酸化壓裂可能對(duì)儲(chǔ)集層造成傷害-段曉輝

儲(chǔ)集層保護(hù)技術(shù)酸化壓裂可能對(duì)儲(chǔ)集層造成的傷害段曉輝石工2008001018前言

對(duì)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(dòng)極為不暢，必須靠儲(chǔ)層改造工藝來溝通天然裂縫組，形成油氣通道，達(dá)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(yīng)用。然而，壓裂酸化措施對(duì)儲(chǔ)集層也潛在著造成新傷害的危險(xiǎn)，由于儲(chǔ)層低滲、致密、非均質(zhì)嚴(yán)重的特性，油層改造的增產(chǎn)效果不太理想，特別是個(gè)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(yīng)充分發(fā)揮其改善儲(chǔ)集層的作用，盡量減少傷害儲(chǔ)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(duì)儲(chǔ)層的傷害機(jī)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(yīng)用。特別是對(duì)于受到傷害的儲(chǔ)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(fù)油氣井產(chǎn)能。然而，壓裂酸化措施也潛在著對(duì)儲(chǔ)集層造成新的傷害的危險(xiǎn)。

增產(chǎn)液對(duì)儲(chǔ)集層傷害的類型及機(jī)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(dǎo)流能力裂縫，改善油氣通道:另一方面是壓裂液進(jìn)入地層后，會(huì)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(shí)如何盡量減少對(duì)儲(chǔ)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(chǔ)集層傷害壓裂液進(jìn)入地層后是通過物理或化學(xué)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(yùn)移、

堵塞孔道;濾液進(jìn)入喉道后由于毛細(xì)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(duì)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(shí)濾液進(jìn)入地層裂縫內(nèi)形成濃縮壓裂液，破膠困難，導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流能力大大降低

壓裂液在儲(chǔ)集層中滯留產(chǎn)生液堵

1.1低滲透砂巖中的水鎖傷害機(jī)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(chǔ)層后，由于毛細(xì)管力作用，地層驅(qū)動(dòng)壓力不能將外來流體完全排出地層，從而使儲(chǔ)層的含水飽和度增加，油氣相滲透率降低;對(duì)于氣藏而言，氣水兩相區(qū)減小，這種現(xiàn)象稱為水鎖效應(yīng)。在低壓、低滲透、特低滲透儲(chǔ)層中水鎖效應(yīng)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(shí)，液體連續(xù)存在，而氣態(tài)被水包圍。c.天然氣派液時(shí)，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(xì)管力。

②改善壓裂液破膠性能，實(shí)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(dòng)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(qiáng)制裂縫排液，減少壓裂液在地層的滯留時(shí)間。

④使用液氮、C02助排等。

1.2壓裂液殘?jiān)鼘?duì)儲(chǔ)集層造成的傷害

殘?jiān)膩碓词腔汉统赡z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(duì)儲(chǔ)集層巖石的浸泡，沖刷作用而脫落下來的微粒。殘?jiān)趲r石表面形成儲(chǔ)餅，可降低壓裂液的濾失，并且阻止大顆粒繼續(xù)流人儲(chǔ)集層內(nèi)。但較小顆粒殘?jiān)┻^濾餅隨壓裂液一道進(jìn)入儲(chǔ)集層深部，堵塞孔隙喉道，降低儲(chǔ)集層滲透率?？p壁上的殘?jiān)?，隨壓裂液的注入過程可能沿支撐縫移動(dòng)，壓裂結(jié)束后，這些殘?jiān)盗鞫氯钌傲芽p，降低裂縫導(dǎo)流能力，嚴(yán)重時(shí)使填砂裂縫完全堵塞，造成壓裂失敗。殘?jiān)鼘?duì)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(qiáng)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?jiān)鼘?duì)支撐裂縫存在一定的損害。

殘?jiān)诳紫吨行纬傻亩氯缦聢D

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

幾乎所有的砂巖儲(chǔ)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(dòng)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(shí)分散、剝落，隨壓裂液濾入儲(chǔ)集層或沿裂縫流動(dòng)。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(yīng)造成儲(chǔ)集層傷害

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

在高溫井壓裂時(shí)可利用“冷卻效應(yīng)”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(chǔ)集層流體的配伍性不好，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成沉淀，以及添加劑使用不當(dāng)造成巖石潤濕性改變等新的傷害，都將嚴(yán)重危害儲(chǔ)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(chǔ)罐清洗不干凈，雜質(zhì)、銹、垢等帶入儲(chǔ)集層將引起損害。配液時(shí)，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(chǔ)集層和裂縫中，會(huì)對(duì)儲(chǔ)集層帶來傷害。

第二章.酸化作業(yè)可能造成的傷害

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

在酸化施工過程中，由于設(shè)計(jì)及處理不當(dāng)，可能造成嚴(yán)重的儲(chǔ)集層傷害，最常見的儲(chǔ)集層傷害主要在于酸化后二次產(chǎn)物的沉淀，酸液與儲(chǔ)集層巖石，流體的不配伍以及儲(chǔ)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(yùn)移堵塞、產(chǎn)生乳化等。1.酸液與儲(chǔ)集層流體的配伍性

1.1儲(chǔ)集層原油與酸液的配伍

當(dāng)酸液與儲(chǔ)集層中含瀝青原油接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生酸渣。酸渣由瀝青、樹脂、石蠟和其它高分子碳?xì)浠衔锝M成，是一種膠狀的不溶性產(chǎn)物。一旦產(chǎn)生，會(huì)對(duì)儲(chǔ)集層帶來永久性傷害，一般很難加以消除。

1.2儲(chǔ)集層水與酸液的配伍

儲(chǔ)集層水與酸接觸帶的危害，主要是反應(yīng)生成沉淀。若不考慮注入酸液與巖石反應(yīng)時(shí)，酸與儲(chǔ)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(shí)要設(shè)法避免其與儲(chǔ)集層水接觸產(chǎn)生沉淀。

2.酸液與儲(chǔ)集層巖石的配伍性

儲(chǔ)集層巖石礦物成分復(fù)雜，酸液注入后對(duì)不同礦物產(chǎn)生的溶解機(jī)理不同。會(huì)帶來不同類型和不同程度的儲(chǔ)集層傷害。粘土礦物普遍存在于油、氣儲(chǔ)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(duì)其反應(yīng)亦各異，產(chǎn)生的傷害機(jī)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(chǔ)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(chǔ)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(yùn)移

在酸化過程中或酸化后隨酸液或流體流動(dòng)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(chǔ)集層顆粒或微粒松散，脫落而運(yùn)移堵塞。這些微粒隨酸液的流動(dòng)攪拌極易促進(jìn)酸液與儲(chǔ)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(chǔ)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(jìn)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(shí)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(duì)酸和含氧的水非常敏感，它很容易溶于稀酸，用酸處理時(shí)可以被溶解掉，但當(dāng)酸耗盡時(shí)，F(xiàn)離子可以再次以氫氧化鐵凝膠沉淀出來，堵塞儲(chǔ)集層，這種情況特別是酸液未加鰲合劑時(shí)，更為嚴(yán)重。

2.4酸化產(chǎn)生液堵和巖石潤濕性改變

酸液注入儲(chǔ)集層后，井壁附近含水大大增加，當(dāng)水油流度比大于1時(shí)會(huì)出現(xiàn)水鎖，因此應(yīng)加強(qiáng)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(chǔ)集層傷害，若酸化時(shí)形成乳化、泡沫等，兩相流動(dòng)阻力增大，特別是當(dāng)氣泡、液滴流經(jīng)喉道時(shí)，產(chǎn)生賈敏效應(yīng)封堵喉道。

2.5酸液與儲(chǔ)集層礦物反應(yīng)產(chǎn)生二次沉淀損害

在酸化過程中，酸溶解礦物以擴(kuò)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(huì)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(yīng)產(chǎn)生沉淀

c.水化硅沉淀

2.4妨礙酸反應(yīng)的有機(jī)覆蓋層處理后對(duì)油層的損害

酸化中存在的一個(gè)普遍問題是酸不能穿透巖石或結(jié)垢表面上的有機(jī)覆蓋層而使處理失敗。這對(duì)瀝青質(zhì)原油的儲(chǔ)集層尤為突出。這類儲(chǔ)集層酸化前，采用溶劑或酸/溶劑混合物作預(yù)處理，也可采用注熱油處理。但若施工不當(dāng)，把被溶解的有機(jī)沉淀物注到儲(chǔ)集層中，發(fā)生再沉淀，也會(huì)堵塞儲(chǔ)集層。酸化時(shí)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(xì)微的粒間孔道，產(chǎn)生

毛管阻力，返排時(shí)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(chǔ)集層微粒，特別