低滲透油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中的油層保護(hù)

1、低滲透油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中的保護(hù)油氣層技術(shù) 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 開(kāi)發(fā)過(guò)程中的油氣層損害因素開(kāi)發(fā)過(guò)程中的油氣層損害因素第三節(jié)第三節(jié) 開(kāi)發(fā)過(guò)程中的油氣層保護(hù)技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的油氣層保護(hù)技術(shù)第一節(jié) 概述我國(guó)低滲透油氣層保護(hù)技術(shù)的進(jìn)展1.油氣層保護(hù)工作成為低滲透油田開(kāi)發(fā)的一個(gè)系統(tǒng)工程；2.研究出具有國(guó)際先進(jìn)水平的保護(hù)油氣層技術(shù)；已研究出大量適合自己油田且具有國(guó)際先進(jìn)水平的同類(lèi)技術(shù)，如負(fù)壓射孔技術(shù)和洞穿水力射孔技術(shù)。3.建立了油氣層損害和控制智能化計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。通過(guò)大量的室內(nèi)敏感性實(shí)驗(yàn)研究和機(jī)理研究以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，了解各油田的儲(chǔ)層性質(zhì)，逐步形成包括油氣層損害的識(shí)別、診斷、評(píng)價(jià)、預(yù)防以及處理的保護(hù)

2、油氣層配套技術(shù)，建立了油氣層損害與控制智能化計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，判識(shí)的結(jié)論具有較高的精確度，省時(shí)、省力，省資金。第二節(jié) 開(kāi)發(fā)過(guò)程中的油氣層損害因素分析根據(jù)低滲透油藏的特點(diǎn)，損害機(jī)理分為四種：外來(lái)流體與儲(chǔ)層巖石礦物不配伍造成的損害（水敏）；外來(lái)流體與儲(chǔ)層流體不配伍造成的儲(chǔ)層損害（結(jié)垢）；固相顆粒堵塞引起的儲(chǔ)層損害（固相堵塞）；毛細(xì)現(xiàn)象造成的儲(chǔ)層損害（水鎖）；一、水敏損害1.水敏損害的主要原因粘土礦物與工作液體相接觸時(shí)，由于粘土的膨脹或者顆粒分散運(yùn)移而引起滲透率降低的現(xiàn)象。一、水敏損害2.影響儲(chǔ)層水敏性的因素（1）礦物類(lèi)型和產(chǎn)狀。當(dāng)巖石中所含粘土礦物的種類(lèi)不同時(shí)，其膨脹性也不同。其中蒙脫石的膨脹性最強(qiáng)

3、。高嶺石和伊利石為非膨脹或不易膨脹的粘土礦物，對(duì)巖石水敏損害較小。粘土礦物的產(chǎn)狀對(duì)巖石的水敏損害有一定的影響，蜂窩式產(chǎn)狀的水敏性最嚴(yán)重，此時(shí)，粘土邊緣相互領(lǐng)接，與流體接觸面積大，易產(chǎn)生膨脹。一、水敏損害（2）儲(chǔ)層巖石的物性水敏性與儲(chǔ)層巖石本身的性質(zhì)有關(guān)，在滲透率低、孔喉半徑小的儲(chǔ)層，即使含有少量的水敏性粘土礦物，也可能造成較大的影響；而滲透率較高、孔吼半徑較大的儲(chǔ)層，相同含量的水敏性粘土礦物，其油氣層損害造成的影響相對(duì)較小。（3）外來(lái)液體礦化度大小與地層水的差異。當(dāng)外來(lái)液體礦化度比油層水礦化度低時(shí)，外來(lái)液體與粘土接觸后，粘土礦物將產(chǎn)生水化膨脹，導(dǎo)致孔喉縮小，滲透率降低。一、水敏損害（4）外來(lái)液

4、體的陽(yáng)離子成分外來(lái)液體的陽(yáng)離子成分不同，會(huì)導(dǎo)致粘土的水敏性有較大的差異，主要是與陽(yáng)離子的價(jià)數(shù)及水化離子半徑大小相關(guān)。陽(yáng)離子價(jià)越高，與粘土負(fù)電荷中心的作用力越強(qiáng)，陽(yáng)離子越易被粘土吸附到表面或晶層間，使粘土表現(xiàn)出較弱的水敏性。二、結(jié)垢結(jié)垢：無(wú)機(jī)垢和有機(jī)垢1.無(wú)機(jī)垢碳酸鋇、硫酸鋇、氯化鈉、石膏、碳酸鍶、硫酸鍶等。影響因素：1）溫度：吸熱結(jié)垢反應(yīng)：CaCO3、CaSO4等； 放熱結(jié)垢反應(yīng)：BaSO42）壓力：地層壓力下降，地層流體中氣體會(huì)不斷脫出，地層中的CO2含量減少，PH值將升高，使HCO3-離子的解離平衡向CO32-濃度增加的方向移動(dòng)。 CO32-的濃度逐漸增加，生成的CaCO3沉淀就會(huì)越來(lái)越多

5、。二、結(jié)垢3）外來(lái)流體的PH值當(dāng)外來(lái)流體PH值升高時(shí)，會(huì)促使地層水HCO3-解離成H和CO32-易于生成CaCO34）接觸時(shí)間地層流體與不配伍的外來(lái)流體相互接觸的時(shí)間越長(zhǎng)，所生成的沉淀顆粒越大，沉淀的數(shù)量越多，造成儲(chǔ)層的損害越嚴(yán)重。二、結(jié)垢2.有機(jī)垢主要是指石蠟、瀝青及膠質(zhì)在井眼附近地帶的沉淀，其后果是堵塞儲(chǔ)層的滲流通道，而且還可能使儲(chǔ)層的潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透能力下降。有機(jī)垢產(chǎn)生的原因：外來(lái)流體與地層原油不配伍自然條件的改變使化學(xué)平衡受到破壞。二、結(jié)垢1）外來(lái)液體與地層原油的不配伍外來(lái)液體引起原油PH值改變而導(dǎo)致沉淀，當(dāng)侵入地層的鉆井液或壓井液的PH值較高時(shí)，可促使瀝青絮凝、沉積。酸化時(shí)，

6、酸與原油接觸，會(huì)形成膠狀污泥，這些污泥很難溶解，造成儲(chǔ)層損害。氣體進(jìn)入儲(chǔ)層引起損害，如空氣進(jìn)入儲(chǔ)層，因空氣中含有氧氣，與原油接觸，導(dǎo)致原油氧化，使原油中不溶性烴類(lèi)衍生物增多，而析出沉淀，當(dāng)儲(chǔ)層進(jìn)入CO2時(shí)，CO2溶于含瀝青的原油中，會(huì)產(chǎn)生瀝青沉淀。在完井、修井過(guò)程中，低界面張力流體侵入儲(chǔ)層亦容易引起原油中瀝青質(zhì)沉淀。二、結(jié)垢2）外來(lái)?xiàng)l件發(fā)生改變?cè)谟蛯訔l件下，石蠟和瀝青質(zhì)都是溶解在原油中的。一旦油層被打開(kāi)，儲(chǔ)層原有的平衡狀態(tài)被破壞，此時(shí)所發(fā)生的平衡移動(dòng)使有機(jī)垢易于生成。主要因素包括：（1）溫度、壓力的降低。原油溫度、壓力的降低是導(dǎo)致有機(jī)垢生成的重要原因。壓力降低導(dǎo)致石蠟和瀝青質(zhì)溶解度的下降。當(dāng)原

7、油溫度低于石蠟的初凝點(diǎn)時(shí)，石蠟便在儲(chǔ)層孔隙中逐漸析出，經(jīng)過(guò)析蠟、析晶長(zhǎng)大和沉淀三個(gè)階段，形成有機(jī)垢。2）外來(lái)?xiàng)l件發(fā)生改變（2）原油中輕質(zhì)組分和溶解氣脫出。原油中輕質(zhì)組分含量越多，則蠟的始凝點(diǎn)越低；原油中溶解氣越多，則溶解蠟的能力越強(qiáng)。油井生產(chǎn)過(guò)程中，近井地帶的地層流體壓力常低于地層平衡壓力，因而易引起原油中輕質(zhì)組分和溶解氣脫出，使蠟在原油中的溶解能力減弱和初凝點(diǎn)下降。（3）晶核量增加。蠟的析出必須有晶核存在。在原油生產(chǎn)過(guò)程中，油濕微粒增加或外來(lái)固相的侵入都會(huì)增加蠟的結(jié)晶中心，為蠟的析出提供條件。三、固相堵塞固相顆粒的來(lái)源：一是外來(lái)固相顆粒，即在鉆井、完井、修井、增產(chǎn)、注液等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中進(jìn)入儲(chǔ)

8、層的固相顆粒；二是儲(chǔ)層本身存在大量的顆粒，這些顆?？梢噪S儲(chǔ)層內(nèi)流體的流動(dòng)而發(fā)生運(yùn)移。無(wú)論是外來(lái)的固相顆粒，還是儲(chǔ)層本身的微粒運(yùn)移，其最終結(jié)果均是堵塞孔隙吼道，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率降低。三、固相堵塞1.外來(lái)固相顆粒對(duì)儲(chǔ)層的損害。當(dāng)鉆井液、壓井液和注入流體等與滲透性地層相接觸時(shí)，由于井內(nèi)液柱壓力和地層壓力的不平衡，在地層表面，射孔孔道壁及裂縫內(nèi)就會(huì)因滲濾作用而形成濾餅，造成滲透面通道堵塞。外來(lái)固相顆粒來(lái)源于鉆井、完井、各種作業(yè)中的加重材料、粘土、增粘劑、降濾失劑、防漏劑、鉆屑、水泥顆粒、射孔碎片、鐵銹等，這些顆粒隨滲入儲(chǔ)層的流體進(jìn)入儲(chǔ)層孔道、裂縫等，并在油層顆粒表面活吼道沉積，使?jié)B流面積減少或使?jié)B流孔道

9、彎曲度增加，導(dǎo)致滲透率降低。三、固相堵塞外來(lái)固相顆粒對(duì)油層的損害程度及侵入深度的影響因素：1）濾餅形成的好壞一般固相顆粒的侵入是由鉆井液或壓井液濾失而產(chǎn)生，在濾失過(guò)程中形成濾餅，濾餅對(duì)濾失和固相侵入有一定的控制作用。濾餅越好，侵入儲(chǔ)層中的固相顆粒和濾液就越少，對(duì)儲(chǔ)層的損害就越小。三、固相堵塞2)固相顆粒的粒徑與儲(chǔ)層孔喉大小若固相顆粒直徑大于儲(chǔ)層孔喉直徑，固相顆粒不能進(jìn)入儲(chǔ)層，若固相顆粒直徑小于孔喉直徑，則可進(jìn)入儲(chǔ)層，進(jìn)入儲(chǔ)層的深度和量的多少，取決于顆粒直徑和儲(chǔ)層孔喉直徑的匹配程度。l當(dāng)匹配程度很高時(shí)，固相顆?？稍诰残纬奢^好的濾餅，阻止固相顆粒的繼續(xù)侵入，減小對(duì)儲(chǔ)層的侵入量和侵入深度，減輕對(duì)儲(chǔ)

10、層的損害。l當(dāng)匹配程度不高時(shí)，固相顆粒很容易進(jìn)入儲(chǔ)層深部。l當(dāng)顆粒直徑大于吼道直徑時(shí)，只在儲(chǔ)層表面堵塞；l當(dāng)顆粒直徑接近1/2-1/3吼道直徑時(shí)，顆粒只在儲(chǔ)層的淺部沉積堵塞；l而在1/3-1/6吼道直徑時(shí)會(huì)進(jìn)入儲(chǔ)層深部堵塞，l小于1/6時(shí)，則可在儲(chǔ)層內(nèi)自由流動(dòng)通過(guò)而不堵塞儲(chǔ)層。固相顆粒侵入深部?jī)?chǔ)層時(shí)，這種損害難于返排或在射孔中解除。三、固相堵塞3）壓差的影響當(dāng)射孔液，壓井液不清潔，含有大量小于儲(chǔ)層孔吼直徑的雜質(zhì)時(shí)，在較高的壓差下，固相顆粒隨大量濾液濾失進(jìn)入儲(chǔ)層孔隙，并在其中自由移動(dòng)直到沉積，壓差的增加會(huì)加速固相顆粒運(yùn)移到儲(chǔ)層深部，形成一個(gè)較大的損害帶。因此，鉆井液、射孔液的相對(duì)密度不宜太高，要

11、與儲(chǔ)層壓力相匹配，既能防止井噴，又能減少對(duì)儲(chǔ)層的損害。三、固相堵塞4）其它影響因素作業(yè)時(shí)間的影響：鉆井、射孔、修井、注水等作業(yè)時(shí)間越長(zhǎng)，固相顆粒侵入到油層的深度越大，對(duì)儲(chǔ)層的損害越嚴(yán)重。固相顆粒的含量：壓井液、修井液及注入。剪切速度：鉆井過(guò)程，剪切作用破壞外泥餅，給鉆井液中的顆粒提供更多的機(jī)會(huì)進(jìn)入儲(chǔ)層，如果顆粒直徑與孔吼直徑不匹配，會(huì)使固相顆粒大量進(jìn)入儲(chǔ)層；如果顆粒與孔吼直徑相匹配，則剪切速度提高，有利于泥餅形成。三、固相堵塞2.儲(chǔ)層本身的微粒運(yùn)移對(duì)儲(chǔ)層的損害儲(chǔ)層微粒除粘土礦物外，還包括非粘土礦物，如石英、長(zhǎng)石、方解石、白云石等，其中石英含量最高。非粘土礦物運(yùn)移是由于液流速度過(guò)大而形成的，整個(gè)

12、過(guò)程可分為三步：起動(dòng)、運(yùn)移、沉積堵塞。（1）起動(dòng)為關(guān)鍵的一步。微粒所受的力主要為重力、范德華力、雙電層斥力及水動(dòng)力，前兩種力是促使微粒沉積的力，而后兩種力則是促使微粒運(yùn)動(dòng)的力。而后兩種力的力矩之和大于前兩種力的力矩之和時(shí)，微粒開(kāi)始懸浮在孔隙內(nèi)的流體中或隨流體流動(dòng)。（2）運(yùn)移。在單相流動(dòng)時(shí)，各種起動(dòng)的微粒隨流體的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)移，油潤(rùn)濕的微粒在油相中運(yùn)移，混合潤(rùn)濕的微粒則在油水界面上移動(dòng)。三、固相堵塞2.儲(chǔ)層本身的微粒運(yùn)移對(duì)儲(chǔ)層的損害（3）沉積堵塞是由于微粒運(yùn)動(dòng)時(shí)不斷碰撞孔壁而失去能量造成的。此外，在基本為恒壓的生產(chǎn)中，隨著微粒的不斷沉積。一般情況下，微粒小于孔吼直徑（尤其是接近1/3-1/6吼道直徑

13、）時(shí)，容易造成沉積堵塞；孔道越彎曲、孔壁越粗糙、微粒的濃度越大、流體流速越小。四、水鎖流體侵入儲(chǔ)層后，隨著含水飽和度的增加，引起油相滲透率下降的現(xiàn)象稱(chēng)為水鎖現(xiàn)象。此時(shí)，外來(lái)流體進(jìn)入油層后如同活塞一樣堵塞油氣孔道。如果要使油流動(dòng)，必須額外增加一個(gè)壓力，即毛細(xì)管壓力。由于特低滲油氣層的表皮壓降很大，地層能夠給予油層的壓力較小，毛細(xì)管阻力對(duì)油的流動(dòng)有較大的影響，即水鎖損害往往較為嚴(yán)重。因此，水鎖損害通常發(fā)生于特低滲透油藏。特低滲透油藏的主要損害方式。影響水鎖的因素：侵入體的表面張力、儲(chǔ)層潤(rùn)濕性、侵入流體量及含水飽和度、儲(chǔ)層孔道的大小、驅(qū)替壓力的大小、外來(lái)流體粘度的大小及巖石孔道彎曲程度和粗糙程度。四

14、、水鎖1.含水飽和度是形成水鎖主要因素；巖石的毛細(xì)管力受孔吼入口、毛細(xì)管的大小和孔隙大小分布的影響。在原始條件下，高毛細(xì)管力會(huì)引起水飽和度增高，一般為4575。在致密儲(chǔ)層和常規(guī)儲(chǔ)層中，含水飽和度會(huì)降低或阻止天然氣的流動(dòng)。2.外來(lái)流體表面張力和接觸角的影響。水鎖的基本公式：pkcos2四、水鎖3.生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中減小孔吼半徑及增加吼道粗糙程度造成的不利因素。外來(lái)液體與儲(chǔ)層吼道粘土礦物或敏感性非粘土礦物的作用、外來(lái)流體與儲(chǔ)層地下流體不配伍，則會(huì)在儲(chǔ)層中結(jié)垢或形成酸渣，此外化學(xué)劑在吼道表面的吸附滯留對(duì)形成水鎖的影響也很大。第三節(jié) 開(kāi)發(fā)過(guò)程中的保護(hù)油氣層技術(shù) 一、鉆井完井中的油氣層保護(hù)工作1.優(yōu)選鉆井完

15、井液體系2.屏蔽暫堵技術(shù)3.采用負(fù)壓射孔降低過(guò)平衡壓力鉆井時(shí)鉆井液對(duì)產(chǎn)層的各種損害，尤其是在水平井中用負(fù)壓鉆井技術(shù)更有意義；u減少或避免了井漏、壓差卡鉆等事故的發(fā)生；u延長(zhǎng)鉆頭壽命，提高機(jī)械鉆速，降低鉆井成本；u在鉆井的同時(shí)能夠通過(guò)試井評(píng)價(jià)產(chǎn)層的生產(chǎn)能力和地層的性質(zhì)，有利于迅速發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層，有利于提高油氣井產(chǎn)能。4.水敏性?xún)?chǔ)層損害預(yù)測(cè)及保護(hù)的專(zhuān)家系統(tǒng)5.射孔完井過(guò)程中的保護(hù)油氣層技術(shù)l20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)射孔技術(shù)迅速發(fā)展，在大量推廣清水過(guò)油管射孔技術(shù)的同時(shí)，開(kāi)展了負(fù)壓射孔、優(yōu)質(zhì)射孔液的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。l目前優(yōu)化射孔設(shè)計(jì)、油管輸送式射孔、射孔測(cè)試聯(lián)作技術(shù)大量應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化；l目前國(guó)內(nèi)開(kāi)展的

16、深穿透水力射孔技術(shù)是一種適用于低滲透油田改造處理油水井污染堵塞的高效增產(chǎn)、增效手段?？籽坶L(zhǎng)而大；孔眼無(wú)污染；套管強(qiáng)度受損小。適用于因鉆井、完井、井下作業(yè)及長(zhǎng)期采油和注水生產(chǎn)造成的近井帶污染堵塞的油水井解堵。該技術(shù)施工簡(jiǎn)單、能量集中、處理深度大、選擇性好，處理后直接見(jiàn)效，易與其它處理方法結(jié)合使用等優(yōu)點(diǎn)。二、壓裂生產(chǎn)過(guò)程中的保護(hù)油氣層技術(shù)低滲透油田自然滲透能力差，一般都需要進(jìn)行油氣層改造改變滲流能力來(lái)提高產(chǎn)能。但是，油氣層改造的同時(shí)難免對(duì)油氣層造成二次傷害。因此，立足油氣層改造的同時(shí)要重視和搞好油氣層保護(hù)工作，將二次傷害降低到最低。20世紀(jì)80年代中后期以來(lái)，俄、美等國(guó)研究開(kāi)發(fā)既能消除或減輕地層傷

17、害，又能防止再次傷害的新型地層處理技術(shù)。下面主要介紹幾種有效處理低滲油氣層的新技術(shù)：二、壓裂生產(chǎn)過(guò)程中的保護(hù)油氣層技術(shù)1、高砂比壓裂技術(shù)高砂比壓裂技術(shù)是改造低滲透和特低滲透油氣層的有效措施，使用該技術(shù)進(jìn)行初次壓裂和重復(fù)壓裂，均能收到顯著效果。其特點(diǎn)是裂縫受到支撐砂支撐的高度和長(zhǎng)度大，可產(chǎn)生高導(dǎo)流能力的寬裂縫，減少微粒對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響，并克服了支撐砂嵌入問(wèn)題，從而使油井的增產(chǎn)的倍數(shù)高，有效增產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng) 二、壓裂生產(chǎn)過(guò)程中的保護(hù)油氣層技術(shù)2、高能氣體壓裂技術(shù)高能氣體壓裂技術(shù)是新近發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代壓裂技術(shù)，通常有爆炸壓裂和燃燒壓裂。該方法特別適用于水力壓裂無(wú)效的特低滲透性且地層巖石相對(duì)堅(jiān)硬的油氣層和

18、不宜采用水力壓裂的水敏性油氣層的裸眼井壓裂。該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，成本較低，污染小，普遍用于降低或清除近井地帶的傷害。二、壓裂生產(chǎn)過(guò)程中的保護(hù)油氣層技術(shù)3、復(fù)合壓裂技術(shù)復(fù)合壓裂技術(shù)是20世紀(jì)80年代末國(guó)外研開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新型增產(chǎn)、增注技術(shù)。它將高能氣體壓裂與水力壓裂相結(jié)合，先對(duì)地層進(jìn)行高能氣體壓裂。在目的層壓開(kāi)多條徑向裂縫，然后進(jìn)行水力壓裂延伸這些裂縫，從而得到多條足夠長(zhǎng)的有支撐劑支撐的裂縫。它集中了高能氣體壓裂與水力壓裂技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。二、壓裂生產(chǎn)過(guò)程中的保護(hù)油氣層技術(shù)4、干式壓裂現(xiàn)在國(guó)外采用一種新型的不傷害地層的新技術(shù)干式壓裂（Thomas R Wringht,1998）。該壓裂技術(shù)在作業(yè)時(shí)的關(guān)鍵是采用二氧化碳混砂機(jī)將支撐劑混入液態(tài)二氧化碳流。它不需要任何傳統(tǒng)的攜砂液攜砂，因而不會(huì)有傷害性流體進(jìn)入生產(chǎn)層，對(duì)水敏性地層幾乎不會(huì)造成可能的傷害。三、酸化生產(chǎn)過(guò)程中的保護(hù)油氣層技術(shù)酸化是油氣井常用的一項(xiàng)增產(chǎn)、增注措施。20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的酸化技術(shù)是對(duì)以前技術(shù)的進(jìn)一步完善，而20世紀(jì)80年代后主要是通過(guò)復(fù)配、改性或重新合成高性能的產(chǎn)品，使之更能夠滿(mǎn)足復(fù)雜地層的需要?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外普遍應(yīng)用暫堵酸化技術(shù)。它是常規(guī)酸化工藝的一個(gè)改進(jìn)，對(duì)地層沒(méi)有傷害，適用于多層段、薄夾層、層間物性變