酸化壓裂可能對儲集層造成傷害-段曉輝

儲集層保護技術(shù)酸化壓裂可能對儲集層造成的傷害段曉輝石工2008001018前言

對于低壓、低滲，裂縫的發(fā)育很不完善，分布極不均勻，造成油氣流動極為不暢，必須靠儲層改造工藝來溝通天然裂縫組，形成油氣通道，達到增產(chǎn)或投產(chǎn)的目的。壓裂、酸化作為低滲油氣藏重要的增產(chǎn)和投產(chǎn)措施，在石油工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。然而，壓裂酸化措施對儲集層也潛在著造成新傷害的危險，由于儲層低滲、致密、非均質(zhì)嚴重的特性，油層改造的增產(chǎn)效果不太理想，特別是個別在井的增產(chǎn)改造后出現(xiàn)減產(chǎn)的現(xiàn)象。為了獲得增產(chǎn)效果，就應充分發(fā)揮其改善儲集層的作用，盡量減少傷害儲集層的因素。因此，這就很有必要搞清楚具體低滲透油田壓裂、酸化作業(yè)對儲層的傷害機理、傷害類型

酸化壓裂作為油氣井重要的增產(chǎn)和投產(chǎn)措施，在石油工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。特別是對于受到傷害的儲集層，把壓裂酸化作為投產(chǎn)措施，能在一定程度上解除堵塞物，恢復油氣井產(chǎn)能。然而，壓裂酸化措施也潛在著對儲集層造成新的傷害的危險。

增產(chǎn)液對儲集層傷害的類型及機理水力壓裂技術(shù)是我國油氣田開發(fā)必不可少的重要措施之一。壓裂作業(yè)存在兩重性:一方面是形成具有一定幾何形狀的高導流能力裂縫，改善油氣通道:另一方面是壓裂液進入地層后，會引起部分傷害。因此，壓裂液在滿足了壓裂施工過程中造縫和攜砂能力的同時如何盡量減少對儲層的損害是壓裂液研究的主要課題之一。

第一章.壓裂液引起的儲集層傷害壓裂液進入地層后是通過物理或化學作用引起地層滲透率下降的。按壓裂液作用位置可分為地層基質(zhì)損害和支撐裂縫損害。根據(jù)流體性質(zhì)不同，其損害又可分為以下類型：

(1)液體損害

壓裂液濾液引起的地層粘土膨脹、分散、運移、

堵塞孔道;濾液進入喉道后由于毛細管力的作用而造成水鎖，潤濕性反轉(zhuǎn)使油相滲透率變小，與地層流體配伍性差而產(chǎn)生沉淀等

(2)固體損害

壓裂液破膠水化后，殘留固相顆粒對地層喉道和支撐裂縫造成堵塞。

(3)壓裂液濾餅和濃縮損害

由于濾失作用，在壓裂成的裂縫表面形成致密的濾餅;同時濾液進入地層裂縫內(nèi)形成濃縮壓裂液，破膠困難，導致裂縫導流能力大大降低

壓裂液在儲集層中滯留產(chǎn)生液堵

1.1低滲透砂巖中的水鎖傷害機理

在油氣層增產(chǎn)改造過程中，酸化、壓裂液等外來流體侵入儲層后，由于毛細管力作用，地層驅(qū)動壓力不能將外來流體完全排出地層，從而使儲層的含水飽和度增加，油氣相滲透率降低;對于氣藏而言，氣水兩相區(qū)減小，這種現(xiàn)象稱為水鎖效應。在低壓、低滲透、特低滲透儲層中水鎖效應尤為突出。

如下圖所示

a.原始狀態(tài)條件下，液體以液滴狀存在，而氣態(tài)是連續(xù)的。b.水侵時，液體連續(xù)存在，而氣態(tài)被水包圍。c.天然氣派液時，無疑增加了天然氣的阻力。采取以下措施:

①在水基壓裂液中加入表面活性劑即助排劑，降低油水界面張力，增大接觸角，減少毛細管力。

②改善壓裂液破膠性能，實現(xiàn)壓裂液在地層中的徹底水化破膠，減小壓裂液在地層介質(zhì)中流動的粘滯阻力。

③壓裂液快速破膠，并在壓裂結(jié)束后采用小油嘴，利用余壓強制裂縫排液，減少壓裂液在地層的滯留時間。

④使用液氮、C02助排等。

1.2壓裂液殘渣對儲集層造成的傷害

殘渣的來源是基液和成膠物質(zhì)中的不溶物、防濾失劑或支撐劑的微粒及由于壓裂液對儲集層巖石的浸泡，沖刷作用而脫落下來的微粒。殘渣在巖石表面形成儲餅，可降低壓裂液的濾失，并且阻止大顆粒繼續(xù)流人儲集層內(nèi)。但較小顆粒殘渣，穿過濾餅隨壓裂液一道進入儲集層深部，堵塞孔隙喉道，降低儲集層滲透率?？p壁上的殘渣，隨壓裂液的注入過程可能沿支撐縫移動，壓裂結(jié)束后，這些殘渣返流堵塞填砂裂縫，降低裂縫導流能力，嚴重時使填砂裂縫完全堵塞，造成壓裂失敗。殘渣對壓裂效果的影響存在雙重性:

一方面是形成濾餅，阻礙壓裂液侵入地層深處，提高了壓裂液效率，減輕了地層損害;

另一方面是堵塞地層及裂縫內(nèi)孔隙和喉道，增強了乳化液的界面膜厚度，難于破乳，降低地層和裂縫滲透率，損害地層。

壓裂液破膠液殘渣對支撐裂縫存在一定的損害。

殘渣在孔隙中形成的堵塞如下圖

由上圖可以看出，幾乎都對孔隙喉道產(chǎn)生了負面影響1.3壓裂過程引起儲集層中粘土礦物的膨脹和顆粒運移

幾乎所有的砂巖儲集層都含有一定量的水敏粘土礦物。在碳酸鹽巖中、粘土礦物充填于巖石孔隙、裂縫之間，粘附于顆粒表上。粘土礦物與水為基液的壓裂液接觸，立即產(chǎn)生膨脹，使流動孔隙減小。松散粘附于孔道壁面的粘土顆粒與壓裂液接觸時分散、剝落，隨壓裂液濾入儲集層或沿裂縫流動。在孔喉處被停住，形成橋堵，從而引起傷。

1.4壓裂液的冷卻效應造成儲集層傷害

冷的壓裂液進入儲集層、會使儲集層溫度降低，從而使原油中的蠟及瀝青等析出;造成儲集層傷害。此種傷害取決于儲集層原油的性質(zhì)、儲集層原始溫度、儲集層降溫幅度及儲集層滲透率等因素。

在高溫井壓裂時可利用“冷卻效應”來降低壓裂流體的濾失量，使耐溫性較差的壓裂液可用于溫度較高的油井，并給施工帶來一些方便。

此外，壓裂液與儲集層流體的配伍性不好，產(chǎn)生化學反應生成沉淀，以及添加劑使用不當造成巖石潤濕性改變等新的傷害，都將嚴重危害儲集層的壓后產(chǎn)能。1.5施工作業(yè)及施工質(zhì)量差帶來的附加傷害

井筒及壓裂液儲罐清洗不干凈，雜質(zhì)、銹、垢等帶入儲集層將引起損害。配液時，水質(zhì)不好，使壓裂液性能改變，并引入有害物質(zhì)。

施工結(jié)束后排液不徹底將造成大量高粘壓裂液殘存于儲集層和裂縫中，會對儲集層帶來傷害。

第二章.酸化作業(yè)可能造成的傷害

由于儲集層巖石成分、結(jié)構(gòu)及儲集層中流體的不同，導致酸化技術(shù)的復雜性，使得有的酸化作業(yè)不但不能解除原有儲集層堵塞，相反帶來對儲集層進一步的傷害。

在酸化施工過程中，由于設(shè)計及處理不當，可能造成嚴重的儲集層傷害，最常見的儲集層傷害主要在于酸化后二次產(chǎn)物的沉淀，酸液與儲集層巖石，流體的不配伍以及儲集層潤濕性的改變，毛管力的產(chǎn)生，酸化后疏松顆粒及微粒的脫落運移堵塞、產(chǎn)生乳化等。1.酸液與儲集層流體的配伍性

1.1儲集層原油與酸液的配伍

當酸液與儲集層中含瀝青原油接觸時，會產(chǎn)生酸渣。酸渣由瀝青、樹脂、石蠟和其它高分子碳氫化合物組成，是一種膠狀的不溶性產(chǎn)物。一旦產(chǎn)生，會對儲集層帶來永久性傷害，一般很難加以消除。

1.2儲集層水與酸液的配伍

儲集層水與酸接觸帶的危害，主要是反應生成沉淀。若不考慮注入酸液與巖石反應時，酸與儲集層中水接觸產(chǎn)生的危害不大。

酸液特別是HF將與這些離子作用而產(chǎn)生有害沉淀物。因此，酸化時要設(shè)法避免其與儲集層水接觸產(chǎn)生沉淀。

2.酸液與儲集層巖石的配伍性

儲集層巖石礦物成分復雜，酸液注入后對不同礦物產(chǎn)生的溶解機理不同。會帶來不同類型和不同程度的儲集層傷害。粘土礦物普遍存在于油、氣儲集層中，最常見的是蒙脫石、伊利石、混層粘土(以伊利石一蒙脫石為主)、高嶺石以及綠泥石。不同的粘土礦物其組成、結(jié)構(gòu)以及理化性質(zhì)不同，酸液對其反應亦各異，產(chǎn)生的傷害機理也不同。

2.1酸液引起粘土礦物膨脹

酸液注入到含蒙脫石或伊利石一蒙脫石含量較高的儲集層。酸液中水被蒙脫石所吸收，引起這類粘土礦物的膨脹。特別是高含Na蒙脫石類粘土，膨脹體積因而使孔道變窄甚至堵死孔道，使儲集層喪失滲透性。即使酸液溶解掉部分粘土礦物，也很難抵消其造成的傷害。

2.2酸液的沖刷及溶解作用造成微粒運移

在酸化過程中或酸化后隨酸液或流體流動而破碎遷移，引起孔道堵塞。不論是哪類粘土礦物，酸化過程中酸溶解膠結(jié)物不同程度地使儲集層顆?；蛭⒘Ｋ缮?，脫落而運移堵塞。這些微粒隨酸液的流動攪拌極易促進酸液與儲集層中原油一起形成穩(wěn)定的乳化液，產(chǎn)生液堵。

高嶺石類粘土在儲集層中大多松散地附著在砂粒表面，隨著酸浪的沖刷，剝落下來的微粒將發(fā)生遷移，造成孔隙喉道的堵塞。進而降低滲透率。

伊利石類粘土在砂巖中可以形成大體積的微孔(蜂窩狀)，這些微孔可以束縛酸中的水，有時在孔隙中還可發(fā)育成類似毛狀的晶體，增加了孔隙的彎曲性，降低滲透率。

2.3酸液溶解含鐵礦物產(chǎn)生不溶產(chǎn)物

綠泥石類粘土是水合鋁硅酸鹽，常常含有大量的Fe和Mg，對酸和含氧的水非常敏感，它很容易溶于稀酸，用酸處理時可以被溶解掉，但當酸耗盡時，F(xiàn)離子可以再次以氫氧化鐵凝膠沉淀出來，堵塞儲集層，這種情況特別是酸液未加鰲合劑時，更為嚴重。

2.4酸化產(chǎn)生液堵和巖石潤濕性改變

酸液注入儲集層后，井壁附近含水大大增加，當水油流度比大于1時會出現(xiàn)水鎖，因此應加強酸化后排液工作。酸液中的表面活性劑可能改變巖石潤濕性引起儲集層傷害，若酸化時形成乳化、泡沫等，兩相流動阻力增大，特別是當氣泡、液滴流經(jīng)喉道時，產(chǎn)生賈敏效應封堵喉道。

2.5酸液與儲集層礦物反應產(chǎn)生二次沉淀損害

在酸化過程中，酸溶解礦物以擴大孔隙或裂隙空間。但若溶解后的產(chǎn)物再次沉淀出來，則會重新堵塞孔道。酸化后的再次沉淀物一般如下：

a.鐵質(zhì)沉淀

b.氫氟酸反應產(chǎn)生沉淀

c.水化硅沉淀

2.4妨礙酸反應的有機覆蓋層處理后對油層的損害

酸化中存在的一個普遍問題是酸不能穿透巖石或結(jié)垢表面上的有機覆蓋層而使處理失敗。這對瀝青質(zhì)原油的儲集層尤為突出。這類儲集層酸化前，采用溶劑或酸/溶劑混合物作預處理，也可采用注熱油處理。但若施工不當，把被溶解的有機沉淀物注到儲集層中，發(fā)生再沉淀，也會堵塞儲集層。酸化時則要在酸液中加入抗酸渣劑以免酸與原油作用產(chǎn)生酸渣。

2.5酸液濾失造成的損害

一是酸液或前置液滲入細微的粒間孔道，產(chǎn)生

毛管阻力，返排時壓差不能克服毛管阻力，造成這些流道的液阻;

二是酸液中固相顆粒，酸液溶蝕下的儲集層微粒，特別