第一章 保护储集层技术绪论

1、 该课程特点和学习方法该课程特点和学习方法 l课程特点课程特点 理论联系实际，实践性特别强； 从微观到宏观，既从室内实验到现场应用； 从宏观到微观的过程，即现场实际效果又反 过来验证室内研究结果； 各种知识的综合应用（地质、钻井、完井、 开发和采油等） l学习方法学习方法 该课程学习的参考资料和书籍该课程学习的参考资料和书籍 l参考书籍参考书籍 保护储集层技术 张绍槐 罗平亚编著 油田开发过程中油气层保护技术，罗英俊主编 油气层保护技术 徐同台，赵敏 编著 钻井、完井油层保护，李克向主编 l英文材料英文材料 美国岩心公司的培训教材 各种SPE 文章（Formation damage confe

2、rence) 问题的提出问题的提出 l为什么要学习油气层保护技术这门课程？为什么要学习油气层保护技术这门课程？ l油气层保护技术要解决那些问题？油气层保护技术要解决那些问题？ l油气层保护技术与钻井、完井、开发和油气层保护技术与钻井、完井、开发和 采油有何关系？采油有何关系？ 钻井完井过程中地层损害示意图 开发开采过程中的地层损害示意图开发开采过程中的地层损害示意图 总总 论论 l保护储集层技术重要性和特点保护储集层技术重要性和特点 l保护储集层技术的主要内容保护储集层技术的主要内容 l如何做好保护油气层工作如何做好保护油气层工作 l保护油气层技术新发展保护油气层技术新发展 地层损害的定义地层

3、损害的定义 在油气钻井、完井、生产、增产、在油气钻井、完井、生产、增产、 EOR等全过程中的每一个作业环节，等全过程中的每一个作业环节， 发生流体产出或注入能力显著下降发生流体产出或注入能力显著下降 的现象的现象 l多在井壁附近，也可以在井间多在井壁附近，也可以在井间 l渗流通道渗流通道孔隙和孔隙和/或裂缝或裂缝 l油气或注入的驱替流体油气或注入的驱替流体 1 保护储集层技术重要性和特点保护储集层技术重要性和特点 国外研究历程（国外研究历程（60年代前年代前-起步阶段）起步阶段） lFancher(1933)实验发现实验发现K空气与空气与K水不一致水不一致 lJohnson and Beeso

4、n(1945)发现发现K淡水与淡水与K 盐水也不一样盐水也不一样，受粘土含量和蒙脱石含量控制，受粘土含量和蒙脱石含量控制 lMonagan et al(1959)提出提出地层损害地层损害的概念，的概念， 如何恢复淡水损害的渗透性，防止淡水与粘土如何恢复淡水损害的渗透性，防止淡水与粘土 作用作用 1 保护储集层技术重要性和特点保护储集层技术重要性和特点 国外研究历程（国外研究历程（60年代年代奠基阶段）奠基阶段） l提出诊断水敏性的配套分析技术，包括流动实验、提出诊断水敏性的配套分析技术，包括流动实验、 XRD、膨胀实验、显微镜观察粘土矿物分布膨胀实验、显微镜观察粘土矿物分布 lJonnes(1

5、964)发现高矿化度变化为淡水产生土锁发现高矿化度变化为淡水产生土锁 (clay blocking) lLand and Baptist(1965)数百块岩心实验未能建数百块岩心实验未能建 立蒙脱石与水敏损害程度的关系，立蒙脱石与水敏损害程度的关系，表明粘土膨胀表明粘土膨胀 不是产生水敏的主要原因不是产生水敏的主要原因 lMungan(1965)揭示不含膨胀性粘土的地层也照揭示不含膨胀性粘土的地层也照 样会发生损害，且还会由样会发生损害，且还会由pH值的变化引起值的变化引起 1 保护储集层技术重要性和特点保护储集层技术重要性和特点 国外研究历程（国外研究历程（70年代年代明朗化阶段）明朗化阶段

6、） l扫描电镜的应用，研究粘土矿物的产状扫描电镜的应用，研究粘土矿物的产状 l进一步明确微粒分散进一步明确微粒分散/运移的普遍性运移的普遍性 l实验直观显示微粒移位（脱落）、运移、沉积、实验直观显示微粒移位（脱落）、运移、沉积、 堵塞过程，理论阐明机理堵塞过程，理论阐明机理 l如何控制微粒运移发生是有商业前景的技术：如何控制微粒运移发生是有商业前景的技术： 研制粘土稳定剂研制粘土稳定剂 l1974年始，年始，SPE召开专题会议召开专题会议 l观念更新：损害后补救观念更新：损害后补救预防损害预防损害 1 保护储集层技术重要性和特点保护储集层技术重要性和特点 国外研究历程（国外研究历程（80、90

7、年代全面发展阶段）年代全面发展阶段） l实验技术：薄片分析、实验技术：薄片分析、X-射线衍射、射线衍射、XRD小角散射、扫小角散射、扫 描电镜、背散射技术（描电镜、背散射技术（BSD）、）、高分辨率透射电镜高分辨率透射电镜CT-扫扫 描、描、NMR、环境扫描电镜、原子力显微镜（环境扫描电镜、原子力显微镜（AFM） l损害机理：分散损害机理：分散/运移、结构膨胀、云母蚀变、差异溶解、运移、结构膨胀、云母蚀变、差异溶解、 微结构破坏微结构破坏 l诊断与控制技术：暂堵概念和技术、粘土稳定剂、欠平诊断与控制技术：暂堵概念和技术、粘土稳定剂、欠平 衡钻井、人造油基泥浆、衡钻井、人造油基泥浆、MWH l技

8、术观点：井壁稳定与油气层保护统一，保护与改造相技术观点：井壁稳定与油气层保护统一，保护与改造相 统一，多学科合作统一，多学科合作 l1998年欧洲地层损害专题会议年欧洲地层损害专题会议 1 保护储集层技术重要性和特点保护储集层技术重要性和特点 我国的研究历程：我国的研究历程： l50年代川中会战，提出钻井液密度不宜过高年代川中会战，提出钻井液密度不宜过高 l60年代大庆会战，严格要求打开油气层钻井液年代大庆会战，严格要求打开油气层钻井液 的密度和滤失量的密度和滤失量 l70年代，长庆油田开始进行岩心分析和敏感性年代，长庆油田开始进行岩心分析和敏感性 实验，仪器限制深入有困难实验，仪器限制深入有

9、困难 l80年代，年代，“七五七五”国家重点科技攻关，国家重点科技攻关，CNPC 组织五个油田、五个院所组织五个油田、五个院所 lUNDP援助建立油井完井技术中心援助建立油井完井技术中心 保护储集层技术重要性保护储集层技术重要性 l及时发现油气层及时发现油气层荣兴屯油田荣兴屯油田 l准确评价油气层准确评价油气层华北地油田岔华北地油田岔27井井 l提高初始产量提高初始产量夏子街油田、温米夏子街油田、温米 l提高增产措施成功率提高增产措施成功率川西致密砂岩气藏川西致密砂岩气藏 l提高原油最终采收率提高原油最终采收率辽河沈辽河沈95块块 l最大限度利用油气资源最大限度利用油气资源非常规油气资源非常规

10、油气资源 l少投入，多产出，显著提高经济效益少投入，多产出，显著提高经济效益 油气层损害机理（据油气层损害机理（据Giorgi) l润湿性改变润湿性改变 l水锁水锁 l凝析液锁凝析液锁 l液相圈闭（水，油）液相圈闭（水，油） l气锥或水锥气锥或水锥 l毛管压力的改变毛管压力的改变 l乳状液堵塞乳状液堵塞 l粘土膨胀粘土膨胀 l微粒运移微粒运移 l云母解体云母解体 l无机垢无机垢 l注导致的无机垢注导致的无机垢 l酸化引起的二次沉淀酸化引起的二次沉淀 l碳酸盐溶解碳酸盐溶解沉淀沉淀 l酸渣酸渣 l有机垢有机垢石蜡，沥青沉积石蜡，沥青沉积 l外来固相的堵塞外来固相的堵塞 l油气层固相物堵塞，出砂油

11、气层固相物堵塞，出砂 l细菌损害细菌损害 l应力损害应力损害 保护储集层技术的特点保护储集层技术的特点 l跨越多学科、多专业，贯穿油气生 产全过程 l具有很强的针对性地质对象和 作业 l研究方法三结合：宏观与微观，机 理研究与应用技术，室内与现场 2 保护储集层技术的主要内容保护储集层技术的主要内容 l研究思路研究思路 l基本原则基本原则 l系统工程系统工程 l研究程序研究程序 l技术内容技术内容 2.1保护储集层技术保护储集层技术研究思路研究思路 2.1保护储集层技术保护储集层技术研究思路研究思路 从储集层特性分析入手，找出潜在损从储集层特性分析入手，找出潜在损 害因素，以室内敏感性实验和模

12、拟实害因素，以室内敏感性实验和模拟实 验为基本依据，综合分析现场作业、验为基本依据，综合分析现场作业、 生产资料和测井、测试数据，进行全生产资料和测井、测试数据，进行全 面调查研究，诊断面调查研究，诊断损害机理损害机理，用系统，用系统 工程和最优化的方法来制定施工设计，工程和最优化的方法来制定施工设计， 并指导施工作业。并指导施工作业。 2.保护储集层技术保护储集层技术基本原则基本原则 l在保护中开发，在开发中保护在保护中开发，在开发中保护 l立足以预防为主，解除损害为辅立足以预防为主，解除损害为辅 l不该进入油气层的工作液（固相，液相），要不该进入油气层的工作液（固相，液相），要 尽量避免进

13、入，至少要少进入尽量避免进入，至少要少进入 l不可避免要进入的工作液，应该与油气层配伍，不可避免要进入的工作液，应该与油气层配伍， 并且不含固相并且不含固相 l凡进入油气层的固相、液相，都能用物理、化凡进入油气层的固相、液相，都能用物理、化 学或生物化学方法实现解堵、反排学或生物化学方法实现解堵、反排（屏蔽）（屏蔽） 暂堵技术思想暂堵技术思想 l力争减少井下事故和各种复杂情况发生力争减少井下事故和各种复杂情况发生 2.保护储集层技术保护储集层技术系统工程系统工程 l认识油气藏、保护油气藏、开发油气藏和改造认识油气藏、保护油气藏、开发油气藏和改造 油气藏油气藏 l储集层损害过程是一个系统储集层损

14、害过程是一个系统储集层伤害源储集层伤害源 系统系统 l储集层损害的诊断、预防、处理、改造储集层损害的诊断、预防、处理、改造 l各个作业环节都存在损害可能，各个作业环节各个作业环节都存在损害可能，各个作业环节 的保护技术要前后照应，做到整体优化的保护技术要前后照应，做到整体优化 l技术进步、经济效益、环境保护统筹考虑技术进步、经济效益、环境保护统筹考虑 2.保护储集层技术保护储集层技术研究程序研究程序 l潜在损害研究潜在损害研究岩性、物性分析岩性、物性分析 l敏感性评价，配伍性验证敏感性评价，配伍性验证 l选择特殊实验项目选择特殊实验项目 l损害机理损害机理 l作业优化设计和施工作业优化设计和施

15、工 l现场试验现场试验 l技术经济效果评价技术经济效果评价 l反馈和循环反馈和循环 2.保护储集层技术保护储集层技术主要内容主要内容 l油气藏工程地质描述和岩心分析油气藏工程地质描述和岩心分析 l油气层损害的室内评价油气层损害的室内评价 l损害机理诊断（潜在或已经发生）损害机理诊断（潜在或已经发生） l保护油气层钻井技术保护油气层钻井技术 l保护油气层固井技术保护油气层固井技术 l保护油气层完井、投产技术保护油气层完井、投产技术 l油气田开发生产中的保护技术油气田开发生产中的保护技术 l油气层损害的矿场评价技术油气层损害的矿场评价技术 l油气层损害诊断与控制的软件系统油气层损害诊断与控制的软件

16、系统 油气藏工程地质描述和岩心分析油气藏工程地质描述和岩心分析 l资料收集、岩心观察资料收集、岩心观察宏观描述，裂缝宏观描述，裂缝 l普通岩心分析普通岩心分析孔隙度、渗透率、饱和度、孔隙度、渗透率、饱和度、 薄片分析、薄片分析、SEM、XRD、化学分析、能谱化学分析、能谱/电电 子探针、压汞毛管压力曲线测定子探针、压汞毛管压力曲线测定 l特殊岩心分析特殊岩心分析 l流体性质流体性质 l目的目的物性、孔喉、结构和矿物物性、孔喉、结构和矿物 l内部环境和外部环境内部环境和外部环境 l潜在损害问题分析和预测潜在损害问题分析和预测 油气层损害的室内评价油气层损害的室内评价 l静态、动态敏感性实验静态、

17、动态敏感性实验油（水）油（水）速敏、速敏、 水敏、盐敏、碱敏、酸敏、应力敏感水敏、盐敏、碱敏、酸敏、应力敏感 l正反向流动实验正反向流动实验 l体积流量评价体积流量评价 l系列流体渗透率评价系列流体渗透率评价 l酸液评价酸液评价 l润湿性评价润湿性评价 l相对渗透率相对渗透率 l离心机法毛管压力曲线快速评价离心机法毛管压力曲线快速评价 损损 害害 机机 理理 诊诊 断断 （潜在或已经发生）（潜在或已经发生） l岩心组成、结构、物性分析、潜在问题岩心组成、结构、物性分析、潜在问题 l作业环节、施工条件、工作流体性质调查作业环节、施工条件、工作流体性质调查 l中途测试、测井、完井测试（试油）分析中

18、途测试、测井、完井测试（试油）分析 l模拟实际工况下流体模拟实际工况下流体岩石相互作用岩石相互作用 l实验岩心的代表性实验岩心的代表性 l损害机理损害机理 钻井过程中的损害钻井过程中的损害 损害类型损害类型 l固相颗粒侵入固相颗粒侵入 l粘土矿物水化、去水粘土矿物水化、去水 化化水敏、盐敏、碱敏水敏、盐敏、碱敏 l毛细管作用毛细管作用水锁、乳水锁、乳 化堵塞、润湿反转化堵塞、润湿反转 l化学沉淀化学沉淀 l微粒运移微粒运移 l处理剂吸附处理剂吸附 l井喷、井漏、井塌井喷、井漏、井塌 影响损害的工艺因素影响损害的工艺因素 l压差压差P l浸泡时间浸泡时间 l环空流速和流态环空流速和流态 l泥浆体

19、系及性能泥浆体系及性能 固相含量固相含量 粒子级配粒子级配 液相与地层流体配伍性液相与地层流体配伍性 液相与储层岩石配伍性液相与储层岩石配伍性 处理剂性质处理剂性质 保护油气层钻井技术保护油气层钻井技术 l选用与油气层相配伍的钻井液选用与油气层相配伍的钻井液 水基、油基、气体类水基、油基、气体类 l降低压差，实现进平衡钻井降低压差，实现进平衡钻井 孔隙、破裂、坍塌压力和地应力剖面孔隙、破裂、坍塌压力和地应力剖面 合理井身结构，裸眼段处于同一压力系统合理井身结构，裸眼段处于同一压力系统 l缩短浸泡时间缩短浸泡时间 l搞好中途测试搞好中途测试 l防止井喷、井漏、井塌等复杂情况防止井喷、井漏、井塌等

20、复杂情况 固井作业中的损害固井作业中的损害 l固井质量问题固井质量问题 油气水层相互干扰和窜流油气水层相互干扰和窜流 注入流体在各层中窜流注入流体在各层中窜流 油气窜入非产层油气窜入非产层 l固相侵入固相侵入 l液相侵入液相侵入 l水泥浆过早固结，井漏水泥浆过早固结，井漏 保护油气层固井技术保护油气层固井技术 l提高固井质量提高固井质量 改善水泥浆性能改善水泥浆性能 选用合理密度，控制压差，防油气侵和井漏选用合理密度，控制压差，防油气侵和井漏 提高顶替效率提高顶替效率 防水泥浆失重引起环空窜流防水泥浆失重引起环空窜流 推广应用注水泥设计软件推广应用注水泥设计软件 l降低水泥浆滤失量降低水泥浆滤

21、失量小于小于250ml l钻井采用屏蔽式暂堵技术钻井采用屏蔽式暂堵技术 保护油气层完井技术保护油气层完井技术 l完井方式完井方式 射孔完井射孔完井 裸眼完成裸眼完成 割缝衬管割缝衬管 砾石充填砾石充填 l油气藏地质特性油气藏地质特性 l工程措施及开发要求工程措施及开发要求 保护油气层的射孔完井技术保护油气层的射孔完井技术 损损 害害 因因 素素 l成孔过程损害成孔过程损害 固相堵塞固相堵塞 l射孔参数不合理射孔参数不合理 l射孔压差不当射孔压差不当 压持效应压持效应 l射孔液损害射孔液损害 保保 护护 技技 术术 l负压差射孔，确定负压差射孔，确定 合理负压值合理负压值 l配伍的优质射孔液配伍

22、的优质射孔液 l射孔参数优化设计射孔参数优化设计 l与屏蔽式暂堵技术与屏蔽式暂堵技术 配套实施配套实施 保护油气层试油技术保护油气层试油技术 损害表现损害表现 l频繁起下管柱，频繁起下管柱， 增加压井机会增加压井机会 l工序配合不紧凑，工序配合不紧凑， 延长压井时间延长压井时间 l压井液性能不良压井液性能不良 保护技术保护技术 l采用多功能管柱采用多功能管柱 射孔和测试联作射孔和测试联作 射孔和有杆泵生产联作射孔和有杆泵生产联作 l各工序配合紧凑，缩短各工序配合紧凑，缩短 压井等候时间压井等候时间 l采用优质压井液采用优质压井液 保护油气层酸化技术保护油气层酸化技术 损损 害害 方方 式式 l

23、酸渣生成酸渣生成 l水敏水敏 l溶解胶结物，出砂溶解胶结物，出砂 l微粒运移微粒运移 l液锁液锁 lFe(OH)3, CaF2沉淀沉淀 l二次沉淀二次沉淀 l前置液损害前置液损害 l外加剂损害外加剂损害 l固相侵入固相侵入 保保 护护 措措 施施 l抗酸渣剂、前置液抗酸渣剂、前置液 l控制滤失，加粘土稳定剂控制滤失，加粘土稳定剂 l优选配方优选配方 l控制注入排量和反排速度控制注入排量和反排速度 l防乳化防乳化 l预处理，铁螯合剂预处理，铁螯合剂 l预处理预处理 l配伍性，加互溶剂配伍性，加互溶剂 l筛选处理剂筛选处理剂 l工作液严格过滤工作液严格过滤 保护油气层压裂技术保护油气层压裂技术 损

24、害方式损害方式 l液锁液锁 l压裂液残渣压裂液残渣 l水敏水敏 l乳化乳化 l固相侵入固相侵入 保保 护护 措措 施施 l降低油水界面张力，降低油水界面张力， 注气，热处理注气，热处理 l优选压裂液优选压裂液 l加粘土稳定剂加粘土稳定剂 l防乳化剂防乳化剂 l严格过滤严格过滤 开发生产中的损害特点开发生产中的损害特点 l油气藏动态性油气藏动态性流体、物性、岩性、应力流体、物性、岩性、应力 l损害周期长损害周期长可达油气田整个生命期可达油气田整个生命期 l损害范围大损害范围大井间任何部位井间任何部位 l损害复杂性损害复杂性设备多、工艺流程长设备多、工艺流程长 l损害叠加性损害叠加性系列过程损害叠

25、加系列过程损害叠加 l损害累积性损害累积性使某些微弱的损害强化使某些微弱的损害强化 开发生产中的保护技术开发生产中的保护技术 l注水过程中的保护技术注水过程中的保护技术 l混相驱过程中的保护技术混相驱过程中的保护技术 l注蒸汽过程中的保护技术注蒸汽过程中的保护技术 l聚合物驱过程中的保护技术聚合物驱过程中的保护技术 lASP复合驱过程中的保护技术复合驱过程中的保护技术 l采气过程中的保护技术采气过程中的保护技术 油气层损害的矿场评价技术油气层损害的矿场评价技术 l目目 的的 评价损害程度评价损害程度 求取有效渗透率求取有效渗透率 l应应 用用 方方 面面 及时发现及时发现 正确评价正确评价 判

26、定损害原因和作业环节判定损害原因和作业环节 为解除损害提供依据为解除损害提供依据 油气层损害的矿场评价技术油气层损害的矿场评价技术 试井评价试井评价 l试井资料分析试井资料分析 常规试井常规试井 现代试井现代试井 l产量递减分析产量递减分析 l注入能力递减分析注入能力递减分析 l表皮系数表皮系数 测井评价测井评价 l时间推移测井时间推移测井 l深浅双测向测井和深浅双测向测井和 微球形聚焦测井微球形聚焦测井 l统计回归分析统计回归分析 表皮系数（表皮系数（S） 油气藏类型油气藏类型 损损 害害 自然状态自然状态 强强 化化 孔隙性均质孔隙性均质 0 0 0 裂缝性非均质裂缝性非均质 -3 -3

27、-3 对于均质油气藏对于均质油气藏 S=02 210 10 轻微轻微 较严重较严重 严重严重 油气层损害诊断油气层损害诊断 与控制的软件系统与控制的软件系统 l保护油气层技术数据库保护油气层技术数据库 l敏感性预测软件敏感性预测软件 l实验结果处理软件实验结果处理软件 l损害模拟软件损害模拟软件 l伤害源分析系统伤害源分析系统 l工作液设计软件工作液设计软件 l试井分析集成软件试井分析集成软件 l优化射孔软件优化射孔软件 l直井、水平井产能预测软件直井、水平井产能预测软件 l欠平衡钻井设计软件欠平衡钻井设计软件 3 如何做好保护油气层工作如何做好保护油气层工作 l建立和健全相应组织建立和健全相

28、应组织 l强化各个层次的技术培训工作，转变观念，掌强化各个层次的技术培训工作，转变观念，掌 握技术，团队合作握技术，团队合作 l自觉应用，把各项保护技术纳入具体作业中自觉应用，把各项保护技术纳入具体作业中 l大力推广应用新技术，制订技术管理法规大力推广应用新技术，制订技术管理法规 l建立技术监督、质量检验和考核制度建立技术监督、质量检验和考核制度 l继续组织力量，针对某些特殊复杂地质对象和继续组织力量，针对某些特殊复杂地质对象和 工艺条件进行持续、深入的研究工艺条件进行持续、深入的研究 4 保护油气层技术新发展保护油气层技术新发展 4.1 损害机理研究不断深入损害机理研究不断深入 l物理模型实

29、验物理模型实验数学模拟数学模拟 l裂缝的损害裂缝的损害 l应力敏感性损害应力敏感性损害 l水相圈闭水相圈闭 l石蜡、沥青沉积石蜡、沥青沉积 l注水过程中的结垢注水过程中的结垢 l水水岩石界面反应岩石界面反应 4 保护油气层技术新发展保护油气层技术新发展 4.2 损害室内评价方法有所创新损害室内评价方法有所创新 l孔隙图象分析系统孔隙图象分析系统 l裂缝描述的光电三维面形自动测试系统裂缝描述的光电三维面形自动测试系统 lCT、NMR l环境扫描电镜环境扫描电镜 l原子力显微镜原子力显微镜 l模拟井下条件的动态流动实验装置模拟井下条件的动态流动实验装置 l裂缝损害评价仪裂缝损害评价仪 4 保护油气层技术新发展保护油气层技术新发展 4.3 损害矿场评价取得明显进展损害矿场评价取得明显进展 l表皮系数分解表皮系数分解 l地质表皮系数地质表皮系数 l多层非均质油气藏多层非均质油气藏 l双重介质储层双重介质储层川西裂缝性致密砂岩气藏川西裂缝性致密砂