储层保护.docx
- 文档编号:30296378
- 上传时间:2023-08-13
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:61.39KB
储层保护.docx
《储层保护.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《储层保护.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
储层保护
第十四章储层保护
14.1基本概念
14.1.1油气层损害的定义
任何阻碍油气从井眼周围流入井底的现象称为储层损害(国际上通用“FormationDamage”)或污染。
在钻井、完井、井下作业及油气田开采全过程中,造成油气层渗透率下降的现象通称为油气层损害。
油气层损害的实质包括绝对渗透率下降和相对渗透率下降。
14.1.2常用术语
a.孔隙度(Φ):
岩石储集流体的度量,其中可分为有效孔隙度和无效孔隙度,%。
b.渗透率(K)
岩石允许流体通过的能力,其中可分为气体渗透率Ka、克氏渗透率K∞、油相渗透率Ko、水相渗透率Kw等等,单位:
10~3μm2。
c.饱和度(S)
岩石中某项流体所占的百分含量,可分为含油饱和度So、含水饱和度Sw等等,%。
d.渗透率恢复率(Ki/K)
某相流体流过岩心后所引起的渗透率变化情况,%。
e.表皮系数(S)
衡量井眼表皮污染程度的量纲,无因次;S>1时为受污染,S=0时为无污染,S<1时为改善;S值可通过试井直接测得,但试井测得的S值为总表皮系数,它不仅包括钻井液、完井液对井底附近油气层污染的真表皮系数,而且还包括井的不完善程度、井斜、非达西流、射孔等引起的拟表皮系数。
14.1.3常用计算公式
qμL
a.达西公式:
K=×102
AΔp
式中:
K─岩样渗透率,10-3μm2
Δp─岩样两端压差,MPa
μ─流体粘度,mPa·s
L─岩样长度,cm
A─岩样截面积,cm2
q─液体流量,cm3/s
应用上述达西公式时有三个假设:
1)岩心为单一流体饱和及流动;
2)层流流动;
3)流体不与岩心发生物理化学作用。
b.表皮系数(S)计算公式:
KoRd
S=[____-1]ln(_____)
KdRw
式中:
S-表皮系数,无因次
Ko、Kd-渗透率、污染区渗透率10-3μm2
Rd、Rw-污染区半径、井眼半径
c.产能比(PR)计算公式:
式中:
PR-产能比
Q-油井未受损害的产量
Qd-油井受损害后的产量
K-储层未受损透率
Kd-储层受损害后的渗透率
Re-储层的泄油半径
Rw-油井井眼半径
Rd-储层被损害区域的半径
14.2储层损害原因和类型
外来流体与油、气储层接触会带来不同程度的损害。
其损害程度随储层特性和外来流体性质不同而异。
根据目前的认识,一般认为储层损害可以规纳成两个方面的原因:
一是外来流体(包括液体、固体甚至气体)侵入油层,产生各种不利的物理、化学作用,造成固体物的堵塞或液体性质的改变,降低了油气相渗透率;二是在钻开油层和采油过程中,由于温度、压力和流速的改变等因素,破坏了地层原有的平衡状态而引起岩石性质改变造成损害。
地层损害的类型和原因如下:
损害类型
产生的原因
1.毛细现象
(1)相对渗透率影响
(2)润湿性影响
(3)孔隙的液锁
(1)孔隙中水、油、气相对含量改变
(2)表面活性剂侵入
(3)粘性流体侵入
2.固相侵入
有机物、无机物微粒的侵入
3.结垢
盐的沉淀
4.岩石的损害
(1)分散运移
(2)微粒运移
(3)矿物沉淀
(4)晶格膨胀
(5)非胶结
(1)离子环境的改变
(2)胶结颗粒的松散溶解
(3)矿物的溶解和重新结晶
(4)过多的水进入晶格
(5)地层结构的疏松
14.3储层损害的室内评价
14.3.1岩心分析
a.岩心分析的目的
1)全面认识油气层的岩石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;
2)确定油气层潜在损害类型、程度及原因;
3)为各项作业中保护油气层工程方案设计提供依据和建议。
b.岩心分析的内容
岩心
岩心物理性质岩心结构与矿物地层流体
φ、k测定铸体薄片化学分析
铸体薄片X射线衍射光谱分析
扫描电镜扫描电镜色谱分析
压汞技术电子探针高压物理
图象分析红外光谱
接触角法
孔隙度岩石的稳定地层微粒结垢趋势
渗透率性与强度和矿物的及类型
孔隙结构稳定性
岩石表面性质
内部环境外部环境
·压力·流速
·温度·工作液性质
·原地应力·外来固相侵入
·天然驱动能量·压差
潜在油气层损害和敏感性
保护油气层技术措施建议
14.3.2油气层敏感性评价
a.流速敏感性评价实验
流速敏感性是指储层内流体流动速度增大时引起储层中微粒运移,喉道堵塞,造成渗透率下降的现象。
速敏实验的目的是了解储层渗透率变化与储层流体流速的关系。
如果储层有速敏现象则求出开始发生速敏的临界流速,并根据实验结果评价由速敏引起的渗透率损害程度以及速敏性的大小,以指导今后开发过程中选择合理的注采速度,同时也为其它流动实验选取合适的流速。
b.水敏性实验
水敏是指与储层不配伍的外来流体进入储层后引起粘土膨胀、分散、运移,使孔隙和喉道减小或堵塞,降低储层渗透率的现象。
进行水敏性实验的目的是了解储层内流体盐度变化带来的储层渗透率下降的程度,并找出临界矿化度的大致范围,为盐敏实验找出较准确的临界矿化度做准备。
c.盐敏性实验
盐敏性是指储层在不同浓度盐水溶液中,由于粘土矿物的水化、膨胀而导致渗透率下降的现象。
盐敏实验的目的是了解储层岩石在盐水的矿化度不断变化的条件下,渗透率变化的过程和程度,找出盐度递减条件下渗透率明显下降的临界矿化度,为现场施工中的各种工作液确定合理矿化度提供依据。
d.碱敏性实验
碱敏是指高pH值的流体进入储层后造成储层中粘土矿物和硅质胶结的结构破坏以及与某些阳离子生成沉淀引起储层渗透率下降的现象。
碱敏实验的目的是要了解储层岩石在不同pH值盐水作用下,渗透率的变化过程和改变程度,找出使储层岩石渗透率明显下降的临界pH值,为各种工作液pH值的确定提供依据。
e.酸敏性实验
酸敏性是指酸化液进入储层与储层中的酸敏矿物发生反应,产生沉淀或释放出微粒,使储层渗透率下降的现象。
酸敏实验的目的是要通过模拟酸液进入地层的过程和测定酸化前后储层渗透率的变化,从而了解酸液进入后是否存在酸敏性危害及程度,以便选择合适的酸液配方和较有效的酸化处理方法。
14.3.3工作液对油气层的损害评价
a.渗透率恢复值实验
渗透率恢复值实验是评价钻井液和完井液储层损害程度或储层保护效果的最主要和最直观的方法。
它是用天然岩心或人造岩心在岩心流动实验装置上测量实验岩心污染前后的渗透率,得到的一个比值即为渗透率恢复值,它比较直观的反映了储层岩心的损害程度。
渗透率恢复值越大,钻井液、完井液对储层损害越小。
对开发井而言,渗透率恢复值一般应不小于75%。
b.损害带半径(rd)测定
钻井液或完井液侵入储层造成储层损害,其实就是引起侵入带储层原始渗透率的降低,滤液侵入引起渗透率降低的储层深度与井眼半径之和即为损害半径。
损害半径的测定是通过在高温高压动失水装置上模拟井下温度、压差和流动速梯的实验条件下对实验岩心进行动、静失水实验,测量一定时间内的滤失总量,然后根据公式推算出钻井液或完井液与油层接触期间侵入储层的深度即损害半径。
损害半径的测定目前国内外没有统一的方法,使用不同的实验装置需采用不同的公式进行计算。
当采用江汉石油学院的JHDS-高温高压动失水仪评价储层损害时,常采用下列公式计算损害带半径rd。
rd=
ω-井眼半径,cm
-储层岩心孔隙度(小数值)
-岩心水驱油效率(小数值)
Q-单位面积总滤失量(动滤失加静滤失),cm3/cm2
损害带半径的大小反映了外来液体影响储层的深度,因此一般要求钻井液和完井液的损害带半径应尽可能小。
14.3.4评价钻井液、完井液体系及处理剂的实验程序
为了确定完井液体系配方和筛选配伍处理剂,必须针对油气田的实际储层特征进行储层保护的评价实验。
实验程序一般按下列步骤进行:
a.选样和岩样制备
研究完井液体系配方,筛选处理剂时一般采用模拟储层物性的人造岩心,而完井液体系的最终确定或储层保护效果的最终验证必须使用储层的天然岩心。
人造岩心已经直接作成了实验用的岩样,天然岩心需从其岩心上钻取圆柱形岩塞作为实验样品。
b.测定岩样的空气或氮气渗透率ka、克氏渗透率k和孔隙度。
c.模拟原始含水饱和度
先将岩样抽真空,用地层水(或模拟地层水)饱和岩样,再用煤油或柴油驱替地层水,使岩样中含水饱和度达到其束缚水状态。
d.在岩心流动实验装置上测定岩样污染前的油相正向渗透率。
e.模拟动态污染
将岩样装入动态模拟装置(如高温高压动失水仪),用完井液或按使用浓度配制成的处理剂水溶液在设定的动态条件下反向挤入岩样进行污染,污染结束后,取出岩样并刮去反向端面形成的滤饼。
f.测污染后的油相正向渗透率
在与步骤4相同的条件下,测定完井液污染后岩样的油相正向渗透率,该渗透率与污染前的油相渗透率的比值即渗透率恢复值,用它即可评价完井液的储层损害程度,反之也反映了完井液的储层保护效果。
14.4钻井过程中的保护油气层技术
钻井过程中防止油气层损害是保护油气层系统工程的第一个工程环节。
其目的是交给试油或采油部门一口无损害或低损害、固井质量优良的油气井。
14.4.1钻井过程造成油气层损害原因分析
a.钻井过程中油气层损害原因
1)钻井液固相颗粒堵塞油气层;
2)钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害;
3)钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损害;
4)油相渗透率变化引起的损害;
5)负压差急剧变化造成的油气层损害。
b.钻井过程中影响油气层损害程度的工程因素
1)压差;
2)侵泡时间;
3)环空返速;
4)钻井液性能。
14.4.2保护油气层的钻井液技术
a.保护油气层对钻井液的要求
1)密度可调,能满足不同压力油气层近平衡压力钻井的需要;
2)降低钻井液中固相颗粒对油气层的损害;
3)钻井液必须与油气层岩石相配伍;
4)钻井液滤液组分必须与油气层中流体相配伍;
5)钻井液的组分与性能都能满足保护油气层的需要。
b.屏蔽暂堵保护油气层钻井液技术
利用钻进油气层过程中对油气层发生损害的两个不利因素(压差和钻井液中的固相颗粒),将其转变为保护油气层的有利因素,达到减少钻井液、水泥浆、压差和侵泡时间对油气层损害的目的。
屏蔽暂堵技术的技术构思是利用油气层被钻开时,钻井液液柱压力与油气层压力之间形成的压差,在极短时间内,迫使钻井液中人为的各种类型和尺寸的固相粒子进入油气层孔喉,在井壁附近形成渗透率为零的屏蔽带。
此带能有效地阻止钻井液、水泥浆中的固相和滤液继续侵入油气层,其厚度必须大大小于射孔弹射入深度,以便在完井投产时,通过射孔解堵。
c.屏蔽暂堵的技术要点:
1)测定油气层孔喉分布曲线及孔喉的平均直径;
2)按1/2~2/3孔喉直径选择架桥粒子(如超细碳酸钙、单向压力暂堵剂)的颗粒尺寸,使其在钻井液中含量大于3%(可用粒度计检测钻井液中固相的颗粒粒径分布和含量);
3)按颗粒直径小于架桥粒子(约1/4孔喉直径)选用充填粒子,其加量大于1.5%;
4)加入可变形的粒子,如磺化沥青、氧化沥青、石蜡、树脂等,加量一般1~2%,粒径与充填粒子相当。
变形粒子的软化点应与油气层温度相适应。
14.4.3保护油气层的钻井工艺技术
a.建立四个压力剖面(地层孔隙压力、破裂压力、地应力和坍塌压力),为井身结构和钻井液密度设计提供科学依据;
b.确定合理井身结构是实现近平衡压力钻井的基本保证;
c.实现近平衡压力钻井,控制油气层的压差处于安全的最低值;
d.降低侵泡时间;
e.搞好中途测试;
f.搞好井控、防止井喷井漏对油气层的损害。
14.4.4保护油气层的固井技术
a.改善水泥浆性能,推广使用API标准水泥和各种优质外加剂;
b.合理压差固井,避免漏失;
c.提高顶替效率,让滞留在井壁处的“死钻井液区”尽量顶替干净;
d.防止水泥浆失重引起环空窜流;
e.降低水泥浆失水量;
f.推广仿真辅助设计软件。
14.5完井过程中的保护油气层技术
根据油气层的地质条件选择最适宜的完井方式,才能有效地开发油气田,达到使油气井寿命长、经济效益高的目的。
选择完井方式时,应考虑油气藏类型、油气层特性和工程技术及措施要求三方面的因素。
14.5.1射孔完井的保护油气层技术
射孔过程一方面是为油气流建立若干沟通油气层和井筒的流动通道,另一方面又对油气层造成一定的损害。
如果射孔工艺和射孔参数选择不当,射孔本身就会对油气层造成极大的损害,甚至超过钻井损害,从而使油井产能很低。
有些井的产能只是天然生产能力的20~30%,甚至完全丧失产能。
a.正压差射孔的保护油气层技术
主要有以下两个方面:
一是应通过筛选实验,采用与油气层相配伍的无固相射孔液;二是应控制正压差值不超过2MPa。
b.负压差射孔的保护油气层技术
也可分为两个方面:
一是应通过筛选实验,采用与油气层相配伍的无固相射孔液;二是应科学合理地制定负压差值。
14.5.2防砂完井的保护油气层技术
a.割缝衬管防砂保护油气层技术
割缝衬管就是在衬管壁上,沿着轴线的平行方向割成多条缝眼,缝眼的功能是:
一方面允许一定数量和大小的能被原油携带至地面的“细砂”通过,另一方面能把较大颗粒的砂子阻挡在衬管外面。
这样,大砂粒就在衬管外形成“砂桥”或“砂拱”。
为了促使砂桥形成,必须根据油层岩石的颗粒组成,选择缝眼的尺寸和形状。
b.砾石充填防砂保护油气层技术
充填在井底的砾石层起着滤砂器的作用,它只允许油层流体通过,而不允许油层砂粒通过。
其防砂的关键是必须选择与油层岩石颗粒组成相匹配的砾石尺寸。
因此,砾石的尺寸、砾石的质量、充填液的性能是砾石充填防砂的技术关键。
14.5.3试油过程中的保护油气层技术
a.采用优质压井液;
b.采用多功能管柱,减少管柱起下次数;
c.各工序配合紧凑缩短压井等候的时间。
14.6油气田开发生产中的保护油气层技术
油气田开发生产过程是油气层发生动态变化的过程。
这种变化过程主要包括以下几个方面:
1)在油气层的储集空间中,油、气、水不断重新分布。
2)油气层的岩石储、渗空间不断改变。
3)岩石的润湿性改变或润湿反转。
4)油气层的水动力学场(压力、地应力、天然驱动能量)和温度场不断破坏和不断重新平衡。
与钻井、完井油气层保护技术相比,油气层开发生产中的油气层损害具有如下特点:
1)损害周期长。
2)损害范围宽。
3)更具有复杂性。
4)更具叠加性。
14.6.1采油过程中的保护油气层技术
制定合理的生产压差和开采速率:
a.近井壁区井底带岩层结构破坏,胶结强度破坏,发生出砂;
b.减缓底水锥进,边水指进,造成生产井过早出水;
c.结垢(无机垢、有机垢);
d.脱气。
14.6.2注水中的保护油气层技术
a.在临界流速下注水。
控制注水、注采平衡可以有效地防止水指进或减缓指进、水锥的形成,防止乳化堵塞,提高驱油效果。
b.控制注水水质,注入水应满足以下要求:
1)有机质含量及其粒径不堵塞喉道;
2)注入水中的溶解气、细菌等造成的腐蚀产物、沉淀不造成油气层堵塞;
3)与油气层水相配伍;
4)与油气层的岩石和原油相配伍。
c.正确选用各类处理剂。
14.6.3酸化作业中保护油气层技术
a.选用与油气层岩石和流体相配伍的酸液和添加剂;
b.使用前置液;
c.使用合适的酸液浓度;
d.及时排液。
14.7油气层保护有效实施的五项原则:
14.7.1依据油气层特性选择入井工作液(如钻井液、水泥浆、射孔液、压井液、与修井液等)的密度、类型和组分,降低压差,缩短浸泡时间,控制其液相和固相颗粒尽可能不进入或少进入油气层。
如不能完全控制住,则要求所采用的工作液与油气层岩石和流体相匹配,尽可能不要诱发油气层潜在损害因素或者控制工作液进入油气层的深度,并控制进入油气层工作液的组分,力求在油气井投产时可使用现代物理或化学方法加以解堵;
14.7.2进行各种测试和采油作业时,应选择合理的压差,防止油气层中微粒运移、乳化、细菌及结垢堵塞、水锁、出砂和相对渗透率的降低;
14.7.3油气田开发生成过程中,为了增加油气层能量和驱替效果,必须向油层中注入各种流体,这些流体应力求与油气层岩石和地层中流体相配伍,减少对油气层的损害,使之有利于油、气的采出;
14.7.4保护油气层技术尽可能立足于以预防为主,解堵为辅;
14.7.5优选各项保护油气层技术时,既要考虑各项技术的先进性与有效性,更重要的是要考虑其经济上的可行性。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 保护