低渗透油藏损害机理及保护技术研究.doc

稠油油藏水平井开采的适应性研究摘 要低渗透储层广泛分布在我国各个油区。截止2008年底，我国累计探明低渗透石油地质储量和低渗透天然气储量，分别占全国油气资源储量的49.2%和63.4%。开发好低渗透油田对我国石油工业的持续稳定发展具有重要意义。低渗透油藏的岩性致密、渗透率低、渗流阻力大，开发难度较大，对储层损害十分敏感，这些特征已成为制约低渗透油藏开发的瓶颈。研究低渗透油藏的损害机理，根据损害机理提出相应的储层保护措施，对于低渗透油藏的开发就显得至关重要。本论文通过对低渗透油藏地质特征的研究，分析出低渗透储层的损害机理主要是水锁损害、敏感性损害、乳状液堵塞、注入液体与地层流体不配伍、结垢。根据低渗透油藏的主要损害机理总结出一些适用于低渗透油藏的保护技术，如屏蔽暂堵技术、低渗透储层过平衡钻井保护技术、低渗透储层欠平衡钻井保护技术。调研能够起到保护低渗透储层作用的钻井液与完井液体系和固井水泥，以及国内外低渗透油藏钻井液与完井液体系和固井水泥的发展趋势，为低渗透油藏的开发提供文献资料。关键词：低渗透；损害机理；储层保护；钻井液完井液我们提供各类专业的论文，保证100%原创，而且有整套系统核心代码和答辩PPT,需要的话可以加QQ:1904899919 低价出售。另外可以提供论文检测服务。欢迎光临小店了解垂询目 录第一章 引 言11.1问题的提出11.2低渗透油藏的定义11.3低渗透油藏的成因类型21.3.1原生低渗透储层（沉积型低渗透储层）21.3.2次生低渗透储层（成岩型低渗透储层）21.3.3裂缝性低渗透储层（构造型低渗透储层）3第二章 低渗透油藏储层损害机理42.1低渗透油藏储层损害机理的基本概念42.2液相侵入造成的损害42.2.1水锁损害42.2.2敏感性损害52.2.3乳状液堵塞52.2.4润湿性反转62.2.5结垢72.3固相侵入造成的伤害7第三章 低渗透油藏储层保护技术83.1低渗透油藏储层保护技术的基本概念83.2 钻井过程中的损害因素分析及油层保护技术研究83.3完井过程中的油层保护技术研究83.3.1固井过程中的油层保护技术研究83.3.2 射孔过程中的低渗透油层保护技术研究83.4预防结垢的措施9第四章 结论及认识11参考文献12 第一章 引 言1.1问题的提出随着人类对能源需求量的日益增加，人们对石油和天然气的需求更高。世界石油开发对象的发展趋势是:构造简单、分布广、储量大、产能高的油田开发逐渐进入中后期，比较复杂的低渗透油气田所占开发比例愈来愈大。近些年来，我国探明的原油地质储量中，低渗透储量所占的比例明显增大，而已动用的低渗透储量只有19%。目前世界范围内的低渗透油藏开发均没有取得突破性进展，低渗透储量的动用程度很低，只有储层条件好、埋藏浅的低渗透油藏才得到较好的开发。然而在低渗透油田的开发生产过程中常常遇到油藏损害或者保护技术方面的问题影响低渗透油藏的勘探开发和生产。认识低渗透油藏的损害机理和对低渗透油藏合理保护技术的应用，对低渗透油藏的勘探开发有着重要的意义。1.2低渗透油藏的定义低渗透油田是一个相对的概念，世界各国的划分标准和界限因不同国家不同时期的资源状况和技术经济条件不同而存在差异。国外曾把渗透率小于100×10-3µm2的油田划分为低渗透油田。随着科学技术的发展，目前在我国根据低渗透储层的渗流特征和开采特征，将储层渗透率渗透率低于50×10-3µm2的储层算作低渗透储层1。 目前常把低渗透油田分为3种类型：第一类：储层渗透率为50×10-3µm210×10-3µm2的油藏，其特点接近正常储层；第二类：储层渗透率为10×10-3µm21×10-3µm2的油藏，其特点典型的低渗透油藏；第三类：储层渗透率为1×10-3µm20.1×10-3µm2的油藏，属于致密低渗透油藏1-2。我国含油气盆地多数为陆相沉积，很大部分属于低渗透储层4-5，低渗透油田广泛分布在我国各个油区，其中地质储量在1×108t以上的有11个油区，低渗透地质储量最多的是新疆，达6×108t，其余依次是大庆、胜利、辽河、大港、中原、长庆、吐哈、华北等。据统计，1998年我国陆上共探明低渗透油田石油地质储量53.5339×108t，占总探明储量的27.08%，由于开发难度大，共有50%左右未投入开发5;砂岩低渗透油田产油量为1300×104t，占中国石油天然气集团公司原油总产量的1.24%。截止2008年底，我国累计探明低渗透石油地质储量和低渗透天然气储量，分别占全国油气资源储量的49.2%和63.4%。我国已经动用的低渗透油田地质储量为26.66×108t，占全部已动用储量的25.5%。随着勘探的深入，“十五”期间将有更多的低渗透储层投入开发。低渗透油田是中国石油天然气集团公司“十五”及2015年原油生产的重要领域之一。从上述数据可以看出，开发好低渗透油田对我国石油工业今后的持续稳定发展有着十分重要的意义3。1.3低渗透油藏的成因类型从储层的成因演化上看，低渗透储层的形成与沉积作用、成岩作用和构造作用密切相关。根据不同地质因素在低渗透储层形成过程中控制作用的大小，可将低渗透砂岩储层分为原生低渗透储层、次生低渗透储层和裂缝性低渗透储层三类。1.3.1原生低渗透储层（沉积型低渗透储层）这类储层主要受沉积作用控制。沉积作用既影响储层的原始孔隙度，又影响埋藏阶段储层的孔隙演化。低渗透储层往往出现在分选较差、泥质含量高的浊积砂体中，以沉积作用形成的原生孔为主，成岩作用产生的次生孔所占比例很少。储层一般埋藏较浅，大多未经受过强烈的成岩作用，岩石脆性较低，裂缝相对不发育。孔隙度较高，连通性差因而渗透率较低，多数为中高孔低渗型。1.3.2次生低渗透储层（成岩型低渗透储层）次生低渗透储层主要受各种成岩作用控制，分别从机械压实、胶结、重结晶和溶蚀四方面对储层孔隙度和渗透率产生重要影响。这类储层由于压实作用，自生矿物充填，胶结作用及石英次生较大幅度降低了孔隙度和渗透率，原生孔隙大部分被破坏；后由于有机质去羧基作用产生的酸性水使碳酸盐、沸石、长石等矿物溶蚀，产生次生孔隙，使其增加孔隙度和渗透率，从而形成低渗透储层。我国的碎屑岩低渗透储层主要属于这类储层。1.3.3裂缝性低渗透储层（构造型低渗透储层）裂缝性低渗透储层主要受构造作用影响。一些岩石脆性较大，而在成岩后期构造作用产生的外力左右下这些比较致密的脆性较大的岩石容易发生破裂，形成一定的构造裂缝从而提高储层渗透率，形成裂缝性低渗透储层。这类储层在我国也有大量发现。我国的裂缝性地渗透性砂岩储层中裂缝主要起到提高渗透率或仅起到增加非均质性的作用，这样的裂缝储集能力很小。第二章 低渗透油藏储层损害机理2.1低渗透油藏储层损害机理的基本概念低渗透油藏储层损害机理与其他孔隙性油藏损害机理并无本质区别，主要存在固相堵塞、化学敏感、水锁、结垢等，但由于低渗透储层地质和渗流特征，致使各种损害的损害程度有所不同。在低渗透油田勘探开发生产各个环节均可造成油层损害，这都会受到油层本身潜在的损害因素的控制。储层潜在损害因素是指储层本身的岩性、物性及油气水流体性质等，可总结为损害内因。储层损害的外因是指在施工作业时能够引起储层微观结构原始状态发生改变，并使得储层的原始渗透率等有所降低的各种外部作业条件。各种外部条件是各作业过程中对储层造成损害的外界因素，即破坏储层原始物理的、化学的、热动力学的和水动力学的平衡状态的诸因素。无论哪类损害，储层本身内在条件均是主要因素，外界条件是次因素。通过对低渗透储层油藏地质特征的研究，可知其损害机理要异于中、高渗透储层，对地层损害的敏感程度也要高于中、高渗透储层。所以在低渗透储层开发的各个阶段都要重视储层保护，稍有疏忽就有可能造成严重的经济损失。2.2液相侵入造成的损害2.2.1水锁损害樊世忠等指出6:由于我国绝大多数储层属于水湿性储层，因此当外来的水相流体渗入油气层孔道后，会将储层中的油气推向储层深部，并在油气/水界面形成一个凹向油相的弯液面，由于界面张力(表面张力)的作用，任何弯液面都存在一个附加压力，即产生毛管阻力，其大小等于弯液面两侧水相压力和油气相压力之差，并且可由任意曲界面的Laplace方程确定。欲使油气相驱动水相而流向井筒，就必须克服这一毛管阻力和流体流动的摩擦阻力。如果产层的能力不足以克服上述阻力，就不能把水段塞驱开而造成损害，这就是所谓的“水锁”损害。流体侵入储层后，随着地层含水饱和度增加，引起油气相渗透率下降的现象叫“水锁”效应7。外来的水相侵入储层孔道后，就会如同活塞一样堵塞油气通道，油水或气水弯曲界面上存在一个毛细管压力。要想使油气流动，就必须克服这一附加的毛管压力。若储集层能量不足以克服这一附加的毛管压力，就不能把水的堵塞解除，最终影响储层的采收率，这种损害称为水锁损害8。2.2.2敏感性损害油气储层中一般含有一定量的敏感性矿物，包括粘土矿物、碳酸盐胶结物等。这些敏感性矿物的物理、化学稳定区间较窄，当不配伍的外来流体侵入储层与敏感性矿物接触后，将会发生一系列物理、化学反应，造成地层损害。主要速敏性、水敏性、酸敏性、碱敏性、应力敏性等五种损害类型9。敏感性损害在各类储层中均会发生，其损害程度与敏感性矿物特征、外来流体特性、储层本身的物性等因素有关，不同类型储层可能存在较大的差异。渗透率高、孔喉较大的储层由于本身渗透性好，对损害可能不是很敏感，而且随着反排时间的延长，储层损害可能得到一定的解除；低渗透储层由于本身孔喉细小，渗透性差，对储层损害十分敏感，损害后自身的解堵能力弱，即一旦发生损害就难以解除。2.2.3乳状液堵塞乳状液是一种液体在表面活性剂（乳化剂）的作用下以液珠的形式被均匀分散到与它不相混溶的另外一种液体所形成的均匀分散体系。油水两相所形成的乳状液可以分为水包油型乳状液和油包水型乳状液以及其他类型的乳状液。最常见的乳状液是油包水型乳状液，其中油是连续相水是非连续相。这种类型的乳状液具有很高的粘度，如果乳状液中的乳化油滴直径和岩石孔隙喉道的大小相比很小的话，此时除附着在岩石上的部分乳滴之外，绝大部分乳化油滴会毫无阻碍地通过孔隙介质，在这种情况下，油相的相对渗透率高，石油的采收率会升高。如果乳状液中的乳化油滴直径和岩石孔隙喉道的大小差不多，此时除附着在岩石上的部分乳滴之外，乳状液中较大的乳滴会被卡堵在孔隙介质中的较小孔隙喉道内，堵塞孔隙喉道，损害储层。泡沫油也属于稳定乳状液的范畴，油为连续相，小的气泡形成非连续相。这种泡沫油的粘度要比没有泡沫的油高的多。在油基钻井液中，总会含有乳化剂，过量的乳化剂随滤失的油进入地层与地层水相遇，在流动条件下含有乳化剂的油和水有可能形成乳化液，所形成的乳状液可能是水/油型，也可能为油/水型。乳状液液滴在移动中由贾敏效应使油层渗透率下降。若形成水/油型乳状液，则其粘度很高对油层渗透率的损害更为严重。2.2.4润湿性反转油层润湿性在水驱油过程中及在外来处理剂的作用下会发生变化和反转，是流体在固体表面展开或吸附的趋势。在油田的作业流体中含有很多添加剂，比如表面活性剂、起泡剂、阻垢剂等，这些添加剂在侵入储层后会吸附在颗粒表面，从而导致储层岩石的润湿性发生改变。水湿地层被改变成油湿地层后一般可使油相渗透率降低15%至85%，平均降低40%，在低渗透岩石中渗透率降低的百分数更大，严重影响原油采收率。润湿性改变的方向和程度主要取决于所使用的处理剂类型与浓度，并与岩石矿物组成、原油组成、无机盐离子与强度、PH值、温度和压力等因素有关。表面活性剂与岩石表面作用必然会改变其表面润湿性，在油基钻井液中不可避免地要大量使用各种表面活性剂，如主辅乳化剂、润湿反转（由亲水亲油）剂等。各种乳化剂分子的两亲结构在亲水的岩石表面发生的吸附必然是亲水基与亲水的岩石表面结合，而把亲油基向外，其结果使岩石表面亲油。其中阳离子型表面活性剂影响最为明显。Alveskog研究认为，十二烷基苯磺酸钠能够改善油水相之间的吸附性和界面张力。随着表面活性剂浓度增加，岩石表面由水润湿性向弱的油润湿性转变。鄢捷年等研究了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十二烷基苯磺酸钠(SDDBS)在水湿和油湿硅石(SiO2)上的吸附量，用Amott/USBM法测定了这2种表面活性剂引起的砂岩岩样润湿性的改变。结果表明，阳离子表面活性剂比阴离子表面活性剂更容易吸附在水湿硅石表面，导致硅石水湿性明显减弱甚至变为油湿。阴离子活性剂究竟起水湿还是油湿作用以及作用的强弱，与体系中无机阳离子的类型和浓度密切相关。在阳离子活性剂与无机离子共存的体系中，阳离子表面活性剂本身对水湿砂岩有很强的吸附和油湿作用，无机阳离子对这种作用的影响相对较小。2.2.5结垢结垢是在外来流体与储层流体不配伍时，两者相互作用产生的沉淀物。这些沉淀物吸附在岩石颗粒表面，缩小孔道或随液流运移堵塞流动通道，使储层遭受严重损害。沉淀的数量越多，造成储层的损害越严重。2.3固相侵入造成的伤害当钻完井液与低渗透储层接触时，由于井内液柱压力与地层孔隙压力不平衡，固相颗粒就会在压差的作用下侵入地层，造成孔喉堵塞、渗透率降低。外来固相颗粒对油层的损害程度及侵入深度受多种因素的影响。第三章 低渗透油藏储层保护技术3.1低渗透油藏储层保护技术的基本概念低渗透油层保护工作是一项系统工程，它涉及到钻开油层及以后的所有工作，要得到较好的油层保护效果，必须做好钻井、完井、射孔、试油等各个环节的油层保护工作。本章着重研究低渗透储层在钻井、完井、射孔三个环节中的储层损害因素及油层保护的技术方法。3.2 钻井过程中的损害因素分析及油层保护技术研究钻井过程中的油层保护是油层保护系统工程的重要环节，钻井过程中的储层损害不仅影响油气储层的发现和油气井的初期产量，还对后续各项作业损害油气储层的程度以及作业效果带来影响。因此搞好钻井过程中的油层保护工作，对提高勘探、开发经济效益至关重要。不同的低渗透油藏，尽管使用的钻井液类型不同，但基本要求却相似。即一方面必须具有钻井液的功能，另一方面又要满足油层保护的需要10-11。3.3完井过程中的油层保护技术研究3.3.1固井过程中的油层保护技术研究固井作业不仅是钻井完井的主要环节，同时也是发现油气层和保护油气层的重要一环。固井质量和固井过程中油层保护不仅关系到钻井的安全，而且也会影响储层的物性，直接影响油气井的产量和采收率。研究固井过程中水泥浆对储层可能造成的损害，有助于分析损害机理及采取相应的保护措施。3.3.2 射孔过程中的低渗透油层保护技术研究射孔完井作为一种最主要的完井方法，在近50年来获得了广泛而又成功的应用。优质的射孔作业在一定程度上可以消除钻井过程中地层的损害；而造成油层污染严重的射孔作业，对产能的影响则比钻井造成的损害严重的多。3.4预防结垢的措施1、控制物理化学条件影响结垢的因素有温度、压力、水中含盐量、PH值、成垢离子浓度以及水的流动状态等条件，要控制垢的生成，则可以控制和调节其中的一些条件，就可以改变垢的析出程度，抑制垢的生成。2、水的软化用石灰软化法或离子交换法对水作软化处理，去除水中的钙、镁离子，使水垢无法形成。软化水消除了生成水垢的隐患，却无法防污垢的生成。同时，软水的腐蚀速度要远远大于硬水的腐蚀速度。许多行之有效的常用缓蚀剂须有钙、镁离子才能发挥作用，因此使用软水作水源给缓蚀剂的筛选带来限制。3、加酸或通CO2气体在油田水中加入适量的硫酸或盐酸等酸液，将水的PH值降至6.57.2，这样可防止碱性垢的生成14。油田水溶入CO2可使水呈弱酸性，从而阻止碱性垢的生成。但这种方法只能防止碳酸盐垢的形成，而对其它垢则不起作用。加酸若控制不当，如加酸过多，或加酸速度过快，造成局部浓度过高等，都易造成金属的腐蚀。4、新注水开发油田在注水站投加阻垢剂消除注入水与地层水水质的不相容性，是防止注水地层结垢的根本措施，但限于油田地理环境与水处理工艺和经济成本，目前很难实现。因而从注水站投加阻垢剂就是防止地层结垢的一项重要措施。5、近井地层的挤注法防垢挤注法防垢即将防垢剂在一定压力下挤入有结垢趋势的地层，防垢剂对地层中的成垢离子起到稳定作用，具有长效的防垢作用。6、微生物防垢微生物的代谢作用产生有机酸，并对二价金属离子可起鳌合作用。微生物还可以产生特殊细胞物质，如多糖化物、磷酸盐、乙醇酷等，这些化合物具有鳌合、成膜、防沉积和生物表面活性剂的活化作用。7、超声波防垢技术12-13 超声波防垢技术充分利用超声波在液体介质中的传播和空化作用原理，改变水垢晶粒形态的表面活性，是采用物理法防垢的有效方法。超声波最显著的特征之一就是传播的方向性好，穿透力强，在固体和液体中传播时衰减小。超声波被利用来对介质进行处理，主要是通过三方面的作用来实现的:（1）超声波机械作用，可以促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散，从而起到除垢作用。（2）超声波空化作用，是指超声波作用于液体时强大的拉应力可把液体“撕开”成一空洞，称为空化。超声波作用于液体还可以产生大量小气泡，小气泡会随周围介质的振动不断运动、长大然后破灭，破灭时周围液体突然冲入气泡产生高温、高压，同时产生激波，破除周围的结垢。（3）超声波热作用。由于超声波频率高，能量大，被介质吸收时能产生显著的热效应。流体中成垢物质在超声波的作用下，其物理形态和化学性能发生一系列变化，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易沉淀出来积垢。第四章 结论及认识通过文献调研,发现国内陆相油气区大多数探井没有油层保护钻前设计方案,入井液体系的选配盲目性较大,钻前对预钻目的层的岩性特征认识粗浅。然而，入井液性能与储集层特性不配伍,是大多数低渗透油层近井地带渗透率降低的主要原因；钻井液中固相颗粒对储集层的侵害和钻井液滤液在油层近井地带的侵入对油层的损害十分明显,这是使油井不能按照自然产能进行生产的主要原因。参考文献1罗蛰潭,王允诚著.油气储集层的孔隙结构M.北京：科学出版社，1986.2李道品.低渗透砂岩油田开发M.北京：石油工业出版社，19973李道品.低渗透油田概念及我国储量分布状况J.低渗透油气田，1996.1：1-8.4刘振武，方朝亮等.21世纪初中国油气应用基础研究展望M.北京：石油工业出版社，2003.6.5史成思.特低渗透油田开发的主要做法J.低渗透油气田，2000.3:57-69.6樊世忠.钻井液完井液及保护油气层技术M.东营：石油大学出版社，1996.7张敏榆，毛美利.长庆低渗气藏水锁效应与抑制对策J.低渗透油气田，1994.2:64-68.8张淡，崔迎春.低渗气藏主要损害机理和保护方法的研究J.地质与勘探，2000.9徐同台，赵敏，熊友明. 保护油气层技术M.北京：石油工业出版社,2002.10张绍魁，罗平亚.保护储集层技术M.北京：石油工业出版社,199311 Hoditch，S.A，Factors Affecting 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