【文章內(nèi)容簡介】 度和高的 PH 值并可能含有分散劑和聚合物。水是就地粘土擾動和在低滲透巖石中 水堵的原因。分散劑能加劇粘土擾動或沉淀在孔隙內(nèi)。聚合物在循環(huán)靜止溫度下能分解并形成殘渣。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。在高循環(huán)鉆速下的地層均遭受低于地層溫度的濾液侵入。其所引起的冷卻將激起石蠟或瀝青質(zhì)的沉淀。水基泥漿有如此的許多缺點。但油基泥漿的問題也十分嚴重。其普遍的缺點有以下幾個：① 油基泥漿相對于水基泥漿含有更多的固相顆粒。因此，固相顆粒的侵入將更加嚴重。 ② 油基泥漿中分散的固相容易造成地層潤濕反轉(zhuǎn)，降低地層滲透率。 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穩(wěn) 定在親油孔隙介質(zhì)中已趨向形成的就地乳液。強的乳化液堵塞在砂巖地層特別是低滲透高粘土砂巖地層注水井傷害范圍及傷害程度模擬研究 7 中發(fā)生。 固井傷害 清洗液與隔離液 在注水固井過程中，第一次注水泥作業(yè)的目的在于用堅硬、致密和不滲透的水泥束密封環(huán)隙，以達到層間的完全隔離。需要將泥漿全部排出，因此，清洗液、隔離液、套管移動及紊流一般是很有效的。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。為了懸浮并攜帶泥漿顆粒和泥餅殘屑，清洗液和隔離液常含有大量分散劑。這些液體侵入泥質(zhì) 地層將導(dǎo)致附加的就地粘土運移和分散。 與鉆井相比，注水泥作業(yè)持續(xù)時間短暫。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。這并不意味著失水應(yīng)該忽略。 水泥漿 粗的水泥顆粒大小分布范圍與高效降失水劑的應(yīng)用相結(jié)合，使水泥漿顆粒及濾液侵入受到限制然而，在三種情況下滲透率傷害仍能發(fā)生。 ① 水泥漿濾液相對于高的 PH 值對地層的粘土礦物特別有害。由水泥顆粒釋放出的鈣離子與井眼附近粘土進行交換十分迅速。濾液組成改變的結(jié)果，使其成為分散性能不穩(wěn)定的液體。② 水泥濾液與富含鈣的原生水相 接觸，能引起碳酸鈣、氫氧化鈣或硅酸鈣水合物的沉淀。 ③ 超分散的水泥漿呈現(xiàn)水泥顆粒在水泥柱底部而水在頂部的急劇分散。在此情況下很容易發(fā)生自由水的大量侵入。結(jié)果可能形成顯著的水堵。 擠水泥 有研究指出，擠水泥很容易對高滲透砂巖儲層造成傷害。這可以在試井中觀察到，但未能得到科學(xué)的解釋。但是，擠水泥用高壓則已經(jīng)被認為是使地層破裂和漿液侵入的直接原因。 射孔傷害 孔眼是從地層向井筒的洗液點，在套管及射孔完井中的所有流動都必須經(jīng)過這些通道。射孔是一個附加傷害的原因。其傷害機理如下： ① 中等正壓射孔總是 壓實地層，彈片進入孔眼壁，從而降低近孔眼處的滲透西南石油大學(xué) 2020 屆（本科）畢業(yè)設(shè)計 8 率。 ② 由于液體中含有顆粒，中等正壓射孔產(chǎn)生一個相似效應(yīng)，并且在孔眼壁上形成一個致密的非滲透的餅。 ③ 不足夠的孔眼穿透度不能避免鉆井傷害。 ④ 當(dāng)欠平衡壓力被要求獲取無傷害的孔眼時，若該壓力被估計錯誤的話，將會限制傷害的消除。 ⑤ 低孔密限制流動。 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 作為不徹底孔眼清潔的結(jié)果，當(dāng)鋪置過程中為破膠的凝膠或地層顆粒引起傷害。 ③ 被防濾失材料侵入。 ④ 在充填中，地層砂和礫石 充填之間形成的螺紋涂料、油漆、銹及聚合物殘渣。 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。 ⑥ 帶縫的篩管太大。 修井傷害 修井傷害的形成原理： ① 地層巖石滲透率損壞和包括細菌和聚合物殘渣在內(nèi)懸浮固體使孔眼產(chǎn)能傷害。 ② 油濾液侵入導(dǎo)致：粘土膨脹和分散、水鎖和乳化物堵塞，及垢沉淀。 注入水傷害 儲層中的各種微粒或充填在孔壁和骨架砂的表皮上，當(dāng)水驅(qū)動流體流動時，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）及自身重力等機械力，同時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。在多孔介質(zhì)中流體粘度、流體速度越大時，微粒越容易啟動。 巖石中的空隙微粒松散的吸附在骨架砂的表面，束縛水成為保護。在低粘油流的作用下，其破壞層帶走微粒的能力較小，對儲層的傷害較小。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的剪切作用，破壞儲層的物性。對水驅(qū)產(chǎn)層而言，在邊水、注入水的指進區(qū)內(nèi)，由于微粒骨架砂表面的束縛水膜參與流動，水濕微粒由低粘單相流驅(qū)動時的不移動而變?yōu)榛煜蝌?qū)動時的易移動。當(dāng)水驅(qū)前沿到達進井區(qū)時，流速進一步增大。在進井區(qū)儲層中，大量微粒脫落、運移，沉積后形 成橋塞，從而改變儲層的物性。 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。主要表現(xiàn)在：易于形成深部傷害，傷害易于積累，一旦形成則損害難以解除。因此注水過程中的儲層保護必須以預(yù)防為主。 注入水對儲層的傷害機理主要分為以下四類： ① 注入水與儲層流體不配伍產(chǎn)生的垢沉淀堵塞地層（無機垢堵塞）； ② 注入水與儲層巖石不配伍引起的粘土礦物膨脹 /分散 /運移損害地層； ③ 注入水中懸浮物（包括系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物、細菌、乳化油滴、固相微粒等）堵塞地層； ④ 速敏性地層內(nèi)部微粒運移堵塞地層。 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。 在注水井－注水地層－生成井的很大區(qū)域內(nèi)，注入水與地層水的混合作用以及溫度、壓力等熱力學(xué)條件的變化導(dǎo)致油田不同生產(chǎn)部位存在不同類型結(jié)垢的可能性。注入水在注入井井筒流動時，雖然沒有水額混合作用發(fā)生，但隨著深度增加，溫度、壓力亦相應(yīng)升高；注入水進入油層后，由于熱擴散 、水動力擴散及巖石非均質(zhì)導(dǎo)致的分散作用，在注水井近井地帶油層中產(chǎn)生一個熱過渡帶和油層內(nèi)部某處形成一個水混合帶，隨注水的不斷進行，水混合帶向生產(chǎn)井方向推進；生產(chǎn)井近井地帶和生產(chǎn)井井筒溫度變化不大，但壓力大幅度降低。注水井溫度的不斷升高可能導(dǎo)致碳酸鈣垢的形成，但壓力增加同時又減弱了碳酸鈣結(jié)構(gòu)的趨勢；注水井近井地帶溫度的不斷升高可能導(dǎo)致碳酸鈣垢的形成；油層內(nèi)部水的混合作用也可能導(dǎo)致硫酸鈣垢的形成；生產(chǎn)井近井地帶以及井筒內(nèi)壓力的不斷降低，可能導(dǎo)致碳酸鈣的形成。 通過實驗可知：當(dāng)注入水與地層水混合時，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 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，對孔隙度的影響較小；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。 注入水中固體懸浮物堵塞地層 油田注入水中常含有大量固體懸浮物，在注水過程中，注入水中的固體懸浮物顆粒隨著注入水一起進入儲層巖石孔道，從而減小或堵塞流體的滲流通道而導(dǎo)致儲層的滲透率降低。固體顆粒對儲層造成的傷害程度與注入水中固相顆粒的粒徑和含量有關(guān) 。 Barkman 和 Davidson 以及 Abrams 的研究表明懸浮物的固相顆粒侵入儲層遵循如下規(guī)律： ① 顆粒粒徑大于地層孔喉直徑三分之一時，在地層表面形成外濾餅； ② 顆粒粒徑小于地層孔喉直徑三分之一，但大于孔喉直徑七分之一時，可侵入地層而產(chǎn)生橋堵，形成內(nèi)濾餅，造成儲層傷害； ③ 顆粒直徑小于地層孔喉七分之一時，可自由通過地層，不會對地層造成傷害。但 Eric Van Oort 等人經(jīng)過進一步深入研究認為，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。因此，為減小固相顆粒對儲層的損害，十分必要研究固相顆粒粒徑和含量對儲層損害大小的影響，為注入水水質(zhì)指標以及注入水處理提供科學(xué)的依據(jù)。 為此開展了注水井固相懸浮物傷害模擬研究。通過室內(nèi)實驗可以獲得不同滲透率油層，在不同固相顆粒直徑和濃度的水質(zhì)下不同注入孔隙度體積倍數(shù)下的滲透率傷害值。由于室內(nèi)實驗是在小巖樣上進行的，其結(jié)果不能直接用于預(yù)測注水過程礦場傷害程 度。為了將實驗結(jié)果應(yīng)用于現(xiàn)場預(yù)測，需要研究在注水過程中室內(nèi)巖樣關(guān)系的顆粒堵塞與實際地層堵塞數(shù)學(xué)模型間。室內(nèi)巖樣流動實驗可以看作線性模型，實際地層以注水井為中心，應(yīng)用徑向流模型研究顆粒堵塞作用。通過顆粒堵塞數(shù)學(xué)模型，將巖樣或地層任意位置處的孔隙度表示成不同注水時間的函數(shù)，然后應(yīng)用孔隙度和滲透率關(guān)系求的堵塞后的滲透率。 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。下面主要從 4 個方面來敘述其傷害機理。 （ 1）水敏性損害。若進入儲層的外來流體與儲層中的水敏礦物不配伍時，將會引起這 類礦物水化膨脹、分散或脫落，導(dǎo)致儲層滲透率下降。儲層水敏性損害的規(guī)律有： ① 當(dāng)儲層物性相似時，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，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； ④ 在外來流體礦化度相同的情況下，外來流體中含高價陽離子的成分越多，引起儲層水敏性損害的程度越弱。 （ 2）堿敏性損害。高 PH 值的外來液體侵入儲層時，與其中的堿敏性礦物發(fā)生反應(yīng)造成分散、脫落、新的硅酸鹽沉淀和硅凝膠體生成，導(dǎo)致儲層滲透 率下降。儲層產(chǎn)生堿敏性損害的原因為： ① 粘土礦物的硅氧八面體的堿性溶液作用下，使粘土表面的負電荷增多，導(dǎo)致晶層間斥力增加，促進水化分散。 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。 （ 3）酸敏性損害。儲層酸化處理后，釋放大量微粒，礦物溶解釋放的離子還可能再次生成沉淀，這些微粒和沉淀將堵塞儲層的孔道導(dǎo)致儲層滲透率的降低。造成酸敏性損害的無機沉淀和凝膠體有：氫氧化鐵、氫氧化亞鐵、氟化鈣、氟化鎂、氟硅酸鹽沉淀以及硅酸凝膠。 （ 4）巖石由水潤濕變成 油潤濕損害。巖石由水潤濕變成油潤濕后，造成的后果有：原油原來占據(jù)孔隙中間部分變成小孔隙角和吸附顆粒表面，大大地減少了油額流道，使毛細管力由原來的驅(qū)油動力變?yōu)轵?qū)油阻力。水潤濕儲層轉(zhuǎn)變?yōu)橛蜐櫇駜雍?，可使油相滲透率降低 15%— 85%。 速敏性地層內(nèi)部微粒運移堵塞地層 Cariel 和 Lnamdar 通過流動實驗觀察到，與儲層巖石配伍的流體在其流速高于臨界流速時，滲透率持續(xù)下降，這種現(xiàn)象被稱為儲層流速敏感。在注水作用中，流體在油氣層中流動時，引起油氣層中微粒運移并堵塞孔喉，造成油氣層滲透率下降。對于不同的 油氣層，由其中微粒運移造成的損害，主要于流體流動的速度有關(guān)。 西南石油大學(xué) 2020 屆（本科）畢業(yè)設(shè)計 12 從中外許多學(xué)者專家的對儲層巖石速敏性研究研究可得： ① 儲層速敏性傷害的機理是儲層微粒運移。對一定的儲層存在一臨界速度，當(dāng)注水速度超過此值時，將引起微粒運移而使儲層滲透率下降。 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，將使微粒從巖石表面脫落，隨水動力運移而造成地層傷害。 ③ 地層微粒的運移，不僅僅局限于粘土礦物微粒，石英和非粘土礦物微粒運移也是造成地層傷害的因素。 ④ 對于一定的儲層，流體類型不同，其臨界流 速也不相同。 ⑤ 流速的改變引起微粒運移而造成的地層傷害是不可恢復(fù)的。 注水井傷害范圍及傷害程度模擬研究 13 3. 注水井傷害的評價方法 注水井四性變化 根據(jù)以上論述的注水井傷害機理，不難發(fā)現(xiàn)造成注水井地層的傷害的因素是多方面的。而且，傷害的程度有大有小，有的是通過補救措施補救的，而有的是永久的。下面就傷害造成的注水井地層四性變化來進行分類敘述。 儲層的物性變化 不同巖性物性變化很大，即使用同種巖性物性變化也很大，統(tǒng)計資料表明，儲層的孔隙度、滲透率由較規(guī)則的正態(tài)分布變?yōu)椴灰?guī)則的雙峰狀分布，分布范圍增大，好層與差層的滲透率極差 增大，層間矛盾進一步增大。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。而一些差的儲層孔隙大小一般很少發(fā)生變化，甚至優(yōu)于水敏性使?jié)B透率降低，結(jié)果是好層更好，差層更差，從而增大了層間的滲透率極差，層間矛盾加劇。 儲層的電性變化 電性參數(shù)主要是指自然電位、自然伽馬、聲波時差。對比發(fā)現(xiàn)儲層巖電性的關(guān)系與開發(fā)初期基本相似，僅自然電位、自然伽馬對巖性參數(shù)的影響較大；這主要于注入 水的儲層的長期沖刷，使儲層中粘土礦物的結(jié)構(gòu)和分布發(fā)生變化有關(guān)。 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，微粒較細的巖石含油性差，如含礫細砂巖、細砂巖、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。另外，同一巖性常常對應(yīng)不同的含油級別，如粉砂巖的含油性好中差都可以在同一巖芯中看到。 儲層的潤濕性變化