油气层保护

1.油气层损害的基本概念

钻井与完井的最终目的在于钻开储层并形成油气流动的通道，建立油气井良好的生产条件。任何阻碍流体从井眼周围流入井底的现象均称为对油气层的损害，严重的油气层损害将极大的影响油气井的产能。

油气层损害的主要表现形式为油气层渗透率的降低，包括油藏岩石绝对渗透率和油气相对渗透率的降低。渗透率降低越多，油气层损害越严重。

一方面，油气层损害是不可避免的。在钻井、完井、修井、实施增产措施和油气开采等各个作业环节中，均可能由于工作流体与储层之间物理的、化学的或者生物的相互作用而破坏储层原有的平衡状态，从而增大油气流动的阻力。但另一方面，油气层损害有时可以控制的。通过实施保护油气层、防止污染的技术和措施，完全可以将油气层损害降低至最低限度。

油气层损害一词来源于国际上的通用词“Formation Damage”,亦可译为储层损害。保护油气层一词来源于通用词“Formation Damage Control”,即对油气层损害的控制。

在储层油气流入井底的过程中，压力损失主要集中在井底附近的近井壁带。该区域内油气通道连通条件和渗透性的好坏，即被污染的程度或者受保护的效果，对油气井的产能影响很大。因此，保护油气层主要是指可能防止近井壁带的油气层受到不应有的损害。

2.保护油气层涉及的技术范围

油气层损害的原因是十分复杂的，认识油气层损害需要多学科、多专业的知识，实施保护油气层技术需要油田各生产部门，包括地质、钻井、测井、试油、开发采油和井下作业等多个部门的团队协作。可以认为，保护油气层技术是一项涉及多学科、多专业、多部门并贯穿整个油气生产过程的系统工程。因此，该技术包括的技术范围较广，归纳起来主要有以下八方面内容：

（1） 岩心分析、油气水分析和测试技术

（2） 油气层敏感性和工作液损害室内评价技术

（3） 油气层损害机理研究和保护油气层技术系统方案设计 （4） 钻井过程中的油气层损害因素和保护油气层技术 （5） 完井过程中的油气层损害因素和保护油气层技术

（6） 油气田开发生产中的油气层损害因素和保护油气层技术 （7） 油气层损害现场现场诊断和矿场评价技术

（8） 保护油气层总体效果评价和经济效益综合分析技术

以上内容组成了一项配套技术。每项内容既是相对独立的，又是相互关联的。

3.油气层损害的评价方法 1. 岩心分析

岩心分析（Core Analysis）是认识油气层地质特征的必要手段。油气层的敏感性评价、损害机理的研究、对油气层损害的综合诊断和保护油气层技术方案的制定等都必须建立在岩心分析的基础之上。因此，岩心分析是保护油气层技术中不可缺少的基础工作。

岩心分析的主要目的是，全面认识油藏岩石的物理性质及岩石中敏感性矿物的类型、产状、含量及分布特点，确定油气层潜在的损害的类型、程度及原因，从而为各项作业中保护油气层工程方案的设计提供依据和建议。岩心分析有多种

实验手段，其中岩相学分析的三项常规技术分别是： （1）X-射线衍射（XRD）分析

X-射线衍射分析是根据晶体对X-射线的衍射特性来鉴别物质的方法。由于绝大多数岩石矿物都是结晶物质，因此该项技术已成为鉴别储层内岩石矿物的重要手段。

（2）薄片分析

薄片分析技术主要用于测定油藏岩石中骨架颗粒、基质和胶结物的组成和分布，描述空隙的类型、性质及成因，了解敏感性物质矿物的分布及其对油气层可能引起的损害。此外，薄片分析还有助于对测井资料进行校正。

(3)扫描电镜（SEM）分析

扫描电镜分析能提供孔隙内充填物的矿物类型、产状和含量的直观资料，同时也是研究孔隙结构的重要手段。扫描电镜由电子系统、扫描系统、信息检测系统、真空系统和电源系统等部分组成。利用细聚焦的电子束在岩样上逐点扫描，激发产生能够反映样品特征的信息并调制成像。

2. 油气层敏感性评价

油气层敏感性评价是指通过岩心流动实验对油气层的速敏、水敏、盐敏、碱敏和酸敏性强弱及其所引起的油气层损害程度进行评价，通常简称为五敏实验。 （1） 速敏评价实验

油气层的速敏性是指在钻井、完井、试油、注水、开采和实施增产措施等作业或生产过程中，流体的流动引起油气层中的微粒发生运移，致使一部分孔喉被堵塞而导致油气层渗透率下降的现象。实验表明，微粒运移只有当流速达到一定程度时才发生，并且运移程度随流速增加而加剧。进行速敏性评价的目的，一是确定导致微粒运移开始发生的临界流速；二是为后面将要进行的水敏、盐敏、碱敏和酸敏实验以及其他各种损害评价试验提供合理的实验流速。一般情况下，速敏评价实验时需要首先进行的，所有后面评价试验的流速应低于临界流速，一般控制在临界流速的0.8倍。

对于采油井，速敏评价试验应选用煤油作为实验流体；对于注水井，则应使用地层水或者模拟地层水作为实验流体。通过测定不同注入速度下岩心的渗透率，判断储层岩心对流速的敏感性。对临界流速的判断标准为：若流量Qi-1对应的渗透率Ki-1与流量Qi对应的渗透率Ki之间满足下式：

〔（Ki-1- Ki）/ Ki-1〕*100%≥5%

则表明已发生流速敏感，流量Qi-1即为临界流速，然后由临界流量求得临界流速(vc)

(2)水敏评价实验

在油藏条件下，油藏岩石中含有的粘土矿物与地层水处于相对平衡状态。但是，当某种与储层不相配伍的外来流体侵入后，这种平衡会受到破坏。所谓水敏，主要指矿化度较低的钻井液等外来流体进入地层后引起粘土水化膨胀、分散和运移，进而导致渗透率下降的现象。进行水敏评价的目的，就是对油藏岩石水敏性的强弱作出评价，并测定最终使储层渗透率降低的程度。

测定时，首先用地层水或模拟地层水测得岩心的渗透率Kf,然后用次地层水（将地层水与蒸馏水按1：1比例相混合而得到）测得岩心的渗透率Ksf,最后用蒸馏水测出岩心的渗透率Kw，通常用Kw和Kf的比值来判断水敏程度，其评价标准见下表:

Kw/Kf ≤0.3 0.3-0.7 ≥0.7 水敏程度 强 中等 弱 （3）盐敏评价实验 该项实验是测定当注入流体的矿化度逐渐降低时岩石渗透率的变化，从而确定导致渗透率明显下降时的临界矿化度（CC）.其意义在于，我们在进行钻井液、完井液等工作流体设计时，应将其矿化度保持在CC值以上，才能避免因粘土矿物水化膨胀、分散而对油气层造成损害。有时还需测定流体的矿化度逐渐升高时出现的临界矿化度值，这样得出的CC值往往会高于流体矿化度逐渐降低时的CC值。

若矿化度Ci-1对应的渗透率Ki-1与矿化度Ci对应的渗透率Ki之间满足下式：

〔（Ki-1- Ki）/ Ki-1〕*100%≥±5%

则表明已经发生盐敏，矿化度Ci-1即为临界矿化度。

（4） 碱敏评价实验 地层水一般呈中性或弱碱性，但大多数钻井液、完井液的pH值在8-12之间。当高pH值的工作流体进入储层后，将促进粘土矿物的水化膨胀与分散，并使硅质胶结物结构破坏，促进微粒的释放，从而造成堵塞损害。该项实验的目的在于，确定临界pH值以及由碱敏引起油气层损害的程度。显然，在设计各类工作液时，其pH值应控制在临界pH值以下。

测定时，首先以地层水的实际pH值为基础，通过适量添加NaOH溶液分别配置不同pH值的盐水，最后一级盐水的pH值等于12.如果（pH）i-1所对应的盐水渗透率Ki-1与(pH)i所对应的盐水渗透率Ki之间满足式子

〔（Ki-1- Ki）/ Ki-1〕*100%≥5%的条件，则表明已经发生碱敏，（pH）i-1即为临界pH值。

（5） 酸敏评价实验

酸化是广泛采用的油田增产措施，然后若使用的酸液与油气层不配伍，则会与油气层中的某些矿物、流体反应生成沉淀物或释放出微粒，对孔喉造成堵塞，使酸化达不到预期效果，甚至反而使油气层渗透率下降。该实验的目的，是通过模拟酸液进入地层的过程，用不同的酸液测定酸化前后渗透率的变化，从而判断油气层是否存在酸敏性并确定酸敏的程度。

评价实验的步骤可简要概括为：先用地层水测出岩样的基础渗透率，再用煤油正向测出注酸前的渗透率K1;反向注入0.5-1.0倍孔隙体积的酸液，关闭阀门反应1-3h；最后用煤油正向测定注酸后的渗透率K。根据两渗透率之间的比值（K2/K1）,可以对酸敏程度作出评价，评价指标见下表： K2/K1 ≤0.3 0.3-0.7 ≥0.7 酸敏程度 强 中等 弱 敏感性评价是诊断油气层损害的重要实验手段。一般来讲，对任何一个油田区块，在制定保护油气层技术方案之前，都应系统的开展敏感性评价实验。

2.1.1 保护油气层的重要性

直接关系到能否及时发现新的油气层，油气田和对储量的正确评价。 有利于提高油气井产量及油气田开发经济效益的提高。 有利于油气井的长期稳产和稳产。 是加快勘探速度、提高油气采收率和增储上产的重要技术组成部分，是保

护油气资源的重要战略措施，对促进石油工业、少投入、多产出、和贯彻股份公司以效益为中心的方针都具有十分重要的作用

2.1.2 油气层损害因素 概念：油气层损害是指油井完井及生产阶段，在储层中造成的减少油气藏产能或降低注气、注液效果的各种阻碍。 油气层损害实质：内因+外因→有效渗透率下降

内因：油气层潜在损害因素 油

油气层敏感性矿物 油气层储渗空间特性 油气层岩石表面性质 油气层流体性质

外因：引起油气层损害的条件 工作液的性质 生产或作业压差 温度

生产或作业时间 环空返速

有效渗透率下降：渗流空间缩小→绝对渗透率降低 流动阻力增加→相对渗透率降低

2.1.2钻井过程中油气层损害原因

钻开油气层时，在正压差、毛管力的作用下，钻井液的固相进入油气层造成孔喉堵塞，其液相进入油气层与油气层岩石和流体作用，破坏油气层原有的平衡，从而诱发油气层潜在损害因素，造成渗透率下降。

钻井过程中油气层损害原因可以归纳为以下五个方面。 1．钻井液中分散相颗粒堵塞油气层 1）固相颗粒堵塞油气层

钻井液中存在多种固相颗粒，如膨润土、加重剂、堵漏剂、暂堵剂、钻屑和处理剂的不溶物及高聚物鱼眼等。钻井液中小于油气层孔喉直径或裂缝宽度的固相颗粒，在钻井液有效液柱压力与地层孔隙压力之间形成的压差作用下，进入油气层孔喉和裂缝中形成堵塞，造成油气层损害。损害的严重程度随钻井液中固相含量的增加而加剧（图5-1），特别是分散得十分细的膨润土的含量影响最大。其损害程度与固相颗粒尺寸大小、级配及固相类型有关。固相颗粒侵入油气层的深度随压差增大而加深。

2）乳化液滴堵塞油气层

对于水包油或油包水钻井液，不互溶的油水二相在有效液

细固相含量，%柱压力与地层孔隙压力之间形成的压差作用下，可进入油气层

图5-1 钻井液中固相对地层 的孔隙空间形成油-水段塞；连续相中的各种表面活性剂还会导

渗透率的影响 致储层岩心表面的润湿反转，造成油气层损害。

受损害渗透率初始渗透率