儲(chǔ)層損害內(nèi)部因素

內(nèi)因作用下引起的油氣層損害機(jī)理

1油氣層儲(chǔ)滲空間2油氣層的敏感性礦物3油氣層巖石的潤(rùn)濕性4油氣層流體性質(zhì)5油氣藏環(huán)境6氣藏特殊損害1油氣層儲(chǔ)滲空間油氣層的儲(chǔ)集空間主要是孔隙，滲流通道主要是喉道。喉道是指兩個(gè)顆粒間連通的狹窄部分，是易受損害的敏感部位。孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其連通關(guān)系，稱為油氣層的孔隙結(jié)構(gòu)。對(duì)于裂縫型儲(chǔ)層，天然裂縫既是儲(chǔ)集空間又是滲流通道。根據(jù)基塊孔隙和裂縫的滲透率貢獻(xiàn)大小，可以劃分出一些過(guò)渡儲(chǔ)層類型孔隙結(jié)構(gòu)從微觀角度來(lái)描述油氣層的儲(chǔ)滲特性；而孔隙度與滲透率則是從宏觀角度來(lái)描述巖石的儲(chǔ)滲特性（1）油氣層的孔喉類型（2）油氣層巖石的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)（3）油氣層的孔隙度和滲透率（1）油氣層的孔喉類型。不同的顆粒接觸類型和膠結(jié)類型決定著孔喉類型，一般將油氣層孔喉類型分為五種（a）縮頸喉道（b）點(diǎn)狀喉道（c）片狀喉道（d）彎片狀喉道（e）管束狀喉道1油氣層儲(chǔ)滲空間油氣層五種孔喉特征與油氣層損害的關(guān)系孔喉類型孔喉主要特征可能的損害方式縮頸喉道孔隙大，喉道粗，孔隙與喉道直徑比接近于1固相侵入，出砂和地層坍塌點(diǎn)狀喉道孔隙大（或較大），喉道細(xì)，孔隙與喉道直徑比大微粒運(yùn)移，水鎖，賈敏，固相侵入片狀或彎片狀喉道孔隙小，喉道細(xì)而長(zhǎng)，孔隙與喉道直徑比中到大微粒堵塞，水鎖，賈敏，粘土水化膨脹管束狀喉道孔隙和喉道成為一體且細(xì)小水鎖，賈敏，乳化堵塞，粘土水化膨脹1油氣層儲(chǔ)滲空間常用的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)有孔喉大小與分布、孔喉彎曲程度和孔隙連通程度。一般來(lái)說(shuō)，它們與油氣層損害的關(guān)系為（1）在其它條件相同的情況下，孔喉越大，不匹配的固相顆粒侵入的深度就越深，造成的固相損害程度可能就越大，但濾液造成的水鎖、賈敏等損害的可能性較?。?）孔喉彎曲程度越大，外來(lái)固相顆粒侵入越困難，侵入度小；而地層微粒易在喉道中阻卡，微粒分散或運(yùn)移的損害潛力增加，喉道越易受到損害（3）孔隙連通性越差，油氣層越易受到損害（2）油氣層巖石的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)?？缀眍愋褪菑亩ㄐ越嵌葋?lái)描述油氣層的孔喉特征，而孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)則是從定量角度來(lái)描述孔喉特征1油氣層儲(chǔ)滲空間（3）油氣層的孔隙度和滲透率孔隙度是衡量巖石儲(chǔ)集空間多少及儲(chǔ)集能力大小的參數(shù)，滲透率是衡量油氣層巖石滲流能力大小的參數(shù)，它們是從宏觀上表征油氣層特征的兩個(gè)基本參數(shù)。其中與油氣層損害關(guān)系比較密切的是滲透率，因?yàn)樗强紫兜拇笮?、均勻性和連通三者的共同體現(xiàn)對(duì)于一個(gè)滲透性很好的油氣層來(lái)說(shuō)，可以推斷它的孔喉較大或較均勻，連通性好，膠結(jié)物含量低，這樣它受固相侵入損害的可能性較大；相反，對(duì)于一個(gè)低滲透性油氣層來(lái)說(shuō)，可以推斷它的孔喉小或連通性差，膠結(jié)物含量較高，這樣它容易受到粘土水化膨脹、分散運(yùn)移及水鎖和賈敏損害1油氣層儲(chǔ)滲空間（1）敏感性礦物的定義和特點(diǎn)油氣層巖石骨架是由礦物構(gòu)成的，它們可以是礦屑和巖屑。從沉積物來(lái)源上講，有碎屑成因、化學(xué)成因和生物成因之分儲(chǔ)層中的造巖礦物絕大部分屬于化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定的類型，如石英、長(zhǎng)石和碳酸鹽礦物，不易與工作液發(fā)生物理和化學(xué)作用，對(duì)油氣層沒(méi)有多大損害成巖過(guò)程中形成的自生礦物數(shù)量雖少，但易與工作液發(fā)生物理和化學(xué)作用，導(dǎo)致油氣層滲透性顯著降低，這部分礦物就稱為油氣層敏感性礦物。它們的特點(diǎn)是粒徑很?。ǎ?7μm），比表面大，且多數(shù)位于孔喉處。因此，它們必然優(yōu)先與外界流體接觸，進(jìn)行充分作用，引起油氣層敏感性損害2油氣層的敏感性礦物隨帶常識(shí)：固相物質(zhì)的分類類別顆粒直徑μm粗細(xì)等級(jí)對(duì)應(yīng)目數(shù)砂＞2000粗＞102000～250中10～60250～74中細(xì)60～200泥74～44細(xì)200～35544～2極細(xì)——膠粒＜2膠?！Y孔尺寸和目數(shù)的關(guān)系方程篩孔尺寸在45～710μm范圍內(nèi)2油氣層的敏感性礦物（2）敏感性礦物的類型。敏感性礦物的類型決定著其引起油氣層損害的類型。根據(jù)不同礦物與不同性質(zhì)的流體發(fā)生反應(yīng)造成的油氣層損害，可以將敏感性礦物分為四類①水敏和鹽敏礦物。指油氣層中與礦化度不同于地層水的水相作用產(chǎn)生水化膨脹或分散、脫落等，并引起油氣層滲透率下降的礦物。主要有蒙脫石、伊利石/蒙皂石間層礦物和綠泥石/蒙皂石間層礦物②堿敏礦物。指油氣層中與高pH值外來(lái)液作用產(chǎn)生分散、脫落或新的硅酸鹽沉淀和硅凝膠體，并引起滲透率下降的礦物。主要有長(zhǎng)石、微晶石英、各類粘土礦物和蛋白石③酸敏礦物。指油氣層中與酸液作用產(chǎn)生化學(xué)沉淀或酸蝕后釋放出微粒，并引起滲透率下降的礦物。酸敏礦物分為鹽酸酸敏礦物，主要有含鐵綠泥石、鐵方解石、鐵白云石、赤鐵礦、菱鐵礦和水化黑云母；和氫氟酸酸敏礦物主要有方解石、石灰石、白云石、鈣長(zhǎng)石、沸石、云母和各類粘土礦物④速敏礦物。指油氣層中在高速流體流動(dòng)作用下發(fā)生運(yùn)移，并堵塞喉道的微粒礦物。主要有粘土礦物及粒徑小于37μm的各種非粘土礦物，如石英、長(zhǎng)石、方解石等2油氣層的敏感性礦物（3）敏感性礦物的產(chǎn)狀。指它們?cè)诤蜌鈳r石中的分布位置和存在狀態(tài)，對(duì)油氣層損害有較大影響。通過(guò)大量的研究，敏感性礦物有四種產(chǎn)狀類型，它們與油氣層損害的關(guān)系如下（a）薄膜式（b）櫛殼式（c）橋接式（d）孔隙充填式①薄膜式。粘土礦物平行于骨架顆粒排列，呈部分或全包覆基質(zhì)顆粒狀，這種產(chǎn)狀以蒙脫石和伊利石為主。流體流經(jīng)它時(shí)阻力小，一般不易產(chǎn)生微粒運(yùn)移，但這類粘土易產(chǎn)生水化膨脹，減少孔喉尺寸，甚至引起水鎖損害②櫛殼式。粘土礦物葉片垂直于顆粒表面生長(zhǎng)，表面積大，又處于流體通道部位，呈這種產(chǎn)狀以綠泥石為主。流體流經(jīng)它時(shí)阻力大，因此極易受高速流體的沖擊，然后破裂形成顆粒隨流體而運(yùn)移。若被酸蝕后，形成Fe（OH）3膠凝體和SiO2凝膠體，堵塞孔喉③橋接式。由毛發(fā)狀、纖維狀的伊利石搭橋于顆粒之間，流體極易將它沖碎，造成微粒運(yùn)移④孔隙充填式。粘土充填在骨架顆粒之間的孔隙中，呈分散狀，粘土粒間微孔隙發(fā)育。以高嶺石、綠泥石為主呈這種產(chǎn)狀，極易在高速流體作用下造成微粒運(yùn)移2油氣層的敏感性礦物（4）敏感性礦物的含量與損害程度的關(guān)系一般說(shuō)，敏感性礦物含量越高，由它造成的油氣層損害程度越大；在其它條件相同的情況下，油氣層滲透率越低，敏感性礦物對(duì)油氣層造成損害的可能性和損害程度就越大2油氣層的敏感性礦物3油氣層巖石的潤(rùn)濕性（1）控制孔隙中油氣水分布。對(duì)于親水性巖石，水通常吸附于顆粒表面或占據(jù)小孔隙角隅，油氣則占孔隙中間部位；對(duì)于親油性巖石，剛好出現(xiàn)相反的現(xiàn)象（2）決定著巖石孔道中毛管力的大小和方向，毛管力的方向總是指向非潤(rùn)濕相一方。當(dāng)巖石表面親水時(shí)，毛管力是水驅(qū)油的動(dòng)力；當(dāng)巖石表面親油時(shí)，毛管力是水驅(qū)油的阻力（3）影響著油氣層微粒的運(yùn)移。油氣層中流動(dòng)的流體潤(rùn)濕微粒時(shí)，微粒容易隨之運(yùn)移；否則微粒難以運(yùn)移油氣層巖石的潤(rùn)濕性的前兩個(gè)作用，可造成有效滲透率下降和采收率降低兩方面的損害，而后一作用對(duì)微粒運(yùn)移有較大影響巖石表面被液體潤(rùn)濕（鋪展）的情況稱為巖石的潤(rùn)濕性。巖石的潤(rùn)濕性一般可分為親水性、親油性和兩性潤(rùn)濕三大類。油氣層巖石的潤(rùn)濕性有以下作用4油氣層流體性質(zhì)（1）地層水性質(zhì)（2）原油性質(zhì)（3）天然氣性質(zhì)（1）地層水性質(zhì)。地層水性質(zhì)主要指礦化度、離子類型和含量、pH值和水型等。對(duì)油氣層損害的影響有①當(dāng)油氣層壓力和溫度降低或入侵流體與地層水不配伍時(shí)，會(huì)生成CaCO3、CaSO4和Ca（OH）2等無(wú)機(jī)沉淀②高礦化度鹽水可引起進(jìn)入油氣層的高分子處理劑發(fā)生鹽析（2）原油性質(zhì)。主要包括粘度、含蠟量、膠質(zhì)、瀝青、析蠟點(diǎn)和凝固點(diǎn)。原油性質(zhì)對(duì)油氣層損害的影響有①石蠟、膠質(zhì)和瀝青可能形成有機(jī)沉淀，堵塞孔喉②原油與入井流體不配伍形成高粘乳狀液，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)與酸液作用形成酸渣③注水和壓裂中的冷卻效應(yīng)可以導(dǎo)致石蠟、瀝青在地層中沉積，堵塞孔喉4油氣層流體性質(zhì)（3）天然氣性質(zhì)與油氣層損害有關(guān)的天然氣性質(zhì)主要是H2S和CO2腐蝕氣體的含量和相態(tài)特征腐蝕氣體的作用是腐蝕設(shè)備造成微粒堵塞，H2S在腐蝕過(guò)程中形成FeS沉淀，造成井下和井口管線的堵塞相態(tài)特征主要是針對(duì)凝析氣藏而言，當(dāng)開采時(shí)壓差過(guò)大或氣藏壓力衰竭時(shí)，井底壓力低于露點(diǎn)壓力，此時(shí)凝析液在井筒附近積聚，使氣相滲透率大大降低，形成油相圈閉4油氣層流體性質(zhì)、5油氣藏環(huán)境地層損害是在特定的環(huán)境下發(fā)生的內(nèi)部環(huán)境包括油氣藏溫度、壓力、原地應(yīng)力和天然驅(qū)動(dòng)能量外部環(huán)境有工作液的流速、化學(xué)性質(zhì)、固相顆粒分布、壓差、流體的溫度等6氣藏特殊損害隨著氣藏勘探開發(fā)力度的加大，氣層損害機(jī)理與保護(hù)措施研究就顯得特別重要。所以，盡管前面的介紹中也涉及到一些氣層損害的共性機(jī)理，但為了突出氣層保護(hù)的重要性，需要將近年來(lái)研究得出的氣層特殊損害機(jī)理予以介紹對(duì)于天然氣藏，特別是凝析氣藏，開發(fā)生產(chǎn)中儲(chǔ)層內(nèi)流動(dòng)的流體除油和水以外，更大量的應(yīng)該是天然氣。所以，這類儲(chǔ)層除了存在前面分析討論的油和水流動(dòng)及侵入可能引起的常規(guī)敏感性潛在損害以外，可能還存在氣體流動(dòng)及氣體參與的以下四種特殊損害6.1氣層壓力敏感性6.2氣層流速敏感性6.3氣層水侵損害6.4氣層油侵損害6氣藏特殊損害6.1氣層壓力敏感性氣層壓力敏感性又稱為氣層應(yīng)力敏感性。氣層應(yīng)力敏感性就是在開采過(guò)程中，由于儲(chǔ)層上覆地層巖石壓力固定，隨著天然氣的采出，儲(chǔ)層的孔隙壓力必然下降，這樣，上覆巖石壓力與儲(chǔ)層孔隙壓力之間就產(chǎn)生一個(gè)更大的正壓差，這一壓差破壞了儲(chǔ)層巖石的原有壓力平衡，使儲(chǔ)層巖石受到壓縮，而使其孔隙度減小和滲透性降低，這一現(xiàn)象就稱之為儲(chǔ)層的壓力敏感性儲(chǔ)層巖石的滲透率隨上述壓差的增加而降低得越嚴(yán)重，則認(rèn)為儲(chǔ)層的壓力敏感性就越強(qiáng)，引起滲透率大幅度降低的壓差稱為臨界壓差。對(duì)于計(jì)劃采取枯竭式開采的氣藏，尤其應(yīng)該認(rèn)真研究氣層壓力敏感性損害情況，若是存在比較嚴(yán)重的壓力敏感性損害，則應(yīng)采取相應(yīng)的對(duì)策6氣藏特殊損害6.2氣層流速敏感性在氣田的開采過(guò)程中，氣體流動(dòng)與液體流動(dòng)一樣，在流速過(guò)大的情況下，由于氣體的流動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層巖石的沖蝕，也會(huì)使儲(chǔ)層中的微粒發(fā)生運(yùn)移，微粒運(yùn)移到孔喉處也可能產(chǎn)生堵塞，造成儲(chǔ)層滲透率降低，而引起氣層的流速敏感性對(duì)于比較疏松、出砂可能性較大的氣層，尤其要注意控制天然氣的產(chǎn)量，盡量避免發(fā)生流速敏感性損害。否則，損害發(fā)生后，要解除損害是非常困難的6氣藏特殊損害6.3氣層水侵損害氣層水侵損害就是與氣層巖石配伍的水侵入氣層后引起的儲(chǔ)層滲透率損害對(duì)于礦化度較低的水來(lái)說(shuō)，這種損害可能主要由毛管壓力產(chǎn)生的水鎖損害所引起對(duì)于礦化度很高的水而言，當(dāng)這種水侵入氣層后，一部分小孔道中的侵入水可能因不能被返排出來(lái)，而引起儲(chǔ)層水鎖損害，對(duì)于多數(shù)大孔道中的侵入水而言，當(dāng)天然氣將侵入大孔道中的水吹出時(shí)，能排出一部分鹽水和水分，大部分的鹽水因水分蒸發(fā)被排除，剩下的鹽分就在儲(chǔ)層的孔喉以結(jié)晶形式析出，而析出的鹽結(jié)晶還帶有一部分的結(jié)晶水和吸附水，氣體很難將其帶走，因此，可能大大降低儲(chǔ)層的滲透率，而造成嚴(yán)重的水侵損害，而且，這種損害也很難解除所以，對(duì)