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保护储层技术

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保护 技术
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油气层损害及保护技术勘探与生产工程监督中心二 00七 气层损害概念、油气层保护重要性及原则二、油气层损害机理三、 保护油气层所需资料及其取得方法四、钻井过程中储层损害原因及保护技术五、小 气层损害概念、保护油气层重要性及原则(一)油气层损害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。)保护油气层的重要性各个作业过程都可能损害储层 :钻井 、 完井 、 试油等油井作业过程中 , 固相 /滤液进入储层发生作用 , 不适当工艺 , 引起有效渗透率降低 ,损害储层储层损害的危害性 :降低产出或注入能力及采收率 , 损失宝贵的油气资源 , 增加勘探开发成本保护储层的作用与意义: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份 , 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 、 )保护油气层的重要性 可将有希望的储层被误判为干层或不具开采价值 ,搞好钻井 、 完井 、 试油保护油气层有利于发现油气层和正确评价油气层辽河荣兴油田: 1980年之前钻 9口探井 , 均因储层损害判为没有工业价值; 1989年 , 采用保护储层配套技术重新钻探17口井 , 均获工业油流 , 新增含油气面积 探明原油储量上千万吨 , 天然气几十亿立方米 。华北岔 37井第 16和 19层 , 钻井污染 , 电测解释为水层 , 射孔试油分别 排出 597 都基本出纯油 , 分别产油 d。)保护油气层的重要性 有利于提高储层产能及勘探开发效益新疆夏子街油田 , 勘探初期用普通钻井液钻井 , 日产油仅3入开发时 , 用保护储层钻井液钻开油层 , 完井后投产 , 日产油一般 8最高达每天 24t, 储层级别从三类提高到二类 。吐哈温米油田 , 开发方案设计需压裂投产才能达到所需产能 , 但钻 167口开发井时 , 全面推广使用与储层特性配伍的钻井完井保护油层技术 , 射孔后全部井自喷投产 , 单井产能比设计产量提高 20 使用的保护储层技术每口井多投入10000元 , 却省掉了压裂工序 , 节省费用几十万元 。)保护油气层技术的原则1、 保护为主 , 解除为辅原则2、 针对性原则3、 配伍性原则4、 害机理(一 )油气层损害实质及类型(二 )油气层损害内因(三 )油气层损害外因(四 )气藏特殊损害(五 ) )油气层损害实质及类型油气层损害实质内因 +外因 有效渗透率下降内因: )油气层损害实质及类型外因: 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 )外界固相颗粒侵入堵塞 (固相损害 )★ 储层微粒水化膨胀 /分散 (水敏损害 )★ 微粒运移 (速敏损害 )★ 出砂★ 无机沉淀 (包括二次沉淀 )★ 有机沉淀★ 应力敏感压缩岩石★ 细菌堵塞★ )水锁效应★ 贾敏效应★ 乳化堵塞★ 高粘液体损害★ )油气层损害内因1、油气藏类型2、油气层渗流空间3、油气层敏感性矿物4、油气层岩石表面性质5、气藏类型 主要为砂岩 )油气藏、 碳酸盐岩油气藏、砾岩油气藏按储集空间特点分粒间孔隙型,如砂岩油气藏 ;裂缝孔隙型,如碳酸盐岩油气藏裂缝性油气藏,如变质岩、火成岩按储层渗透性分特高渗油气藏 : K>2000500石的比表面与油气层损害的关系比表面越大,岩石孔道越小,岩石与流体接触面积越大,作用越充分,石表面性质 义及表示定义:液体在岩石表面的铺展情况 ,能铺展润湿,否则,不润湿润湿示意图 非润湿示意图润湿程度的表示 :接触角 θθ 完全润湿: θ = 0: θ 90 θ = 石表面性质 层岩石的润湿性油层岩石的润湿变化很大 :有水润湿 (亲水 )油层:亲水为主,也亲油有油润湿 (亲油 )油层:亲油为主,也亲水有中间润湿 (中性 )油层:亲油亲水程度相近3)润湿性与油气层损害的关系影响油水的微观分布影响相对渗透率大小影响油层的采收率影响毛细管力的大小和方向影响微粒的运移情况 气层流体性质 油气层损害有关的地层水性质矿化度: 地层水中的含盐量范围:几千~几十万 离子成分:阳离子: K+、 +、 阴离子: 气层流体性质 油气层损害有关的性质含蜡量,粘度,胶质、沥青质和硫含量,析蜡点,凝固点2) 与油气层损害的关系影响有机沉淀的堵塞情况引起酸渣堵塞损害引起高粘乳状液堵塞损害天然气性质1)与油气层损害有关的性质)油气层损害外因1、进入储层流体的性质2、作业或生产压差3、作业流体与地层流体的温差4、作业或生产时间5、入储层流体的性质(1)流体中固相颗粒1)固相颗粒 :有用固相、无用固相 ;2)损害类型 :堵塞孔喉 ;3)损害机理 :压力作用下 ,流体中固相进入储层 ,缩小油气层孔道半径 ,甚至堵死孔喉 ,对油气层产生损害 ;4)影响固相损害程度因素 :固相颗粒与孔喉直径匹配关系 ;施工作业参数 :压差、剪切速率和作业时间 ;5)外来固相损害特点近井地带造成较严重的损害 ;颗粒粒径小于孔径的十分之一 ,且浓度较低时 ,侵入深度大 ,损害程度可能较低 ,随时间会加大损害 ;对于中、高渗透率储层 ,尤其是裂缝性储层 ,外来固相造成的损害相对较大 )流体中滤液性质1) 流体的 机沉淀有机沉淀碱敏损害2)流体的矿化度和抑制性影响水敏损害的程度引起聚合物析出损害1、进入储层流体的性质3)流体中离子成分影响无机沉淀损害情况4)流体的粘度增加流动阻力5)它外因(1)作业或生产压差微粒运移损害压力敏感损害无机沉淀损害有机沉淀损害储层出砂和坍塌压漏地层增加损害的程度(2)作业流体与地层流体温差影响有些敏感性损害的程度影响无机沉淀的生成影响有机沉淀的生成影响细菌损害情况(3)作业或生产时间影响损害的程度(4) )气藏特殊损害★ (1)气层压力敏感性(2)气层流速敏感性★ (3)水侵损害(4) )气藏特殊损害 随着天然气的采出 ,储层的孔隙压力必然下降 ,上覆岩石压力与储层孔隙压力之间会产生更大的压差 ,该压差破坏了储层岩石原有的压力平衡 ,使储层岩石受到压缩 ,导致孔隙度和渗透率降低 (1)生产或作业负压差大小 ;(2)储层自身能量 ;(3)储层类型 ,裂缝性储层的压力敏感性比孔隙性压力敏感性强 ;(4)储层性质 ,储层渗透率越低 ,孔隙越小 ,泥质含量越高 ,压力敏感性越强 ;损害特点 :压力敏感性一旦发生 ,会带来永久性损害 ; )气藏特殊损害 与气层岩石配伍的水进入气层后引起的渗透率降低 低矿化度水 : 水锁损害 ;高矿化度水 : 水锁损害 (小孔隙 );盐结晶损害 (大孔道 );影响因素 :储层喉道大小 ;侵入水的矿化度 ;损害特点 :一旦发生 ,会对储层产生永久损害 ;)油气层损害特点● 普遍存在性存在于各个生产和作业环节存在于油井的整个寿命周期● 原因多样性同一生产或作业过程 ,存在多种损害相互联系性一种损害可加重或引起另一种损害● 具有动态性一种损害发生后会引起内因变化随生产的进行 ,内因不断变化,内因变化 ,损害机理变化● 不可逆性油气层发生损害后 ,护油气层所需资料及其取得方法(一)概述(二)室内分析资料(三))概述1、作用分析损害机理、研究保护技术和制定保护技术方案等,必须建立在大量实验分析资料和现场资料的基础上,所以,认识油气层特性的资料调研分析和室内分析化验评价是保护油气层技术研究不可缺少的重要组成部分,也是保护油气层这一系统工程的起始点。2、)室内分析资料1、定义、类型与样品要求2、储层性质资料3、)室内分析资料 型与样品要求定义 : 室内分析评价资料指地质实验室、开发实验室和储层保护研究室通过室内分析与评价所取得的资料 主要包括储层岩石矿物的组成与结构、孔渗、表面性质, 储层流体性质和储层敏感性等资料。样品要求 :代表性:样品覆盖不同层位与井段和岩性与物性配套性:做到不同的分析、评价项目进行配套取心预处理:柱塞油层样品,要洗油、)室内分析资料 布、接触关系、成分和含量粘土矿物和非粘土矿物的类型、含量和产状等,粒径小于 37μm 微粒的类型、含量和产状作用主要用于分析储层可能发生的水敏、速敏、酸敏和碱敏性的情况。取得方法铸体薄片分析、 )室内分析资料 )室内分析资料 小、分布、形状,)室内分析资料 )室内分析资料 、水的组成与性质指标作用是分析无机沉淀、有机沉淀、乳化堵塞和配置模拟实验流体不可缺少的基础资料取得方法地层水资料:水分析原油资料: 原油分析天然气资料:)室内分析资料 敏、盐敏、酸敏、碱敏、压力敏和水锁损害作用提供油气层发生敏感性的条件和损害程度是工作液设计、损害机理分析和制定保护方案的依据表征方法敏感性指数:损害前( 后( 透率差与损害前( 透率比值渗透率恢复值:损害后( 透率与损害前( 透率的百分比敏感性程度指标损害程度 敏感性指数 渗透率恢复值无 ≤ 0 . 0 5 ≥ 95弱 0 ~ 0 7 0 ~9 4中等偏弱 0 ~ 0 5 5 ~6 9中等 0 ~ 0 4 5 ~5 4中等偏强 0 ~ 0 0 ~4 4强 0 ~ 0 0 ~2 9极强 > 0 . 9 < )室内分析资料 实验设定的条件下注入各种与地层损害有关的流体,或改变渗流条件(流速、净围压等),测定岩样的渗透率及其变化,从而评价储层渗透率的损害程度。标准油藏敏感性的评价方法已建立 5358)室内分析资料 速敏性 )速敏概念生产作业过程中,流体 (地层水和油)流动引起油气层中微粒运移,并堵塞孔喉造成油气层渗透率降低的现象作用确定损害发生的临界流速和损害程度,为确定合适的注、采速度和其它敏感性实验的注入速度提供依据0204060801001200 1 2 3 4 5流量(m l / m i n )w(%))室内分析资料 水敏性 )水敏概念淡水进入油气层时,引起粘土矿物发生水化膨胀和分散运移而减小或堵塞孔喉,造成渗透率降低的现象作用确定水敏损害的程度,以便为工作液设计时是否考虑防膨措施提供依据。0204060801001200 10 20 30 40 50 60ÀÛ »ý ×¢ Èë Ìå »ý ±¶ Êý%£©×¢ Èë µ× °ã Ë® Çø ×¢ Èë ´Î µ× °ã Ë® Çø×¢ Èë Õô Áó Ë® )室内分析资料 盐敏性 )盐敏概念矿化度不同于地层水的流体进入储层后,引起粘土矿物状态发生变化,造成油气层渗透率降低的现象。作用确定盐敏损害发生的临界矿化度和盐敏损害的程度,为确定各类工作液的矿化度提供科学依据。02040608010012004000080000120000160000¿ó »¯ ¶È £¨m g / L £©w£¨%£©)室内分析资料 酸敏性 )酸敏概念储层岩石与酸液作用后产生的渗透率降低现象作用确定酸液与油气层的配伍情况及损害程度,为暂堵技术的选择和酸化作业设计提供科学的依据。0204060801001200 5 10 15 20 25 30ÀÛ »ý ×¢ Èë Ìå »ý ±¶ Êýw£¨%£©×¢ Èë ÍÁ Ëá ºó »Ö ·´)室内分析资料 碱敏性 )碱敏概念高 起渗透率降低的现象作用确定碱敏损害发生的临界 确定各类工作液的合理 04060801001207 8 9 10 11 12 13 14w(%))室内分析资料 水锁损害 )水锁损害进入产层的水相工作液段塞使储层的渗透率降低,称为油气层的水锁损害作用确定外界水相液体进入储层后产生损害的程度,为防止水锁损害的工作液设计提供依据02040608010010 20 30 40 50 60 70 80×¢ Èë ú ÓÍ Ìå »ý ( P V )o(%)×¢ Èë Ä£ Äâ µ× °ã Ë® ºó »Ö ·´)现场资料及其作用1、钻井井史报告其中与保护油气层关系比较密切的内容有井身结构、地层压力监测、取心情况、钻井液性能记录、井下复杂情况及事故的发生与处理等。其作用就是对该地区的工程情况有一个基本理解,以便进行保护油气层的钻井完井设计时进行参考。2、钻井液和完井液总结报告该资料可以对已完成井的钻井完井液使用情况获得更加全面和深入的认识,对保护油气层的钻井液完井液研究具有参考作用。3、完井地质总结报告其中对钻井完井保护油气层比较有用的部分是地层岩石岩性及其准确分层情况,以及对储层性质的描述部分。对于了解欲钻地层和储层的情况具有重要作用。)据测井解释结果与录井解释结果的不一致情况,还可以分析油气层损害情况。此外,测井解释报告中的孔隙度、含油饱和度等资料对钻井完井保护油气层也很有用。皮系数、油气层压力与温度是认识油气层损害情况和开展保护油气层工作必不可少的资料。特别是表皮系数资料和油气层温度与压力资料更为重要。井过程中的油气层损害原因及保护技术• 钻井过程中油气层损害原因• )钻井过程中油气层损害原因损害原因固 相 滤 液 负压差急剧变化与储层岩石不配伍相渗透率改变与储层流体不配伍负压差过大(中途测试或负压钻井 )引发速敏 )钻井过程中油气层损害原因影响损害程度工程因素压 差 浸泡时间 环空返速 钻井液 )钻井过程中的储层保护技术• 保护油气层钻井液技术• 护油气层钻井液技术• 保护油气层对钻井液的要求• 油气藏类型及相应的保护措施• 国内成熟的钻井液类型• ) 保护油气层对钻井液的要求• 钻井液密度可调,满足不同压力油气层近平衡压力钻井的需要;• 钻井液中固相与油气层渗流通道匹配;• 钻井液必须与油气层岩石相配伍;• 钻井液中滤液成分必须与油气层中流体相配伍。)油气藏类型及相应的保护措施储层类型 主要潜在损害 保护措施高渗透砂岩 固相损害、水敏增加体系抑制性、加入不同粒级暂堵剂、加强固控降低滤失、或采用无固相盐水体系 ;中渗透砂岩 水敏、固相损害增加体系抑制性、加入不同粒级暂堵剂、加强固控降低滤失、或采用无固相盐水体系 ;低渗透砂岩 水敏、水锁、固相损害增加体系抑制性、加入不同粒级暂堵剂、加强固控降低滤失、降低滤液的界面张力或采用加有表面活性剂的无固相盐水体系 ;)油气藏类型及相应的保护措施储层类型 主要潜在损害 保护措施特低渗透砂岩水敏、水锁增加体系抑制性、降低滤失、降低滤液的界面张力 ;较大裂缝或溶洞碳酸盐岩钻井液滤失、采用近平衡或欠平衡钻井 ;采用聚合物膨润土浆堵漏 ;微裂缝碳酸盐岩钻井液滤失、固相颗粒堵塞、用可循环泡沫、)国内成熟的钻井液类型 固相清洁盐水完井液无膨润土相聚合物钻井液低膨润土相聚合物钻井液改性钻井完井液阳离子聚合物钻井液屏蔽暂堵钻井液复合离子聚合物钻井液正电胶钻井完井液水包油钻井完井液优点:成本低、配制和维护简单、处理剂来源广、可供选择的配方多、性能容易控制和调节、)国内成熟的钻井液类型 保护储层效果好、防塌效果好、性能稳定、抗污染强缺点: 成本高、污染严重、易发生火灾、对录井有影响比较成熟的类型:)国内成熟的钻井液类型 主要应用范围:常用于低渗、低孔、强水敏性砂岩储层的取心、完井和钻井,特别适用于复杂情况的钻井。• 纯油基常用于取心和完井;• 普通油包水常用于中深井;• 抗高温高密度油包水常用于深井、超深井和复杂井;• 低毒无荧光油包水常用于对环保和录井要求严格的井 ;)国内成熟的钻井液类型 低密度、低或无失水、不易漏失、钻速高、无固相、可延长钻头使用寿命、多数耗水量低、保护储层效果很好。缺点: 所需设备和工艺复杂、不适用于高压和含硫化氢储层、不适用于深井、空气钻井易起火和爆炸,泡沫成本高比较成熟的类型:空气和雾化钻井流体 ; 泡沫钻井液 ; 充气钻井液主要应用范围:套管下到油气层顶部的低压、易漏失、强水敏和强水锁储层。空气和泡沫钻井还适用于缺水地区、长泥页岩井段、井壁稳定地层、硬石灰岩和石膏层、易漏地层的钻井。) 国内外新近发展的钻井液体系 酸盐无固相钻井液应用范围 :取代使用常规盐水钻井液的场合2)聚合醇钻井液应用范围 :造浆不严重的地层3)可循环泡沫钻井液应用范围 :与普通泡沫相同,主要用于低压油气层。) 国内外新近发展的钻井液体系 成基钻井完井液主要应用范围:特别适用于海上、滩海等环保要求严格地区钻井,大位移、大斜度和水平井等特殊井,以及地质情况复杂的探井。2)可降解暂堵钻井完井液体系特点 :碱性水基钻井液体系 ; 在井壁形成容易降解和清除的滤饼 ;3)易返排暂堵钻井完井液体系特点 :封堵渗透率范围广(几 10d) ;返排压力低(达 ;渗透率恢复值高( 86 ; 暂堵滤饼不需要破坏或用特殊溶液溶解桥堵颗粒,而是通过简单的返排流动就可以除去。护油气层钻井工艺技术(1)建立四个压力剖面,为井身结构和钻井液密度设计提供科学依据( 地层孔隙压力、破裂压力、地应力和坍塌压力 );(2)确定合理井深结构是实现近平衡钻井的基本保证;(3)实现近平衡钻井,控制油气层的压差处于安全的最低值;(4)降低浸泡时间 ;(5)搞好中途测试;(6)搞好井控、护油气层钻井工艺技术(7)欠平衡钻井技术1)欠平衡钻井保护油气层原理欠平衡钻井保护油气层将近平衡和过平衡造成的油气层损害原因排除。2)优点:★ 避免因钻井液滤失速度高而造成的细颗粒和粘土颗粒运移;★ 避免钻井液中加入的固相和地层产生的固相侵入地层;★ 在高渗层中可避免钻井液侵入;★ 避免对水相或油相敏感的地层与钻井液接触时产生影响地层渗透率的反应;★ 避免粘土水化膨胀、化学吸附、润湿性反转等一系列的物理化学反应;★ 不会产生沉淀结垢等不利的物理化学反应;★ 不存在抑制侵入深度的低渗滤饼设计问题;保护油气层钻井工艺技术3)适合欠平衡钻井的地层★ 低渗透砂岩油气藏;★ 低渗透微裂缝油气藏;★ 裂缝及溶洞油气藏;★ 过压实硬地层;★ 对水基钻井液敏感。4)欠平衡钻井液的选择★ 钻井液与地层流体的相溶性;★ 产出液对钻井液的稀释问题;★ 钻井液的粘度;★ 选择合适的钻井液密度,以便形成合理的负压差。小 节(一 )油气藏损害原因内 因油气藏类型油气层渗流空间油气层敏感性矿物油气层岩石表面性质油气层流体性质外 小 节(二 )减少油气层损害的途径 :1)与储层配伍性 (固相颗粒与储层孔喉 ;滤液与储层岩石及流体 );2)流体密度 ;3)流体滤失量 ;4)添加剂质量控制 ;5)固相含量的控制 ;6)合理配制处理剂 (顺序、溶解时间 ); 合理的压差 ;2) 缩短浸泡油气层时间 ;3) 适当的环空返速 ;4) 平稳操作 ;4. 大 家 !com
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