 压力敏感性损害 定义 随着天然气的采出 储层的孔隙压力必然下降 上覆岩石压力与储层孔隙压力之间会产生更大的压差 该压差破坏了储层岩石原有的压力平衡 使储层岩石受到压缩 导致孔隙度和渗透率降低 影响因素 1 生产或作业负压差大小 2 储层自身能量 3 储层类型 裂缝性储层的压力敏感性比孔隙性压力敏感性强 4 储层性质 储层渗透率越低 孔隙越小 泥质含量越高 压力敏感性越强 损害特点 压力敏感性一旦发生 会带来永久性损害 气藏特殊损害 气层流速敏感性损害 定义 由于气体流动对储层岩石的冲蚀 会使储层中微粒发生运移 微粒运移到孔喉处就可能产生堵塞 导致储层渗透率降低 影响因素 内因 储层内微粒含量及胶结程度 外因 注采速度 作业压差 压力激动及漏失 损害特点 相对油层来说 流速敏感性损害不是气层的主要损害 但一旦发生 也会对储层造成永久性损害 气藏特殊损害 水侵损害 定义 与气层岩石配伍的水进入气层后引起的渗透率降低 损害类型 低矿化度水 水锁损害 高矿化度水 水锁损害 小孔隙 盐结晶损害 大孔道 影响因素 储层喉道大小 侵入水的矿化度 损害特点 一旦发生 会对储层产生永久损害 气藏特殊损害 油侵损害 定义 由于油进入气层而引起的气层渗透率降低现象称之为气层的油侵损害 损害原因 1 凝析气受温度 压力变化影响 析出凝析油 2 压缩机里机油随注入气进入储层 主要损害 压力损害水侵损害 五 油气层损害特点 三 保护油气层技术 一 保护油气层固井技术 二 射孔完井保护油气层技术 三 防砂完井保护油气层技术 四 保护油气层试油技术 五 注水过程中的保护油气层技术 六 增产作业过程中保护油气层技术 七 修井过程中保护油气层技术 1 固井作业中地层损害的问题 1 固井质量不好对储层带来的损害1 固井质量不合格 引起油气水层相互干扰及窜流 从而诱发油气层中潜在损害因素 有机垢 无机垢 水锁 乳化堵塞 相渗透率变化等 导致储层渗透率下降 2 固井质量不合格 在进行增产 注水及热采等作业时 各种工作液就会在井下各层间窜流 从而引起油气层渗透率下降 3 固井质量不合格 油气窜入非产层 导致油气资源损失 4 固井质量不合格 容易引起套管损坏和腐蚀 引起油气水互窜 造成油气层损害 一 保护储层的固井工艺技术 一 保护储层的固井工艺技术 2 水泥浆对储层的损害1 水泥浆损害的特点 损害压差大 固相含量高 滤失速度大 滤液离子浓度高 损害时间短 可造成比较严重的损害 钻井过程形成了优质内 外泥饼 对水泥浆再次损害储层有明显的阻挡作用 从而降低了水泥浆滤液和颗粒对储层的污染污染程度 2 水泥浆损害储层原因 水泥浆中固相颗粒引起的地层损害水泥浆中5 30 m颗粒约占固相总量15 多数砂岩油藏孔径大于此值 固相颗粒有可能进入地层 在孔隙中水化固结 堵塞孔隙或喉道 造成油气层永久堵塞 水泥浆滤液对地层的损害水泥浆中滤液与储层中岩石和流体作用引起损害滤液中含有大量的高价的阳离子和阴离子及OH 离子 容易与储层内流体反应生成无机盐沉淀或诱发碱敏损害 导致储层渗透率下降 水泥浆中无机盐结晶对储层的损害水泥浆滤液中的Ca2 Mg2 OH 等无机离子处于过饱和状态时 可析出Ca OH 2 Mg OH 2 CaSO4等无机物结晶沉淀对地层造成损害 水泥浆滤液对地层的污染明显地比水泥浆颗粒严重3 水泥浆损害程度影响因素水泥浆成分 失水量 钻井液泥饼质量及外泥饼的清除情况 作业压差及作业过程中是否发生漏失 一 保护储层的固井工艺技术 2 保护储层的固井技术保护储层的固井技术措施可以归纳为 1 提高固井质量1 改善水泥浆性能 2 合理压差固井 3 提高顶替效率 4 防止水泥浆失重引起的环空窜流 2 降低水泥浆失水量 3 采用屏蔽暂堵钻井液技术为减轻固井作业引起的地层损害 还应注意以下问题 严格控制下套管速度 减小压力激动引起的压差损害合理设计水泥浆流变性 发展用于水泥浆中的各种添加剂 合理设计套管柱及其下入程序 一 保护储层的固井工艺技术 1 射孔对油气层的损害成孔过程对油气层的损害 射孔碎片 射孔弹碎片 套管碎片 水泥环及岩石碎屑 和压实带 损害渗透率90 射孔参数不合理或打开程度不完善 增加附加压力降射孔压差不当对油气层的损害 正压差加剧射孔液进入储层和射孔碎片堵塞炮眼 负压差过大引起出砂和压力敏感性损害 射孔液对油气层的损害 固相损害和液相损害 二 射孔完井的油气层保护技术 2 射孔保护储层技术正压差射孔的油气层保护 优选无固相射孔液和正压差小于2MPa负压差射孔的油气层保护 使用合理的负压差 采用与储层相配伍的无固相射孔液优选射孔参数优选射孔液体系 无固相清洁盐水射孔液 阳离子聚合物粘土稳定剂射孔液 无固相聚合无盐水射孔液 暂堵性聚合物射孔液 油基射孔液 酸基射孔液 二 射孔完井的油气层保护技术 三 防砂完井保护油气层技术 1 出砂对储层产生的损害 1 砂粒沉积 掩盖射孔层段 阻碍油气流流入井筒 导致停产 2 出砂导致孔隙压力降低 上覆地层下沉 套管变形毁坏 3 增加井下工具与地面设备磨损 增加生产成本 三 防砂完井保护油气层技术 2 防砂完井保护油气层技术 1 割缝衬管防砂技术1 原理 2 技术要点 缝眼形状 逢口宽度及缝眼数量缝口宽度不大于砂粒直径2倍 缝眼数量 缝眼总面积占衬管总面积2 2 砾石充填防砂技术1 原理 2 防砂关键 选择与油层岩石颗粒组成相匹配的砾石尺寸 3 选择原则 阻挡油层出砂 填充层具有高渗透性 4 技术关键 砾石尺寸 砾石质量及充填液的性质 携砂性 悬浮性 自动降解 无固相颗粒 与储层流体配伍 来源广泛配制方便 三 防砂完井保护油气层技术 3 压裂砾石充填防砂保护油气层技术1 原理 水力压裂造缝 充填砾石 2 现有压裂砾石充填防砂技术 四 保护储层的试油工艺技术 1 试油过程对油气层的损害是指射孔前工序 射孔测试 解堵 压裂 酸化 系统试井等过程对油气层的损害主要表现在 压井液性能不良对油气层造成损害 频繁起下管柱 重复压井多次压井对油气层损害 各工序配合不紧凑 延长压井时间对油气层损害 四 保护储层的试油工艺技术 2 试油过程的保护油气层技术 1 采用优质射孔压井液优质射孔压井液的性能要求为 1 与油气层岩石及流体配伍 2 密度易于调节和控制 以便平衡地层压力 3 在井下温度和压力条件下性能稳定 4 滤失量低 腐蚀性小 5 有一定携带固相颗粒的能力 洗井效果好 2 采用多功能管柱射孔与地层测试联作管柱 射孔和解堵酸化联作管柱及射孔和有杆泵生产联作管柱等 3 各工序配合紧凑 缩短压井等候时间 五 注水过程中的保护油气层技术 注水作业对储层的损害 1 注入水与地层岩石不配伍 注入水与地层流体不配伍 3 注入水机械杂质粒径 浓度超标 堵塞孔道 4 不合理的作业 注入速度过快 导致速敏损害 五 注水过程中的保护油气层技术 2 注入水引起的地层的损害类型 五 注水过程中的保护油气层技术 3 注水过程中保护油气层技术 1 建立合理的工作制度 在临界流速下注水 控制注采平衡 2 控制注水水质 要求 1 含机械杂质要求 2 注入气要求 3 与油气层流体及岩石 3 正确选择各类处理剂 选择原则 1 处理剂与地层 2 处理剂间 4 损害解除方法 1 乳状液或润施返转损害 表面活性剂浸泡和注破乳剂破乳 2 垢类损害 化学除垢和机械除垢 六 增产措施过程中保护油气层技术 酸化作业 酸化作业对油气层损害 1 酸液与油气层岩石和流体不配伍造成的损害1 酸液与油气层岩石不配伍引起损害微粒运移 酸液的冲刷及溶解 生成二次沉淀 酸液与岩石矿物 铁质沉淀及氢氟酸反应物沉淀 2 酸液与油气层流体不配伍引起损害 酸液与储层原油不配伍引起酸渣损害 永久性损害 酸液与油气层水不配伍生成有害的沉淀 2 不合理施工引起的损害1 施工管线锈蚀物带入油气层生成铁盐沉淀2 排液不及时 残酸在储层中停留过长 产生沉淀结垢 堵塞孔喉 六 增产措施过程中保护油气层技术 酸化作业 2 酸化作业中保护储层技术 1 选择与储层配伍的酸液和添加剂 六 增产措施过程中保护油气层技术 酸化作业 2 使用前置液 15 HCl 1 隔离地层水 2 溶解含钙 含铁胶结物降低氟化钙形成 3 水润湿粘土和砂子表面 减少氢氟酸乳化的可能 4 保持酸度 防止氢氧化铁 氢氧化硅 3 使用合适的酸液浓度 酸度过高 破坏岩石结构 酸度过低 达不到酸化目的 4 及时排液 残酸停留时间过长 产生二次沉淀 六 增产措施过程中保护油气层技术 压裂作业 1 压裂对储层产生的损害 1 粘土矿物膨胀和颗粒运移引起的损害 2 机械杂质引起的损害 压裂液基液携带不溶物 成胶物质携带固相颗粒 降滤失剂或支撑剂携带的固相颗粒 储层岩石因压裂液浸泡 冲刷而脱落的微粒 3 原油引起的乳化损害 4 支撑裂缝导流能力引起的损害 5 压裂作业引起温度变化导致有机垢形成 六 增产措施过程中保护油气层技术 压裂作业 2 压裂作业中保护油气层技术选择与储层岩石和流体配伍的压裂液 六 增产措施过程中保护油气层技术 压裂作业 2 选择合理的添加剂 1 添加剂之间不发生反应 2 成本合理 3 合理选择支撑剂 1 粒度均匀2 强度高3 杂质含量少4 圆球度好 七 修井过程中保护油气层技术 修井作业中的油气层损害不适当的修井液引起的地层损害 1 修井液与储层岩石不配伍引起的损害 水敏 水锁 2 修井液与储层流体不配伍引起的损害