低滲透油藏開發(fā)過程中的油層保護(hù)

低滲透油藏開發(fā)過程中的保護(hù)油氣層技術(shù)

2021/6/271第一節(jié)概述第二節(jié)開發(fā)過程中的油氣層損害因素第三節(jié)開發(fā)過程中的油氣層保護(hù)技術(shù)2021/6/272第一節(jié)概述我國低滲透油氣層保護(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發(fā)的一個系統(tǒng)工程；2.研究出具有國際先進(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際先進(jìn)水平的同類技術(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算機(jī)軟件系統(tǒng)。通過大量的室內(nèi)敏感性實驗研究和機(jī)理研究以及現(xiàn)場試驗，了解各油田的儲層性質(zhì)，逐步形成包括油氣層損害的識別、診斷、評價、預(yù)防以及處理的保護(hù)油氣層配套技術(shù)，建立了油氣層損害與控制智能化計算機(jī)軟件系統(tǒng)，判識的結(jié)論具有較高的精確度，省時、省力，省資金。2021/6/273第二節(jié)開發(fā)過程中的油氣層損害因素分析根據(jù)低滲透油藏的特點，損害機(jī)理分為四種：外來流體與儲層巖石礦物不配伍造成的損害（水敏）；外來流體與儲層流體不配伍造成的儲層損害（結(jié)垢）；固相顆粒堵塞引起的儲層損害（固相堵塞）；毛細(xì)現(xiàn)象造成的儲層損害（水鎖）；2021/6/274一、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，由于粘土的膨脹或者顆粒分散運移而引起滲透率降低的現(xiàn)象。2021/6/275一、水敏損害2.影響儲層水敏性的因素（1）礦物類型和產(chǎn)狀。當(dāng)巖石中所含粘土礦物的種類不同時，其膨脹性也不同。其中蒙脫石的膨脹性最強(qiáng)。高嶺石和伊利石為非膨脹或不易膨脹的粘土礦物，對巖石水敏損害較小。粘土礦物的產(chǎn)狀對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，粘土邊緣相互領(lǐng)接，與流體接觸面積大，易產(chǎn)生膨脹。2021/6/276一、水敏損害（2）儲層巖石的物性水敏性與儲層巖石本身的性質(zhì)有關(guān)，在滲透率低、孔喉半徑小的儲層，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較小。（3）外來液體礦化度大小與地層水的差異。當(dāng)外來液體礦化度比油層水礦化度低時，外來液體與粘土接觸后，粘土礦物將產(chǎn)生水化膨脹，導(dǎo)致孔喉縮小，滲透率降低。2021/6/277一、水敏損害（4）外來液體的陽離子成分外來液體的陽離子成分不同，會導(dǎo)致粘土的水敏性有較大的差異，主要是與陽離子的價數(shù)及水化離子半徑大小相關(guān)。陽離子價越高，與粘土負(fù)電荷中心的作用力越強(qiáng)，陽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。2021/6/278二、結(jié)垢結(jié)垢：無機(jī)垢和有機(jī)垢1.無機(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。CO32-的濃度逐漸增加，生成的CaCO3沉淀就會越來越多。2021/6/279二、結(jié)垢3）外來流體的PH值當(dāng)外來流體PH值升高時，會促使地層水HCO3-解離成H＋和CO32-易于生成CaCO34）接觸時間地層流體與不配伍的外來流體相互接觸的時間越長，所生成的沉淀顆粒越大，沉淀的數(shù)量越多，造成儲層的損害越嚴(yán)重。2021/6/2710二、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，其后果是堵塞儲層的滲流通道，而且還可能使儲層的潤濕性反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致儲層滲透能力下降。有機(jī)垢產(chǎn)生的原因：外來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。2021/6/2711二、結(jié)垢1）外來液體與地層原油的不配伍外來液體引起原油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，可促使瀝青絮凝、沉積。酸化時，酸與原油接觸，會形成膠狀污泥，這些污泥很難溶解，造成儲層損害。氣體進(jìn)入儲層引起損害，如空氣進(jìn)入儲層，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衍生物增多，而析出沉淀，當(dāng)儲層進(jìn)入CO2時，CO2溶于含瀝青的原油中，會產(chǎn)生瀝青沉淀。在完井、修井過程中，低界面張力流體侵入儲層亦容易引起原油中瀝青質(zhì)沉淀。2021/6/2712二、結(jié)垢2）外來條件發(fā)生改變在油層條件下，石蠟和瀝青質(zhì)都是溶解在原油中的。一旦油層被打開，儲層原有的平衡狀態(tài)被破壞，此時所發(fā)生的平衡移動使有機(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)原油溫度低于石蠟的初凝點時，石蠟便在儲層孔隙中逐漸析出，經(jīng)過析蠟、析晶長大和沉淀三個階段，形成有機(jī)垢。2021/6/27132）外來條件發(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)過程中，油濕微粒增加或外來固相的侵入都會增加蠟的結(jié)晶中心，為蠟的析出提供條件。2021/6/2714三、固相堵塞固相顆粒的來源：一是外來固相顆粒，即在鉆井、完井、修井、增產(chǎn)、注液等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中進(jìn)入儲層的固相顆粒；二是儲層本身存在大量的顆粒，這些顆?？梢噪S儲層內(nèi)流體的流動而發(fā)生運移。無論是外來的固相顆粒，還是儲層本身的微粒運移，其最終結(jié)果均是堵塞孔隙吼道，導(dǎo)致儲層滲透率降低。2021/6/2715三、固相堵塞1.外來固相顆粒對儲層的損害。當(dāng)鉆井液、壓井液和注入流體等與滲透性地層相接觸時，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)就會因滲濾作用而形成濾餅，造成滲透面通道堵塞。外來固相顆粒來源于鉆井、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，這些顆粒隨滲入儲層的流體進(jìn)入儲層孔道、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流孔道彎曲度增加，導(dǎo)致滲透率降低。2021/6/2716三、固相堵塞外來固相顆粒對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，在濾失過程中形成濾餅，濾餅對濾失和固相侵入有一定的控制作用。濾餅越好，侵入儲層中的固相顆粒和濾液就越少，對儲層的損害就越小。2021/6/2717三、固相堵塞2)固相顆粒的粒徑與儲層孔喉大小若固相顆粒直徑大于儲層孔喉直徑，固相顆粒不能進(jìn)入儲層，若固相顆粒直徑小于孔喉直徑，則可進(jìn)入儲層，進(jìn)入儲層的深度和量的多少，取決于顆粒直徑和儲層孔喉直徑的匹配程度。當(dāng)匹配程度很高時，固相顆?？稍诰残纬奢^好的濾餅，阻止固相顆粒的繼續(xù)侵入，減小對儲層的侵入量和侵入深度，減輕對儲層的損害。當(dāng)匹配程度不高時，固相顆粒很容易進(jìn)入儲層深部。當(dāng)顆粒直徑大于吼道直徑時，只在儲層表面堵塞；當(dāng)顆粒直徑接近1/2-1/3吼道直徑時，顆粒只在儲層的淺部沉積堵塞；而在1/3-1/6吼道直徑時會進(jìn)入儲層深部堵塞，小于1/6時，則可在儲層內(nèi)自由流動通過而不堵塞儲層。固相顆粒侵入深部儲層時，這種損害難于返排或在射孔中解除。2021/6/2718三、固相堵塞3）壓差的影響當(dāng)射孔液，壓井液不清潔，含有大量小于儲層孔吼直徑的雜質(zhì)時，在較高的壓差下，固相顆粒隨大量濾液濾失進(jìn)入儲層孔隙，并在其中自由移動直到沉積，壓差的增加會加速固相顆粒運移到儲層深部，形成一個較大的損害帶。因此，鉆井液、射孔液的相對密度不宜太高，要與儲層壓力相匹配，既能防止井噴，又能減少對儲層的損害。2021/6/2719三、固相堵塞4）其它影響因素作業(yè)時間的影響：鉆井、射孔、修井、注水等作業(yè)時間越長，固相顆粒侵入到油層的深度越大，對儲層的損害越嚴(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)會進(jìn)入儲層，如果顆粒直徑與孔吼直徑不匹配，會使固相顆粒大量進(jìn)入儲層；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。2021/6/2720三、固相堵塞2.儲層本身的微粒運移對儲層的損害儲層微粒除粘土礦物外，還包括非粘土礦物，如石英、長石、方解石、白云石等，其中石英含量最高。非粘土礦物運移是由于液流速度過大而形成的，整個過程可分為三步：起動、運移、沉積堵塞。（1）起動為關(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動的力。而后兩種力的力矩之和大于前兩種力的力矩之和時，微粒開始懸浮在孔隙內(nèi)的流體中或隨流體流動。（2）運移。在單相流動時，各種起動的微粒隨流體的運動而運移，油潤濕的微粒在油相中運移，混合潤濕的微粒則在油水界面上移動。2021/6/2721三、固相堵塞2.儲層本身的微粒運移對儲層的損害（3）沉積堵塞是由于微粒運動時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）時，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。2021/6/2722四、水鎖流體侵入儲層后，隨著含水飽和度的增加，引起油相滲透率下降的現(xiàn)象稱為水鎖現(xiàn)象。此時，外來流體進(jìn)入油層后如同活塞一樣堵塞油氣孔道。如果要使油流動，必須額外增加一個壓力，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)管阻力對油的流動有較大的影響，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、儲層潤濕性、侵入流體量及含水飽和度、儲層孔道的大小、驅(qū)替壓力的大小、外來流體粘度的大小及巖石孔道彎曲程度和粗糙程度。2021/6/2723四、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)管力會引起水飽和度增高，一般為45％～75％。在致密儲層和常規(guī)儲層中，含水飽和度會降低或阻止天然氣的流動。2.外來流體表面張力σ和接觸角的影響。水鎖的基本公式：24四、水鎖3.生產(chǎn)作業(yè)過程中減小孔吼半徑及增加吼道粗糙程度造成的不利因素。外來液體與儲層吼道粘土礦物或敏感性非粘土礦物的作用、外來流體與儲層地下流體不配伍，則會在儲層中結(jié)垢或形成酸渣，此外化學(xué)劑在吼道表面的吸附滯留對形成水鎖的影響也很大。2021/6/2725第三節(jié)開發(fā)過程中的保護(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)選鉆井完井液體系2.屏蔽暫堵技術(shù)3.采用負(fù)壓射孔降低過平衡壓力鉆井時鉆井液對產(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；減少或避免了井漏、壓差卡鉆等事故的發(fā)生；延長鉆頭壽命，提高機(jī)械鉆速，降低鉆井成本；在鉆井的同時能夠通過試井評價產(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。2021/6/27264.水敏性儲層損害預(yù)測及保護(hù)的專家系統(tǒng)5.射孔完井過程中的保護(hù)油氣層技術(shù)20世紀(jì)80年代以來，我國射孔技術(shù)迅速發(fā)展，在大量推廣清水過油管射孔技術(shù)的同時，開展了負(fù)壓射孔、優(yōu)質(zhì)射孔液的現(xiàn)場試驗。目前優(yōu)化射孔設(shè)計、油管輸送式射孔、射孔測試聯(lián)作技術(shù)大量應(yīng)用并實現(xiàn)國產(chǎn)化；目前國內(nèi)開展的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而大；孔眼無污染；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)施工簡單、能量集中、處理深度大、選擇性好，處理后直接見效，易與其它處理方法結(jié)合使用等優(yōu)點。2021/6/2727二、壓裂生產(chǎn)過程中的保護(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提高產(chǎn)能。但是，油氣層改造的同時難免對油氣層造成二次傷害。因此，立足油氣層改造的同時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，俄、美等國研究開發(fā)既能消除或減輕地層傷害，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)：2021/6/2728二、壓裂生產(chǎn)過程中的保護(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。其特點是裂縫受到支撐砂支撐的高度和長度大，可產(chǎn)生高導(dǎo)流能力的寬裂縫，減少微粒對裂縫導(dǎo)流能力的影響，并克服了支撐砂嵌入問題，從而使油井的增產(chǎn)的倍數(shù)高，有效增產(chǎn)時間長2021/6/2729二、壓裂生產(chǎn)過程中的保護(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效的特低滲透性且地層巖石相對堅硬的油氣層和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)工藝簡單，成本較低，污染小，普遍用于降低或清除近井地帶的傷害。2021/6/2730二、壓裂生產(chǎn)過程中的保護(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年代末國外研開發(fā)的一項新型增產(chǎn)、增注技術(shù)。它將高能氣體壓裂與水力壓裂相結(jié)合，先對地層進(jìn)行高能氣體壓裂。在目的層壓開多條徑向裂縫，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，具有廣闊的應(yīng)用前景。2021/6/2731二、壓裂生產(chǎn)過程中的保護(hù)油氣層技術(shù)4、干式壓裂現(xiàn)在國外采用一種新型的不傷害地層的新技