1、浅谈低渗透油气藏储层伤害机理、损害程度及防治措施 1 低渗透储层特征及伤害机理对于低渗透油气藏，通过室内研究发现，普遍存在着两种形式的伤害：一种是“水”的侵入造成的伤害；另一种则是固相颗粒的侵入造成的堵塞。对于“水”的侵入造成的伤害，我国学者樊世忠在研究中发现：低渗透储层主要为水敏损害，特低渗透层主要为水锁损害。这两种损害具有普遍性 1。1.1 水敏损害所谓水敏损害是指当与地层不配伍的外来流体进入地层后引起粘土膨胀、分散和运移，从而导致储层渗透率不同程度下降的现象。通常认为影响水敏的因素有四种 2：一为粘土矿物类型和分布状况；二为储层孔渗性质和喉道大小及分布；三为外来液体矿化度、含盐度、pH
2、的影响和外来液体阳离子成分；四为温度等环境的影响。1.1.1 水敏性粘土含量、类型、分布对储层特征的影响油气层水敏性的基本原因是储集层中含有可水化膨胀或分散运移的水敏性矿物，粘土矿物的水敏性大小的次序为：蒙脱石、蒙脱石伊利石混层矿物、伊利石、高岭石、绿泥石，此外分布状况也很重要。国内外专家研究了不同类型的粘土矿物产状分布对水化膨胀及微粒运移形成程度的差别(见表 1)34，相关系数越大粘土矿物越容易发生水化膨胀和微粒运移，造成的储层伤害越严重。表 1 粘土矿物产状、分布及相关系数粘土分布类型孔隙内衬孔隙充填孔隙搭桥离散颗粒薄透镜状膨胀系数 1.0 1.0 0.5 0 0.5微粒运移系数0.7 1
3、.0 1.0 0.9 01.1.2 渗透率以及孔喉大小的影响一般情况下，渗透率越低，喉道越小，水敏损害也就越强。一般伤害率为 40%，最高达 90%。储层粘土矿物含量越高，渗透率就越低。1.1.3 外来液体和地层流体性质的影响储层保护作业- 1 -岩心流动实验证明 5，如果外来液体的含盐度低于临界盐度，岩心的渗透率会明显下降。大量实验还表明，渗透率降低的程度与含盐度降低的速度有关，若液体突然从高矿化度盐水变成近似淡水，渗透率则会大幅度降低。产生这种情况的原因一般解释为，过快的降低离子浓度会促使敏感性矿物加速分散释放。增大微粒数量和浓度，导致孔喉堵塞严重。1.2 水锁伤害根据水锁的成因将水锁分为
4、热力学水锁和动力学水锁两大类。1.2.1 热力学水锁效应假设储层孔隙可视为毛管束，按 Laplace 公式，当驱动压力 P 与毛细管压力平衡时储层中未被水充满的毛管半径 rk 应为：(1)Pkcos2式中：， 水的表面张力和接触角。按 Purcell 公式，油相渗透率 k 可表示为：(2)max2rikS式中：孔隙度， %；ri,si第 i 组毛管的半径和体积系数；rmax最大孔隙半径。由(1)式可见，液体的界面张力(cos)越大，r k 越大；因此(2)式中求和下限越高，油相渗透率越低。由此可见，排液过程达到平衡时的水锁效应取决于外来流体和地层水表面张力的相对大小，若前者大于后者，则产生水锁
5、效应；若两者相等则无水锁效应；若前者小于后者，不但无水锁效应而且会使油气增产。由于这是以排液过程中达到热力学平衡为前提的，所以就称作热力学水锁效应。1.2.2 动力学水锁效应根据 Paiseuille 定律毛管中排出长为 L 的液柱所需时间为：(3)24costpr由(3)式可以看出，毛管半径 r 越小，排液时间越长，而且随着 L， 及(cos)的增加而增加，随着 p 及 r 的增加而减小。在低渗、低压的致密储层中，排液过程十分缓慢，即使外来流体在储层中的毛细管压力小于地层水在地层中的毛细管压储层保护作业- 2 -力时仍然会产生水锁效应这就是水锁效应的动力学原因。综上所述，在诸因素中， 及 同
6、时影响热力学和动力学水锁效应。而r，p， L 及 仅影响动力学水锁效应。所以对于致密(r 小) 低压(p 小)储层，尤其当外来流体浸入较深(L 大)或其粘度较高 ( 大)时，将产生较强的动力学水锁效应。1.3 固体堵塞造成的伤害1.3.1 无机堵塞无机堵塞来源有两种：一种是钻井液、完井液、注入水等各种入井液中含有的固相颗粒，对低孔隙度、低渗透率的砂岩储集层来说，固相颗粒侵入浅而量少，相对于滤液侵入造成的伤害来说不是主要的危害。第二种则是外来液体与储层流体不配伍，在储层中形成的无机垢，如碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡和碳酸铁等是最普遍的井下堵塞物之一。1.3.2 有机堵塞一是乳化堵塞。油田上不同作业过程
7、中经常使用的许多化学添加剂，这些外来油或外来水相流体与地层中的油相混合，形成油或水的乳化物。二是有机结垢堵塞。储层中有机垢主要来源于原油中的石蜡、胶质和沥青质。打开油层后，油藏流体组成、温度和压力发生变化，原来的流体平衡被破坏，原油中的蜡、胶质和沥青质析出并沉积下来，形成有机垢，堵塞油流孔道。三是铁锈与腐蚀产物及细菌对油层的堵塞作用，在一般的注水系统中，铁的锈蚀产物和其他腐蚀产物也会堵塞储集层。注水系统中细菌的存在不但污染水质，腐蚀管道，而且会形成堵塞。2 油层保护措施研究低渗透储层生产过程中的油层保护主要侧重于以下几个方面：2.1 优化钻井与地层处理技术低渗透油气藏具有储集物性差、敏感性强等
8、特点。其油气层保护除了优化钻井液与完井液以外，主要应用负压钻井技术降低过平衡压力钻井时钻井液对产层的各种损害。新型地层处理技术主要有高砂比压裂、高能气体压裂、深度水力压裂、复合压裂和干式压裂等。深度水力压裂是强化开发低渗透油藏最具前景的工艺措施，目前在美国、加拿大和北美地区广泛采用，效果很好。干式压裂是国外采用的不伤害地层的新压裂技术 6。这种技术关键是采用二氧储层保护作业- 3 -化碳混砂机将支撑剂混入液态二氧化碳中，不需要任何传统的携砂液携砂，因而不会有伤害性流体进入产层，对水敏性地层几乎不会造成可能的伤害。美国对这项技术进行了对比试验，结果表明，用二氧化碳加砂处理，单井产量是用氮气处理的
9、两倍、是用泡沫处理井的四倍，增产效果相当明显。2.2 预防及消除水敏措施（1）酸化预处理粘土膨胀减小了孔喉半径，不但降低了渗透率，也使运移的微粒更容易堵塞孔道。而且一旦形成堵塞，再进行酸化等措施时，酸液不能进入，这部分孔道就再也无法恢复。因此低渗、强水敏储层是最容易受伤害的储层。储层敏感性主要取决于近井地带粘土矿物的含量与结构。如果采用氟硼酸(或其它酸)预处理地层，酸液直接与粘土矿物反应，降低了近井地带粘土含量和阳离子交换容量，减少了水化的发生，阻碍了粘土的膨胀和微粒运移，氟硼酸还使粘土颗粒在原地胶结，稳定地层。同时酸液与岩石的溶解反应扩大了孔喉半径，使得微孔道变成小孔道，小孔道变成了大孔道，
10、原来堵塞地层的一些小颗粒就可能顺利通过，减少了颗粒堵塞。（2）屏蔽暂堵技术 各种工作液滤液均可对低渗透储层的渗透率造成严重损害，渗透率下降幅度为 5% 45%。渗透率越低，粘土水化膨胀引起渗透率下降幅度越大。已有研究表明 7除了在入井液中加入适量高效粘土防膨剂外，利用屏蔽暂堵技术也可收到不错的效果。所谓屏蔽暂堵技术是在钻开油层时，钻井液中人为加入的各种类型和尺寸的固相粒子进入油气层孔喉，在井壁附近浅层快速、有效地形成一个损害堵塞带。此损害堵塞带能有效地阻止钻井液、水泥浆中的固相和滤液继续浸入油气层。由于损害带很薄，可通过射孔解堵。2.3 预防及消除水锁措施（1）物理上增大生产压差从毛管力曲线上
11、可知：施加的毛细管压力越高，剩余水饱和度就越低。如果施加的毛细管压力梯度足够高，那么任何多孔介质的剩余水饱和度都可以降到零。如果储层压力较高、水相浸入相对较浅，那么可以在储层中施加较高的瞬时毛细管压力梯度，使剩余水饱和度明显降低。增大压降一般可以有效地把含水饱和度降低到束缚水饱和度值，它是解决水相加载问题的有效方法。储层保护作业- 4 -（2）减少界面张力毛细管压力是多孔介质中不互溶相之间界面张力。如果能使流体间视界面张力减小，那么毛细管压力就会降低，从而把大部分滞留水排出孔隙。酸化处理储层时，纯酸液的表面张力较大，当加入表面活性剂后，可将酸液的表面张力降低到 30mN/m 以下。其中，聚合醇
12、降低表面张力效果较好，当加入浓度为 2%时，可使纯酸液的表面张力由 49.8mN/m 降到 22.3mN/m8。（3）通过蒸发或加热消除水锁反应向储层注入特殊干燥气体，可以使近井地带发生物理干化，提高其可注入性 9。利用这种原理可以消除天然气储层中的水锁效应。在采用注干气法消除水锁时应特别注意，因为气体可动性很高，气体与水锁带有效接触比较困难，在侵入水含盐度很高或总溶解固体物质含量较高的情况下，流体物理干化只除掉了水，而溶解的固体物质以晶体形式在孔隙中大量沉淀，从而大大削弱了解除水锁效应的效果。2.4 解堵技术对已经产生堵塞的井利用解堵的方法可以获得较好的效果。对于因井底积水产生水敏而导致逐渐
13、减产的井采用热洗井的方法，用柴油5m3 和原油 10m3 的互溶剂解堵可收到良好效果，周期约为 2a10。对于固相堵塞产生伤害的井，可利用酸化解堵或氧化解堵的方法。常用HCl， HF 等无机酸对油气藏储层进行酸化，恢复或提高油气井的产能。但对于深部堵塞，这类酸优势较小，有时还能造成产量减少，甚至毁坏生产井。目前比较流行的是利用一种深部缓速酸，该酸在地面为中性，在地层条件下逐步产生 H+和HF，使酸液能够进入到地层深部进行酸化解堵 10。其反应式如下： HF（ 酸 ） 催 化 剂 BA此外，针对入井流体中聚合物或乳化物、有机垢对储层造成的伤害，可应用“酸+ 氧化剂”的复合解堵技术，效果比常规的酸
14、解堵效率高，其解堵率大于80%。3 结论（1）对低渗透储集层损害机理分析表明：水敏以及水锁是低渗透油气藏储层损害的主要因素。可利用屏蔽暂堵技术、防膨剂、水锁解除剂及其它相关技术预储层保护作业- 5 -防和解除这类损害。（2）低渗透油气藏生产中，应严格规定采油工程入井液的质量要求，精细处理，并使其具有防膨、防垢和降低界而张力的作用，减小对储层的伤害。同时注意注入压力应近于饱和压力，防止贾敏效应发生。（3）除流体侵入造成的损害外，低渗透油气藏的另一大伤害就是固体颗粒造成的伤害。对于这种伤害，可应用酸化解堵、热洗井及酸+氧化剂的解堵方法来解堵。参考文献1樊世忠,陈元千 .油气层保护与评价M.北京:石
15、油工业出版社,1988.569.2张绍槐,罗平亚 .保护储集层技术M.北京:石油工业出版社,1995.2585.3陈忠,张哨楠 ,沈道明.粘土矿物在油田保护中的潜在危害J.成都理工学院报,1996,23(2)： 8087.4鞠斌山,伍增贵 ,邱晓凤,等.油层伤害问题的研究概述及进展J.西安石油学院报(自然科学版),2001,16(3):1217.5王正波,岳湘安 ,韩冬.粘土矿物及流体对低渗透岩心渗流特征的影响J.油气地质与采收率,2007,14(2):8992.6毛致新,孟祥和 ,刘泽凯.低渗油田油层保护及增产措施J.低渗透油气田,1998,5(3):1820.7张琰,崔迎春 .低渗气藏主要损害机理及保护方法的研究J.地质与勘探,2000,36(5):7678.8张振华,鄢捷年 .低渗透砂岩储集层水锁损害影响因素及预测方法研究J.石油勘探与开发,2000,(27)3:7580.9阎荣辉,唐洪明 ,李皋,等.地层水锁损害的热处理研究J.西南石油学院报,2003,25(6):1618.10裘烽楠.低渗透砂岩油藏开发模式M.北京:石油工业出版社,1998.储层保护作业- 6 -
