油氣層損害及保護技術講授內容一、油氣層損害概念、油氣層保護重要性及原則二、油氣層損害機理三、保護油氣層所需資料及其取得方法四、鉆井過程中儲層損害原因及保護技術五、小結一、油氣層損害概念、保護油氣層重要性及原則（一）油氣層損害概念油氣層損害是指油井完井及生產階段，在儲層中造成的減少油氣藏產能或降低注氣、注液效果的各種阻礙。（二）保護油氣層的重要性

各個作業過程都可能損害儲層:

鉆井、完井、試油等油井作業過程中，固相/濾液進入儲層發生作用，不適當工藝，引起有效滲透率降低,損害儲層儲層損害的危害性:

降低產出或注入能力及采收率，損失寶貴的油氣資源，增加勘探開發成本

保護儲層的作用與意義：

是加快勘探速度、提高油氣采收率和增儲上產的重要技術組成部份，是保護油氣資源的重要戰略措施，對促進石油工業、少投入、多產出、和貫徹股份公司以效益為中心的方針都具有十分重要的作用

（二）保護油氣層的重要性-有利于發現和正確評價油氣層

探井損害儲層，可將有希望的儲層被誤判為干層或不具開采價值,搞好鉆井、完井、試油保護油氣層有利于發現油氣層和正確評價油氣層

遼河榮興油田：1980年之前鉆9口探井，均因儲層損害判為沒有工業價值；1989年，采用保護儲層配套技術重新鉆探17口井，均獲工業油流，新增含油氣面積18.5km2，探明原油儲量上千萬噸，天然氣幾十億立方米。華北岔37井第16和19層，鉆井污染，電測解釋為水層，射孔試油分別排出59m3和37m3鉆井液濾液后，都基本出純油，分別產油16.5t/d和11.7t/d。

（二）保護油氣層的重要性-有利于提高產能及開發效益保護儲層可減少儲層損害，有利于提高儲層產能及勘探開發效益

新疆夏子街油田，勘探初期用普通鉆井液鉆井，日產油僅3-6t；投入開發時，用保護儲層鉆井液鉆開油層，完井后投產，日產油一般8-9t，最高達每天24t，儲層級別從三類提高到二類。

吐哈溫米油田，開發方案設計需壓裂投產才能達到所需產能，但鉆167口開發井時，全面推廣使用與儲層特性配伍的鉆井完井保護油層技術，射孔后全部井自噴投產，單井產能比設計產量提高20-30%。使用的保護儲層技術每口井多投入10000元，卻省掉了壓裂工序，節省費用幾十萬元。

（三）保護油氣層技術的原則1、保護為主，解除為輔原則2、針對性原則3、配伍性原則4、效果與效益結合原則二、損害機理(一)油氣層損害實質及類型(二)油氣層損害內因(三)油氣層損害外因(四)氣藏特殊損害(五)油氣層損害特點(一)油氣層損害實質及類型

油氣層損害實質

內因+外因有效滲透率下降內因：油氣層潛在損害因素

油氣藏類型油氣層敏感性礦物油氣層儲滲空間特性油氣層巖石表面性質油氣層流體性質(一)油氣層損害實質及類型外因：引起油氣層損害的條件

工作液的性質生產或作業壓差溫度生產或作業時間環空返速有效滲透率下降：

滲流空間縮小絕對滲透率降低流動阻力增加相對滲透率降低(一)油氣層損害實質及類型油氣層損害類型1.縮小或堵塞滲流空間的損害

★

外界固相顆粒侵入堵塞(固相損害)

★

儲層微粒水化膨脹/分散(水敏損害)

★

微粒運移(速敏損害)

★出砂

★

無機沉淀(包括二次沉淀)

★有機沉淀

★應力敏感壓縮巖石

★細菌堵塞

★射孔壓實

(一)油氣層損害實質及類型2.增加流動阻力的損害

★

水鎖效應

★

賈敏效應

★

乳化堵塞

★

高粘液體損害

★

潤濕性反轉

毛細管力引起（二）油氣層損害內因1、油氣藏類型2、油氣層滲流空間3、油氣層敏感性礦物4、油氣層巖石表面性質5、油氣層流體性質1、油氣藏類型-分類1、油氣藏類型-與儲層損害關系（1)高滲透和裂縫性油氣藏易發生較嚴重的固相堵塞損害，不易發生水鎖損害原因：流動通道較大，固相顆粒可侵入很深，液相侵入易于返排（2)稠油油藏和高滲透油藏易產生出砂損害原因：這兩類油藏一般膠結不好，受流體流動沖擊易散架（3)低滲和特低滲油氣藏易發生較嚴重的水鎖和水敏損害，不會發生嚴重的固相堵塞損害原因：這兩類油氣藏一般孔喉小，泥質含量高，固相不易進入，液相進入難以返排和易引起粘土膨脹1、油氣藏類型-與儲層損害關系(4)低滲透的氣藏比低滲透的油藏水鎖損害更嚴重

原因：水取代氣比水取代油更容易，水可進入更小的氣藏孔道，返排過程中氣又難以驅走小孔道中的水(5)高粘油藏易發生有機沉淀堵塞損害 原因：高粘原油含較高的蠟質、膠質和瀝青質，溫度、壓力變化易析出這些物質(6)多數砂巖油藏都存在程度不同的速敏和水敏損害 原因：幾乎所有砂巖油藏都含有一定的地層微粒和水敏粘土礦物2、油氣層滲流空間-概念

儲層巖石中未被礦物顆粒、膠結物或其它固體物質占據的空間稱為滲流空間或孔隙空間，滲流空間由孔隙和喉道構成。孔隙：骨架顆粒包圍著的較大空間

孔隙大小反映儲集能力喉道：兩個較大空間的收縮部分

喉道大小和形狀控制滲透能力滲流空間反映了儲層的儲集性和滲透性孔隙喉道膠結物骨架顆粒2、油氣層滲流空間-損害關系1)孔喉大小與油氣層損害的關系

孔喉越大，越易受到固相侵入損害孔喉越小，越易受到液相的損害2)孔喉彎曲度和孔隙連通性與油氣損害的關系

孔喉彎曲度越大，孔隙連通性越差,儲層孔喉越易受到損害3)滲透性與油氣層損害的關系

滲透性好的儲層，易受到固相侵入損害；滲透性差的儲層，易受到水敏、水鎖和微粒堵塞損害3、油氣層敏感性礦物-定義與特點定義：油氣層中易與流體發生物理、化學和物理/化學作用，而導致油氣層滲透率下降的礦物，稱之為敏感性礦物。特點：(1)粒徑很小，一般小于37μm(2)比表面積大(3)多數位于易與流體作用的部位3、油氣層敏感性礦物-類型按引起油氣層損害類型分為：水敏性礦物：蒙脫石、混層礦物、降解伊利石和降解綠泥石、水化白云母晶格水化膨脹/分散引起損害鹽酸酸敏性礦物：富含鐵綠泥石、含鐵碳酸巖、赤鐵礦等二次沉淀和釋放微粒引起損害土酸酸敏性礦物：方解石、白云石、鈣長石、沸石、粘土等生成CaF2、非晶質SiO2和其它化學沉淀堿敏性礦物：長石、微晶石英、蛋白石、粘土礦物等生成凝膠沉淀和增加粘土負電荷速敏礦物：各類固結不緊的粒徑<37μm的敏感性礦物微粒運移堵塞3、油氣層敏感性礦物-與儲層損害關系敏感性礦物類型決定損害的類型 蒙脫石：水敏；綠泥石：酸敏； 高嶺石和伊利石：速敏敏感性礦物含量影響油氣層損害程度 敏感性礦物含量越高，損害越嚴重敏感性礦物產狀影響油氣層損害程度 敏感性礦物越接近孔隙中心，聚集顆粒越小或越細，受流體的沖擊力越大和與流體接觸的面積越大，則引起的速敏和其它敏感性損害的程度越大。4、巖石表面性質-比表面積1)定義及單位

定義：單位體積巖石內顆粒的總表面積單位：平方厘米/立方厘米2)巖石的比表面與顆粒大小的關系

巖石的顆粒越細，比表面越大砂巖：比表面<950cm2/cm3細砂巖：比表面950～2300cm2/cm3粉砂巖：比表面>2300cm2/cm33)巖石的比表面與油氣層損害的關系

比表面越大，巖石孔道越小，巖石與流體接觸面積越大，作用越充分，引起的油氣層損害越大4、巖石表面性質-潤濕性1)定義及表示定義：液體在巖石表面的鋪展情況,能鋪展潤濕，否則，不潤濕潤濕示意圖非潤濕示意圖潤濕程度的表示：接觸角θθ完全潤濕：θ＝0o潤濕：θ<90o中性潤濕：θ＝90o非潤濕：θ>90o全不潤濕：θ＝180o4、巖石表面性質-潤濕性2)油層巖石的潤濕性

油層巖石的潤濕變化很大:有水潤濕(親水)油層：親水為主，也親油有油潤濕(親油)油層：親油為主，也親水有中間潤濕(中性)油層：親油親水程度相近3)潤濕性與油氣層損害的關系

影響油水的微觀分布影響相對滲透率大小影響油層的采收率影響毛細管力的大小和方向影響微粒的運移情況兩性潤濕油潤濕水潤濕5、油氣層流體性質-地層水1)與油氣層損害有關的地層水性質

礦化度：地層水中的含鹽量范圍：幾千～幾十萬mg/L

離子成分：陽離子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+等陰離子：Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、F-等水型：CaCl2、NaHCO3、MgCl2、Na2SO4pH值2)地層水性質與油氣層損害的關系

影響無機沉淀損害情況影響有機沉淀損害情況影響水敏損害程度高分子處理劑鹽析現象5、油氣層流體性質-原油與天然氣原油1)與油氣層損害有關的性質含蠟量，粘度，膠質、瀝青質和硫含量，析蠟點，凝固點2)與油氣層損害的關系影響有機沉淀的堵塞情況引起酸渣堵塞損害引起高粘乳狀液堵塞損害天然氣性質1)與油氣層損害有關的性質H2S和CO2的含量2)與油氣層損害的關系腐蝕產物引起損害生成無機沉淀（三）油氣層損害外因1、進入儲層流體的性質2、作業或生產壓差3、作業流體與地層流體的溫差4、作業或生產時間5、作業流體的環空返速1、進入儲層流體的性質(1)流體中固相顆粒1)固相顆粒:有用固相、無用固相;2)損害類型:堵塞孔喉;3)損害機理:

壓力作用下,流體中固相進入儲層,縮小油氣層孔道半徑,甚至堵死孔喉,對油氣層產生損害;4)影響固相損害程度因素:

固相顆粒與孔喉直徑匹配關系; 施工作業參數:壓差、剪切速率和作業時間;5)外來固相損害特點

近井地帶造成較嚴重的損害; 顆粒粒徑小于孔徑的十分之一,且濃度較低時,侵入深度大,損害程度可能較低,隨時間會加大損害; 對于中、高滲透率儲層,尤其是裂縫性儲層,外來固相造成的損害相對較大.(2)流體中濾液性質1)流體的pH值

影響下列損害情況：無機沉淀有機沉淀

堿敏損害2）流體的礦化度和抑制性

影響水敏損害的程度引起聚合物析出損害1、進入儲層流體的性質3）流體中離子成分影響無機沉淀損害情況4）流體的粘度增加流動阻力5）表面活性劑類型和含量

影響油層巖石的潤濕性影響油水界面張力2、其它外因(1)作業或生產壓差微粒運移損害壓力敏感損害無機沉淀損害有機沉淀損害儲層出砂和坍塌壓漏地層增加損害的程度(2)作業流體與地層流體溫差影響有些敏感性損害的程度影響無機沉淀的生成影響有機沉淀的生成影響細菌損害情況(3)作業或生產時間

影響損害的程度(4)作業流體的環空返速影響損害的程度(四)氣藏特殊損害

★

(1)氣層壓力敏感性(2)氣層流速敏感性

★

(3)水侵損害(4)油侵損害

壓力損害水侵損害主要損害(四)氣藏特殊損害-壓力敏感性損害定義: 隨著天然氣的采出,儲層的孔隙壓力必然下降,上覆巖石壓力與儲層孔隙壓力之間會產生更大的壓差,該壓差破壞了儲層巖石原有的壓力平衡,使儲層巖石受到壓縮,導致孔隙度和滲透率降低.影響因素: (1)生產或作業負壓差大小; (2)儲層自身能量; (3)儲層類型,裂縫性儲層的壓力敏感性比孔隙性壓力敏 感性強; (4)儲層性質,儲層滲透率越低,孔隙越小,泥質含量越高, 壓力敏感性越強;損害特點: 壓力敏感性一旦發生,會帶來永久性損害;(四)氣藏特殊損害-水侵損害定義:與氣層巖石配伍的水進入氣層后引起的滲透率降低.損害類型:

低礦化度水:水鎖損害;高礦化度水:水鎖損害(小孔隙); 鹽結晶損害(大孔道);影響因素:

儲層喉道大小;侵入水的礦化度;損害特點:

一旦發生,會對儲層產生永久損害;（五）油氣層損害特點●普遍存在性存在于各個生產和作業環節存在于油井的整個壽命周期●原因多樣性

同一生產或作業過程,存在多種損害相互聯系性

一種損害可加重或引起另一種損害●具有動態性

一種損害發生后會引起內因變化隨生產的進行,內因不斷變化，

內因變化,損害機理變化●不可逆性

油氣層發生損害后,要完全解除損害很難三、保護油氣層所需資料及其取得方法（一）概述（二）室內分析資料（三）現場資料及其作用（一）概述1、作用

分析損害機理、研究保護技術和制定保護技術方案等，必須建立在大量實驗分析資料和現場資料的基礎上，所以，認識油氣層特性的資料調研分析和室內分析化驗評價是保護油氣層技術研究不可缺少的重要組成部分，也是保護油氣層這一系統工程的起始點。2、類型

室內分析評價資料現場資料（二）室內分析資料1、定義、類型與樣品要求2、儲層性質資料3、儲層敏感性評價（二）室內分析資料-定義、類型與樣品要求定義:室內分析評價資料指地質實驗室、開發實驗室和儲層 保護研究室通過室內分析與評價所取得的資料.類型:

主要包括儲層巖石礦物的組成與結構、孔滲、表面性質，儲層流體性質和儲層敏感性等資料。樣品要求:

代表性：樣品覆蓋不同層位與井段和巖性與物性配套性：做到不同的分析、評價項目進行配套取心預處理：柱塞油層樣品，要洗油、洗鹽和烘干處理（二）室內分析資料-礦物組成與結構資料內容

骨架顆粒粒度大小、分布、接觸關系、成分和含量粘土礦物和非粘土礦物的類型、含量和產狀等，粒徑小于37μm微粒的類型、含量和產狀作用

主要用于分析儲層可能發生的水敏、速敏、酸敏和堿敏性的情況。取得方法

鑄體薄片分析、X-射線衍射分析、掃描電鏡（二）室內分析資料-儲層物性作用巖石的孔隙度和滲透率是判斷儲層儲集能力與滲流能力的重要資料，也是衡量儲層損害情況的評價指標取得方法

通過孔隙度和滲透率測定儀取得（二）室內分析資料-孔喉資料資料內容

主要包括孔喉類型、大小、分布、形狀，連通性作用

選擇暫堵顆粒的大小與分布判斷固相與微粒損害機理取得方法

主要通過壓汞分析和薄片分析方法取得（二）室內分析資料-巖石表面性質資料內容

主要指巖石的比表面和潤濕性作用

比表面用于分析處理劑的吸附情況分析由潤濕性引起的儲層損害取得方法

比表面資料通過壓汞或等溫吸附法取得潤濕性通過接觸角測量或阿莫特法取得（二）室內分析資料-流體性質資料內容

儲層中油、氣、水的組成與性質指標作用

是分析無機沉淀、有機沉淀、乳化堵塞和配置模擬實驗流體不可缺少的基礎資料取得方法

地層水資料：水分析原油資料：原油分析天然氣資料：氣相色譜方法取得（二）室內分析資料-油藏敏感性評價資料內容

速敏、水敏、鹽敏、酸敏、堿敏、壓力敏和水鎖損害作用

提供油氣層發生敏感性的條件和損害程度是工作液設計、損害機理分析和制定保護方案的依據表征方法

敏感性指數：損害前（Kbd)、后（Kad)滲透率差與損害前（Kbd)滲透率比值滲透率恢復值：損害后（Kad)滲透率與損害前（Kbd)滲透率的百分比敏感性程度指標（二）室內分析資料-油藏敏感性評價方法原理

根據達西定律，在實驗設定的條件下注入各種與地層損害有關的流體，或改變滲流條件（流速、凈圍壓等），測定巖樣的滲透率及其變化，從而評價儲層滲透率的損害程度。標準

油藏敏感性的評價方法已建立SY/T5358-2002評價標準。（二）室內分析資料-油藏敏感性評價(速敏性)速敏概念

生產作業過程中，流體(地層水和油）流動引起油氣層中微粒運移，并堵塞孔喉造成油氣層滲透率降低的現象作用

確定損害發生的臨界流速和損害程度，為確定合適的注、采速度和其它敏感性實驗的注入速度提供依據（二）室內分析資料-油藏敏感性評價(水敏性)水敏概念

淡水進入油氣層時，引起粘土礦物發生水化膨脹和分散運移而減小或堵塞孔喉，造成滲透率降低的現象作用

確定水敏損害的程度，以便為工作液設計時是否考慮防膨措施提供依據。（二）室內分析資料-油藏敏感性評價(鹽敏性)鹽敏概念

礦化度不同于地層水的流體進入儲層后，引起粘土礦物狀態發生變化，造成油氣層滲透率降低的現象。作用

確定鹽敏損害發生的臨界礦化度和鹽敏損害的程度，為確定各類工作液的礦化度提供科學依據。（二）室內分析資料-油藏敏感性評價(酸敏性)酸敏概念

儲層巖石與酸液作用后產生的滲透率降低現象作用

確定酸液與油氣層的配伍情況及損害程度，為暫堵技術的選擇和酸化作業設計提供科學的依據。（二）室內分析資料-油藏敏感性評價(堿敏性)堿敏概念

高pH流體進入油層中后，引起滲透率降低的現象作用

確定堿敏損害發生的臨界pH值和堿敏損害程度，為確定各類工作液的合理pH值提供科學依據。（二）室內分析資料-油藏敏感性評價(水鎖損害)水鎖損害進入產層的水相工作液段塞使儲層的滲透率降低，稱為油氣層的水鎖損害作用確定外界水相液體進入儲層后產生損害的程度，為防止水鎖損害的工作液設計提供依據（三）現場資料及其作用1、鉆井井史報告

其中與保護油氣層關系比較密切的內容有井身結構、地層壓力監測、取心情況、鉆井液性能記錄、井下復雜情況及事故的發生與處理等。其作用就是對該地區的工程情況有一個基本理解，以便進行保護油氣層的鉆井完井設計時進行參考。2、鉆井液和完井液總結報告

該資料可以對已完成井的鉆井完井液使用情況獲得更加全面和深入的認識，對保護油氣層的鉆井液完井液研究具有參考作用。3、完井地質總結報告

其中對鉆井完井保護油氣層比較有用的部分是地層巖石巖性及其準確分層情況，以及對儲層性質的描述部分。對于了解欲鉆地層和儲層的情況具有重要作用。（三）現場資料及其作用4.測井和錄井綜合解釋結果報告

從中可以知道油氣層的位置。根據測井解釋結果與錄井解釋結果的不一致情況，還可以分析油氣層損害情況。此外，測井解釋報告中的孔隙度、含油飽和度等資料對鉆井完井保護油氣層也很有用。5.中途測試和試油結果報告

其中的滲透率、表皮系數、油氣層壓力與溫度是認識油氣層損害情況和開展保護油氣層工作必不可少的資料。特別是表皮系數資料和油氣層溫度與壓力資料更為重要。四、鉆井過程中的油氣層損害原因

及保護技術鉆井過程中油氣層損害原因鉆井過程中油氣層保護技術（一）鉆井過程中油氣層損害原因損害原因固相濾液負壓差急劇變化與儲層巖石不配伍相滲透率改變與儲層流體不配伍負壓差過大(中途測試或負壓鉆井)引發速敏出砂裂縫閉合（一）鉆井過程中油氣層損害原因影響損害程度工程因素壓差浸泡時間環空返速鉆井液性能(二)鉆井過程中的儲層保護技術保護油氣層鉆井液技術保護油氣層鉆井工藝技術1、保護油氣層鉆井液技術保護油氣層對鉆井液的要求油氣藏類型及相應的保護措施國內成熟的鉆井液類型國內外新近發展的鉆井液體系(1)保護油氣層對鉆井液的要求鉆井液密度可調，滿足不同壓力油氣層近平衡壓力鉆井的需要；鉆井液中固相與油氣層滲流通道匹配；鉆井液必須與油氣層巖石相配伍；鉆井液中濾液成分必須與油氣層中流體相配伍。(2)油氣藏類型及相應的保護措施(2)油氣藏類型及相應的保護措施(3)國內成熟的鉆井液類型-水基鉆井液

比較成熟的種類：

無固相清潔鹽水完井液無膨潤土相聚合物鉆井液低膨潤土相聚合物鉆井液改性鉆井完井液陽離子聚合物鉆井液屏蔽暫堵鉆井液復合離子聚合物鉆井液正電膠鉆井完井液水包油鉆井完井液優點：

成本低、配制和維護簡單、處理劑來源廣、可供選擇的配方多、性能容易控制和調節、保護儲層效果好(3)國內成熟的鉆井液類型-油基鉆井液體系優點：保護儲層效果好、防塌效果好、 性能穩定、抗污染強缺點：成本高、污染嚴重、易發生火災、對錄井有影響比較成熟的類型：

純油基鉆井液油包水乳化鉆井液抗高溫高密度油包水乳化鉆井液低膠質油包水乳化鉆井液低毒無熒光油包水乳化鉆井液(3)國內成熟的鉆井液類型-油基鉆井液體系主要應用范圍：

常用于低滲、低孔、強水敏性砂巖儲層的取心、完井和鉆井，特別適用于復雜情況的鉆井。純油基常用于取心和完井；普通油包水常用于中深井；抗高溫高密度油包水常用于深井、超深井和復雜井；低毒無熒光油包水常用于對環保和錄井要求嚴格的井;(3)國內成熟的鉆井液類型-氣體型鉆井流體優點：低密度、低或無失水、不易漏失、鉆速高、無固相、可延長鉆頭使用壽命、多數耗水量低、保護儲層效果很好。缺點：所需設備和工藝復雜、不適用于高壓和含硫化氫儲層、不適用于深井、空氣鉆井易起火和爆炸，泡沫成本高比較成熟的類型：

空氣和霧化鉆井流體;泡沫鉆井液;充氣鉆井液主要應用范圍：

套管下到油氣層頂部的低壓、易漏失、強水敏和強水鎖儲層。空氣和泡沫鉆井還適用于缺水地區、長泥頁巖井段、井壁穩定地層、硬石灰巖和石膏層、易漏地層的鉆井。(4)國內外新近發展的鉆井液體系--國內新近發展的鉆井液1)甲酸鹽無固相鉆井液

應用范圍:取代使用常規鹽水鉆井液的場合2)聚合醇鉆井液

應用范圍:造漿不嚴重的地層3)可循環泡沫鉆井液 應用范圍:與普通泡沫相同，主要用于低壓油氣層。(4)國內外新近發展的鉆井液體系--國外新近發展鉆井液1)合成基鉆井完井液主要應用范圍：

特別適用于海上、灘海等環保要求嚴