西南石油大学储层保护技术第4章

1、第一节第一节 概述概述第二节第二节 油气层潜在损害因素油气层潜在损害因素第三节第三节 外因作用下引起的油气层损害外因作用下引起的油气层损害第四节第四节 地层损害微观机理综述地层损害微观机理综述第五节第五节 不同类型油气藏的损害特点不同类型油气藏的损害特点了解储层损害机理的分类及其依据。了解储层损害机理的分类及其依据。掌握储层损害机理的主要类型及其特点；掌握储层损害机理的主要类型及其特点；初步掌握各类作业造成储层损害的机理与特点；初步掌握各类作业造成储层损害的机理与特点；掌握储层发生水敏、盐敏、碱敏、酸敏的损害掌握储层发生水敏、盐敏、碱敏、酸敏的损害 的潜在因素与工程因素（外因）；的潜在因素与工

2、程因素（外因）； 在油气钻井、完井、生产、增产、在油气钻井、完井、生产、增产、EOR 等全等全过程中的每一个作业环节，发生流体产出或注入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的现象（或作用）能力显著下降的现象（或作用）多在井壁附近，也可以在井间多在井壁附近，也可以在井间渗流通道渗流通道孔隙和孔隙和/ /或裂缝或裂缝油气或注入的驱替流体油气或注入的驱替流体l当探井落空、油气井产量快速递减、注入井注当探井落空、油气井产量快速递减、注入井注入能力下降，人们首先想到的是油气层可能被入能力下降，人们首先想到的是油气层可能被损害。损害。l随着勘探开发的地质对象越来越复杂（规模变随着勘探开发

3、的地质对象越来越复杂（规模变小，储层致密、深层高温高压、老油气田压力小，储层致密、深层高温高压、老油气田压力严重衰竭），探井成功率降低，开发作业成本严重衰竭），探井成功率降低，开发作业成本增加，使得油气层损害研究更加倍受关注。增加，使得油气层损害研究更加倍受关注。l油气层被钻开之前，在油气藏温度压力环境下，油气层被钻开之前，在油气藏温度压力环境下，岩石矿物和地层流体处于一种物理、化学的平岩石矿物和地层流体处于一种物理、化学的平衡状态。衡状态。l钻井、完井、修井、注水和增产等作业或生产钻井、完井、修井、注水和增产等作业或生产过程都能改变原来的环境条件，使平衡状态发过程都能改变原来的环境条件，使平

4、衡状态发生改变，这就可能造成油气井产能下降，导致生改变，这就可能造成油气井产能下降，导致油气层损害。油气层损害。l揭示油气层损害机理，不仅要研究油气层固有的揭示油气层损害机理，不仅要研究油气层固有的工程地质特征和油气藏环境（内因），而且还应工程地质特征和油气藏环境（内因），而且还应研究这些内因在各种作业条件下（外因）产生损研究这些内因在各种作业条件下（外因）产生损害的具体过程。害的具体过程。l损害机理研究以岩心分析、敏感性评价、工作液损害机理研究以岩心分析、敏感性评价、工作液损害模拟实验和矿场评价为依托，通过综合分析，损害模拟实验和矿场评价为依托，通过综合分析，诊断油气层损害发生的具体环节、主

5、要类型及作诊断油气层损害发生的具体环节、主要类型及作用过程，最后要提出有针对性的保护技术和解除用过程，最后要提出有针对性的保护技术和解除损害的措施建议。损害的措施建议。一、地层损害机理的定义一、地层损害机理的定义 地层（油气层）损害机理就是油气地层（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层损害的产生原因和伴随损害发生的物理、化学变化过程。理、化学变化过程。 l油气井生产或注入井注入能力下降现象的原因及其作用的物理、化学、生物变化过程称为油气层损害机理l油气层损害实质就是储层孔隙结构变化导致的渗透率下降l渗透率下降包括绝对渗透率的下降（即渗流空间的改变，孔隙结构变差）和相对渗

6、透率的下降 外因：指在施工作业时任何能够引起油气外因：指在施工作业时任何能够引起油气层微观结构原始状态发生改变，并使得油层微观结构原始状态发生改变，并使得油气层的原始渗透率等降低的各种外部作业气层的原始渗透率等降低的各种外部作业条件。条件。二、油气层损害的内外因油气层损害的内外因 （潜在因素和诱发因素潜在因素和诱发因素） 内因：是指油气层本身的岩性、物性及油气内因：是指油气层本身的岩性、物性及油气水流体性质等造成损害的原因。水流体性质等造成损害的原因。 三、油气层损害机理的分类三、油气层损害机理的分类 按损害因素分类按损害因素分类（内因与外因）（内因与外因）按敏感性矿物分类按敏感性矿物分类 （

7、D.G.KerseyD.G.Kersey从岩矿学角度的分类）从岩矿学角度的分类）按损害原因分类按损害原因分类 （我国张绍槐、罗平亚教授从流体侵入造成地（我国张绍槐、罗平亚教授从流体侵入造成地层损害角度的分类）层损害角度的分类） 三种主要的分类三种主要的分类 原因与来源原因与来源机理机理地层损害类型地层损害类型1 1、固相侵入、固相侵入（1 1）类型）类型粘土、钻屑、粘土、钻屑、加重材料、堵漏材料、加重材料、堵漏材料、固体沉淀、有机物固体沉淀、有机物（2 2）来源）来源钻井液、完井液、钻井液、完井液、修井液、注入水、修井液、注入水、酸化压裂液酸化压裂液物理物理堵塞堵塞原因与来源原因与来源机理机理

8、地层损害类型地层损害类型2 2、流体侵入、流体侵入（1 1）流体类型）流体类型原油、水、化学剂原油、水、化学剂（2 2）来源）来源钻井液钻井液水泥浆滤液水泥浆滤液完井液和修井液完井液和修井液注入水注入水化学化学物理物理生物生物地层水水质变化地层水水质变化沥青质沉淀沥青质沉淀蜡堵蜡堵水堵或水锁水堵或水锁生成乳状液生成乳状液岩石润湿性变化岩石润湿性变化流体饱和度变化流体饱和度变化原生粘土被破坏原生粘土被破坏原因与来源原因与来源机理机理地层损害类型地层损害类型地层水水质地层水水质变化变化沥青质沉淀沥青质沉淀蜡堵蜡堵化学化学3 3、压力温度变化、压力温度变化采油采油注液或注气注液或注气酸化酸化/压裂压

9、裂原因与来源原因与来源机理机理地层损害类型地层损害类型粘土及微粒粘土及微粒运移运移流体和固体流体和固体侵入侵入化学化学物理物理4 4、工程因素、工程因素采油速率采油速率生产时间生产时间井筒压力井筒压力注液或注气速率注液或注气速率原因与来源原因与来源机理机理地层损害类型地层损害类型粘土不稳定粘土不稳定润湿性发生润湿性发生变化变化生成乳状液生成乳状液化学化学物理物理5 5、材料类型、材料类型盐类盐类表面活性剂表面活性剂胶凝物质胶凝物质HFHCl石膏、重晶石、水镁石、石膏、重晶石、水镁石、石灰石、岩盐、赤铁矿、石灰石、岩盐、赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿磁铁矿、菱铁矿地层结垢地层结垢结垢结垢石灰石、白云石、

10、硅酸盐石灰石、白云石、硅酸盐矿物矿物氟化钙沉淀氟化钙沉淀（富铁）绿泥石、海绿石、（富铁）绿泥石、海绿石、赤铁矿、蒙脱石、黄铁矿、赤铁矿、蒙脱石、黄铁矿、富铁白云石、菱铁矿富铁白云石、菱铁矿氢氧化铁氢氧化铁 沉淀沉淀酸酸敏敏性性绿泥石、蒙脱石、伊利石绿泥石、蒙脱石、伊利石膨胀膨胀水敏性水敏性不配伍的不配伍的 流体流体可能有害矿物可能有害矿物可能问题可能问题类型类型原因原因可能有害矿物可能有害矿物可能问题可能问题类型类型原因原因成岩矿物成岩矿物出砂出砂出砂出砂伊利石、高岭石、伊利石、高岭石、硅酸盐矿物硅酸盐矿物淤泥和粘土淤泥和粘土颗粒运移颗粒运移微粒运移微粒运移流速过大流速过大或压力过或压力过大大

11、l外来流体与地层岩石的作用外来流体与地层岩石的作用l外来流体与地层流体的作用外来流体与地层流体的作用外来流体中固相颗粒的侵入与堵塞外来流体中固相颗粒的侵入与堵塞工作液侵入造成的敏感性损害工作液侵入造成的敏感性损害储层内部微粒运移造成的地层损害储层内部微粒运移造成的地层损害出砂出砂细菌堵塞细菌堵塞l外来流体与地层流体的作用外来流体与地层流体的作用乳化堵塞乳化堵塞无机结垢堵塞无机结垢堵塞有机结垢堵塞有机结垢堵塞铁锈与腐蚀产物的堵塞铁锈与腐蚀产物的堵塞地层内固相沉淀的堵塞地层内固相沉淀的堵塞主要讨论主要讨论 储渗空间特征、储渗空间特征、 敏感性矿物、敏感性矿物、 岩石表面性质、岩石表面性质、 流体性

12、质流体性质等对油气层损害的影响等对油气层损害的影响 储集空间储集空间渗流通道渗流通道喉喉 道道孔隙结构孔隙结构主要是孔隙主要是孔隙主要是喉道主要是喉道是指两个颗粒间连通的狭窄部分是指两个颗粒间连通的狭窄部分孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其连通关系孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其连通关系孔隙度孔隙度渗透率渗透率l孔喉越大，固相颗粒侵入的深度就越深，损害程度可能孔喉越大，固相颗粒侵入的深度就越深，损害程度可能就越大；就越大；l孔喉弯曲程度越大，喉道越易受到损害；孔喉弯曲程度越大，喉道越易受到损害；l孔隙连通性越差，油气层受到损害越大；孔隙连通性越差，油气层受到损害越大；l储层孔喉越细，滤液

13、或入井流体造成的水锁、贾敏等损储层孔喉越细，滤液或入井流体造成的水锁、贾敏等损害的程度越大；害的程度越大；l储层渗透率越低，孔隙度越小，储层受固相颗粒堵塞的储层渗透率越低，孔隙度越小，储层受固相颗粒堵塞的可能性和程度越大，反之，储层受到粘土水化膨胀、分可能性和程度越大，反之，储层受到粘土水化膨胀、分散运移及水锁和贾敏损害的可能性和程度越大散运移及水锁和贾敏损害的可能性和程度越大。1 1、定义和特点、定义和特点 容易与流体发生物理和化学作用，并导容易与流体发生物理和化学作用，并导致油气层渗透性降低的储层矿物称为油致油气层渗透性降低的储层矿物称为油气层敏感性矿物。气层敏感性矿物。 特点特点：粒径很

14、小：粒径很小(伊/蒙间层矿物伊利石高岭石、绿泥石3）当油气层中水敏性矿物含量及存在状态均相似时，高渗透油气层的水敏性损害比低渗油气层的水敏性损害要低些4）工作液的矿化度越低，引起油气层的水敏性损害越强；工作液的矿化度降低速度越大，油气层的水敏性损害越强5）工作液矿化度相同的情况下，含高价阳离子的成分越多，引起油气层水敏性损害的程度越弱Surface Area (m2/g)ClayInternalExternalTotalSmectite75050800Vermiculite750岩石总量2-3)可运移的地层微粒存在2）当平均孔喉尺寸小于微粒尺寸的3-4倍时3）侵入液体压力太高或过平衡压力太大引

15、起的高流速启动地层微粒4）微粒润湿相流体侵入或润湿相流体饱和度增加 多层非均质砂岩储层的潜在损害机理在流体一流体不配伍、岩石一流体不配伍、液锁、化学吸附和微粒运移等方面，与均质孔隙型砂岩储层类似l多层非均质砂岩储层的固相侵入损害比均质孔隙型砂岩更为敏感一些l如果这些层状地层由不稳定的泥页岩或粉砂岩组成，那么钻穿这些地层所产生的微粒往往更小、泥浆中的粘土粒子含量迅速增高，且难以用离心力除去这些微粒，就更加容易侵入而为储层所捕获l青海柴达木盆地第四系浅层气藏就属于这种情况l层状砂岩油气藏剖面中的高渗透率产层，是最终潜在最大产能的位置，也常常会最大程度地被漏失性侵入损害l如果高渗层损害是永久的，且不

16、能在完井过程中消除，那么仅从损害较小而储渗质量较差的地层所获产能就会大大低于期望值l如在渤海某油田，DST测试结果显示，同一口井剖面上渗透率高于200010-3m2的油层，其表皮系数也大于中低渗透油层，表明在相同的条件下渗透率越高，钻井液损害程度越大l3.1 水敏问题: 高渗透未固结的砂岩中往往不含或含有很少的膨胀性或可分散粘土矿物，许多情况下象岩石一流体不配伍的问题相对较弱，尽管当含有一定量的粘土矿物时水敏问题依然存在l3.2 水液锁问题: 由于在高渗透孔隙型砂岩通常毛细管力较低，水液锁问题在这类油气藏中一般不严重，除非初始含水饱和度相当低l由于固相侵入和泥浆漏失而引起的损害问题严重，特别是

17、在较高过平衡压力钻井条件下，由于孔喉粗大，难以建立有效的桥堵泥饼l实践经验表明，含有纤维和油溶性树脂暂堵剂的泥浆体系在防漏治漏中最为成功l如果流体漏失率高，就会出现微粒运移损害l微粒运移损害在产量高和井筒不稳定生产时发生，还会进一步引发出砂和地层坍塌等问题l流体一流体不配伍性和化学吸附作用引起的问题与前文所述均质固结砂岩储层的情况类似l对未固结的疏松砂岩来说，由于其固有的极佳孔渗性，这些损害问题一般可以忽略l与储渗质量较差的固结砂岩相比，在未固结高渗透砂岩孔隙流动系统中，等量的吸附或结垢对有后者的效孔隙度和渗透率的降低作用微弱l裂缝性砂岩一般可分为两类:1）基块系统和相互连通的高渗透性裂缝系统

18、对有效产能贡献相近的裂缝性砂岩2）基块渗透性极差，裂缝系统作为流体产出的主要通道的裂缝性砂岩l第一种类型, 既有对基块的损害，也有对裂缝的损害，因此，在设计工作液体系时不仅要考虑对基块的保护(与均质和层状砂岩类似)，而且还必须考虑对裂缝的保护l第二种类型，基块的贡献可以忽略不计，最首要的是把对裂缝本身的侵入损害控制到最低程度l裂缝划分为：1）地层条件下宽度小于100m的微裂缝2）地层条件下宽度大于100m的宏观裂缝（肉眼可辨）l大部分砂岩储层和泥页岩储层的地下裂缝宽度小于100ml当存在溶蚀作用时，如一些碳酸盐岩储层地下裂缝宽度可大于100ml由泥浆滤失所引起的损害，对宏观裂缝来说比起对微裂缝

19、要轻，可不予考虑l宏观裂缝规模大，特是在高过平衡压力下，侵入的深度和速度上可能会很严重l当在过平衡压力条件下作业时，控制微裂缝和宏观裂缝系统损害最为关键的措施在于快速建立很稳定的不渗透泥饼一般通过加入暂堵剂来实现l在大多数情况下，天然钻屑与裂缝的匹配性差，难以形成高质量的泥饼l微裂缝系统对水锁损害较为敏感，高毛细管力可捕获侵入流体并有效地阻挡油气流动l进入微裂缝的流体可以部分反排，但需要相当长的时间，速度缓慢，且可能大部分被储层吸收，这取决于裂缝宽度、基块孔喉尺寸、润湿性和流体饱和度l宏观裂缝系统不会产生严重的毛细管滞留效应，只要侵入流体中的固相未对裂缝初始渗透性造成永久损害，侵入的滤液就会很

20、快地反排、清除干净l减少正压差在控制宏观裂缝系统中的侵入损害时发挥关键作用l使用低密度泥浆，泡沫或气基流体体系具有明显的技术优势l 碳酸盐岩对各种成岩变化比较敏感，所以相对均质的碳酸盐岩油气藏比均质砂岩油气藏较为少见，典型的储层如针孔白云岩、粒间孔发育的鲕粒灰岩储层l均质碳酸盐岩储层对类似于均质砂岩的一些损害类型也较为敏感，但也存在一些差异l碳酸盐岩储层的地层水矿化度较高，富含二价阳离子（如Ca2+、Mg2+），使流体一流体不配伍性更为严重l碳酸盐矿物的酸溶解度较高，又使酸化成为一种常用的增产措施l一旦出现油一酸或酸一盐水不相容，尤其是在低渗透性的碳酸盐岩储层，产能不仅不会增加，反而会降低l大

21、多数碳酸盐岩储层粘土矿物含量低，且处于被孤立隔绝状态l多数碳酸盐岩不存在象砂岩中常出现的岩石一流体敏感性问题l在酸化作业中，释放出来的酸不溶残渣大部分为粘土矿物，这些粘土矿物的活化可以引发微粒运移问题l均质碳酸盐岩储层中也存在泥浆和钻屑侵入问题，与均质砂岩储层情况类似l在碳酸盐岩储层钻进时所产生的钻屑是酸溶性的，如果侵入深度较小，通过酸洗或酸压的方式可以比较容易消除固相损害l当在渗透性较高的均质碳酸盐岩系统中钻进时，加入酸溶性屏蔽暂堵剂（如CaCO3），与钻屑一同用于控制流体滤失l初始含水饱和度较低的致密碳酸盐岩气藏存在强烈的水液锁损害的趋势l绝大多数碳酸盐岩油藏表现为中性到亲油趋势，初始含水

22、饱和度通常也很低，水液锁效应同样使这种这类油藏受到损害l化学处理剂吸附和润湿反转也会损害碳酸盐岩储层l由于活跃性的粘土矿物含量一般很低，且在初始状态下具有向亲油性自然变化的趋势，因此这些因素的影响（与砂岩储层相比）要弱得多l大多数碳酸盐岩储层不含有丰富的粘土矿物或可活化的地层微粒，故其速敏性相对较弱l有时储层沥青、纤维状石膏、微晶石英、微晶长石、或注入流体引入的就地生长细菌也会存在潜在的微粒运移问题l绝大部分碳酸盐岩储层表现为强烈的非均质性l对于裂缝性碳酸盐岩储层，要象对裂缝性砂岩储层那样进行评价，确认储层基块是否对产能有贡献，或者产能是否主要来自裂缝系统l由于钻屑的可酸溶性，假如裂缝系统中侵

23、入钻屑的损害只是局部的，且深度范围较小，则碳酸盐岩裂缝系统的损害较砂岩储层更易于处理。l非酸溶性泥浆成分，如重晶石加重材料、人工粘土、或来自井筒上部非碳酸盐岩地层的钻屑，在砂岩地层和碳酸盐岩地层都可能造成损害l具有很好相互连通性的孔洞系统很可能像开启的大裂缝一样发生严重的流体漏失，大量泥浆和固相颗粒向孔洞系统的漏失是损害渗透率的主要潜在因素l如果孔洞之间的相互连通性规模相对较小，一定大小的固相堵漏剂就会有效地阻止大量的漏失l对于相互连通规模较大，在欠平衡钻进时，仍会有大量流体漏失，此时应当考虑使用超粗粒级的堵漏材料和桥堵剂l储层表现出强烈的非均质性，储渗空间以构造成因的裂缝和风化破碎淋溶的孔隙、溶蚀裂缝、溶洞为主l由于岩石性脆，裂缝密度大，组系多，微裂缝发育，各种规模的裂缝相互连通，可以形成较高的储集和渗流能力l要详细评价储层基块和裂缝系统对产能的贡献，以制定有针对性的保护措施l与碳酸盐岩储层不同，变质岩/岩浆岩钻屑的可酸溶性差l若裂缝系统中侵入钻屑、非酸溶性泥浆成分，如重晶石加重材料、人工粘土、或来自井筒上部碎屑岩的钻屑，都可能造成损