【正文】 （ ） 井斜擬表皮系數(shù)： 10 0lg56)41(39。它是總表皮系數(shù)減去其他各種引起偏離理想井的擬表皮系數(shù)之和。 模型算法 用牛頓迭代法解方程，令： )(l n)()()ln()( 00 dwsrr rwwssiwwswis SrrKKrr rEKKrr rErf ws s ????????? ?? （ ） 則： )/(ln)( l n1)()(39。 注水井傷害范圍及傷害程度模擬研究 29 KS— 傷害區(qū)滲透率， D； K0— 未受傷害區(qū)滲透率， D； Kw— 井筒滲透率， D； Sd— 真表皮系數(shù)，無因次； rw— 井筒半徑， m； rs— 傷害半徑。 ,1, nsnsnsns rf rfrr ??? （ ） 當(dāng)滿足 ,1, ??? nsns rr 時(shí)，迭代停止。 S— 總表皮系數(shù)，無因次； Sd— 真表皮系數(shù)，無因次； Spt— 局部打開表皮系數(shù)，無因次； Stu— 非達(dá)西擬表皮系數(shù)，無因次； Sb— 流度變化擬表皮系數(shù)，無因次； Sθ— 井斜擬表皮 系數(shù)，無因次； SPF— 射孔擬表皮系數(shù)，無因次； hp— 打開厚度， m； hD— 無因次地層厚度； rw— 井筒半徑， m； θw— 實(shí)際井斜角度； Kv— 儲層垂向滲透率， D； Kh— 儲層水平滲透率， D； D— 非達(dá)西流因子， D/m3； Q— 流體流量， m3/d； M— 外區(qū)與內(nèi)區(qū)流度比， DmPa1s； rb— 流度變化區(qū)（內(nèi)區(qū)）的半徑， m； Sp— 射孔孔眼擬表皮系數(shù)，無因次； 注水井傷害范圍及傷害程度模擬研究 27 SG— 射孔充填線性流表皮系數(shù)，無因次； Sdp— 壓實(shí)帶擬表皮系數(shù)，無因次； 指數(shù)模型的建立 在建立模型之前做如下假設(shè)： ① 地質(zhì)模型 分為傷 害區(qū)和未傷害區(qū)， 如圖 ； ② 沿徑向 傷害區(qū) 的滲透率按指數(shù)規(guī)律遞減； ② 滲透率變化如圖 ，可能會出現(xiàn)兩種指數(shù)情形。DWW hS ?????????? ??? （ ） 其中： 西南石油大學(xué) 2020 屆（本科）畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 ????????? ?WVW KK ?? tantan 139。所以需要對總表皮系數(shù)進(jìn)行分 解，求取真實(shí)表皮系數(shù)，才能用于注水井傷害評價(jià)。用隱式壓力、顯式飽和度、隱式濃度方法把偏微分方程及定解條件離散成便于求解的差分方程組，然后求解。 ? ?300 /)1(/ ??fDfKK ??? （ ） 西南石油大學(xué) 2020 屆（本科）畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 式中， D 為已堵塞孔隙允許流體滲流的常數(shù)； f 為流動效率因子，從如下經(jīng)驗(yàn)公式求得： plf ???1 式中 l 為常數(shù)。但如果水相流動速度過大 ，超過某一臨界值后，則部分已沉積的顆粒又會被挾帶運(yùn)移，所以表面沉積速率方程為 ? pwcrwdpwCAUUUBCAUdt )( ??????? （ ） 當(dāng) Uw≦ Ucr時(shí)取上式式，當(dāng) UwUc取下式。 考慮到注水過程中顆粒在 孔隙中沉積及孔喉出堵塞造成滲流面積減小、滲流速度增大，致使流體滲流會偏離達(dá)西定律。 注入水 固相顆粒傷害 模型 注入水中懸浮物堵塞地層地質(zhì)模型如圖 。此種方法簡單，但準(zhǔn) 確度較低。然后對不同傷害因素傷害評價(jià)參數(shù)進(jìn)行綜合整理，從整體上評價(jià)傷害程度和傷害范圍。假設(shè)液體和顆粒有恒定的物理特質(zhì)，孔隙介質(zhì)不可壓縮、均質(zhì)且各向同性，堵塞路徑與未堵塞路徑的互連路徑之間的水力連通，因此流過堵塞和未堵塞路徑的懸浮液的顆粒濃度與壓力梯度相等。在這種情況下，流體轉(zhuǎn)向可通過的路徑，直至無路可通。而嚴(yán)重彎曲和直徑變化劇烈的通道認(rèn)為是堵塞的。設(shè)想，孔隙介質(zhì)中的粘土膨脹性粘土?xí)蛎?，致使孔隙度降低，直至他們被流動懸浮液帶走。由于從孔隙表面移動和?qū)掃效率不同，將暴露于孔隙中內(nèi)源顆粒分為兩種：全膨脹類和全不膨脹類。過一薄片的顆粒質(zhì)量守恒為 : ? ?? ? 0)()(/ ????? ?inpfoutpfjpppf qqmmALdtd ???? （ ） 再假設(shè)流動相攜帶顆粒的速率由膠體力和流動動力兩種方式引起，孔喉處的顆粒捕獲速率與流動相的顆粒濃度成正比。假設(shè)這些隔艙的內(nèi)含物充分混合。假設(shè)孔隙表面顆粒的滯留速率與流動相中顆粒質(zhì)量濃度成正比。如圖 所示，當(dāng)高濃度懸浮顆粒（大小大于孔喉尺寸）注入巖心中時(shí)，在巖心入口面附近會發(fā)生孔隙充填。在這種情況下，任一時(shí)刻開啟的流管數(shù) Nnp與現(xiàn)有流管總數(shù) Np 相等。用 Nnp 表示任一給定時(shí)未堵塞管子的數(shù)目， Np 表示被堵塞的管子數(shù)。 薄片模型 模型的建立 （ 1） Wojtanowicz 等人（ 1987， 1988）研究了一孔隙介質(zhì)的切片，并分析了各種地層傷害機(jī)理，認(rèn)為在某一條件下以一種機(jī)理為主。 32/1001 ???????? ?????????? ??KK () ??? ?? 0 該方程考慮沉積作用造成的孔隙度減小， ε 為沉積物占的總孔隙介質(zhì)體積分?jǐn)?shù)。該模型又 是根據(jù)孔隙介質(zhì)中流體流動與通過一束迂曲毛細(xì)管層流之間的類比得出的。動態(tài)關(guān)系則考慮的是地層傷害過程中因巖石 — 流體的相互作用而遭受蝕變的孔隙介質(zhì)，因此，最適合于地層傷害的預(yù)測。 注水井傷害是指由于油藏注水開發(fā)致使多孔介質(zhì)地層發(fā)生不同物理化學(xué)反應(yīng)過程，進(jìn)而使地層滲透率降低，最終使生產(chǎn)井產(chǎn)能和注水井注入能力下降。 通 過 實(shí) 例 分 析 表明 地 層 傷 害程 度 的 定 量分 析 是 十 分 有 效的 。當(dāng)前，被廣泛應(yīng)用的評價(jià)參數(shù)有：表皮系數(shù)、附加壓降、污染系數(shù)、堵塞比等。 儲層的含油性變化 通過巖芯的觀察，可以看出微粒較粗的巖石含油性好，微粒較細(xì)的巖石含油性差，如含礫細(xì)砂巖、細(xì)砂巖、含礫粉砂巖等大多為油侵，泥質(zhì)粉砂巖主要以油跡、油斑為主。主要是由于注水開發(fā)后，巖石膠結(jié)較為松散，膠結(jié)物很少，薄片中的微量呈點(diǎn)狀接觸，甚至呈懸浮狀接觸，孔隙結(jié)構(gòu)的變化使好的儲層在注水開發(fā)過程中滲透率大幅度增大，從而加劇了注入水的水竄。 注水井傷害范圍及傷害程度模擬研究 13 3. 注水井傷害的評價(jià)方法 注水井四性變化 根據(jù)以上論述的注水井傷害機(jī)理，不難發(fā)現(xiàn)造成注水井地層的傷害的因素是多方面的。 ② 從力學(xué)上分析，流速增大，水動力增大，當(dāng)水動力大于微粒的范德華陰歷和雙電層斥力之和時(shí)，將使微粒從巖石表面脫落，隨水動力運(yùn)移而造成地層傷害。在注水作用中，流體在油氣層中流動時(shí)，引起油氣層中微粒運(yùn)移并堵塞孔喉，造成油氣層滲透率下降。 （ 4）巖石由水潤濕變成 油潤濕損害。 ② 隱晶質(zhì)石英和蛋白質(zhì)等較易與氫氧化物反應(yīng)生成不可溶性硅酸鹽，這種硅酸鹽可在適當(dāng)?shù)?PH 值范圍內(nèi)形成硅凝膠而堵塞孔道。儲層水敏性損害的規(guī)律有： ① 當(dāng)儲層物性相似時(shí)，儲層中水敏礦物含量越多，水敏性損害越大；② 當(dāng)儲層中水敏性礦物含量及存在狀態(tài)均相似時(shí)，高滲透儲層的水敏性損害比低滲透儲層的水敏性損害要低； ③ 外來流體的礦化 ① 度越低，引起儲層的水敏性損害越強(qiáng)； ④ 在外來流體礦化度相同的情況下，外來流體中含高價(jià)陽離子的成分越多，引起儲層水敏性損害的程度越弱。 注入水與儲層巖石不配伍 注水井傷害范圍及傷害程度模擬研究 11 注入流體與儲層巖石不配伍同樣會造成地層傷害。由于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)是在小巖樣上進(jìn)行的，其結(jié)果不能直接用于預(yù)測注水過程礦場傷害程 度。但 Eric Van Oort 等人經(jīng)過進(jìn)一步深入研究認(rèn)為，上訴規(guī)律只有在液體流動速度超過 10cm/min 的條件下才是正確的，在液體流速較低（小于 2cm/min）的時(shí)候，顆粒直徑在孔喉直徑三分之 一到四分之一的范圍內(nèi)，仍然會在地層內(nèi)橋堵而形成內(nèi)濾餅，而有天固相顆粒真正可以在較低流速下自由通過地層而不造成損害，可能是那些直徑大于孔喉直徑十四分之一的微粒。 通過實(shí)驗(yàn)可知：當(dāng)注入水與地層水混合時(shí)，在較高地層溫度下 ，由于離子平西南石油大學(xué) 2020 屆（本科）畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 衡被破壞以及水的混合作用將產(chǎn)生結(jié)垢；油層孔隙內(nèi)結(jié)垢對儲層的滲透率有一定影響，對孔隙度的影響較??；油層內(nèi)結(jié)垢，使大孔徑孔隙數(shù)量減小，小孔徑數(shù)量增加；油層孔隙內(nèi)結(jié)垢程度較弱，但是對地層的傷害卻不容忽視，滲透率越低，傷害程度越大。 注入水與儲 層流體不配伍 注水過程中，外來流體所含流體進(jìn)入油氣層后，層內(nèi)的原始沉淀－溶解平衡被破壞而生成的、沉淀，使儲層結(jié)垢；如果進(jìn)入儲層流體不配伍，或地層溫度，壓力變化了，也有可能、引起有害的物理化學(xué)反應(yīng)，生成垢物質(zhì)，儲層孔隙內(nèi)結(jié)垢是引起注水井傷害的原因之一。 由于注水過程是長期行為，與常規(guī)的鉆井完井過程中的傷害相比，有它的一定特殊性。但在高粘油流注水井傷害范圍及傷害程度模擬研究 9 的作用下，由于油流對束縛水膜形成較強(qiáng)的剪切作用，破壞儲層的物性。 注入水傷害 儲層中的各種微?；虺涮钤诳妆诤凸羌苌暗谋砥ど希?dāng)水驅(qū)動流體流動時(shí)，微粒受到水動力（分解為水平方向的推力、垂直方向的舉升力）及自身重力等機(jī)械力，同時(shí)還受到范德力以及帶電微粒表面存在雙層斥力 等化學(xué)力的雙重作用，并發(fā)生遷移。 ⑤ 在生產(chǎn)過程中不適當(dāng)?shù)牡[石尺寸，導(dǎo)致礫石充填被地層顆粒侵入。 礫石充填傷害 礫石充填傷害的主要來源有： ① 在壓力起伏的過程中，礫石充填的不合理的鋪置。 ② 由于液體中含有顆粒，中等正壓射孔產(chǎn)生一個(gè)相似效應(yīng)，并且在孔眼壁上形成一個(gè)致密的非滲透的餅。但是，擠水泥用高壓則已經(jīng)被認(rèn)為是使地層破裂和漿液侵入的直接原因。在此情況下很容易發(fā)生自由水的大量侵入。由水泥顆粒釋放出的鈣離子與井眼附近粘土進(jìn)行交換十分迅速。隔離液濾液或水泥漿濾液的最大侵入深度是幾英寸，與幾英尺的泥漿濾液侵入相比可以忽略。在排出泥漿的過程中濾餅可能被部分破壞，若水泥預(yù)沖洗液失水性不好，地層巖石將受到濾液侵入高壓差下此侵入會增加。 ③ 油基泥漿中用以穩(wěn)定油包水乳化泥漿的陽離子乳化劑同時(shí)穩(wěn) 定在親油孔隙介質(zhì)中已趨向形成的就地乳液。但油基泥漿的問題也十分嚴(yán)重。高鹽度的水基泥漿能產(chǎn)生于地層鹽水反應(yīng)的濾液，沉淀出各種類型的鹽垢。 水基泥漿濾液可能具有低鹽度和高的 PH 值并可能含有分散劑和聚合物。當(dāng)這些條件滿足后，由于不利的鉆井工藝過程造成高的泥漿濾餅滲透率、高的過平衡、地層與泥漿接觸時(shí)間過長，最終迫使鉆井液泥漿侵入地層。 ④ 低鉆速使濾餅破壞并延長地層與鉆井液的接觸時(shí)間。此類傷害造成的傷害范圍主要是在井眼周圍幾英寸，但滲透率的降低值可高達(dá)百分之九十以上。本部分主要按照一口注水井的生命周期來敘述產(chǎn)生的地層傷害各機(jī)理。 ③ .對某一種機(jī)理建立注水井傷害程度和傷害范圍模擬模型。其具體方法如下① 利用生產(chǎn)動態(tài)資料求解總表皮系數(shù)； ② 計(jì)算全井及層段完井程度表皮系數(shù) SPF；③ 計(jì)算全井及層段完井性質(zhì)表皮系數(shù) SPT； ④ 計(jì)算純污染總表皮系數(shù) Sd ； ⑤ 計(jì)算純污染總表皮系數(shù) Sd 和擬表皮系數(shù)在總表皮系數(shù)中的權(quán)數(shù)，考察純傷害對總表皮系數(shù)的貢獻(xiàn) ⑥ 計(jì)算分項(xiàng)傷害因素造成的表皮系數(shù)和傷害范圍；利用通過數(shù)學(xué)模擬研究所建立的各種傷害因素的傷害數(shù)學(xué)模型評價(jià)分項(xiàng)傷害的傷害程度和傷害范圍。 （ 1）試井資料擬合分析 傳統(tǒng)傷害試井評價(jià)即通過試井資料分析求取注水井傷害參數(shù)。 （ 4）考慮粘土質(zhì)地層膨脹和內(nèi)源、外源顆粒的模型（ Civan 等 1989， Ohen 和Civan 1991,1993）。但由于與孔喉尺寸相當(dāng)或大于孔喉的顆粒會被俘獲在孔隙介質(zhì)內(nèi)，所以離開隔艙液流中的顆粒濃度應(yīng)是隔艙內(nèi)流體濃度的分?jǐn)?shù)，用顆粒傳輸效率因子表示。通 過物理模型的建立，計(jì)算顆粒濃度與孔隙度與時(shí)間關(guān)系。 基礎(chǔ)模型 為了求得傷害評價(jià)參數(shù)，需要建立微 觀基礎(chǔ)傷害模型，為實(shí)際地層傷害宏觀評價(jià)打下基礎(chǔ)。現(xiàn)有的定量分析污染程度的最簡單、最流行的方法就是表皮系數(shù)法。 注水井傷害評價(jià)參數(shù) 注水井傷害程度和傷害范圍是相互聯(lián)系的、相互影響的。 綜上，進(jìn)行注水井傷害范圍及傷害程度進(jìn)行模擬研究是非常重要的！ 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 注水井 傷害來源和分類 通過文獻(xiàn)調(diào)研，對于注水井傷害機(jī)理分類，不同的專家有不同的分類方法，但都大同小異，本質(zhì)一樣。綜上，求解注水井傷害的三大評價(jià)參數(shù)的主要思路是：先按照注水井傷害原理建立較為準(zhǔn)確的模型并取得描述模型的方程，再運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程計(jì)算解出方程，即可以得到傷害半徑和傷害范 圍。為了求得以上三大參數(shù)，需要根據(jù)實(shí)際受傷害地層地質(zhì)模型建立數(shù)學(xué)模型。所以，我們就就需要對注水井地層傷害做出預(yù)測，打下牢固的基礎(chǔ)。 無論是工作中還是經(jīng)濟(jì)上 ，地層傷害都是不受歡迎的。 但注水會產(chǎn)生新的不利因素：由于工程因素，建設(shè)注水井的過程中可能會由于鉆井、固井射孔等污染地層；注水井投入生產(chǎn)中，又會由于工程或自然的因素致使注入水與儲層流體不配伍產(chǎn)生的垢沉淀堵塞地層、注入水與儲