保護(hù)油氣層技術(shù)

保護(hù)油氣層技術(shù)〔徐同臺(tái)、趙敏、熊友明等編〕目錄第一章緒論……………………〔１〕第一節(jié)保護(hù)油氣層的重要性及主要內(nèi)容…〔２〕第二節(jié)保護(hù)油氣層技術(shù)的特點(diǎn)與思路……〔６〕第二章巖心分析……………〔１０〕第一節(jié)巖心分析概述……〔１０〕第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用……………〔１４〕第三章油氣層損害的室內(nèi)評價(jià)……………〔２９〕第一節(jié)概述………………〔２９〕第二節(jié)油氣層敏感性評價(jià)………………〔３０〕第三節(jié)工作液對油氣層的損害評價(jià)……〔４０〕第四節(jié)儲(chǔ)層敏感性預(yù)測技術(shù)……………〔４４〕第四章油氣層損害機(jī)理……〔４９〕第一節(jié)油氣層潛在損害因素……………〔５０〕第二節(jié)外因作用下引起的油氣層損害…〔５５〕第五章鉆井過程中的保護(hù)油氣層技術(shù)……〔６８〕第一節(jié)鉆井過程中造成油氣層損害原因分析…………〔６８〕第二節(jié)保護(hù)油氣層的鉆井液技術(shù)………〔７３〕第三節(jié)保護(hù)油氣層的鉆井工藝技術(shù)……〔９０〕第四節(jié)保護(hù)油氣層的固井技術(shù)………〔１００〕第六章完井過程中的保護(hù)油氣層技術(shù)……〔１０７〕第一節(jié)完井方式概述……〔１０７〕第二節(jié)射孔完井的保護(hù)油氣層技術(shù)……〔１１１〕第三節(jié)防砂完井的保護(hù)油氣層技術(shù)……〔１２５〕試油過程中的保護(hù)油氣層技術(shù)…〔１４０〕第七章油氣田開發(fā)生產(chǎn)中的保護(hù)油氣層技術(shù)……………〔１４３〕第一節(jié)概述………………〔１４３〕第二節(jié)采油過程中的保護(hù)油氣層技術(shù)…〔１４７〕第三節(jié)注水中的保護(hù)油氣層技術(shù)………〔１４９〕第四節(jié)增產(chǎn)作業(yè)中的保護(hù)油氣層技術(shù)…〔１５６〕第五節(jié)修井作業(yè)中保護(hù)油氣層技術(shù)……〔１６４〕第六節(jié)提高采收率中的保護(hù)油氣層技術(shù)………………〔１６８〕第八章油氣層損害的礦場評價(jià)技術(shù)………〔１７５〕第一節(jié)油氣層損害的礦場評價(jià)方法……〔１７５〕第二節(jié)油氣層損害的評價(jià)參數(shù)…………〔１８１〕第三節(jié)油氣層損害的測井評價(jià)…………〔１８６〕第九章國外保護(hù)油氣層技術(shù)開展動(dòng)向……〔１９８〕參考文獻(xiàn)………〔２１３〕張紹槐，羅平亞．保護(hù)儲(chǔ)集層技術(shù)．北京：石油工業(yè)出鐘松定，張人和，樊世忠．油氣層保護(hù)技術(shù)及其礦場管理實(shí)例．北京：石油工業(yè)出版社，1999第一章緒論在鉆井、完井、井下作業(yè)及油氣田開采全過程中，造成油氣層滲透率下降的現(xiàn)象通稱為油氣層損害。油氣層損害的實(shí)質(zhì)包括絕對滲透率下降和相對滲透率下降。我國石油工作者早在５０年代就開始注意到此問題，川中會(huì)戰(zhàn)時(shí)，就提出鉆井液密度不宜過高，以免壓死油氣層。６０年代大慶會(huì)戰(zhàn)時(shí)，為了減少對近井地帶的油氣層損害，對鉆開油氣層鉆井液的密度和濾失量也提出了嚴(yán)格要求。70年代，國外開始從分析油氣層巖心入手來研究油氣損害的機(jī)理和防治措施，并將試驗(yàn)室研究成果應(yīng)用于油氣田鉆井、完井和開發(fā)方案的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)實(shí)踐中，形成了保護(hù)油氣層的系列技術(shù)。長慶油田在70年代開始進(jìn)行了巖心分析和敏感性分析，但由于受到儀器與技術(shù)條件限制，再進(jìn)一步深入下去有困難。直到80年代，在引進(jìn)國外保護(hù)油氣層技術(shù)的根底上，我國才全面開展了保護(hù)油氣層技術(shù)的研究工作，并在“七五〞期間將保護(hù)油氣層鉆井完井技術(shù)列為國家重點(diǎn)攻關(guān)工程，原中國石油工業(yè)部科技司、開發(fā)司、鉆井司共同組織遼河、華北、長慶、四川、中原等五個(gè)油田和石油大學(xué)、西南石油學(xué)院、江漢石油學(xué)院、石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院、工程技術(shù)研究所等單位共同進(jìn)行攻關(guān)，使我國保護(hù)油氣層技術(shù)不僅在理論研究上，而且在生產(chǎn)實(shí)踐中均取得較大進(jìn)展，形成了適合我國的保護(hù)油氣層系列技術(shù)?！鞍宋濞暺陂g，此項(xiàng)技術(shù)得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用和開展，并取得較好的效果。第一節(jié)保護(hù)油氣層的重要性及主要內(nèi)容一、保護(hù)油氣層的重要性保護(hù)油氣層是石油勘探開發(fā)過程中的重要技術(shù)措施之一，此項(xiàng)工作的好壞直接關(guān)系到勘探、開發(fā)的效果。保護(hù)油氣層的重要性有以下幾方面。１．勘探過程中，保護(hù)油氣層工作的好壞直接關(guān)系到能否及時(shí)發(fā)現(xiàn)新的油氣層、油氣田和對儲(chǔ)量的正確評價(jià)探井鉆井完井過程中，如沒有采取有效的保護(hù)油氣層措施，油氣層就可能受到嚴(yán)重?fù)p害，使一些有希望的油氣層被誤判為干層或不具有工業(yè)價(jià)值，延誤新的油氣田或油氣層的發(fā)現(xiàn)。例如遼河榮興油田，1980年之前先后鉆了９口探井，均因油氣層受到損害而誤判為沒有工業(yè)價(jià)值。1989年，重新鉆探此構(gòu)造，采用保護(hù)油氣層配套技術(shù)，所鉆17口井均獲得工業(yè)油流，鉆探結(jié)果新增含油氣面積18.5ｋｍ２，探明原油儲(chǔ)量上千萬噸，天然氣幾十億立方米。此外，在鉆井完井過程中，如果油氣層受到鉆井液、完井液的損害，往往會(huì)影響測井資料與試油結(jié)果對油氣層滲透率、孔隙度、油水飽和度等參數(shù)的正確解釋，從而影響油氣層的判別，有時(shí)誤把油氣層判斷為水層，從而影響油氣儲(chǔ)量的正確計(jì)算。例如華北油田岔37井，見圖１－１。該井的16層，井深2689．２～2695ｍ，電測解釋為水層。射孔試油過程中排出鉆井液濾液59m3后才出純油，試油結(jié)果日產(chǎn)油16.5ｔ。該井的第19層，井深２８０１～２８１０ｍ，電測解釋也是水層。射孔試油過程中排出鉆井液３７ｍ３后根本上出純油，日產(chǎn)油11.7ｔ，水1.4ｍ３，結(jié)論為含水油層。又如新疆夏子街油田，勘探初期采用普通鉆井液鉆進(jìn)，油井產(chǎn)量較低，僅３～６ｔ／ｄ。該油田投入開發(fā)時(shí)，采用與油氣層特性相匹配的低密度兩性離子聚合物水包油屏蔽暫堵鉆井液鉆井油層，完井后采用壓裂投產(chǎn)，日產(chǎn)油一般為８～９ｔ，最高達(dá)２４ｔ／ｄ。儲(chǔ)層級別從三類提高至二類。２．保護(hù)油氣層有利于油氣井產(chǎn)量及油氣田開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益的提高保護(hù)油氣層配套技術(shù)在鉆井完井過程中應(yīng)用，可減少對油氣層的損害，從而提高油氣井產(chǎn)量。“七五〞期間，我國在中原、遼河、華北、長慶等油區(qū)的13個(gè)油田試驗(yàn)此項(xiàng)配套技術(shù)，油氣井產(chǎn)量普遍有所提高。1993年，屏蔽暫堵鉆井液在13個(gè)油區(qū)1383口井上推廣應(yīng)用，油井產(chǎn)量亦得到較大幅度的提高。對于一個(gè)新投產(chǎn)的油田，進(jìn)行鉆井與開發(fā)方案總體設(shè)計(jì)時(shí)，能否按系統(tǒng)工程配套地應(yīng)用保護(hù)油氣層技術(shù)，直接影響該油田的經(jīng)濟(jì)效益。如吐哈溫米油田是一個(gè)低滲油田，依據(jù)開發(fā)方案設(shè)計(jì)，完井后需采用壓裂投產(chǎn)。但該油田所鉆的167口開發(fā)井，從鉆井到完井投產(chǎn)，全面推廣應(yīng)用與該油田油層特性相配伍的保護(hù)油層技術(shù)，射孔后全部井自噴投產(chǎn)，單井產(chǎn)量比原開發(fā)方案中設(shè)計(jì)產(chǎn)量提高２０％～３０％。為了減少對油層的損害，該油田鉆井時(shí)采取屏蔽暫堵鉆井液技術(shù)，每口井鉆井液費(fèi)用僅增加10000元。老油田鉆調(diào)整井時(shí)，采用保護(hù)油氣層技術(shù)，同樣可以收到較好的效果。例如遼河沈95塊是低滲透油田，注水井注水見效慢，在2000ｍ處，地層孔隙壓力系數(shù)因注水影響而超過上覆巖層的壓力梯度，造成地層蠕變，并使局部地層蹩高壓，形成了多套壓力層系，給該區(qū)塊鉆調(diào)整井施工帶來極大困難。1991年所鉆２口井，鉆井液密度高達(dá)1.74ｇ/cm3，在該井局部低壓滲透層處形成高壓差，造成壓差卡鉆而報(bào)廢。1993年，該區(qū)塊需鉆27口調(diào)整井，遼河油田按照保護(hù)油氣層系統(tǒng)工程優(yōu)選各項(xiàng)技術(shù)措施。為了減少對油氣層的損害，決定在該區(qū)塊調(diào)整井施工前４個(gè)月，整個(gè)區(qū)塊停注泄壓，降低高壓層壓力。鉆進(jìn)時(shí)，鉆井液密度降為1.26～1.28g/cm3，大大降低了壓差引起的油氣層損害問題，并采用低損害優(yōu)質(zhì)鉆井液和射孔液以及與之相匹配的各項(xiàng)保護(hù)油氣層技術(shù)措施，順利鉆穿了沙三段目的層。由于降低了鉆井液密度而減少井下復(fù)雜情況，提高了機(jī)械鉆速，鉆井費(fèi)用比投標(biāo)節(jié)約934萬元。更為突出的效益是油井投產(chǎn)后平均日產(chǎn)油達(dá)14t，比該區(qū)老井平均日產(chǎn)油8t提高81.25%。３．油田開發(fā)生產(chǎn)各項(xiàng)作業(yè)中，搞好保護(hù)油氣層有利于油氣井的穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)在油氣開采的漫長過程中，各項(xiàng)生產(chǎn)作業(yè)對油氣層的損害不僅會(huì)發(fā)生在近井地帶，往往還涉及到油氣層深部，影響油氣井的穩(wěn)產(chǎn)。例如，北美州阿拉斯加普魯?shù)禄魹秤吞铮懂a(chǎn)后６個(gè)月發(fā)現(xiàn)局部油井的年產(chǎn)量以50%-70%快速遞減。分析其原因是射孔和修井時(shí)采用了氯化鈣鹽水作為射孔液和壓井液，由于氯化鈣與油氣層中的地層水發(fā)生作用形成水垢堵塞油層，引起油井產(chǎn)量急劇下降。我國局部油田在開采過程中也出現(xiàn)過油井產(chǎn)量在壓井作業(yè)后下降，表皮系數(shù)上升的現(xiàn)象。如某井在完井測試時(shí)表皮系數(shù)為1.78；再次進(jìn)行井下作業(yè)時(shí)，采用鹽水壓井，然后再次測試，表皮系數(shù)增加為5.72。增產(chǎn)、注水和熱采作業(yè)中，如果油氣層受到損害就會(huì)影響增產(chǎn)效果。例如，對強(qiáng)酸敏油氣層采用無防止酸敏損害的酸化作業(yè)，其結(jié)果非但沒增產(chǎn)反而減產(chǎn)。對于水敏油層，假設(shè)注水時(shí)沒有采用防水敏措施，那么隨著注水工作的進(jìn)行，注水壓力會(huì)不斷升高，吸水指數(shù)不斷下降，最終達(dá)不到配注要求?？傊?，在油田開發(fā)生產(chǎn)的每一項(xiàng)作業(yè)中，搞好保護(hù)油氣層工作將有利于油井穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)少投入多產(chǎn)出，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。二、保護(hù)油氣層技術(shù)的主要內(nèi)容保護(hù)油氣層技術(shù)主要包括以下八方面內(nèi)容：〔１〕巖心分析、油氣水分析和測試技術(shù)；〔２〕油氣層敏感性和工作液損害室內(nèi)評價(jià)試驗(yàn)技術(shù)；〔３〕油氣層損害機(jī)理研究和保護(hù)油氣層技術(shù)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)；〔４〕鉆井過程中油氣層損害因素和保護(hù)油氣層技術(shù)；〔５〕完井過程中油氣層損害因素和保護(hù)油氣層及解堵技術(shù)；〔６〕油氣田開發(fā)生產(chǎn)中的油氣層損害因素和保護(hù)油氣層技術(shù)；〔７〕油氣層損害現(xiàn)場診斷和礦場評價(jià)技術(shù)；〔８〕保護(hù)油氣層總體效果評價(jià)和經(jīng)濟(jì)效益綜合分析技術(shù)。上述八方面內(nèi)容構(gòu)成一項(xiàng)配套系統(tǒng)工程，每項(xiàng)內(nèi)容是獨(dú)立的，但彼此又是相關(guān)聯(lián)的。第二節(jié)保護(hù)油氣層技術(shù)的特點(diǎn)與思路一、保護(hù)油氣層技術(shù)的特點(diǎn)１．保護(hù)油氣層技術(shù)是一項(xiàng)涉及多學(xué)科、多專業(yè)、多部門并貫穿整個(gè)油氣生產(chǎn)過程中的系統(tǒng)工程從鉆開油氣層、完井、試油、采油、增產(chǎn)、修井、注水、熱采的每一項(xiàng)作業(yè)過程中均可能使油氣層受到損害，而且如果后一項(xiàng)作業(yè)沒搞好保護(hù)油氣層工作，就有可能使前面各項(xiàng)作業(yè)中的保護(hù)油氣層所獲得的成效局部或全部喪失。因此保護(hù)油氣層技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，此項(xiàng)工程涉及地質(zhì)、鉆井、測井、試油、采油、井下作業(yè)等多個(gè)部門，只有這些部門密切配合，協(xié)同工作，正確對待投入與產(chǎn)出，才能收到良好效果。例如，某油田是一個(gè)低壓、低滲油田，勘探初期鉆了9口探井，僅5口井獲工業(yè)油流，但產(chǎn)量很低，日產(chǎn)僅4~6T。上述探井所鉆遇地層屬于多壓力層系，上部地層孔隙壓力系數(shù)最高達(dá)1.15~1.20，大大高于下部油層的壓力系數(shù)0.95~1.0。為了搞清該構(gòu)造的產(chǎn)能與儲(chǔ)量，決定改變井身結(jié)構(gòu)，技術(shù)套管下至低壓油層頂部，然后換用密度為1.03g/cm３的優(yōu)質(zhì)無膨潤土相生物聚合物鉆井液，并參加暫堵劑。鉆開油層后立即進(jìn)行中途測試，日產(chǎn)油69.9ｍ３，表皮系數(shù)為－0.31，證明油層沒有受到損害。但完井試油時(shí)，采用與油層不配伍的清水〔該油層具有較強(qiáng)水敏〕作為射孔液，射孔工藝也未進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果日產(chǎn)油僅14.34ｍ３，表皮系數(shù)增到30，說明油層已受到嚴(yán)重?fù)p害。接著該油層又被壓裂另一組油層時(shí)竄入的壓裂液浸泡７個(gè)月，再次進(jìn)行測試時(shí)，日產(chǎn)量下降至6.4ｍ３，表皮系數(shù)進(jìn)一步增到81.7，使油層受到更為嚴(yán)重的損害。盡管后來采用了壓裂解堵措施，也無法恢復(fù)油層原始產(chǎn)能，表皮系數(shù)仍然高達(dá)30。上述例子充分說明了保護(hù)油氣層技術(shù)必須系列配套，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失誤都會(huì)影響保護(hù)油氣層的總體效果。從第一節(jié)所闡述的保護(hù)油氣層技術(shù)所包含的內(nèi)容不難看出，要開展此項(xiàng)系統(tǒng)工程中各項(xiàng)技術(shù)的研究，必然涉及到礦物學(xué)、巖相學(xué)、地質(zhì)學(xué)、油層物理、鉆井工程、試油工程、開發(fā)工程、采油工程、測井、油田化學(xué)和計(jì)算機(jī)等多種學(xué)科專業(yè)，只有充分運(yùn)用這些學(xué)科的相關(guān)知識(shí)與最新研究成果，才能形成高水平的保護(hù)油氣層配套技術(shù)。２．保護(hù)油氣層技術(shù)具有很強(qiáng)的針對性保護(hù)油氣層技術(shù)的研究對象是油氣層，油氣層的特性資料是研究此項(xiàng)技術(shù)的根底。由于不同的油氣層具有不同的特性，因此從油氣層特性出發(fā)研究出的保護(hù)油氣層技術(shù)也具有很強(qiáng)的針對性。盡管油氣層特性有共同點(diǎn)，其損害機(jī)理與防治措施也有共性之處。但不同類型油藏和油氣層的特性又有許多不同之處；即使同一個(gè)油氣層，如處于不同開發(fā)階段，其特性參數(shù)亦會(huì)發(fā)生變化；此外，相同作業(yè)在不同工況下所誘發(fā)的油氣層損害也不完全相同。因此在確定每項(xiàng)作業(yè)的保護(hù)油氣層技術(shù)措施時(shí)，應(yīng)依據(jù)所研究的油氣層處于不同開發(fā)階段的特性來確定，否那么會(huì)得到相反效果。例如清潔鹽水是一種很好的射孔液和壓井液。但是某油田在試油中采用密度為1.17ｇ／ｃｍ３的工業(yè)鹽和燒堿配制成ｐＨ值為12的鹽水作為壓井液，壓井過程中漏失110ｍ３鹽水。由于該組油層屬于堿敏油層(室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果說明，使用ｐＨ值12的高堿性鹽水，其滲透率恢復(fù)值僅為３６％～４９％〕，漏入油層的高堿性鹽水使油層受到嚴(yán)重?fù)p害，表皮系數(shù)從壓井前－1.35增為12.12，原油產(chǎn)量從837ｍ３／ｄ降為110ｍ３／ｄ，氣產(chǎn)量從5852ｍ３／ｄ降為778ｍ３／ｄ。假設(shè)該井依據(jù)油層特性采用水合肼作為防腐劑的清潔鹽水作為壓井液〔室內(nèi)試驗(yàn)說明其滲透率恢復(fù)值可高達(dá)９７％～９９．８％〕，油氣層損害程度就有可能大大地減輕。３．保護(hù)油氣層技術(shù)在研究方法上采用三個(gè)結(jié)合保護(hù)油氣層技術(shù)在研究方法上采用三個(gè)結(jié)合：微觀研究與宏觀研究相結(jié)合；機(jī)理研究與應(yīng)用規(guī)律研究相結(jié)合；室內(nèi)研究與現(xiàn)場實(shí)踐相結(jié)合。二、保護(hù)油氣層系統(tǒng)工程的技術(shù)思路保護(hù)油氣層系統(tǒng)工程的主要技術(shù)思路可歸納為五個(gè)方面：〔１〕分析所研究油氣層的巖石和流體特性，以此為依據(jù)來研究該油氣層的潛在損害因素與機(jī)理。〔２〕收集現(xiàn)場資料，開展室內(nèi)試驗(yàn)，分析研究每組油氣層在各項(xiàng)作業(yè)過程中潛在損害因素被誘發(fā)的原因、過程及防治措施?！玻场嘲凑障到y(tǒng)工程研究各項(xiàng)作業(yè)中所選擇的保護(hù)油氣層技術(shù)措施的可行性與經(jīng)濟(jì)上的合理性，通過綜合研究配套形成系列，納入鉆井、完井與開發(fā)方案設(shè)計(jì)及每一項(xiàng)作業(yè)的具體設(shè)計(jì)中?！玻础掣黜?xiàng)作業(yè)結(jié)束后進(jìn)行診斷與測試，獲取油氣層損害程度的信息，并評價(jià)保護(hù)油氣層的效果和經(jīng)濟(jì)效益。然后反響給有關(guān)部門，視情況決定是否繼續(xù)研究改良措施或補(bǔ)救措施?！玻怠秤?jì)算機(jī)預(yù)測、診斷、評價(jià)和動(dòng)態(tài)模擬。研究每項(xiàng)具體作業(yè)時(shí)應(yīng)注意堅(jiān)持以下五項(xiàng)原那么：〔１〕依據(jù)油氣層特性選擇入井工作液〔如鉆井液、水泥漿、射孔液、壓井液與修井液等〕的密度、類型和組分，降低壓差，縮短浸泡時(shí)間，控制其液相和固相顆粒盡可能不進(jìn)入或少進(jìn)入油氣層。如不能完全控制住，那么要求所采用的工作液與油氣層巖石和流體相匹配，盡可能不要誘發(fā)油氣層潛在損害因素或者控制工作液進(jìn)入油氣層的深度，并控制進(jìn)入油氣層工作液的組分，力求在油氣井投產(chǎn)時(shí)可使用現(xiàn)代物理或化學(xué)方法加以解堵?！玻病尺M(jìn)行各種測試和采油作業(yè)時(shí)，應(yīng)選擇合理的壓差，防止油氣層中微粒運(yùn)移、乳化、細(xì)菌及結(jié)垢堵塞、水鎖、出砂和相滲透率的降低。〔３〕油氣田開發(fā)生產(chǎn)過程中，為了增加油氣層能量和驅(qū)替效果，必須向油層中注入各種流體，這些流體應(yīng)力求與油氣層巖石和地層中流體相配伍，減少對油氣層的損害，使之有利于油、氣的采出。〔４〕保護(hù)油氣層技術(shù)盡可能立足于以預(yù)防為主，解堵為輔。由于油氣層滲透率和孔隙度一旦受到損害，很難完全恢復(fù)，有些損害無法進(jìn)行解堵。局部油氣層受到損害后，即使可以解堵，但所花費(fèi)的費(fèi)用也很高?！玻怠硟?yōu)選各項(xiàng)保護(hù)油氣層技術(shù)時(shí)，既要考慮各項(xiàng)技術(shù)的先進(jìn)性與有效性，更重要的是要考慮其經(jīng)濟(jì)上的可行性。第二章巖心分析巖心分析是認(rèn)識(shí)油氣層地質(zhì)特征的必要手段，油氣層的敏感性評價(jià)、損害機(jī)理的研究、油氣層損害的綜合診斷、保護(hù)油氣層技術(shù)方案的設(shè)計(jì)都必須建立在巖心分析的根底之上。所以，巖心分析是保護(hù)油氣層技術(shù)系列中不可缺少的重要組成局部，也是保護(hù)油氣層技術(shù)這一系統(tǒng)工程的起始點(diǎn)。第一節(jié)巖心分析概述一、巖心分析的目的意義１．巖心分析的目的巖心分析的目的有三點(diǎn)：〔１〕全面認(rèn)識(shí)油氣層的巖石物理性質(zhì)及巖石中敏感性礦物的類型、產(chǎn)狀、含量及分布特點(diǎn)；〔２〕確定油氣層潛在損害類型、程度及原因；〔３〕為各項(xiàng)作業(yè)中保護(hù)油氣層工程方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)和建議。２．巖心分析的意義保護(hù)油氣層技術(shù)的研究與實(shí)踐說明，油氣層地質(zhì)研究是保護(hù)油氣技術(shù)的根底工作，而巖心分析在油氣地質(zhì)研究中具有重要作用。油氣層地質(zhì)研究的目的是，準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)油氣層的初始狀態(tài)及鉆開油氣層后油氣層對環(huán)境變化的響應(yīng)，即油氣層潛在損害類型及程度。其內(nèi)容包括六個(gè)方面：〔１〕礦物性質(zhì)，特別是敏感性礦物的類型、產(chǎn)狀和含量；〔２〕滲流多孔介質(zhì)的性質(zhì)，如孔隙度、滲透率、裂隙發(fā)育程度、孔隙及喉道的大小、形態(tài)、分布和連通性；〔３〕巖石外表性質(zhì)，如比外表、潤濕性等；〔４〕地層流體性質(zhì)，包括油、氣、水的組成，高壓物性、析蠟點(diǎn)、凝固點(diǎn)、原油酸值等；〔５〕油氣層所處環(huán)境，考慮內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境兩個(gè)方面；〔６〕礦物、滲流介質(zhì)、地層流體對環(huán)境變化的敏感性及可能的損害趨勢和后果。其中，礦物性質(zhì)及滲流多孔介質(zhì)的特性主要是通過巖心分析獲得，從而表達(dá)了巖心分析在油氣層地質(zhì)研究中的核心作用。圖２－１說明了六項(xiàng)內(nèi)容之間的相互聯(lián)系，最終應(yīng)指明潛在油氣層損害因素、預(yù)測敏感性，并有針對性地提出施工建議。還應(yīng)指出，室內(nèi)敏感性評價(jià)和工作液篩選使用的巖心數(shù)量有限，不可能全部考慮油氣層物性及敏感性礦物所表現(xiàn)出來的各種復(fù)雜情況，巖心分析那么能夠確定某一塊實(shí)驗(yàn)巖樣在整個(gè)油氣層中的代表性，進(jìn)而可通過為數(shù)不多的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立油氣層敏感性的整體輪廓，指導(dǎo)保護(hù)油氣層工作液的研制和優(yōu)選。二、巖心分析的內(nèi)容巖心分析是指利用各種儀器設(shè)備來觀測和分析巖心一切特性的系列技術(shù)。巖心是地下巖石〔層〕的一局部，所以巖心分析是獲取地下巖石信息十分重要的手段。表２－１給出了保護(hù)油氣層研究中巖心分析的內(nèi)容及相應(yīng)的技術(shù)方法。應(yīng)用中要根據(jù)具體的油氣層特點(diǎn)進(jìn)行選擇分析，做到既能抓住主要矛盾，解決實(shí)際問題，又要經(jīng)濟(jì)實(shí)用，注意發(fā)揮不同技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，配套實(shí)施。三、取樣要求巖心分析的樣品可以來自全尺寸成形的巖心，也可以是井壁取心或鉆屑。經(jīng)驗(yàn)說明，鉆屑的代表性很差，故通常使用成形巖心，而且多個(gè)實(shí)驗(yàn)工程可以進(jìn)行配套分析，便于找出巖石各種參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系。圖２－１保護(hù)油氣技術(shù)中油氣層地質(zhì)研究的內(nèi)容及巖心分析的作用巖石結(jié)構(gòu)與礦物分析、孔隙結(jié)構(gòu)的測定要在了解油氣層巖性、物性、含油氣性、電性的根底上，有重點(diǎn)地進(jìn)行選樣分析。鑄體薄片的樣品應(yīng)能包括油氣層剖面上所有巖石性質(zhì)的極端情況，如粒度、顏色、膠結(jié)程度、結(jié)核、裂縫、針孔、含油級別等，樣品間距１～５塊／ｍ，必要時(shí)加密。Ｘ射線衍射〔ＸＲＤ〕和掃描電鏡〔ＳＥＭ〕分析樣品密度大約為鑄體薄片的１／３至１／２，對油氣層要加密，水層及夾層進(jìn)行控制性分析。壓汞分析的巖樣，對于一個(gè)油組〔或厚油層〕，每個(gè)滲透率級別至少有３～５條毛管壓力曲線，最后可根據(jù)物性分布求取該油組的平均毛管壓力曲線。如圖２－２所示，最好在同一段巖心上取足配套分析的柱塞。鑄體薄片、掃描電鏡、壓汞分樣需在同一柱塞上進(jìn)行，這有利于建立孔隙分布與孔喉分布參數(shù)間的關(guān)系，以及孔隙結(jié)構(gòu)與巖性、物性、粘土礦物之間的聯(lián)系。ＸＲＤ分析可以用碎樣，但應(yīng)去除被泥漿污染的局部，否那么會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。電子探針分析可用其它柱塞端部，這樣在所有分析工程完成后，就能指出潛在的損害類型及原因，預(yù)測不同滲透率級別〔儲(chǔ)層類型〕的油氣層的敏感程度，正確解釋敏感性評價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖２－２巖心分析取樣示意圖第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用一、Ｘ射線衍射１．Ｘ射線衍射分析技術(shù)全巖礦物組分和粘土礦物可用Ｘ射線衍射〔ＸＲＤ〕迅速而準(zhǔn)確地測定。ＸＲＤ分析借助于Ｘ射線衍射儀來實(shí)現(xiàn)，它主要由光源、測角儀、Ｘ射線檢測和記錄儀構(gòu)成〔圖２－３〕。圖２－３Ｘ射線衍射儀的衍射系統(tǒng)由于粘土礦物的含量較低，砂巖中一般為3％～15％。這時(shí)，Ｘ射線衍射全巖分析不能準(zhǔn)確地反映粘土的組成與相對含量，需要把粘土礦物與其它組分別離，分別加以分析。首先將巖樣抽提干凈，然后碎樣，用蒸餾水浸泡，最好濕式研磨，并用超聲波振蕩加速粘土從顆粒上脫落，提取粒徑小于２μｍ〔泥、頁巖〕或小于５μｍ〔砂巖〕的局部，沉降別離、烘干、計(jì)算其占巖樣的重量百分比。粘土礦物的ＸＲＤ分析使用定向片，包括自然枯燥的定向片〔Ｎ片〕、經(jīng)乙二醇飽和的定向片〔再加熱至550℃〕，或鹽酸處理之后的自然枯燥定向片。粒徑大于２μｍ或５μｍ的局部那么研磨至粒徑小于40μｍ的粉末，用壓片法制片，上機(jī)分析。此外還可以直接進(jìn)行薄片的ＸＲＤ分析，它對于鑒定疑難礦物十分方便，并可與薄片中礦物的光性特征對照，進(jìn)行綜合分析。２．Ｘ射線衍射在保護(hù)油氣層中的應(yīng)用１〕地層微粒分析地層微粒指粒徑小于37μｍ〔或44μｍ〕即能通過美國４００目〔或３２５目〕篩的細(xì)粒物質(zhì)，它是砂巖中重要的損害因素，砂巖中與礦物有關(guān)的地層損害都與其有密切的聯(lián)系。地層微粒的分析為礦物微粒穩(wěn)定劑的篩選、解堵措施的優(yōu)化提供依據(jù)。除粘土礦物外，常見的其它地層微粒有長石、石英、云母、菱鐵礦、方解石、白云石、石膏等。２〕全巖分析對粒徑大于５μｍ的非粘土礦物局部進(jìn)行XRD分析，可以知道諸如云母、碳酸鹽礦物、黃鐵礦、長石的相對含量，對酸敏〔ＨＦ，ＨＣｌ〕性研究和酸化設(shè)計(jì)有幫助。長石含量高的砂巖，當(dāng)酸液濃度和處理規(guī)模過大時(shí)，會(huì)削弱巖石結(jié)構(gòu)的完整性，并且存在著酸化后的二次沉淀問題，可能導(dǎo)致土酸酸化失敗。３〕粘土礦物類型鑒定和含量計(jì)算利用粘土礦物特征峰的ｄ001值鑒定粘土礦物類型，表２－２列出了各族主要粘土礦物的值。根據(jù)出現(xiàn)的礦物對應(yīng)衍射峰的強(qiáng)度〔峰面積或峰高度〕，依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ＳＹ／Ｔ５１６３—１９９５“用Ｘ射線衍射儀測定沉積巖粘土礦物的定量分析方法〞求出粘土礦物相對含量。４〕間層礦物鑒定和間層比計(jì)算油氣層中常見的間層礦物大多數(shù)是由膨脹層與非膨脹層單元相間構(gòu)成。表２－３列出了間層礦物的類型，伊利石／蒙皂石間層礦物、綠泥石／蒙皂石間層礦物較常見。間層比指膨脹性單元層在間層礦物中所占比例，通常以蒙皂石層的百分含量表示。由衍射峰的特征，依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ＳＹ／Ｔ５９８３—９４“伊利石／蒙皂石間層礦物Ｘ射線射鑒定方法〞求出間層礦物間層比及間層類型〔綠泥石／蒙皂石間層礦物間層比的標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算方法待定〕。對間層礦物的間層類型、間層比和有高序度的研究有助于揭示油氣層中粘土礦物水化、膨脹、分散的特性。應(yīng)該指出，ＸＲＤ分析不能給出敏感性礦物產(chǎn)狀，所以必須與薄片、掃描電鏡技術(shù)配套使用，才能全面揭示敏感性礦物的特征。５〕無機(jī)垢分析XRD分析技術(shù)鑒定礦物的能力在地層損害研究中還有廣泛的應(yīng)用。油氣井見水后，可能會(huì)有無機(jī)鹽類沉積在射孔孔眼和油管中，利用ＸＲＤ分析技術(shù)就可以識(shí)別礦物的類型，為預(yù)防和解除垢沉積提供依據(jù)。如大慶油田聚合物驅(qū)采油中，生產(chǎn)井油管中無機(jī)垢沉積，經(jīng)ＸＲＤ鑒定存在ＢａＳＯ４。此外，ＸＲＤ分析還用于注入和產(chǎn)出流體中的固相分析，明確礦物成分和相對含量，對于研究解堵措施很有幫助。二、掃描電鏡１．掃描電鏡分析技術(shù)掃描電鏡〔SEM〕分析能提供孔隙內(nèi)充填物的礦物類型、產(chǎn)狀的直觀資料，同時(shí)也是研究孔隙結(jié)構(gòu)的重要手段。掃描電鏡通常由電子系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、信息檢測系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電源系統(tǒng)五大局部構(gòu)成〔圖２－４〕，它是利用類似電視攝影顯像的方式，用細(xì)聚焦電子束在樣品外表上逐點(diǎn)進(jìn)行掃描，激發(fā)產(chǎn)生能夠反映樣品外表特征的信息來調(diào)制成像。有些掃描電鏡配有Ｘ射線能譜分析儀，因此能進(jìn)行微區(qū)元素分析。圖２－４掃描電鏡根本結(jié)構(gòu)圖二、掃描電鏡１．掃描電鏡分析技術(shù)掃描電鏡〔ＳＥＭ〕分析能提供孔隙內(nèi)充填物的礦物類型、產(chǎn)狀的直觀資料，同時(shí)也是研究孔隙結(jié)構(gòu)的重要手段。掃描電鏡通常由電子系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、信息檢測系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電源系統(tǒng)五大局部構(gòu)成〔圖２－４〕，它是利用類似電視攝影顯像的方式，用細(xì)聚焦電子束在樣品外表上逐點(diǎn)進(jìn)行掃描，激發(fā)產(chǎn)生能夠反映樣品外表特征的信息來調(diào)制成像。有些掃描電鏡配有Ｘ射線能譜分析儀，因此能進(jìn)行微區(qū)元素分析。圖２－４掃描電鏡根本結(jié)構(gòu)圖掃描電鏡分析具有制樣簡單、分析快速的特點(diǎn)。分析前要將巖樣抽提清洗干凈，然后加工出新鮮面作為觀察面，用導(dǎo)電膠固定在樣品于樁上，自然晾干，最后在真空鍍膜機(jī)上鍍金〔或碳〕，樣品直徑一般不超過１ｃｍ。近年來，在掃描電鏡樣品制備方面取得了顯著的進(jìn)展。臨界點(diǎn)枯燥法可以詳細(xì)地觀察原狀粘土礦物的顯微結(jié)構(gòu)，背散射電子圖像的使用能夠在同一視域中直接識(shí)別不同化學(xué)成分的各種礦物。２．掃描電鏡在保護(hù)油氣層中的應(yīng)用１〕油氣層中地層微粒的觀察掃描電鏡分析能給出孔隙系統(tǒng)中微粒的類型、大小、含量、共生關(guān)系的資料。越靠近孔、喉中央的微粒，在外來流體和地層流體作用下越容易失穩(wěn)。測定微粒的大小分布及在孔喉中的位置，能有效地估計(jì)臨界流速和速敏程度，便于有針對性地采取措施防止或解除因分散、運(yùn)移造成的損害。２〕粘土礦物的觀測粘土礦物有其特殊的形態(tài)〔表２－４〕，借此可確定粘土礦物的類型、產(chǎn)狀和含量。如孔喉橋接狀、分散質(zhì)點(diǎn)狀粘土礦物易與流體作用。對于間層礦物，通過形態(tài)可以大致估計(jì)間層比范圍。３〕油氣層孔喉的觀測掃描電鏡立體感強(qiáng)，更適于觀察孔喉的形態(tài)、大小及與孔隙的連通關(guān)系。對孔喉外表的粗糙度、彎曲度、孔喉尺寸的觀測能揭示微粒捕集、攔截的位置及難易程度，對研究微粒運(yùn)移和外來固相侵入很有意義。４〕含鐵礦物的檢測當(dāng)掃描電鏡配有Ｘ射線能譜儀時(shí)，能對礦物提供半定量的元素分析，常用于檢測鐵元素，如碳酸鹽礦物、不同產(chǎn)狀綠泥石的含鐵量，因?yàn)樵邴}酸酸化時(shí)少量的鐵很容易形成二次沉淀，造成油氣層的損害。５〕油氣層損害的監(jiān)測利用背散射電子圖像，巖心可以不必鍍金和鍍碳就能測定，在敏感性〔或工作液損害〕評價(jià)實(shí)驗(yàn)前后都可以進(jìn)行直觀分析。對于無機(jī)和有機(jī)垢的晶體形態(tài)、排布關(guān)系的觀察，還可以為抑垢除垢、篩選處理劑、優(yōu)化工藝措施提供依據(jù)。三、薄片技術(shù)１．薄片分析技術(shù)薄片技術(shù)是保護(hù)油氣層的巖相學(xué)分析三大常規(guī)技術(shù)之一，也是最根底的一項(xiàng)分析。應(yīng)用光學(xué)顯微鏡觀察薄片，由鑄體薄片獲得的資料比擬可靠。制作鑄體薄片的樣品最好是成形巖心，不推薦使用鉆屑。薄片厚度為0.03ｍｍ，面積不小于１５ｍｍ×１５ｍｍ。未取心的情況除外，建議少用或不用鉆屑薄片，因?yàn)閹r石總是趨于沿弱連接處破裂，膠結(jié)致密的巖塊那么能保持較大的尺寸，這樣會(huì)對孔隙發(fā)育及膠結(jié)狀況得出錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。２．薄片分析技術(shù)在保護(hù)油氣層中的應(yīng)用１〕巖石的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造薄片粒度分析給出的粒度分布參數(shù)可供設(shè)計(jì)防砂方案時(shí)參考，當(dāng)然應(yīng)以篩析法和激光粒度分析獲得的數(shù)據(jù)為主要依據(jù)。研究顆粒間接觸關(guān)系、膠結(jié)類型及膠結(jié)物的結(jié)構(gòu)可以估計(jì)巖石的強(qiáng)度，預(yù)測出砂趨勢。對砂巖中泥質(zhì)紋層、生物攪動(dòng)對原生層理的破壞也可觀察，當(dāng)用土酸酸化時(shí)，這些粘土的溶解會(huì)使巖石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，誘發(fā)出砂。２〕骨架顆粒的成分及成巖作用沉積作用、壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶解作用強(qiáng)烈地影響著油氣層的儲(chǔ)集性及敏感性。了解成巖變化及自生礦物的晶出順序?qū)y井解釋、敏感性預(yù)測、鉆井完井液設(shè)計(jì)、增產(chǎn)措施選擇、注水水質(zhì)控制十分有利。３〕孔隙特征薄片分析獲得孔隙成因、大小、形態(tài)、分布資料，用于計(jì)算面孔率及微孔隙率。研究地層微粒及敏感性礦物在孔隙和喉道中的位置及與孔喉的尺寸匹配關(guān)系，可以判斷油氣層損害原因，并用于綜合分析潛在的油氣層損害，提出防治措施。例如，低滲—致密油氣層使用高分子有機(jī)陽離子聚合物粘土穩(wěn)定劑時(shí)，雖可有效地穩(wěn)定粘土，但由于孔喉細(xì)小，處理劑分子尺寸較大，它同時(shí)又損害油氣層。４〕不同產(chǎn)狀粘土礦物含量的估計(jì)ＸＲＤ和紅外光譜均不能給出粘土礦物的產(chǎn)狀及成因，薄片分析那么可說明同一種類型粘土礦物的幾種產(chǎn)狀〔成因〕的相比照例。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)橹挥形挥诳紫读鲃?dòng)系統(tǒng)中的粘土礦物才對外來工作液性質(zhì)最敏感。此外，薄片分析還用于粘土總量的校正，如泥質(zhì)巖屑的存在可能引起粘土總量的升高，研究中應(yīng)注意區(qū)分。沉降法別離出的粘土受粒徑限制，難于反映出較大粒徑變化范圍〔５～２０μｍ〕時(shí)粘土的真實(shí)組成。５〕熒光薄片應(yīng)用熒光薄片提供油存在的有效儲(chǔ)集和滲流空間的性質(zhì)，如孔隙形狀、大小、連通性及裂縫隙發(fā)育程度，為更好地了解油氣層損害創(chuàng)造了條件。四、壓汞法測定巖石毛管壓力曲線由毛管壓力曲線可以獲得描述孔喉分布及大小的系列特征參數(shù)，確定各孔喉區(qū)間對滲透率的奉獻(xiàn)。１．根本原理壓汞法由于其儀器裝置固定、測定快速準(zhǔn)確，并且壓力可以較高，便于更微小的孔隙測量，因而它是目前國內(nèi)外測定巖石毛管壓力曲線的主要手段。使用壓汞儀測定巖樣的毛管壓力曲線〔如圖２－５〕，原理是汞對大多數(shù)造巖礦物為非潤濕，對汞施加壓力后，當(dāng)汞的壓力和孔喉的毛管壓力相等時(shí)，汞就能克服阻力進(jìn)入孔隙，計(jì)量進(jìn)汞量和壓力，根據(jù)進(jìn)入汞的孔隙體積百分?jǐn)?shù)和對應(yīng)壓力就得到毛管壓力曲線。壓力和孔喉半徑的關(guān)系為：壓汞試驗(yàn)所用巖樣一般為直徑2.5ｃｍ，長2.5ｃｍ左右的柱塞，測定前將油清洗干凈，測定巖石總體積、氦氣法孔隙度、巖石密度和滲透率。圖２－５毛管壓力曲線Ｉ—注入曲線；Ｗ—退出曲線2．毛管壓力曲線在保護(hù)油氣層中的應(yīng)用１〕儲(chǔ)集巖的分類評價(jià)儲(chǔ)集巖分類是評價(jià)油氣層損害的前提，同一損害因素在不同類型的儲(chǔ)集巖中的表現(xiàn)存在差異。根據(jù)毛管壓力的曲線特征參數(shù)，用統(tǒng)計(jì)法求特征值，結(jié)合巖石孔隙度、滲透率、孔隙類型、巖性等可以對儲(chǔ)集巖進(jìn)行綜合分類。２〕油氣層損害機(jī)理分析油氣層微粒的粒度分析、微粒在孔隙中的空間分布及與孔喉大小的匹配關(guān)系是分析油氣層損害的關(guān)鍵。例如相同間層比的伊利石／蒙皂石間層礦物，對細(xì)孔喉型油層的水敏損害比中、粗孔喉型油氣層嚴(yán)重。３〕鉆井完井液設(shè)計(jì)屏蔽暫堵型鉆井完井液技術(shù)中架橋粒子的選擇，就是依據(jù)由壓汞曲線獲得的孔喉分布。通過對一個(gè)油組或油氣層不同物性級別巖樣的毛管壓力曲線測定，構(gòu)制平均毛管壓力曲線。架橋粒子即根據(jù)平均毛管壓力曲線，考慮到出現(xiàn)的最大孔喉半徑，按２／３架橋原理設(shè)計(jì)的。暫堵型酸化、壓裂過程中，暫堵劑粒度的篩選也要參考孔喉分布數(shù)據(jù)。４〕入井流體懸浮固相控制壓井液、洗井液、射孔液、修井液、注入水和壓裂液等都涉及固相顆粒的含量和粒徑大小控制問題，而控制標(biāo)準(zhǔn)那么視油氣層儲(chǔ)滲質(zhì)量、孔喉參數(shù)而定。研究說明，當(dāng)顆粒直徑大于平均孔喉直徑的１／３時(shí)形成外泥餅，１／３～１／１０時(shí)會(huì)侵入孔喉形成內(nèi)泥餅，小于１／１０時(shí)顆粒能自由移動(dòng)。５〕評價(jià)和篩選工作液油氣層損害的實(shí)質(zhì)是巖石孔隙結(jié)構(gòu)的改變，通過測定巖石與工作液作用前后的巖樣毛管壓力曲線就能對配伍性有明確的認(rèn)識(shí)。應(yīng)用高速離心機(jī)法可以快速測定毛管壓力曲線和儲(chǔ)集巖潤濕性及潤濕性變化，了解工作液作用前后儲(chǔ)集巖孔喉分布參數(shù)和潤濕性變化。五、巖心分析技術(shù)應(yīng)用展望盡管用于分析巖心的許多技術(shù)早已存在，但石油地質(zhì)家及石油工程師從未象今天這樣共同關(guān)心并應(yīng)用巖心分析技術(shù)來深入揭示油氣層的微觀特性。一些傳統(tǒng)技術(shù)因使用目的轉(zhuǎn)變，而被賦與新的含義。如鑄體薄片技術(shù)，從最初便于觀察孔隙出發(fā)，如今那么主要利用其保護(hù)粘土礦物不致在制片過程中發(fā)生脫落。ＸＲＤ技術(shù)對粘土礦物的研究與認(rèn)識(shí)起到了巨大的推動(dòng)作用，１９８５年以前，國內(nèi)尚無大家接受的粘土礦物含量計(jì)算公式，今天從粘土別離提取、數(shù)據(jù)處理，乃至間層比的計(jì)算都已形成石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以說近十幾年發(fā)生了質(zhì)的飛躍。掃描電鏡等一些先進(jìn)的分析技術(shù)，目前的應(yīng)用與其所能揭示的大量信息相比，技術(shù)潛力還有待充分開發(fā)。同時(shí)，一些新技術(shù)正在不斷涌現(xiàn)，及時(shí)地引入到石油工程領(lǐng)域，解決工程問題已成為地質(zhì)家及石油工程師的共同使用。表２－５將幾種常用技術(shù)做一歸納，說明在研究中需要將這些技術(shù)組合應(yīng)用，方能獲得巖石性質(zhì)的全貌。新技術(shù)的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。１．傅里葉變換紅外光譜分析采用傅里葉變換紅外光譜儀，測定礦物的基團(tuán)、官能礦物的基團(tuán)、官能團(tuán)來識(shí)別和量化常見礦物，分析迅速，精度與ＸＲＤ相似，能定量分析的礦物有石英、斜長石、鉀長石、方解石、白云石、菱鐵礦、黃鐵礦、硬石膏、重晶石、綠泥石、高嶺石、伊利石和蒙皂石總和，以及粘土總量，對非晶質(zhì)物、間層粘土礦物的構(gòu)造特性分析有獨(dú)到之處，國外已將其用于井場巖石礦物剖面分析圖的快速建立，國內(nèi)亦逐漸成為分析敏感性礦物，尤其是油氣層粘土礦物的有力手段，但由于其對鑒定間層粘土礦物的局限性，要完全代替ＸＲＤ是不可能的。２．ＣＴ掃描技術(shù)將醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的ＣＴ掃描技術(shù)引入到巖心分析中，主要原理是用Ｘ射線照射巖心，得到巖心斷面上巖石顆粒密度的信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理轉(zhuǎn)換成巖心剖面圖，它可以在不改變巖石形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的條件下觀察巖石的裂縫和孔隙分布。當(dāng)固相物侵入巖心時(shí)，能夠?qū)滔嗲秩肷疃燃捌湓诳缀碇械臓顟B(tài)進(jìn)行監(jiān)測，也可以觀察巖樣與工作液作用后的孔隙空間變化。目前這項(xiàng)技術(shù)主要用于高滲透疏松砂巖和裂縫性儲(chǔ)層的損害研究中，如出砂機(jī)理、稠油蚯蚓孔道的形成、侵入裂縫的固相分布、巖心內(nèi)泥餅的分布形態(tài)等。３．核磁共振成象技術(shù)簡稱ＮＭＲＩ，它能夠觀測孔隙或裂縫中流體分布與流動(dòng)情況，因此對于流體與流體之間，流體與巖石之間的相互作用，以及潤濕性和潤濕反轉(zhuǎn)問題的研究有特殊意義，是研究油氣損害的最新手段之一。ＮＭＲＩ測井技術(shù)開展很快，主要用于剩余油的分布探測，已成為提高采收率的重要評價(jià)技術(shù)。４．掃描電鏡技術(shù)掃描電鏡技術(shù)在制樣和配件方面開展較快，在ＳＥＭ上配置能譜儀〔ＥＤＳ〕可以對礦物提供半定量元素分析，對敏感性礦物的識(shí)別及損害機(jī)理研究有很大的幫助。背散射儀的應(yīng)用免除鍍膜對粘土形貌的改變，更宜于試驗(yàn)前后的樣品觀察。此外，臨界點(diǎn)冷凍枯燥法，能夠揭示粘土礦物在油氣層條件下的真實(shí)形態(tài)。掃描電鏡與圖像分析儀使用，研究粘土礦物微結(jié)構(gòu)并預(yù)測微結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，是油井完井技術(shù)中心近年來將土壤科學(xué)和工程地質(zhì)理論引入到石油工程中的最新進(jìn)展。５．非晶態(tài)礦物和納米礦物學(xué)研究油氣層中非晶態(tài)礦物有蛋白石、水鋁英石、伊毛縞石、硅鐵石等，還有比粘土礦物微粒更小的納米級礦物。它們或單獨(dú)產(chǎn)出，或存在于粘土礦物晶體之間，起到連接微結(jié)構(gòu)的作用，比外表更大，性質(zhì)更活潑。研究方法主要有化學(xué)分析、電子探針、原子力顯微鏡等。油井完井技術(shù)中心對吐哈盆地丘陵三間房組砂巖高嶺石進(jìn)行電子探針分析，指出高嶺石化學(xué)組成很少符合理論組成，ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３經(jīng)常過量，這種硅、鋁局部以非晶態(tài)存在，它們易于溶解并促使高嶺石微結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。６．環(huán)境掃描電鏡的應(yīng)用一般掃描電鏡要求在真空條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而環(huán)境掃描電鏡那么可以在氣體、液體介質(zhì)環(huán)境下分析樣品。國外已開始利用此項(xiàng)技術(shù)研究膨脹性粘土礦物與工作液作用的機(jī)理，分析粘土礦物間層比和遇水膨脹的關(guān)系、水化膨脹和脫水過程的差異等。因此，環(huán)境掃描電鏡是損害機(jī)理研究和工作液評價(jià)的有力手段。目前，我國已引進(jìn)了這種儀器。綜上所述，巖心分析技術(shù)在認(rèn)識(shí)油氣層特征、研究油氣層損害機(jī)理及保護(hù)油氣層工程設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用。每種技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)及局限性，實(shí)際工作中要具體問題具體分析，并制定一套切實(shí)可行的技術(shù)路線。各項(xiàng)技術(shù)本身在石油工程中的應(yīng)用還有很大的潛力尚待開發(fā)，同時(shí)工程實(shí)踐中也不斷提出許多新問題，需要?jiǎng)?chuàng)造性地應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)來解決。第三章油氣層損害的室內(nèi)評價(jià)第一節(jié)概述油氣層損害的室內(nèi)評價(jià)是借助于各種儀器設(shè)備測定油氣層巖石與外來工作液作用前后滲透率的變化，或者測定油氣層物化環(huán)境發(fā)生變化前后滲透率的改變，來認(rèn)識(shí)和評價(jià)油氣層損害的一種重要手段。它是油氣層巖心分析的一局部，其目的是弄清油氣層潛在的損害因素和損害程度，并為損害機(jī)理分析提供依據(jù)?；蛘咴谑┕ぶ氨葦M準(zhǔn)確地評價(jià)工作液對油氣層的損害，這對于優(yōu)化后繼的各類作業(yè)措施和設(shè)計(jì)保護(hù)油氣層系統(tǒng)工程技術(shù)方案，具有非常重要的意義。油氣層損害的室內(nèi)評價(jià)主要包括兩個(gè)方面內(nèi)容：〔１〕油氣層敏感件評價(jià)；〔２〕工作液對油氣層的損害評價(jià)。為了正確地評價(jià)油氣層損害，不能簡單地任選巖心來做實(shí)驗(yàn)。用于實(shí)驗(yàn)的巖心性質(zhì)必須能代表所要評價(jià)的油氣層的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)巖心的正確選擇要經(jīng)過以下兩個(gè)環(huán)節(jié)：〔１〕巖樣的準(zhǔn)備。從井場取回的巖心，須先進(jìn)行如下幾步準(zhǔn)備工作：①對井場或庫房中保存的巖心進(jìn)行選?。虎趯?shí)驗(yàn)室?guī)r樣的接交；③巖心檢測；④巖樣鉆?。虎輲r樣的清洗〔洗油，洗鹽〕；⑥巖樣烘干；⑦用ＣＭＳ－300巖心滲透率儀或其它孔滲測定儀測定各個(gè)巖樣的孔隙度和氣體滲透率，并求出每塊巖心的克氏滲透率Ｋ∞。〔２〕巖樣的選取。對已測Ｋ、φ的各個(gè)巖樣作Ｋ—φ關(guān)系圖，畫出回歸曲線，在曲線上找出要用的巖心樣品號碼。再根據(jù)測井和試井求出的Ｋ、φ值，選出具有代表性的巖心備用，登記好每塊巖心的出處〔油田、區(qū)塊、層位、井深〕、號碼、長度、直徑、干重及Ｋ、φ值。油氣層損害的室內(nèi)評價(jià)實(shí)驗(yàn)流程框圖見圖３－１。圖３－１油氣層損害的室內(nèi)評價(jià)實(shí)驗(yàn)流程框圖第二節(jié)油氣層敏感性評價(jià)油氣層敏感性評價(jià)通常包括速敏、水敏、鹽敏、堿敏、酸敏等五敏實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)方法根本按“砂巖儲(chǔ)層巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評價(jià)程序〞部頒標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。隨著技術(shù)的不斷開展，本書提出應(yīng)增加應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)和溫度敏感實(shí)驗(yàn)，因此，油氣層敏感性評價(jià)包括速敏、水敏、鹽敏、堿敏、酸敏、應(yīng)力敏感、溫度敏感等七敏實(shí)驗(yàn)，其目的在于找出油氣層發(fā)生敏感的條件和由敏感引起的油氣層損害程度，為各類工作液的設(shè)計(jì)、油氣層損害機(jī)理分析和制定系統(tǒng)的油氣層保護(hù)技術(shù)方案提供科學(xué)依據(jù)。一、速敏評價(jià)實(shí)驗(yàn)１．速敏概念和實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠蜌鈱拥乃倜粜允侵冈阢@井、測試、試油、采油、增產(chǎn)作業(yè)、注水等作業(yè)或生產(chǎn)過程中，當(dāng)流體在油氣層中流動(dòng)時(shí)，引起油氣層中微粒運(yùn)移并堵塞喉道造成油氣層滲透率下降的現(xiàn)象。對于特定的油氣層，由油氣層中微粒運(yùn)移造成的損害主要與油氣層中流體的流動(dòng)速度有關(guān)，因此速敏評價(jià)實(shí)驗(yàn)之目的在于：〔１〕找出由于流速作用導(dǎo)致微粒運(yùn)移從而發(fā)生損害的臨界流速，以及找出由速度敏感引起的油氣層損害程度?！玻病碁橐韵碌乃簟Ⅺ}敏、堿敏、酸敏四種實(shí)驗(yàn)及其它的各種損害評價(jià)實(shí)驗(yàn)確定合理的實(shí)驗(yàn)流速提供依據(jù)。一般來說，由速敏實(shí)驗(yàn)求出臨界流速后，可將其它各類評價(jià)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)流速定為0.8倍臨界流速，因此速敏評價(jià)實(shí)驗(yàn)必須要先于其它實(shí)驗(yàn)?！玻场碁榇_定合理的注采速度提供科學(xué)依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用見表３－４。因此，速敏評價(jià)實(shí)驗(yàn)是非常重要的。２．原理及作法以不同的注入速度向巖心中注入實(shí)驗(yàn)流體，水速敏用地層水，油速敏用油〔煤油或?qū)嶋H地層原油〕，并測定各個(gè)注入速度下巖心的滲透率，從注入速度與滲透率的變化關(guān)系上，判斷油氣層巖心對流速的敏感性，并找出滲透率明顯下降的臨界流速。如果流量Ｑｉ－１對應(yīng)的滲透率Ｋｉ－１，與流量Ｑｉ對應(yīng)的滲透率Ｋｉ滿足式〔３－１〕：說明已發(fā)生速度敏感，流量Ｑｉ－１即為臨界流量。速敏程度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表３－１。損害程度的計(jì)算見式〔３－２〕：實(shí)驗(yàn)中要注意的是：對于采油井，要用煤油作為實(shí)驗(yàn)流體，并要求將煤油先經(jīng)過枯燥，再用白土除去其中的極性物質(zhì)，然后用Ｇ５砂心漏斗過濾。對于注水井，應(yīng)使用經(jīng)過過濾處理的地層水〔或模擬地層水〕作為實(shí)驗(yàn)流體。二、水敏評價(jià)實(shí)驗(yàn)１．水敏概念及實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠蜌鈱又械恼惩恋V物在原始的地層條件下處在一定礦化度的環(huán)境中，當(dāng)?shù)M(jìn)入地層時(shí)，某些粘土礦物就會(huì)發(fā)生膨脹、分散、運(yùn)移，從而減小或堵塞地層孔隙和喉道，造成滲透率的降低。油氣層的這種遇淡水后滲透率降低的現(xiàn)象，稱為水敏。水敏實(shí)驗(yàn)的目的是了解粘土礦物遇淡水后的膨脹、分散、運(yùn)移過程，找出發(fā)生水敏的條件及水敏引起的油氣層損害程度，為各類工作液的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用見表３－４。２．原理及評價(jià)指標(biāo)首先用地層水測定巖心的滲透率Ｋｆ，然后再用次地層水測定巖心的滲透率，最后用淡水測定巖心的滲透率Ｋｗ，從而確定淡水引起巖心中粘土礦物的水化膨脹及造成的損害程度。評價(jià)指標(biāo)見表３－２。三、鹽敏評價(jià)實(shí)驗(yàn)１．鹽敏概念及實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑阢@井、完井及其它作業(yè)中，各種工作液具有不同的礦化度，有的低于地層水礦化度，有的高于地層水礦化度。當(dāng)高于地層水礦化度的工作液濾液進(jìn)入油氣層后，將可能引起粘土的收縮、失穩(wěn)、脫落；當(dāng)?shù)陀诘貙铀V化度的工作液濾液進(jìn)入油氣層后，那么可能引起粘土的膨脹和分散。這些都將導(dǎo)致油氣層孔隙空間和喉道的縮小及堵塞，引起滲透率的下降從而損害油氣層。因此，鹽敏評價(jià)實(shí)驗(yàn)的目的是找出鹽敏發(fā)生的條件，以及由鹽敏引起的油氣層損害程度，為各類工作液的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用歸納在表３－４中。２．原理及評價(jià)指標(biāo)通過向巖心注入不同礦化度等級的鹽水〔按地層水的化學(xué)組成配制〕，并測定各礦化度下巖心對鹽水的滲透率，根據(jù)滲透率隨礦化度的變化來評價(jià)鹽敏損害程度，找出鹽敏損害發(fā)生的條件。根據(jù)實(shí)際情況，一般要作升高礦化度和降低礦化度兩種鹽敏評價(jià)實(shí)驗(yàn)。對于升高礦化度的鹽敏評價(jià)實(shí)驗(yàn)，第一級鹽水為地層水，將鹽水按一定的濃度差逐級升高礦化度，直至找出臨界礦化度Ｃｃ２或到達(dá)工作液的最高礦化度為止。對于降低礦化度的鹽敏評價(jià)試驗(yàn)，第一級鹽水仍為地層水，將鹽水按一定的濃度差逐級降低礦化度，直至注入液的礦化度接近零為止，求出的臨界礦化度為Ｃｃ１。如果礦化度Ｃｉ－１對應(yīng)的滲透率Ｋｉ－１與礦化度Ｃｉ對應(yīng)的滲透率Ｋｉ之間滿足下述關(guān)系：說明已發(fā)生鹽敏，并且礦化度Ｃｉ－１，即為臨界礦化度Ｃｃ。按此標(biāo)準(zhǔn)，在升高礦化度實(shí)驗(yàn)時(shí)可以確定臨界礦化度Ｃｃ２，而在降低礦化度實(shí)驗(yàn)時(shí)可以確定臨界礦化度Ｃｃ１。損害程度的計(jì)算方法同式〔３－２〕，評價(jià)指標(biāo)見表３－１。與部頒標(biāo)準(zhǔn)相比，該評價(jià)方法增加了升高礦化度的鹽敏評價(jià)過程，但對地層水礦化度較高的油氣層，由于工作液的礦化度一般不會(huì)超過地層水的礦化度，因此可以不評價(jià)礦化度升高產(chǎn)生的鹽敏問題。四、堿敏評價(jià)實(shí)驗(yàn)１．堿敏概念及實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡貙铀穑戎狄话愠手行曰蛉鯄A性，而大多數(shù)鉆井液的ｐＨ值在8~12之間，二次采油中的堿水驅(qū)也有較高的ｐＨ值。當(dāng)高ｐＨ值流體進(jìn)入油氣層后，將造成油氣層中粘土礦物和硅質(zhì)膠結(jié)的結(jié)構(gòu)破壞〔主要是粘土礦物解理和膠結(jié)物溶解后釋放微?！常瑥亩斐捎蜌鈱拥亩氯麚p害；此外，大量的氫氧根與某些二價(jià)陽離于結(jié)合會(huì)生成不溶物，造成油氣層的堵塞損害。因此，堿敏評價(jià)實(shí)驗(yàn)之目的是找出堿敏發(fā)生的條件，主要是臨界pH值，以及由堿敏引起的油氣層損害程度，為各類工作液的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用情況見表３－４。２．原理及評價(jià)指標(biāo)通過注入不同pH值的地層水并測定其滲透率，根據(jù)滲透率的變化來評價(jià)堿敏損害程度，找出堿敏損害發(fā)生的條件。現(xiàn)行的部頒標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定堿敏實(shí)驗(yàn)的具體作法和評價(jià)指標(biāo)，通過這幾年的工作，我們建立了如下評價(jià)方法：〔１〕不同pH值鹽水的制備，根據(jù)實(shí)際情況，一般要從地層水的pH值開始，逐級升高pH值，最后一級鹽水pHＨ值可定為12。〔２〕將選好的巖心抽真空飽和第一級鹽水，并浸泡２０～２４ｈ，在低于臨界流速的條件下，用第一級鹽水測出巖心穩(wěn)定的滲透率Ｋ１。〔３〕注入第二級鹽水，浸泡２０～２４ｈ，在低于臨界流速的條件下，用第二級鹽水測出巖心穩(wěn)定的滲透率Ｋ２?！玻础掣淖冏⑷臌}水的級別，重復(fù)第〔３〕步，直至測出最后一級鹽水處理后的巖心的穩(wěn)定滲透率Ｋｎ。如果pH〔ｉ－１下標(biāo)〕鹽水的滲透率Ｋ〔ｉ－１〕與pHｉ鹽水的滲透率Ｋｉ之間滿足式〔３－３〕的條件，說明已發(fā)生堿敏，那么pH〔ｉ－１〕即為臨界pH值。損害程度的計(jì)算方法與式〔３－２〕相同，評價(jià)指標(biāo)同表３－１。五、酸敏評價(jià)實(shí)驗(yàn)１．酸敏概念及實(shí)驗(yàn)?zāi)康乃峄怯吞飶V泛采用的解堵和增產(chǎn)措施，酸液進(jìn)入油氣層后，一方面可改善油氣層的滲透率，另一方面又與油氣層中的礦物及地層流體反響產(chǎn)生沉淀并堵塞油氣層的孔喉。油氣層的酸敏性是指油氣層與酸作用后引起滲透率降低的現(xiàn)象。因此，酸敏實(shí)驗(yàn)的目的是研究各種酸液的酸敏程度，其本質(zhì)是研究酸液與油氣層的配伍性，為油氣層基質(zhì)酸化和酸化解堵設(shè)計(jì)提供依據(jù)，見表３－４。２．原理及評價(jià)指標(biāo)酸敏實(shí)驗(yàn)包括鮮酸〔一定濃度的鹽酸、氫氟酸、土酸〕和殘酸〔可用鮮酸與另一塊巖心反響后制備〕的敏感實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)行部頒標(biāo)準(zhǔn)的具體作法是：〔１〕用地層水測根底滲透率K1〔正向〕；〔２〕反向注入0.5~1.0倍孔隙體積的酸液，關(guān)閉閥門反響１～３ｈ；〔３〕用地層水正向測出恢復(fù)滲透率K2。經(jīng)過幾年的工作后，我們建議將這種作法改為：〔１〕用地層水測根底滲透率，再用煤油測出酸作用前的滲透率K2〔正向〕；〔２〕反向注入0.5~1.0倍孔隙體積的酸液；〔３〕用煤油正向測出恢復(fù)滲透率Ｋ２。用實(shí)驗(yàn)所測的兩個(gè)滲透率Ｋ１和Ｋ２計(jì)算Ｋ２／Ｋ１的比值來評價(jià)酸敏程度，見表３－３。綜上所述，五敏實(shí)驗(yàn)是評價(jià)和診斷油氣層損害的最重要的手段之一。一般說來，對每一個(gè)區(qū)塊，都應(yīng)做五敏實(shí)驗(yàn)，再參照表３－４進(jìn)行保護(hù)油氣層技術(shù)方案的制定，并指導(dǎo)生產(chǎn)。六、應(yīng)力敏感性評價(jià)實(shí)驗(yàn)１．應(yīng)力敏感概念及實(shí)驗(yàn)?zāi)康那笆龅奈迕魧?shí)驗(yàn)主要研究儲(chǔ)層礦物與流體作用的結(jié)果。而應(yīng)力敏感性那么是考察在施加一定的有效應(yīng)力時(shí)，巖樣的物性參數(shù)隨應(yīng)力變化而改變的性質(zhì)。它反映了巖石孔隙幾何學(xué)及裂縫壁面形態(tài)對應(yīng)力變化的響應(yīng)。因此，應(yīng)力敏感性評價(jià)的目的在于：〔１〕準(zhǔn)確地評價(jià)儲(chǔ)層，通過模擬圍壓條件測定孔隙度可以將常規(guī)孔隙度值轉(zhuǎn)換成原地條件，有助于儲(chǔ)量評價(jià)；〔２〕求出巖心在原地條件下的滲透率，便于建立巖心滲透率Ｋｃ與測試滲透率Ｋｅ的關(guān)系，對認(rèn)識(shí)Ｋｅ和地層電阻率也有幫助；〔３〕為確定合理的生產(chǎn)壓差提供依據(jù)。２．原理及評價(jià)指標(biāo)應(yīng)力敏感性評價(jià)的具體方法如下：〔１〕選擇實(shí)驗(yàn)巖心，測量長度、直徑等；〔２〕選擇有效應(yīng)力實(shí)驗(yàn)點(diǎn)σｉ分別為800psi〔1psi＝6894.78Ｐａ〕、1000ｐｓｉ、2000ｐｓｉ、3000ｐｓｉ、4000ｐｓｉ、5000ｐｓｉ、6000ｐｓｉ、7000ｐｓｉ；七、溫度敏感性評價(jià)實(shí)驗(yàn)１．溫度敏感概念及實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑阢@井、完井過程中，由于外來流體進(jìn)入油氣層，可使近井筒附近的地層溫度下降，從而對地層產(chǎn)生一定的影響，主要表達(dá)在以下幾個(gè)方面：〔１〕由于地層溫度下降，導(dǎo)致有機(jī)結(jié)垢；〔２〕由于地層溫度下降，導(dǎo)致無機(jī)結(jié)垢；〔３〕由于地層溫度下降，導(dǎo)致地層中的某些礦物發(fā)生變化。因此，溫度敏感就是指由于外來流體進(jìn)入地層引起溫度下降從而導(dǎo)致地層滲透率發(fā)生變化的現(xiàn)象。而實(shí)驗(yàn)的目的就在于研究這種溫度敏感引起的地層損害程度。２．原理及評價(jià)指標(biāo)溫度敏感性評價(jià)比擬復(fù)雜，整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置都必須在恒溫箱內(nèi)完成。實(shí)驗(yàn)流體有兩類，一類是用地層水來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，另一類是用地層原油來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)流體為地層水時(shí)，其具體方法如下：選擇實(shí)驗(yàn)巖心，測量長度、直徑等；第三節(jié)工作液對油氣層的損害評價(jià)本節(jié)所述的工作液包括鉆井液、水泥漿、完井液、壓井液、洗井液、修井液、射孔液和壓裂液等。主要是借助于各種儀器設(shè)備，預(yù)先在室內(nèi)評價(jià)工作液對油氣層的損害程度，到達(dá)優(yōu)選工作液配方和施工工藝參數(shù)的目的。一、工作液的靜態(tài)損害評價(jià)該法主要利用各種靜濾失實(shí)驗(yàn)裝置測定工作液濾入巖心前后滲透率的變化，來評價(jià)工作液對油氣層的損害程度并優(yōu)選工作液配方。實(shí)驗(yàn)時(shí)，要盡可能模擬地層的溫度和壓力條件。用式〔3-4〕來計(jì)算工作液的損害程度：二、工作液的動(dòng)態(tài)損害評價(jià)在盡量模擬地層實(shí)際工況條件下，評價(jià)工作液對油氣層的綜合損害〔包括液相和固相及添加劑對油氣層的損害〕，為優(yōu)選損害最小的工作液和最優(yōu)施工工藝參數(shù)提供科學(xué)的依據(jù)。動(dòng)態(tài)損害評價(jià)與靜態(tài)損害評價(jià)相比能更真實(shí)地模擬井下實(shí)際工況條件下工作液對油氣層的損害過程，兩者的最大差異在于工作液損害巖心時(shí)狀態(tài)不同，靜態(tài)評價(jià)時(shí)，工作液為靜止的，而動(dòng)態(tài)評價(jià)時(shí)，工作液處于循環(huán)或攪動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，顯然后者的損害過程更接近現(xiàn)場實(shí)際，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果對現(xiàn)場更具有指導(dǎo)意義。動(dòng)態(tài)情況下，計(jì)算損害程度ＲＳ仍然用式〔３－４〕，評價(jià)指標(biāo)也同樣用表３－１。國內(nèi)已形成商品的動(dòng)態(tài)損害評價(jià)儀有江漢石油學(xué)院研制的高溫高壓動(dòng)失水儀和西南石油學(xué)院研制的ＳＷ－Ⅱ動(dòng)態(tài)損害評價(jià)儀。三、用多點(diǎn)滲透率儀測量損害深度和損害程度上述兩種儀器得出的結(jié)果，反映了沿整個(gè)巖心長度上的平均損害程度，但滲透率的降低并不一定在整個(gè)巖心長度上，也許只在前面某一段。因此，準(zhǔn)確地測出工作液侵入巖心的真實(shí)損害深度，對于指導(dǎo)今后的生產(chǎn)具有非常重要的意義。目前，國外廣泛采用多點(diǎn)滲透率儀來測量工作液侵入巖心的損害深度和損害程度，它的工作原理如圖３－２所示。圖３－２多點(diǎn)滲透率儀示意圖將數(shù)塊巖心裝入多點(diǎn)滲透率儀的夾持器內(nèi)組成長巖心，測量損害前的基線滲透率曲線，然后用工作液損害巖心，再測損害后的恢復(fù)滲透率曲線，利用損害前后滲透率曲線比照求損害深度和分段損害程度，如圖３－３所示。利用此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與試井?dāng)?shù)據(jù)比照，可以更準(zhǔn)確地確定油氣層損害深度和損害程度。四、其它評價(jià)實(shí)驗(yàn)簡介本段將簡單介紹體積流量評價(jià)實(shí)驗(yàn)、系列流體評價(jià)實(shí)驗(yàn)、離心法測毛管壓力快速評價(jià)工作液及正反向流動(dòng)實(shí)驗(yàn)、潤濕性實(shí)驗(yàn)、相對滲透率曲線等實(shí)驗(yàn)。各實(shí)驗(yàn)的目的及用途見表3-7。綜上所述，油氣層損害的室內(nèi)評價(jià)結(jié)果可以為各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)保護(hù)油氣層技術(shù)方案的制定提供依據(jù)。也就是說，從翻開油氣層開始到油田開發(fā)全過程中的每一個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)的油氣層保護(hù)技術(shù)方案確實(shí)定都要利用室內(nèi)評價(jià)結(jié)果。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，油氣層損害的室內(nèi)評價(jià)技術(shù)也在向前開展，目前已形成了如下幾個(gè)開展方向：〔１〕全模擬實(shí)驗(yàn)，模擬井下實(shí)際工況，如溫度、壓力〔回壓、地層壓力〕、剪切條件下的油氣層損害評價(jià)；〔２〕多點(diǎn)滲透率儀的應(yīng)用，由短巖心向長巖心開展；〔３〕小尺寸巖心向大尺寸巖心開展；〔４〕實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)化，廣泛引入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集；〔５〕計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模擬與室內(nèi)物理模擬的結(jié)合；〔６〕利用地層實(shí)際流體〔地層水、地層原油〕，例如速敏實(shí)驗(yàn)中的油速敏，在模擬實(shí)際地層溫度下，用實(shí)際地層原油來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，又如采用地層原油對油氣層損害程度進(jìn)行評價(jià)試驗(yàn)。第四節(jié)儲(chǔ)層敏感性預(yù)測技術(shù)前面介紹的儲(chǔ)層敏感性實(shí)驗(yàn)評價(jià)技術(shù)，雖然可以取得比擬準(zhǔn)確的儲(chǔ)層敏感性資料，但必須要有大量該儲(chǔ)層的天然巖心，而且要花費(fèi)大量的人力和物力，通過半年左右或半年以上的辛勤工作才能確定出儲(chǔ)層的敏感性。所以，用這種方法確定儲(chǔ)層的敏感性存在兩方面的主要問題：〔１〕隨著勘探技術(shù)水平不斷提高，勘探速度不斷加快，對于一個(gè)新探區(qū)，從第一口參數(shù)井或預(yù)探井取得勘探資料到該區(qū)塊進(jìn)行大規(guī)模的開發(fā)，速度快的僅需一年左右時(shí)間，假設(shè)僅用現(xiàn)有的敏感性實(shí)驗(yàn)評價(jià)方法確定儲(chǔ)層的敏感性來為保護(hù)油氣層的鉆井完井液措施研究提供根底資料，就很難滿足快速勘探開發(fā)實(shí)際生產(chǎn)的需要?！玻病硨τ诶嫌吞锏姆€(wěn)產(chǎn)工作，需要打大量的調(diào)整井和側(cè)鉆井，為了提高鉆井和射孔試油的效果，需要開展保護(hù)油氣層工作。但是，在這些井上要開展保護(hù)油氣層工作，最大的問題就是沒有供確定儲(chǔ)層敏感性所需要的大量天然巖心，使保護(hù)油氣層工作難以進(jìn)行。針對這些問題，已經(jīng)研究開發(fā)出了儲(chǔ)層敏感性快速診斷和預(yù)測技術(shù)，用該技術(shù)僅需鑄體薄片分析、Ｘ射線衍射、孔隙度、滲透率和地層水礦化度分析資料，就可以在很短的時(shí)間內(nèi)確定出儲(chǔ)層的水敏、水速敏、鹽敏、鹽酸酸敏和土酸酸敏等五種敏感性。從而，可以解決保護(hù)油氣層技術(shù)的研究工作滯后于勘探開發(fā)生產(chǎn)的需要，以及老油田因無大量的可用天然巖心無法開展保護(hù)油氣層工作等保護(hù)油氣層技術(shù)研究中急需解決的難題。同時(shí)，可以大幅度減輕研究人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省大量天然巖心和研究經(jīng)費(fèi)。一、預(yù)測方法的根本原理根據(jù)唯物辨證法的觀點(diǎn)，物質(zhì)的外部表現(xiàn)都是其內(nèi)部性質(zhì)的表達(dá)，并且物質(zhì)的性質(zhì)之間也存在一定的聯(lián)系。如果把儲(chǔ)層的敏感性看作是儲(chǔ)層內(nèi)部性質(zhì)的外部表達(dá)，那么儲(chǔ)層的敏感性必定與儲(chǔ)層巖石的礦物性質(zhì)和孔隙性質(zhì)及儲(chǔ)層流體性質(zhì)有關(guān)。所以，用多元統(tǒng)計(jì)分析方法研究儲(chǔ)層的內(nèi)部性質(zhì)與敏感性的關(guān)系，找出影響儲(chǔ)層敏感性的主要內(nèi)部因素，在此根底上，按如下步驟對儲(chǔ)層的敏感性進(jìn)行預(yù)測：〔１〕按不同的敏感性范圍對儲(chǔ)層進(jìn)行分組；〔２〕用多元統(tǒng)計(jì)分析方法求出各組的判別函數(shù)；〔３〕把待判別儲(chǔ)層的資料代入各判別函數(shù)中分別求出該儲(chǔ)層屬于各組的置信概率值；〔４〕把待判別儲(chǔ)層歸類于概率值最大的一組，并用該組的敏感性對該儲(chǔ)層的敏感性作出預(yù)測。二、預(yù)測技術(shù)所能確定的儲(chǔ)層敏感性和所需資料１．預(yù)測的敏感性目前，該項(xiàng)預(yù)測技術(shù)可以確定儲(chǔ)層的以下五種敏感性：〔１〕儲(chǔ)層的水敏性；〔２〕模擬地層水條件下儲(chǔ)層的速敏性；〔３〕儲(chǔ)層的鹽敏性；〔４〕儲(chǔ)層的鹽酸酸敏性；〔５〕儲(chǔ)層的土酸酸敏性。２．所需儲(chǔ)層資料要預(yù)測儲(chǔ)層的水敏性、模擬地層水條件下儲(chǔ)層的敏感性、儲(chǔ)層的鹽敏性、儲(chǔ)層的鹽酸酸敏性和土酸酸敏性等五種敏感性，共需１７個(gè)儲(chǔ)層組成和結(jié)構(gòu)特性資料，所需的儲(chǔ)層特性資料和這些資料的取得方法見表３－８。三、該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用情況截止到2000年底，該項(xiàng)技術(shù)已用于預(yù)測塔里木、大慶、遼河、勝利、冀東、青海、吉林、蘇丹Ｕｎｉｔｙ等油田的近100口井、130個(gè)層位、７００個(gè)井段的3000個(gè)以上的儲(chǔ)層敏感性資料，預(yù)測結(jié)果與已有的敏感性資料根本一致，典型結(jié)果見表３－９。四、儲(chǔ)層敏感性預(yù)測軟件介紹１．軟件的主要功能用該預(yù)測軟件，僅需要鑄體薄片分析、Ｘ射線衍射分析、孔隙度、滲透率和地層水礦化度等比擬容易取得的儲(chǔ)層分析資料，就可以在很短的時(shí)間內(nèi)，同時(shí)或分別快速確定出砂巖儲(chǔ)層的以下五種敏感性和相應(yīng)的置信概率：〔１〕儲(chǔ)層的水敏性和為該水敏程度的置信概率；〔２〕模擬地層水儲(chǔ)層的速敏性和為該速敏程度的置信概率；〔３〕儲(chǔ)層的鹽敏性和為該鹽敏程度的置信概率；〔４〕儲(chǔ)層的鹽酸酸敏性和為該鹽酸酸敏程度的置信概率；〔５〕儲(chǔ)層的土酸酸敏性和為該土酸酸敏程度的置信概率。２．軟件的主要特點(diǎn)概括來說，該軟件有以下幾方面的特點(diǎn)：〔１〕預(yù)測儲(chǔ)層敏感性所需的儲(chǔ)層資料比擬容易取得。〔２〕可以比擬容易地與其他軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。〔３〕預(yù)測儲(chǔ)層敏感性比擬齊全，可預(yù)測常用的五種重要儲(chǔ)層敏感性?！玻础秤迷撥浖A(yù)測儲(chǔ)層的敏感性，速度快、可以節(jié)省大量天然巖心和人力及實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)?！玻怠吃擃A(yù)測軟件的可靠性很高；用多種方法檢驗(yàn)說明，預(yù)測軟件有很高的可靠性，預(yù)測的符合率最高為９６％，平均為８７％左右。現(xiàn)場驗(yàn)證也說明：預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很好的一致性，有些預(yù)測結(jié)果值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果值非常接近，進(jìn)一步證明預(yù)測軟件的準(zhǔn)確性很高。〔６〕預(yù)測軟件運(yùn)行于Ｗｉｎｄｏｗｓ環(huán)境，具有豐富的幫助功能，操作靈活、方便，界面很好。〔７〕預(yù)測軟件中進(jìn)行了多處智能化處理和糾錯(cuò)處理，可保證軟件操作簡便和可靠?！玻浮愁A(yù)測軟件可以在常用的軟、硬件環(huán)境下運(yùn)行。中國石油天然氣股份中國石油勘探開發(fā)研究院鉆井所已經(jīng)研究成功上述軟件。此軟件的正式中文名稱為：砂巖儲(chǔ)層敏感性快速預(yù)測軟件ｆｏｒＷｉｎｄｏｗｓＶ２．０。本軟件的正式英文名稱為：ＲｅｓｅｒｖｏｉｒＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎＳｏｆｔｗａｒｅｆｏｒＷｉｎｄｏｗｓＶ２．０，簡稱RESPRESforWindowsv2.0。本軟件的發(fā)行形式為3.5英寸的高密軟盤兩張，軟件狗一個(gè)，使用說明書一本。石油大學(xué)石油工程系亦已開發(fā)出相同功能的砂巖敏感性快速預(yù)測軟件。第四章油氣層損害機(jī)理油氣層損害機(jī)理就是油氣層損害的產(chǎn)生原因和伴隨損害發(fā)生的物理、化學(xué)變化過程。機(jī)理研究工作必須建立在巖心分析技術(shù)和室內(nèi)巖心流動(dòng)評價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以及有關(guān)現(xiàn)場資料分析的根底上，其目的在于認(rèn)識(shí)和診斷油氣層損害原因及損害過程，以便為推薦和制定各項(xiàng)保護(hù)油氣層和解除油氣層損害的技術(shù)措施提供科學(xué)依據(jù)。油氣層損害的實(shí)質(zhì)就是有效滲透率的下降。有效滲透率的下降包括絕對滲透率的下降〔即滲流空間的改變〕和相對滲透率的下降。滲透空間的改變包括：外來固相侵入、水敏性損害、酸敏性損害、堿敏性損害、微粒運(yùn)移、結(jié)垢、細(xì)菌堵塞和應(yīng)力敏感損害；相對滲透率的下降包括：水鎖、賈敏、潤濕反轉(zhuǎn)和乳化堵塞〔詳見本章第二節(jié)〕為什么油氣層會(huì)發(fā)生損害呢？在油氣層被鉆開之前，它的巖石、礦物和流體是在一定物理、化學(xué)環(huán)境下處于一種物理、化學(xué)的平衡狀態(tài)；在被鉆開以后，鉆井、完井、修井、注水和增產(chǎn)等作業(yè)或生產(chǎn)過程都可能改變原來的環(huán)境條件，使平衡狀態(tài)發(fā)生改變，這就可能造成油氣井產(chǎn)能下降，導(dǎo)致油氣層損害。所以，油氣層損害是在外界條件影響下油氣層內(nèi)部性質(zhì)變化造成的，即可將油氣層損害原因分為內(nèi)因和外因。但凡受外界條件影響而導(dǎo)致油氣層滲透性降低的油氣層內(nèi)在因素，均屬油氣層潛在損害因素〔內(nèi)因〕，它包括孔隙結(jié)構(gòu)、敏感性礦物、巖石外表性質(zhì)和流體性質(zhì)。在施工作業(yè)時(shí)，任何能夠引起油氣層微觀結(jié)構(gòu)或流體原始狀態(tài)發(fā)生改變，并使油氣井產(chǎn)能降低的外部作業(yè)條件，均為油氣層損害外因，它主要指入井流體性質(zhì)、壓差、溫度和作業(yè)時(shí)間等可控因素。為了弄清油氣層損害機(jī)理，不但要弄清油氣層損害的內(nèi)因和外因，而且要研究內(nèi)因在外因作用下產(chǎn)生損害的過程。第一節(jié)油氣層潛在損害因素油氣層的潛在損害與其儲(chǔ)滲空間特性、敏感性礦物、巖石外表性質(zhì)和流體性質(zhì)有關(guān)，下面就討論各因素對油氣層損害的影響。一、油氣層儲(chǔ)滲空間油氣層的儲(chǔ)集空間主要是孔隙，滲流通道主要是喉道，喉道是指兩個(gè)顆粒間連通的狹窄局部，是易受損害的敏感部位?？紫逗秃淼赖膸缀涡螤睢⒋笮?、分布及其連通關(guān)系，稱為油氣層的孔隙結(jié)構(gòu)。對于裂縫型儲(chǔ)層，天然裂縫既是儲(chǔ)集空間又是滲流通道。根據(jù)基塊孔隙和裂縫的滲透率奉獻(xiàn)大小，可以劃分出一些過渡儲(chǔ)層類型?？紫督Y(jié)構(gòu)是從微觀角度來描述油氣層的儲(chǔ)滲特性，而孔隙度與滲透率那么是從宏觀角度來描述巖石的儲(chǔ)滲特性。１．油氣層的孔喉類型不同的顆粒接觸類型和膠結(jié)類型決定著孔喉類型，一般將油氣層孔喉類型分為五種〔圖４－１〕，并將孔喉特征與油氣層損害的關(guān)系列為表4—1。２．油氣層巖石的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)孔喉類型是從定性角度來描述油氣層的孔喉特征，而孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)那么是從定量角度來描述孔喉特征。常用的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)有孔喉大小與分布、孔喉彎曲程度和孔隙連通程度。一般來說，它們與油氣層損害的關(guān)系為：〔１〕在其它條件相同的情況下，孔喉越大，不匹配的固相顆粒侵入的深度就越深，造成的固相損害程度可能就越大，但濾液造成的水鎖、賈敏等損害的可能性較小?！玻病晨缀韽澢潭仍酱?，外來固相顆粒侵入越困難，侵入深度??；而地層微粒易在喉道中阻卡，微粒分散或運(yùn)移的損害潛力增加，喉道越易受到損害?？紫哆B通性越差，油氣層越易受到損害。３．油氣層的孔隙度和滲透率孔隙度是衡量巖石儲(chǔ)集空間多少及儲(chǔ)集能力大小的參數(shù)，滲透率是衡量油氣層巖石滲流能力大小的參數(shù)，它們是從宏觀上表征油氣層特性的兩個(gè)根本參數(shù)。其中與油氣層損害關(guān)系比擬密切的是滲透率，因?yàn)樗强缀淼拇笮?、均勻性和連通性三者的共同表達(dá)。對于一個(gè)滲透性很好的油氣層來說，可以推斷它的孔喉較大或較均勻，連通性好，膠結(jié)物含量低，這樣它受固相侵入損害的可能性較大；相反，對于一個(gè)低滲透性油氣層來說，可以推斷它的孔喉小或連通性差，膠結(jié)物含量較高，這樣它容易受到粘土水化膨脹、分散運(yùn)移及水鎖和賈敏損害。二、油氣層的敏感性礦物１．敏感性礦物的定義和特點(diǎn)油氣層巖石骨架是由礦物構(gòu)成的，它們可以是礦屑和巖屑。從沉積物來源上講，有碎屑成因、化學(xué)成因和生物成因之分。儲(chǔ)層中的造巖礦物絕大局部屬于化學(xué)性質(zhì)比擬穩(wěn)定的類型，如石英、長石和碳酸鹽礦物，不易與工作液發(fā)生物理和化學(xué)作用，對油氣層沒有多大損害。成巖過程中形成的自生礦物數(shù)量雖少，但易與工作液發(fā)生物理和化學(xué)作用，導(dǎo)致油氣層滲透性顯著降低，這局部礦物就稱為油氣層敏感性礦物。它們的特點(diǎn)是粒徑很小〔＜３７μｍ〕，比外表大，且多數(shù)位于孔喉處。因此它們必然優(yōu)先與外界流體接觸，進(jìn)行充分作用，引起油氣層敏感性損害。２．敏感性礦物的類型敏感性礦物的類型決定著其引起油氣層損害的類型。根據(jù)不同礦物與不同性質(zhì)的流體發(fā)生反響造成的油氣層損害，可以將敏感性礦物分為四類：〔１〕水敏和鹽敏礦物：指油氣層中與礦化度不同于地層水和水相作用產(chǎn)生水化膨脹或分散、脫落等，并引起油氣層滲透率下降的礦物。主要有蒙脫石、伊利石／蒙皂石間層礦物和綠泥石／蒙皂石間層礦物。〔２〕堿敏礦物：是指油氣層中與高pH值外來液作用產(chǎn)生分散、脫落或新的硅酸鹽沉淀和硅凝膠體，并引起滲透率下降的礦物。主要有長石、微晶石英、各類粘土礦物和蛋白石。〔３〕酸敏礦物：是指油氣層中與酸液作用產(chǎn)生化學(xué)沉淀或酸蝕后釋放出微粒，并引起滲透率下降的礦物。酸敏礦物分為鹽酸酸敏礦物和氫氟酸酸敏礦物。前者主要有：含鐵綠泥石、鐵方解石、鐵白云石、赤鐵礦、菱鐵礦和水化黑云母；后者主要有：方解石、石灰石、白云石、鈣長石、沸石、云母和各類粘土礦物?！玻础乘倜舻V物：是指油氣層中在高速流體流動(dòng)作用下發(fā)生運(yùn)移，并堵塞喉道的微粒礦物。主要有粘土礦物及粒徑小于３７μｍ的各種非粘土礦物，如石英、長石、方解石等等。體，堵塞孔喉?！玻场硺蚪邮剑河擅l(fā)狀、纖維狀的伊利石搭橋于顆粒之間，流體極易將它沖碎，造成微粒運(yùn)移。〔４〕孔隙充填式：粘土充填在骨架顆粒之間的孔隙中，呈分散狀，粘土粒間微孔隙發(fā)育。以高嶺石、綠泥石為主呈這種產(chǎn)狀，極易在高速流體作用下造成微粒運(yùn)移。４．敏感性礦物的含量與損害程度的關(guān)系一般說，敏感性礦物含量越高，由它造成的油氣層損害程度越大；在其它條件相同的情況下，油氣層滲透率越低，敏感性礦物對油氣層造成損害的可能性和損害程度就越大。三、油氣層巖石的潤濕性巖石外表被液體潤濕〔鋪展〕的情況稱為巖石的潤濕性。巖石的潤濕性一般可分為親水性、親油性和兩性潤濕三大類。油氣層巖石的潤濕性有以下作用：〔１〕控制孔隙中油氣水分布；對于親水性巖石，水通常吸附于顆粒外表或占據(jù)小孔隙角隅，油氣那么占孔隙中間部位；對于親油性巖石，剛好出現(xiàn)相反的現(xiàn)象；〔２〕決定著巖石孔道中毛管力的大小和方向，毛管力的方向總是指向非潤濕相一方。當(dāng)巖石外表親水時(shí)，毛管力是水驅(qū)油的動(dòng)力；當(dāng)巖石外表親油時(shí)，毛管力是水驅(qū)油的阻力；〔３〕影響著油氣層微粒的運(yùn)移，油氣層中流動(dòng)的流體潤濕微粒時(shí)，微粒容易隨之運(yùn)移；否那么微粒難以運(yùn)移。油氣層巖石的潤濕性的前兩個(gè)作用，可造成有效滲透率下降和采收率降低兩方面的損害，而后一作用對微粒運(yùn)移有較大影響。四、油氣層流體性質(zhì)１．地層水性質(zhì)劑發(fā)生鹽析。２．原油性質(zhì)原油性質(zhì)主要包括粘度、含蠟量、膠質(zhì)、瀝青、析蠟點(diǎn)和凝固點(diǎn)。原油性質(zhì)對油氣層損害的影響有：〔１〕石蠟、膠質(zhì)和瀝青可能形成有機(jī)沉淀，堵塞孔喉；〔２〕原油與入井流體不配伍形成高粘乳狀液，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)與酸液作用形成酸渣；〔３〕注水和壓裂中的冷卻效應(yīng)可以導(dǎo)致石蠟、瀝青在地層中沉積，堵塞孔喉。３．天然氣性質(zhì)與油氣層損害有關(guān)的天然氣性質(zhì)主要是Ｈ２Ｓ和ＣＯ２腐蝕氣體的含量和相態(tài)特征。腐蝕氣體的作用是腐蝕設(shè)備造成微粒堵塞，Ｈ２Ｓ在腐蝕過程中形成ＦｅＳ沉淀，造成井下和井口管線的堵塞。相態(tài)特征主要是針對凝析氣藏而言，當(dāng)開采時(shí)壓差過大、或氣藏壓力衰竭時(shí)，井底壓力低于露點(diǎn)壓力，此時(shí)凝析液在井筒附近積聚，使氣相滲透率大大降低，形成油相圈閉。五、油氣藏環(huán)境地層損害是在特定的環(huán)境下發(fā)生的。內(nèi)部環(huán)境包括油氣藏溫度、壓力、原地應(yīng)力和天然驅(qū)動(dòng)能量；外部環(huán)境有工作液的流速、化學(xué)性質(zhì)、固相顆粒分布、壓差、流體的溫度等。油氣層潛在損害因素相對一個(gè)特定的時(shí)間段而言，是油氣層的固有特性。當(dāng)油氣層被鉆開以后，由于受外界條件的影響，它的孔隙結(jié)構(gòu)、敏感性礦物、巖石潤濕性和油氣水性質(zhì)都會(huì)發(fā)生變化。因此油氣層潛在損害因素在不同的生產(chǎn)作業(yè)階段可能是動(dòng)態(tài)變化的。第二節(jié)外因作用下引起的油氣層損害上一節(jié)介紹的油氣層潛在損害因素，沒有外因作用來誘發(fā)它們，它們自身不可能造成油氣層損害。因此油氣層損害機(jī)理的關(guān)鍵是研究外因如何誘發(fā)內(nèi)因起作用而造成油氣層損害。在各個(gè)生產(chǎn)作業(yè)過程中由外因誘發(fā)造成的油氣層損害機(jī)理是各種各樣的。本節(jié)僅介紹各生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)中油氣層損害機(jī)理的共性，對各種具體作業(yè)環(huán)節(jié)中油氣層損害的特殊性將在后面有關(guān)章節(jié)介紹。一、外界流體進(jìn)入油氣層引起的損害歸納起來，外界流體進(jìn)入油氣層可引起如下四方面的損害。１．流體中固相顆粒堵塞油氣層造成的損害入井流體常含有兩類固相顆粒：一類是為到達(dá)其性能要求而參加的有用顆粒，如加重劑和橋堵劑等；另一類是巖屑和混入的雜質(zhì)及固相污染物質(zhì)，它們是有害固體。固相堵塞損害的機(jī)理是：當(dāng)井眼中流體的液柱壓力大于油氣層孔隙壓力時(shí)，固相顆粒就會(huì)隨液相一起被壓入油氣層，從而縮小油氣層孔道半徑，甚至堵死孔喉造成油氣層損害。影響外來固相顆粒對油氣層的損害程度和侵入深度的因素有：〔１〕固相顆粒粒徑與孔喉直徑的匹配關(guān)系；〔２〕固相顆粒的濃度；〔３〕施工作業(yè)參數(shù)如壓差、剪切速率和作業(yè)時(shí)間。外來固相顆粒對油氣層的損害有以下特點(diǎn)：〔１〕顆粒一般在近井地帶造成較嚴(yán)重的損害；〔２〕顆粒粒徑小于孔徑的十分之一，且濃度較低時(shí)，雖然顆粒侵入深度大，但是損害程度可能較低；但此種損害程度會(huì)隨時(shí)間的增加而增加；〔３〕對中、高滲透率的砂巖油氣層來說，尤其是裂縫性油氣層，外來固相顆粒侵入油氣層的深度和所造成的損害程度相對較大。應(yīng)用辯證的觀點(diǎn)可在一定條件下將固相堵塞這一不利因素轉(zhuǎn)化為有利因素，如當(dāng)顆粒粒徑與孔喉直徑匹配較好，濃度適中，且有足夠的壓差時(shí)，固相顆粒僅在井筒附近很小范圍形成嚴(yán)重堵塞〔即低滲透的內(nèi)濾餅〕，這樣就限制了固相和液相的侵入量，從而降低損害的深度。２．外來流體與巖石不配伍造成的損害１〕水敏性損害假設(shè)進(jìn)入油氣層的外來液體與油氣層中的水敏性礦物〔如蒙脫石〕不配伍時(shí)，將會(huì)引起這類礦物水化膨脹、分散或脫落，導(dǎo)致油氣層滲透率下降，這就是油氣層水敏性損害。油氣層水敏性損害的規(guī)律有：〔１〕當(dāng)油氣層物性相似時(shí)，油氣層中水敏性礦物含量越多，水敏性損害程度越大；〔２〕油氣層中常見的粘土礦物對油氣層水敏性損害強(qiáng)弱影響順序?yàn)椋好擅撌疽晾稍硎g層礦物＞伊利石＞高嶺石、綠泥石；〔３〕當(dāng)油氣層中水敏性礦物含量及存在狀態(tài)均相似時(shí)，高滲油氣層的水敏性損害比低滲油氣層的水敏性損害要低些；〔４〕外來液體的礦化度越低，引起油氣層的水敏性損害越強(qiáng)，外來液體的礦化度降低速度越大，油氣層的水敏性損害越強(qiáng)；〔５〕在外來液礦化度相同的情況下，外來液中含高價(jià)陽離子的成分越多，引起油氣層水敏性損害的程度越弱。２〕堿敏性損害高pH的外來液體侵入油氣層時(shí)，與其中的堿敏性礦物發(fā)生反響造成分散、脫落、新的硅酸鹽沉淀和硅凝膠體生成，導(dǎo)致油氣層滲透率下降，這就是油氣層堿敏性損害。油氣層產(chǎn)生堿敏損害的原因?yàn)椋骸玻薄痴惩恋V物的鋁氧八面體在堿性溶液作用下，使粘土外表的負(fù)電荷增多，導(dǎo)致晶層間斥力增加，促進(jìn)水化分散；〔２〕隱晶質(zhì)石英和蛋白石等較易與氫氧化物反響生成不可