保护油气层技术全

保护油气层技术全内容摘要：

岩块则能保持较大的尺寸，这样会对孔隙发育及胶结状况得出错误的认识。 ２． 薄片分析技术在保 护油气层中的应用 １）岩石的结构与构造 薄片粒度分析给出的粒度分布参数可供设计防砂方案时参考，当然应以筛析法和激光粒度分析获得的数据为主要依据。 研究颗粒间接触关系、胶结类型及胶结物的结构可以估计岩石的强度，预测出砂趋势。 对砂岩中泥质纹层、生物搅动对原生层理的破坏也可观察，当用土酸酸化时，这些粘土的溶解会使岩石结构稳定性降低，诱发出砂。 ２）骨架颗粒的成分及成岩作用 沉积作用、压实作用、胶结作用和溶解作用强烈地影响着油气层的储集性及敏感性。 了解成岩变化及自生矿物的晶出顺序对测井解释、敏感性预测、钻井完井液设计 、增产措施选择、注水水质控制十分有利。 ３）孔隙特征 薄片分析获得孔隙成因、大小、形态、分布资料，用于计算面孔率及微孔隙率。 研究地层微粒及敏感性矿物在孔隙和喉道中的位置及与孔喉的尺寸匹配关系，可以判断油气层损害原因，并用于综合分析潜在的油气层损害，提出防治措施。 例如，低渗 — 致密油气层使用高分子有机阳离子聚合物粘土稳定剂时，虽可有效地稳定粘土，但由于孔喉细小，处理剂分子尺寸较大，它同时又损害油气层。 ４）不同产状粘土矿物含量的估计 ＸＲＤ和红外光谱均不能给出粘土矿物的产状及成因，薄片分析则可说明同一种类型粘土 矿物的几种产状（成因）的相对比例。 这一点很重要，因为只有位于孔隙流动系统中的粘土矿物才对外来工作液性质最敏感。 此外，薄片分析还用于粘土总量的校正，如泥质岩屑的存在可能引起粘土总量的升高，研究中应注意区分。 沉降法分离出的粘土受粒径限制，难于反映出较大粒径变化范围（５～２０μｍ）时粘土的真实组成。 ５）荧光薄片应用 荧光薄片提供油存在的有效储集和渗流空间的性质，如孔隙形状、大小、连通性及裂缝隙发育程度，为更好地了解油气层损害创造了条件。 四、压汞法测定岩石毛管压力曲线 由毛管压力曲线可以获得描述 孔喉分布 及 大小 的 系列特征参数，确定各孔喉区间对渗透率的贡献。 １．基本原理 压汞法由于其仪器装置固定、测定 快速准确 ，并且压力可以较高，便于更微小的孔隙测量，因而它是 目前国内外测定岩石毛管压力曲线的主要手段。 使用压汞仪测定岩样的毛管压力曲线（如图２－５），原理是汞对大多数造岩矿物为非润湿，对汞施加压力后，当汞的压力和孔喉的毛管压力相等时，汞就能克服阻力进入孔隙， 计量进汞量 和 压力 ，根据进入汞的孔隙体积百分数和对应压力就得到毛管压力曲线。 压力和孔喉半径的关系为： 压汞试验所用岩样一般为直径 ，长 ， 测定前将油清洗干净，测定岩石总体积、氦气法孔隙度、岩石密度和渗透率。 图２－５ 毛管压力曲线 Ｉ — 注入曲线；Ｗ — 退出曲线 2． 毛管压力曲线在保护油气层中的应用 １）储集岩的分类评价 储集岩分类是评价油气层损害的前提，同一损害因素在不同类型的储集岩中的表现存在差异。 根据毛管压力的曲线特征参数，用统计法求特征值，结合岩石孔隙度、渗透率、孔隙类型、岩性等可以对储集岩进行综合分类。 ２）油气层损害机理分析 油气层微粒的粒度分析、微粒在孔隙中的空间分布及与孔喉大小的匹配关系是分析油气层损害的关键。 例如相同间层比的 伊利石／蒙皂石间层矿物，对细孔喉型油层的水敏损害比中、粗孔喉型油气层严重。 ３）钻井完井液设计 屏蔽暂堵型钻井完井液技术中架桥粒子的选择，就是依据由压汞曲线获得的孔喉分布。 通过对一个油组或油气层不同物性级别岩样的毛管压力曲线测定，构制平均毛管压力曲线。 架桥粒子即根据平均毛管压力曲线，考虑到出现的最大孔喉半径，按２／３架桥原理设计的。 暂堵型酸化、压裂过程中，暂堵剂粒度的筛选也要参考孔喉分布数据。 ４）入井流体悬浮固相控制 压井液、洗井液、射孔液、修井液、注入水和压裂液等都涉及固相颗粒的含量和粒径大小控制问题，而控制标准则视油气层储渗质量、孔喉参数而定。 研究表明，当颗粒直径大于平均孔喉直径的１／３时形成外泥饼，１／３～１／１０时会侵入孔喉形成内泥饼，小于１／１０时颗粒能自由移动。 ５）评价和筛选工作液 油气层损害的实质是岩石孔隙结构的改变，通过测定岩石与工作液作用前后的岩样毛管压力曲线就能对配伍性有明确的认识。 应用高速离心机法可以快速测定毛管压力曲线和储集岩润湿性及润湿性变化，了解工作液作用前后储集岩孔喉分布参数和润湿性变化。 五、岩心分析技术应用展望 尽管用于分析岩心的许多技术早已存在，但石油地质家及石油工程师 从未象今天这样共同关心并应用岩心分析技术来深入揭示油气层的微观特性。 一些传统技术因使用目的转变，而被赋与新的含义。 如铸体薄片技术，从最初便于观察孔隙出发，如今则主要利用其保护粘土矿物不致在制片过程中发生脱落。 ＸＲＤ技术对粘土矿物的研究与认识起到了巨大的推动作用，１９８５年以前，国内尚无大家接受的粘土矿物含量计算公式，今天从粘土分离提取、数据处理，乃至间层比的计算都已形成石油行业标准，可以说近十几年发生了质的飞跃。 扫描电镜等一些先进的分析技术，目前的应用与其所能揭示的大量信息相比，技术潜力还有待充分开发。 同时 ，一些新技术正在不断涌现，及时地引入到石油工程领域，解决工程问题已成为地质家及石油工程师的共同使用。 表２－５将几种常用技术做一归纳，表明在研究中需要将这些技术组合应用，方能获得岩石性质的全貌。 新技术的应用主要表现在以下几个方面。 １． 傅里叶变换红外光谱分析 采用傅里叶变换红外光谱仪，测定矿物的基团、官能矿物的基团、官能团来识别和量化常见矿物，分析迅速，精度与ＸＲＤ相似，能定量分析的矿物有石英、斜长石、钾长石、方解石、白云石、菱铁矿、黄铁矿、硬石膏、重晶石、绿泥石、高岭石、伊利石和蒙皂石总和，以及粘土总量， 对非晶质物、间层粘土矿物 的构造特性分析有独到之处，国外已将其用于井场岩石矿物剖面分析图的快速建立，国内亦逐渐成为分析敏感性矿物，尤其是油气层粘土矿物的有力手段，但由于其对鉴定间层粘土矿物的局限性，要完全代替ＸＲＤ是不可能的。 ２． ＣＴ扫描技术 将医学上应用的ＣＴ扫描技术引入到岩心分析中，主要原理是用Ｘ射线照射岩心，得到岩心断面上岩石颗粒密度的信息，经计算机处理转换成岩心剖面图，它可以在不改变岩石形态及内部结构的条件下观察岩石的裂缝和孔隙分布。 当固相物侵入岩心时，能够对固相侵入深度及其在孔喉中的状态进行监测 ，也可以观察岩样与工作液作用后的孔隙空间变化。 目前这项技术主要用于高渗透疏松砂岩和裂缝性储层的损害研究中，如出砂机理、稠油蚯蚓孔道的形成、侵入裂缝的固相分布、岩心内泥饼的分布形态等。 ３． 核磁共振成象技术 简称ＮＭＲＩ，它能够观测孔隙或裂缝中流体分布与流动情况，因此对于流体与流体之间，流体与岩石之间的相互作用，以及润湿性和润湿反转问题的研究有特殊意义，是研究油气损害的最新手段之一。 ＮＭＲＩ测井技术发展很快，主要用于剩余油的分布探测，已成为提高采收率的重要评价技术。 ４． 扫描电镜技术 扫描电镜技术在制样和 配件方面发展较快，在ＳＥＭ上配置能谱仪（ＥＤＳ）可以对矿物提供半定量元素分析，对敏感性矿物的识别及损害机理研究有很大的帮助。 背散射仪的应用免除镀膜对粘土形貌的改变，更宜于试验前后的样品观察。 此外，临界点冷冻干燥法，能够揭示粘土矿物在油气层条件下的真实形态。 扫描电镜与图像分析仪使用，研究粘土矿物微结构并预测微结构的稳定性，是油井完井技术中心近年来将土壤科学和工程地质理论引入到石油工程中的最新进展。 ５． 非晶态矿物和纳米矿物学研究 油气层中非晶态矿物有蛋白石、水铝英石、伊毛缟石、硅铁石等，还有比粘土矿物微粒更小 的纳米级矿物。 它们或单独产出，或存在于粘土矿物晶体之间，起到连接微结构的作用，比表面更大，性质更活跃。 研究方法主要有化学分析、电子探针、原子力显微镜等。 油井完井技术中心对吐哈盆地丘陵三间房组砂岩高岭石进行电子探针分析，指出高岭石化学组成很少符合理论组成，ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３经常过量，这种硅、铝部分以非晶态存在，它们易于溶解并促使高岭石微结构失稳。 ６． 环境扫描电镜的应用 一般扫描电镜要求在真空条件下进行实验，而环境扫描电镜则可以在气体、液体介质环境下分析样品。 国外已开始利用此项技术研究膨胀性粘土矿物与工作液 作用的机理，分析粘土矿物间层比和遇水膨胀的关系、水化膨胀和脱水过程的差异等。 因此，环境扫描电镜是损害机理研究和工作液评价的有力手段。 目前，我国已引进了这种仪器。 综上所述，岩心分析技术在认识油气层特征、研究油气层损害机理及保护油气层工程设计中具有广泛的应用。 每种技术都有其优点及局限性，实际工作中要具体问题具体分析，并制定一套切实可行的技术路线。 各项技术本身在石油工程中的应用还有很大的潜力尚待开发，同时工程实践中也不断提出许多新问题，需要创造性地应用先进技术来解决。 第三章 油气层损害的室内评价 第一节 概 述 油气层损害的室内评价是借助于各种仪器设备测定油气层岩石与外来工作液作用前后渗透率的变化，或者测定油气层物化环境发生变化前后渗透率的改变，来认识和评价油气层损害的一种重要手段。 它是油气层岩心分析的一部分，其目的是弄清油气层 潜在的损害因素 和 损害程度 ，并为 损害机理分析提供依据。 或者在施工之前比较准确地评价工作液对油气层的损害，这对于优化后继的各类作业措施和设计保护油气层系统工程技术方案，具有非常重要的意义。 油气层损害的 室内评价 主要包括两个方面内容：（１）油气层敏感件评价；（２）工作液对油气层的损害评价。 为了 正确地评价油气层损害，不能简单地任选岩心来做实验。 用于实验的岩心性质必须能代表所要评价的油气层的性质。 实验岩心的正确选择要经过以下两个环节： （１）岩样的准备。 从井场取回的岩心，须先进行如下几步准备工作：①对井场或库房中保存的岩心进行选取；②实验室岩样的接交；③岩心检测；④岩样 钻取；⑤岩样的清洗（洗油，洗盐）；⑥岩样烘干；⑦用ＣＭＳ－ 300 岩心渗透率仪或其它孔渗测定仪测定各个岩样的孔隙度和气体渗透率，并求出每块岩心的克氏渗透率Ｋ∞。 （２）岩样的选取。 对已测Ｋ、 φ 的各个岩样作Ｋ — φ 关系图，画出回归曲 线，在 曲线上找出要用的岩心样品号码。 再根据测井和试井求出的Ｋ、 φ 值，选出具有代表性的岩心备用，登记好每块岩心的出 处（油田、区块、层位、井深）、号码、长度、直径、干重及Ｋ、 φ 值。 油气层损害的室内评价实验流程框图见图３－１。 图３－１ 油气层损害的室内评价实验流程框图 第二节 油气层敏感性评价 油气层敏感性评价通常包括 速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏 等五敏实验，具体实验方法基本按“砂岩储层岩心流动实验评价程序”部颁标准执行。 随着技术的不断发展，本书提出应增加 应力敏感实验 和 温度敏感实 验，因此，油气层敏感性评价包括 速敏、 水敏、盐敏、碱敏、酸敏、应力敏感、温度敏感 等七敏实验，其目的在于找出油气层 发生敏感的条件 和由敏感引起的油气层 损害程度 ，为各类工作液的设计、油气层损害机理分析和制定系统的油气层保护技术方案提供科学依据。 一、速敏评价实验 １． 速敏概念和实验目的 油气层的速敏性是指在钻井、测试、试油、采油、增产作业、注水等作业或生产过程中，当流体在油气层中流动时，引起油气层中微粒运移并 堵塞喉道 造成油气层 渗透率下 降的现象。 对于特定的油气层，由油气层中微粒运移造成的损害主要与油气层中流体的流动速度有关，因此速敏评价实验之目的在于： （１）找出由于流速作用导致微粒运移从而发生损害的 临界流速 ，以及找出由速度敏感引起的油气层损害程度。 （２）为以下的水敏、盐敏、碱敏、酸敏四种实验及其它的各种损害评价实验确定合理的实验流速提供依据。 一般来说，由 速敏实验求出临界流速后，可将其它各类评价实验的实验流速定为 ，因此速敏评价实验必须要先于其它实验。 （３）为确定合理的 注采速度 提供科学依据。 实验结果的应用见表３－４。 因此，速敏评价实验是非常重要的。 ２． 原理及作法 以不同的注入速度向岩心中注入实验流体， 水速敏用地层水 ， 油速敏 用 油 （煤油或 实际地层原油），并测定各个注入速度下岩心的 渗透率 ，从 注入速度 与 渗透率 的变化关系上，判断油气层岩心对流速的敏感性，并找出渗透率明显下降的临界流速。 如果流量Ｑｉ－１对应的渗透率Ｋｉ－１，与流量Ｑｉ对应的渗透率Ｋｉ满足式（３－１）： 说明已发生速度敏感 ，流量Ｑｉ－１即为 临界流量。 速敏程度评价标准见表３－１。 损害程度的计算见式 （３－２）： 实验中要注意的是：对于采油井，要用煤油作为实验流体，并要求将煤油先经过干燥，再用白土除去其中的极性物质，然后用Ｇ５砂心漏斗过滤。 对于注水井，应使用经过过滤处理的地层 水（或模拟地层水）作为实验流体。 二、水敏评价实验 １． 水敏概念及实验目的 油气层中的粘土矿物在原始的地层条件下处在一定矿化度的环境中，当淡水进入地层时， 某些粘土矿物 就会发生 膨胀、分散、运移 ，从而 减小 或 堵塞 地层 孔隙 和 喉道 ，造成 渗透率的降低。 油气层的这种遇淡水后渗透率降低的现象，称为 水敏。 水敏实验的 目的 是 了解粘土矿物遇淡水后的膨胀、分散、运移过程 ，找出发生水敏的条件及水敏引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计提供依据， 实验结果的应用见表３－４。 ２． 原理及评价指标 首先用 地层水 测定岩心的渗透率Ｋｆ，然后再用 次地层水 测定岩心的渗透率，最后用 淡水 测定岩心的渗透率Ｋｗ，从而确定淡水引起岩心中粘土矿物的水化膨胀及。