保護(hù)油氣層技術(shù)

保護(hù)油氣層技術(shù)

（徐同臺、趙敏、熊友明等編）

目錄

第一章緒論...........................................（1）

第一節(jié)保護(hù)油氣層口勺重要性及重要內(nèi)容...............（2）

第二節(jié)保護(hù)油氣層技術(shù)的特點(diǎn)與思緒..................（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)油氣層潛在損害原因........................（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)鉆井過程中導(dǎo)致油氣層損害原因分析........（68）

第二節(jié)保護(hù)油氣層日勺鉆井液技術(shù)....................（73）

第三節(jié)保護(hù)油氣層日勺鉆井工藝技術(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H勺保護(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）

第四節(jié)試油過程中R勺保護(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）

第八章油氣層損害日勺礦場評價(jià)技術(shù)...................（175）

第一節(jié)油氣層損害的礦場評價(jià)措施................（175）

第二節(jié)油氣層損害的評價(jià)參數(shù)....................（181）

第三節(jié)油氣層損害時(shí)測井評價(jià)....................（186）

第九章國外保護(hù)油氣層技術(shù)發(fā)展動(dòng)向................（198）

參照文獻(xiàn)............................................（213）

張紹槐，羅平亞.保護(hù)儲集層技術(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，導(dǎo)致油氣層滲透率下降日勺現(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5。年代就開始

注意到此問題，川中會戰(zhàn)時(shí)，就提出鉆井泄密度不適宜過高，以免壓死油氣層。6U年代大慶會戰(zhàn)

時(shí)，為了減少對近井地帶日勺油氣層損害，對鉆開油氣層鉆井液的密度和濾失量也提出了嚴(yán)格規(guī)定。

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，再深入

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)的基礎(chǔ)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)項(xiàng)目，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，并且在生產(chǎn)實(shí)踐中均獲得較大進(jìn)展，形成了適合我國日勺保護(hù)油

氣層系列技術(shù)?！鞍宋濉逼陂g，此項(xiàng)技術(shù)得到深入推廣應(yīng)用卻發(fā)展，并獲得很好的效果。

第一節(jié)保護(hù)油氣層的重要性及重要內(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)油氣層的重要性有如下幾方面。

1.勘探過程中，保護(hù)油氣層工作日勺好壞直接關(guān)系到能否及時(shí)發(fā)現(xiàn)新日勺油氣層、油氣田和對儲量的對

I向評價(jià)探井鉆井完井過程中，如沒有采用有效U勺保護(hù)油氣層措施，油氣層就也許受到嚴(yán)重?fù)p害，使某

些有但愿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，鉆探成果新增含油氣面積18.5k

m2,探明原油儲最上千萬噸，天然氣幾十億立方米。此外，在鉆井完井過程中，假如油氣層受到鉆

井液、完井液H勺損害，往往會影響測井資料與試油成果對油氣層滲透率、孔隙度、油水飽和度等參數(shù)

I內(nèi)對歐J解釋，從而影響油氣層日勺鑒別，有時(shí)誤把油氣層判斷為水層，從而影響油氣儲量的對日勺計(jì)算。

之相匹配H勺各項(xiàng)保護(hù)油氣層技術(shù)措施，順利鉆穿了沙二段目的層。由于減少了鉆井液密度而減少井下

豆雜狀況，提高了機(jī)械鉆速，咕井費(fèi)用比投標(biāo)節(jié)省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%o

3.油田開發(fā)生產(chǎn)各項(xiàng)作業(yè)中，搞好保護(hù)油氣層有助于油氣井的穩(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發(fā)生在近井地帶，往往還波及到油氣層深部，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?，投產(chǎn)后6個(gè)月發(fā)現(xiàn)部分油井H勺年產(chǎn)量以50%-70%迅速

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日勺

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。我國部分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)上升日勺現(xiàn)象。如某井在完井測試時(shí)表皮系數(shù)為L78；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)增長為5.72o增產(chǎn)、注水和熱采作業(yè)中，假如油

氣層受到損害就會影響增產(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)，其成果非

但沒增產(chǎn)反而減產(chǎn)。對于水敏油層，若注水時(shí)沒有采用防水敏措施，則伴隨注水工作口勺進(jìn)行，注水壓

力會不停升高，吸水指數(shù)不停下降，最終達(dá)不到配注規(guī)定。

總之，在油田開發(fā)生產(chǎn)日勺每一項(xiàng)作業(yè)中，搞好保護(hù)油氣層工作將有助于油井穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)少

投入多產(chǎn)出，獲得很好的I經(jīng)濟(jì)效益。

二、保護(hù)油氣層技術(shù)的重要內(nèi)容

保護(hù)油氣層技術(shù)重要包括如下八方面內(nèi)容：

（1）巖心分析、油氣水分析卻測試技術(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原因和保護(hù)油氣層技術(shù)；

（5）完井過程中油氣層損害原因和保護(hù)油氣層及解堵技術(shù)：

（6）油氣田開發(fā)生產(chǎn)中的油氣層損害原因和保護(hù)油氣層技術(shù);

（7）油氣層損宙現(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，但彼此又是有關(guān)聯(lián)的。

第二節(jié)保護(hù)油氣層技術(shù)的特點(diǎn)與思緒

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)波及多學(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)過程中均也許使油氣層受

到損害，并且假如后?項(xiàng)作'也沒搞好保護(hù)油氣層工作，就有也許使前面各項(xiàng)作業(yè)中的保護(hù)油氣層所獲

得的成效部分或所有喪失。因此保護(hù)油氣層技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，此項(xiàng)工程波及地質(zhì)、鉆井、測井、

試油、采油、井下作業(yè)等多種部門，只有這些部門親密配合，協(xié)同工作，對的看待投入與產(chǎn)出，才能

收到良好效果。例如，某油田是一種低壓、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,大大高于下部油層日勺壓力系數(shù)0.95-1.為了弄清該構(gòu)造的產(chǎn)能與儲量，決定變化井身構(gòu)

造，技術(shù)套管下至低壓油層頂部，然后換用密度為1.03g/cm3H勺優(yōu)質(zhì)無膨潤土相生物聚合物鉆井液，

并加入暫堵劑。鉆開油層后立即進(jìn)行中途測試，口產(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)，成果日產(chǎn)油僅14.34m3,表皮系數(shù)增到30,闡明油層已受到嚴(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)

深入增到81.7,使油層受到更為嚴(yán)重FI勺損害。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。上述例子充足闡明了保護(hù)油氣層技術(shù)必須系列配套，任何一種環(huán)節(jié)的失誤

都會影響保護(hù)油氣層的J總體效果。從第一節(jié)所論述時(shí)保護(hù)油氣層技術(shù)所包括的內(nèi)容不難看出，要開展

比項(xiàng)系統(tǒng)工程中各項(xiàng)技術(shù)日勺研究，必然波及到礦物學(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)，只有充足運(yùn)用這些學(xué)科的

關(guān)知識與最新研究成果，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)的基礎(chǔ)。由于不?樣的油氣

層具有不一樣||勺特性，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。但不一樣類型油藏和油氣層的特性又有許

多不一樣之處；雖然同一種油氣層，如處在不一樣開發(fā)階段，其特性參數(shù)亦會發(fā)生變化；此外，相似

作業(yè)在不一樣工況下所誘發(fā)的油氣層損害也不完全相似。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)根據(jù)所研究日勺油氣層處在不?樣開發(fā)階段的特性來確定，否則會得到相反效果。例如清潔鹽水

是一種很好II勺射孔液和壓井液，不過某油田在試油中采用密度為1.17g/cm3U勺工業(yè)鹽和燒堿配制

成pH值為12U勺鹽水作為壓井液，壓井過程中漏失U0m3鹽水。由于該組油層屬于堿敏油層（室內(nèi)試

驗(yàn)成果表明，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)從壓井前一1.35增為12.12,原油產(chǎn)量從837m3/d降為110

m3/d,氣產(chǎn)量從5852m3/d降為778m3/do假如該井根據(jù)油層特性采用水合肺作為防腐劑

的清潔鹽水作為壓井液（室內(nèi)試驗(yàn)表明其滲透率恢復(fù)值可高達(dá)97%?99.8%）,油氣層損害程

度就有也許大大地減輕。

3.保護(hù)油氣層技術(shù)在研究措施上采用三個(gè)結(jié)合保護(hù)油氣層技術(shù)在研究措施上采用三個(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)思緒

保護(hù)油氣層系統(tǒng)工程R勺重要技術(shù)思緒可歸納為五個(gè)方面：

（1）分析所研究油氣層的巖石和流體特性，以此為根據(jù)來研究該油氣層打勺潛在損害原因與機(jī)理。

（2）搜集現(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)過程中潛在損害原因被誘發(fā)的J

原因、過程及防治措施。

（3）按照系統(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

淙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)的詳細(xì)設(shè)計(jì)中。

（4）各項(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日勺信息，并評價(jià)保護(hù)油氣層的效果和經(jīng)

濟(jì)效益。然后反饋給有關(guān)部門，視狀況決定與否繼續(xù)研究改善措施或補(bǔ)救措施。

（5）計(jì)算機(jī)預(yù)測、診斷、評價(jià)和動(dòng)態(tài)模擬。研究每項(xiàng)詳細(xì)作業(yè)時(shí)應(yīng)注意堅(jiān)持如下五項(xiàng)原則：

（1）根據(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）H勺密度、

類型和組分，減少壓差，縮短浸泡時(shí)間，控制其液相和固相顆粒盡量不進(jìn)入或少進(jìn)入油氣層。如不能

完全控制住，則規(guī)定所采用口勺工作液與油氣層巖石和流體相匹配，盡量不要誘發(fā)油氣層潛在損害原因

或者控制工作液進(jìn)入油氣層歐I深度，并控制進(jìn)入油氣層工作液歐J組分，力爭在油氣井投產(chǎn)時(shí)可使用現(xiàn)

代物理或化學(xué)措施加以解堵。

（2）進(jìn)行多種測試和采油作業(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、出砂和相滲透率的減少。

（3）油氣田開發(fā)生產(chǎn)過程中，為了增長油氣層能量和驅(qū)替效果，必須向油層中注入多種流體，這些

流體應(yīng)力爭與油氣層巖石和地層中流體相配伍，減少對油氣層H勺損害，使之有助于油、氣的采出。

（4）保護(hù)油氣層技術(shù)盡量立足于以防止為主，解堵為輔c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。部分油氣層受到損害后，雖然可以解堵，但所花費(fèi)日勺費(fèi)

用也很高。

（5）優(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)識油氣層地質(zhì)特性的必要手段，油氣層口勺敏感性評價(jià)、損害機(jī)理的I研究、油氣層損

害日勺綜合診斷、保護(hù)油氣層技術(shù)方案口勺設(shè)計(jì)都必須建立在巖心分析的I基礎(chǔ)之上。因此，巖心分析是保

護(hù)油氣層技術(shù)系列中不可缺乏H勺重要構(gòu)成部分，也是保護(hù)油氣層技術(shù)這一系統(tǒng)工程日勺起始點(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)識油氣層的巖石物理性質(zhì)及巖石中敏感性礦物H勺類型、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)提供根據(jù)和提議。

2.巖心分析的I意義

保護(hù)油氣層技術(shù)的研究與實(shí)踐表明，油氣層地質(zhì)研究是保護(hù)油氣技術(shù)的基礎(chǔ)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U勺目的是，精確地認(rèn)識油氣層的初始狀態(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)，尤其是敏感性礦物FI勺類型、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)巖石表面性質(zhì)，如比表面、潤濕性等；

(4)地層流體性質(zhì)，包括油、氣、水口勺構(gòu)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)境變化的敏感性及也許的損害趨勢和后果。

其中，礦物性質(zhì)及滲流多孔介質(zhì)的特性重要是通過巖心分析獲得，從而體現(xiàn)了巖心分析在油氣層

地質(zhì)研究中的關(guān)鍵作用。圖2—1闡明了六項(xiàng)內(nèi)容之間H勺互相聯(lián)絡(luò)，最終應(yīng)指明潛在油氣層損害原

因、預(yù)測敏感性，并有針對性地提出施工提議。還應(yīng)指出，室內(nèi)敏感性評價(jià)和工作液篩選使用的J巖心

數(shù)最有限，不也許所有考慮油氣層物性及敏感性礦物所體現(xiàn)出來日勺多種復(fù)雜狀況，巖心分析則可以確

定某一塊試驗(yàn)巖樣在整個(gè)油氣層中的代表性，進(jìn)而可通過為數(shù)不多的試驗(yàn)成果，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

巖心分析是指運(yùn)用多種儀器設(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）

的一部分，因此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H勺內(nèi)容及對應(yīng)H勺技術(shù)措施。應(yīng)用中要根據(jù)詳細(xì)H勺油氣層特點(diǎn)進(jìn)行選擇分析，做到既能抓住重要

矛盾，處理實(shí)際問題，又要經(jīng)濟(jì)實(shí)用，注意發(fā)揮不一樣技術(shù)的長處，配套實(shí)行。

三、取樣規(guī)定

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)表明，鉆屑口勺代表

性很差，故一般使用成形巖心，并且多種試驗(yàn)項(xiàng)目可以進(jìn)行配套分析，便于找出巖石多種參數(shù)之間的

內(nèi)在聯(lián)絡(luò)。

巖心

I

巖石物理性質(zhì)地層流體

定

Rk惻化學(xué)分析

片

海

鑄

體光雄分析

毓

電

描

為色講分析

術(shù)

技

未

壓點(diǎn)壓物件

析

像

分

圖

法

觸

角

接

結(jié)訴出勢

孔隙及

及類型

滲息率

孔眼結(jié)構(gòu)

巖石衣面性質(zhì)

內(nèi)部環(huán)境，外部環(huán)境?

服力流速

阻度.L作淞性質(zhì)

原地應(yīng)力外來冏和侵入

天然驅(qū)動(dòng)能量壓差

潛在油氣足損害和她感性

「保老油氣N技術(shù)措及建議

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

巖石構(gòu)造與礦物分析、孔隙構(gòu)造的測定要在理解油氣層巖性、物性、含油氣性、電性的基礎(chǔ)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)的極端狀況，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）分析樣品密度大概為鑄體薄片的J1/3至1/2,對油氣層要加

密，水層及火層進(jìn)行控制性分析。壓汞分析的J巖樣，對于一種油組（或厚油層），每個(gè)滲透率級別至

少的3?5條毛管壓力曲線，最終可根據(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，最佳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，這有助于建立孔隙分布與孔喉分布參數(shù)間的關(guān)系，以及孔隙構(gòu)造與巖性、物性、粘土礦物之間的

聯(lián)絡(luò)。XRD分析可以用碎樣，但應(yīng)清除被泥漿污染的部分，否則會干擾試驗(yàn)成果。電子探針分析可

用其他柱塞端部，這樣在所有分析項(xiàng)目完畢后，就能指出潛在的損害類型及原因，預(yù)測不一樣滲透率

級別（儲層類型）的油氣層的敏感程度，對的解釋敏感性評價(jià)試驗(yàn)成果。

表2-1巖心分析揭示的內(nèi)容及所用的方法

內(nèi)容方法

常規(guī)條件總孔隙度、連通孔隙度氣測法、煤油飽和法孔隙度儀

孔隙僮

模擬1町K總孔隙度CMS-300全自動(dòng)巖心分析儀

空氣淮透室、煤油淮透率、地層水滲透率;水平淮通

常法透率儀

巖港透率率、垂直部透率、他囪落透率、全直徑巖心滲透率;

規(guī)CMS?300全自動(dòng)比心分析儀

石梗損國樂滲透率

物

物比表面樂汞或等溫吸陽法

性

理

相滲透率氣一水、油一氣、氣一油一水穩(wěn)態(tài)法、不穩(wěn)態(tài)法

性

心接觸角測球、阿莫特（自吸入）法、點(diǎn)心機(jī)法毛管用力

澗濕性油濕、水濕』響洞濕

曲線測定

類型、大小、形態(tài)、連通性、分布

孔隙孔隙一喉道鋅體薄片、圖像分析、SEM、X時(shí)或a歸描、NMR

結(jié)構(gòu)

孔喉大小、分4樂汞法、離心機(jī)法毛管壓力曲線測定

件架石英、長石粒度大小、分布締析法、樽片粒度圖像分析

巖肩、云母

省接觸關(guān)系..成分、含晶、成巖變化的體薄片、陰極發(fā)光、XRD全巖分析、紅外光譜

石

結(jié)產(chǎn)狀鑄體薄片、SEM

構(gòu)

咕土礦物

與得體僧片、、紅外光譜、沉降分離法、電子探針成

用類型、成分、含殳XRD

礦能請

鼠

物

物

產(chǎn)狀巖石博片、SEM

#粘上礦物

類型、成分、含量薄片染色、XRD金巖分析、紅外光謂、碳酸鹽含斑測定

常規(guī)物性電子探針Him

喊感性及配缶性評價(jià)x射轂衍射粒度分析

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

-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）迅速而精確地測定。XRD分析借助于X射線衍射

儀來實(shí)現(xiàn)，它重要由光源、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I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精確地反應(yīng)粘土的

構(gòu)成與相對含量，需要把粘土礦物與具他組分分離，分別加以分析。首先將巖樣抽提潔凈，然后碎樣，

用蒸儲水浸泡，最佳濕式研磨，并用超聲波振蕩加速粘土從顆粒上脫落，提取粒徑不不小于2um

（泥、頁巖）或不不小于5um（砂巖）的部分，沉降分離、烘干、計(jì)算其占巖樣的重量比例。粘土礦

物的XRD分析使用定向片，包括自然干燥的定向片（N片）、經(jīng)乙二醇飽和的定向片（再加熱至

550C）,或鹽酸處理之后的自然干燥定向片。粒徑不小于2um或5um的部分則研磨至粒徑不不小于

40Um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

物十分以便，并可與薄片中礦物的光性特性對照，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

地層微粒指粒徑不不小于3711m（或44um）即能通過美國400目（或325目）篩B勺細(xì)粒物質(zhì)，它

是砂巖中重要的損害原因，砂巖中與礦物有關(guān)的地層損害都與其有親密的聯(lián)絡(luò)。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)化提供根據(jù)。除粘土礦物外，常見的其他地層微粒有長石、石英、云

母、菱鐵礦、方解石、白云石、石膏等。

2）全巖分析

對粒徑不小于5um口勺非粘土礦物部分進(jìn)行XRD分析，可以懂得諸如云母、碳酸鹽礦物、黃鐵礦、長石

日勺相對含量，對酸敏（HF,HC1）性研究和酸化設(shè)計(jì)有協(xié)助。長石含量高日勺砂巖，當(dāng)酸液濃度和處

理規(guī)模過大時(shí)，會減弱巖石構(gòu)造的完整性，并且存在著酸化后的二次沉淀問題，也許導(dǎo)致土酸酸化失

敗，

3）粘土礦物類型鑒定和含量計(jì)算

運(yùn)用粘土礦物特性峰的d001值格定粘土礦物類型，表2—2列出了各族重要粘土礦物H勺dOO1值。根

據(jù)出現(xiàn)的礦物對應(yīng)衍射峰日勺強(qiáng)度（峰面積或峰高度），根據(jù)行業(yè)原則SY/T5163—1995“用

X射線衍射儀測定沉積巖粘土礦物的）定量分析措施”求出粘土礦物相對含量。

表2-2各族主要粘土礦物的dw（10-nm）X射線衍射特征

礦物dbo2</()()3</(>U5

蒙皂石12-15—4~5—2.4-3

綠泥石14.27.14.73.532.8

蛭石14.27.14.73.532.8

伊利石10.()5.03.332.5—

高嶺石7.153.582.37————

4）間層礦物鑒定和間層比計(jì)算

油氣層中常見時(shí)間層礦物大多數(shù)是由膨張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。

表2-3主要間層粘土礦物類型（WilsonNadeau,1985）

非膨張?jiān)颇妇G泥石

高嶺石

二八面體三八面體二八面體三八面體

有序度

鈉板不

柯綠泥石

（累托石）水黑云母蘇托石

(Tri-Ch)/

近程有序（云母/（云母/（羥硅鋁石）—

Vc

蒙電石）蛭石）（Di-Ch）/S

(Tri-Ch)/5

云母/蛭石

伊利石/

長程有序云母/蛭布?9?

蒙皂石

綠泥石/

云母/蛭布綠泥石/蒙

伊利石/蒙皂石高嶺看/

無序（云母/蒙皂石（綠泥

蒙電石（綠泥石/蒙電石

皂石）石/蛭石）

蛭石）

注：Di一二八面體；Tri一三八面體；Ch-綠泥石；S—蒙皂石；Ve-蛭石；Bi-黑云母。

間層比指膨脹性單元層在間層礦物中所占比例，一般以蒙皂石層的百分含量表達(dá)。由衍射峰的特

性，根據(jù)行業(yè)原則SY/T5983-94"伊利石/蒙皂石間層礦物X射線射鑒定措施”求出間層礦

物可層比及間層類型（綠泥石/蒙皂石間層礦物間層比口勺原則化計(jì)算措施待定）。對間層礦物時(shí)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)蘭指出，XR

D分析不能給出敏感性礦物產(chǎn)狀，因此必須與薄片、掃描電鏡技術(shù)配套使用，才能全面揭示敏感性礦物

日勺特性。

5）無機(jī)垢分析

XRD分析技術(shù)鑒定礦物日勺能力在地層損害研究中尚有廣泛的應(yīng)用。油氣井見水后，也許會有無機(jī)鹽類沉

積在射孔孔眼和油管中，運(yùn)用XRD分析技術(shù)就可以識別礦物的類型，為防止和解除垢沉積提供根據(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BaS04。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協(xié)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)充填物口勺礦物類型、產(chǎn)狀的直觀資料，同步也是研究孔隙構(gòu)造的重

要手段。掃描電鏡一般由電子系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、信息檢測系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電源系統(tǒng)五大部分構(gòu)成（圖

2—4）,它是運(yùn)用類似電視攝影顯像的方式，用細(xì)聚焦電子束在樣品表面上逐點(diǎn)進(jìn)行掃描，激發(fā)產(chǎn)生

可以

反應(yīng)樣品表面特性H勺信息來調(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，

高壓發(fā)

生回路

透鏡勵(lì)磁

電源回路

由了掃

描回路

X射線

—II—測量回路

真空系統(tǒng)

圖2—4

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J直觀資料，同

步也是研究孔隙構(gòu)造H勺重要手段,

掃描電鏡一般由電子系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、信息檢測系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電源系統(tǒng)五大部分構(gòu)成（圖2—

4）,它是運(yùn)用類似電視攝影顯像的方式，用細(xì)聚焦電子束在樣品表面上逐點(diǎn)進(jìn)行掃描，激發(fā)產(chǎn)生可以

反應(yīng)樣品表面特性的信息來調(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掃描電鏡基本構(gòu)造圖掃描電鏡分析具有制樣簡樸、分析迅速H勺特點(diǎn)。分析前要將巖樣抽

提清洗潔凈，然后加工出新鮮面作為觀測面，用導(dǎo)電膠固定在樣品于樁上，自然晾干，最終在真空鍍膜

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獲得了明顯日勺進(jìn)展。臨界點(diǎn)干燥法可以詳細(xì)地觀測原狀粘土礦物的顯

微構(gòu)造，背散射電子圖像的使用可以在同一視域中直接識別不一樣化學(xué)成分的多種礦物。

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測

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、喉中央口勺

微粒，在外來流體和地層流體作用下越輕易失穩(wěn)。測定微粒的大小分布及在孔喉中日勺位置，能有效地估

計(jì)臨界流速和速敏程度，便于有針對性地采用措施防止或解除因分散、運(yùn)移導(dǎo)致口勺損害。

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)可以大體估計(jì)間層比范圍。

3）油氣層孔喉的觀測

掃描電鏡立體感強(qiáng)，更適于觀測孔喉的形態(tài)、大小及與孔隙的連通關(guān)系。對孔喉表面的粗糙度、彎

曲度、孔喉尺寸H勺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故

意義。

4）含鐵礦物口勺檢測

當(dāng)掃描電鏡配Tfx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、不一樣產(chǎn)狀綠泥石的含鐵量，由于在鹽酸酸化時(shí)少許的鐵很輕易形成二次沉淀，導(dǎo)致油氣層的損

害,

5）油氣層損害II勺監(jiān)測

運(yùn)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)試驗(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H勺觀測，還可認(rèn)為抑垢除垢?、篩選處

理劑、優(yōu)化工藝措施提供根據(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，也是最基礎(chǔ)U勺一項(xiàng)分析工應(yīng)用光學(xué)顯微鏡觀測

薄片，由鑄體薄片獲得的資料比較可靠。制作鑄體薄片的樣品最佳是成形巖心，不推薦使壓鉆屑。薄片

厚.度為0.03mm,面積不不不小于15mmX15mm。未取心H勺狀況除外，提議少用或不用鉆屑薄

片，由于巖石總是趨于沿弱連接處破裂，膠結(jié)致密H勺巖塊則能保持較大H勺尺寸，這樣會對孔隙發(fā)育及膠

結(jié)狀況得出錯(cuò)誤口勺認(rèn)識。

表2-4主要粘土礦物及其在掃描電鏡下的特征

(尿I

=構(gòu)造類平族礦物化學(xué)分子式單體形態(tài)集合體形態(tài)

10

書頁狀

假六方板狀

島的石7.1~7.2,蛾蟲狀

高嶺石A14(S4O|0)(OH)?鱗片狀

地開行3.58F風(fēng)界狀

1:|板條狀

塔品

細(xì)微棒狀

埃洛石埃洛石AU(SuO10)(OH)g10.05針管狀

奧狀

蒙股公RJAlM)?(SiX)io)N?家IK公12.QQ彎片狀蜂窩狀

蒙皂出K

蒙電石(OH)24H2。CaCIft石15.50限皮依片狀案團(tuán)狀

2：1

伊利石鰭片狀

KAI((.\lSi3)(),0)好窩狀

水云母海綠石10碎片狀

(OH)2.nilh()”縷狀

蛭石毛發(fā)狀

薄片狀玫瑰花狀

各■種EcMgAl的層狀硅酸14.7.14,

2：1：1綠泥石鱗片狀絨球狀

綠泥石鹽，同形置換普遍4.72,3.55

針葉片狀登片狀

2dMj；,AL(SiO(()H),10.40.絲狀

海泡石ill軟木蹤的狀

層鏈狀(()H2)4*m(H2())43.14,2.59纖維狀

2.薄片分析技術(shù)在保護(hù)油氣層中的應(yīng)用

1）巖石的構(gòu)造與構(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)參照，當(dāng)然應(yīng)以篩析法和激光粒度分析獲得

H勺數(shù)據(jù)為重要根據(jù)。研究顆粒間接觸關(guān)系、膠結(jié)類型及膠結(jié)物的構(gòu)造可以估計(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)對原生層理口勺破壞也可觀測，當(dāng)用土酸酸化時(shí)，這些粘土H勺溶解會使

巖石構(gòu)造穩(wěn)定性減少，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集性及敏感性。理解成巖變化

及自生礦物的晶出次序?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）孔隙特性

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H勺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

潛在口勺油氣層損害，提出防治措施。例如，低滲一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，它同步又損害油氣層。

4）不一樣產(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，薄片分析則可闡明同一種類型粘土礦物的幾

種產(chǎn)狀（成因）的相對比例。這一點(diǎn)很重要，由于只有位于孔隙流動(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H勺校正，如泥質(zhì)巖屑H勺存在也許引起粘土總量H勺升高，研

究中應(yīng)注意辨別。沉降法分離出口勺粘土受粒徑限制，難于反應(yīng)出較大粒徑變化范圍（5?20um）時(shí)

粘土的真實(shí)構(gòu)成。

5）熒光薄片應(yīng)用

熒光薄片提供油存在的有效儲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，為更好地埋解油氣層損古發(fā)明了條件。

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性參數(shù)，確定各孔喉區(qū)間對滲透率的奉獻(xiàn)。

1.基本原理

壓汞法由于其儀器裝置固定、測定迅速精確，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J重要手段。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)汞口勺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U勺關(guān)系為：

兒=匕空或r=（）735/2(2-1)

r

式中A——毛管壓力，MPa;

1-毛管半徑，

壓汞試驗(yàn)所用巖樣一般為直徑2.5cm,長2.5cm左右的柱塞，測定前將油清洗潔凈，測定巖石總體

積、氮?dú)夥紫抖?、巖石密度和滲透率。

30.0

0.0735

S15

目

R0?735

仃

7.35

15

圖2—5毛管壓力曲線I一注入曲線；W—退出曲線

2.毛管壓力曲線在保護(hù)油氣層中口勺應(yīng)用

1）儲集巖的分類評價(jià)

儲集巖分類是評價(jià)油氣層損害的前提，同一損害原因在不一樣類型日勺儲集巖中的體現(xiàn)存在差異。根

據(jù)毛管壓力的曲線特性參數(shù)，用記錄法求特性值，結(jié)合巖石孔隙度、滲透率、孔隙類型、巖性等可以對

儲集巖進(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H勺匹配關(guān)系是分析油氣層損害H勺關(guān)

鍵，例如相似間層比口勺伊利石/蒙皂石間層礦物，對細(xì)孔喉型油層H勺水敏損害比中、粗孔喉型油氣層嚴(yán)

重，

3）鉆井完井液設(shè)計(jì)

屏蔽暫堵型鉆井完升液技術(shù)中架橋粒子的選擇，就是根據(jù)由壓汞曲線獲得的孔喉分布。通過對一種

油組或油氣層不一樣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照孔喉分布數(shù)據(jù)飛

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波及固相顆粒的含量和粒徑大小控制問

題，而控制原則則視油氣層儲滲質(zhì)量、孔喉參數(shù)而定。研究表明，當(dāng)顆粒直徑不小于平均孔喉直徑的1

/3時(shí)形成外泥餅，1/3?1/10時(shí)會侵入孔喉形成內(nèi)泥餅，不不小于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)是巖石孔隙構(gòu)造的變化，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H勺認(rèn)識。應(yīng)用高速離心機(jī)法可以迅速測定毛管壓力曲線和儲集巖潤濕性及潤濕性變

化，理解工作液作用前后儲集巖孔喉分布參數(shù)和潤濕性變化。

五、巖心分析技術(shù)應(yīng)用展望

盡管用于分析巖心口勺許多技術(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)懷并應(yīng)

用巖心分析技術(shù)來深入揭示油氣層歐I微觀特性。某些老式技術(shù)因使用目日勺轉(zhuǎn)變，而