保护油气层技术
目录
第一章绪论……………………………………………………（１）第一节保护油气层的重要性及主要内容…………………（２）
第二节保护油气层技术的特点与思路……………………（６）
第二章岩心分析……………………………………………（１０）第一节岩心分析概述……………………………………（１０）
第二节岩心分析技术及应用……………………………（１４）
第三章油气层损害的室内评价……………………………（２９）第一节概述………………………………………………（２９）
第二节油气层敏感性评价………………………………（３０）
第三节工作液对油气层的损害评价……………………（４０）
第四节储层敏感性预测技术……………………………（４４）
第四章油气层损害机理……………………………………（４９）第一节油气层潜在损害因素……………………………（５０）
第二节外因作用下引起的油气层损害…………………（５５）
第五章钻井过程中的保护油气层技术……………………（６８）第一节钻井过程中造成油气层损害原因分析…………（６８）
第二节保护油气层的钻井液技术………………………（７３）
第三节保护油气层的钻井工艺技术……………………（９０）第四节保护油气层的固井技术………………
………（１００）
第六章完井过程中的保护油气层技术……………………（１０７）第一节完井方式概述……………………………………（１０７）第二节射孔完井的保护油气层技术……………………（１１１）第三节防砂完井的保护油气层技术……………………（１２５）第四节试油过程中的保护油气层技术…………………（１４０）第七章油气田开发生产中的保护油气层技术……………（１４３）第一节概述………………………………………………（１４３）第二节采油过程中的保护油气层技术…………………（１４７）第三节注水中的保护油气层技术………………………（１４９）第四节增产作业中的保护油气层技术…………………（１５６）第五节修井作业中保护油气层技术……………………（１６４）第六节提高采收率中的保护油气层技术………………（１６８）第八章油气层损害的矿场评价技术………………………（１７５）第一节油气层损害的矿场评价方法……………………（１７５）第二节油气层损害的评价参数…………………………（１８１）第三节油气层损害的测井评价…………………………（１８６）第九章国外保护油气层技术发展动向……………………（１９８）参考文献………………………………………………………（２１３）张绍槐，罗平亚．保护储集层技术．北京：石油工业出
钟松定，张人和，樊世忠．油气层保护技术及其矿场管理实例．北京：石油工业出版社，1999
第一章绪论
在钻井、完井、井下作业及油气田开采全过程中，造成油气层渗透率下降的现象通称为油气层损害。油气层损害的实质包括绝对渗透率下降和相对渗透率下降。我国石油工作者早在５０年代就开始注意到此问题，川中会战时，就提出钻井液密度不宜过高，以免压死油气层。６０年代大庆会战时，为了减少对近井地带的油气层损害，对钻开油气层钻井液的密度和滤失量也提出了严格要求。
70年代，国外开始从分析油气层岩心入手来研究油气损害的机理和防治措施，并将试验室研究成果应用于油气田钻井、完井和开发方案的设计及生产实践中，形成了保护油气层的系列技术。
长庆油田在70年代开始进行了岩心分析和敏感性分析，但由于受到仪器与技术条件限制，再进一步深入下去有困难。直到80年代，在引进国外保护油气层技术的基础上，我国才全面开展了保护油气层技术的研究工作，并在“七五”期间将保护油气层钻井完井技术列为国家重点攻关项目，原中国石油工业部科技司、开发司、钻井司共同组织辽河、华北、长庆、四川、中原等五个油田和石油大学、西南石油学院、江汉石油学院、石油勘探开发科学研究院、工程技术研究所等单位共同进行攻关，使我国保护油气层技术不仅在理论研究上，而且在生产实践中均取得较大进展，形成了适合我国的保护油气层系列技术。“八五”期间，此项技术得到进一步推广应用和发展，并取得较好的效果。
第一节保护油气层的重要性及主要内容
一、保护油气层的重要性
保护油气层是石油勘探开发过程中的重要技术措施之一，此项工作的好坏直接关系到勘探、开发的效果。保护油气层的重要性有以下几方面。
１．勘探过程中，保护油气层工作的好坏直接关系到能否及时发现新的油气层、油气田和对储量的正确评价探井钻井完井过程中，如没有采取有效的保护油气层措施，油气层就可能受到严重损害，使一些有希望的油气层被误判为干层或不具有工业价值，延误新的油气田或油气层的发现。例如辽河荣兴油田，1980年之前先后钻了９口探井，均因油气层受到损害而误判为没有工业价值。1989年，重新钻探此构造，采用保护油气层配套技术，所钻17口井均获得工业油流，钻探结果新增含油气面积18.5ｋｍ２，探明原油储量上千万吨，天然气几十亿立方米。此外，在钻井完井过程中，如果油气层受到钻井液、完井液的损害，往往会影响测井资料与试油结果对油气层渗透率、孔隙度、油水饱和度等参数的正确解释，从而影响油气层的判别，有时误把油气层判断为水层，从而影响油气储量的正确计算。例如华北油田岔37井，见图１－１。该井的16层，井深2689．２～2695ｍ，电测解释为水层。射孔试油过程中排出钻井液滤液59m3后才出纯油，试油结果日产油16.5ｔ。该井的第19层，井深２８０１～２８１０ｍ，电测解释也是水层。射孔试油过程中排出钻井液３７ｍ３后基本上出纯油，日产油11.7ｔ，水1.4ｍ３，结论为含水油层。又如新疆夏子街油田，勘探初期采用普通钻井液钻进，油井产量较低，仅３～６ｔ／ｄ。该油田投入开发时，采用与油气层特性相匹配的低密度两性离子聚合物水包油屏蔽暂堵钻井液钻井油层，完井后采用压裂投产，日产油一般为８～９ｔ，最高达２４ｔ／ｄ。储层级别从三类提高至二类。
２．保护油气层有利于油气井产量及油气田开发经济效益的提高保护油气层配套技术在钻井完井过程中应用，可减少对油气层的损害，从而提高油气井产量。“七五”期间，我国在中原、辽河、华北、长庆等油区的13个油田试验此项配套技术，油气井产量普遍有所提高。1993年，屏蔽暂堵钻井液在13个油区1383口井上推广应用，油井产量亦得到较大幅度的提高。对于一个新投产的油田，进行钻井与开发方案总体设计时，能否按系统工程配套地应用保护油气层技术，直接影响该油田的经济效益。如吐哈温米油田是一个低渗油田，依据开发方案设计，完井后需采用压裂投产。但该油田所钻的167口开发井，从钻井到完井投产，全面推广应用与该油田油层特性相配伍的保护油层技术，射孔后全部井自喷投产，单井产量比原开发方案中设计产量提高２０％～３０％。为了减少对油层的损害，该油田钻井时采取屏蔽暂堵钻井液技术，每口井钻井液费用仅增加10000元。老油田钻调整井时，采用保护油气层技术，同样可以收到较好的效果。例如辽河沈95块是低渗透油田，注水井注水见效慢，在2000ｍ处，地层
孔隙压力系数因注水影响而超过上覆岩层的压力梯度，造成地层蠕变，并使部分地层蹩高压，形成了多套压力层系，给该区块钻调整井施工带来极大困难。1991年所钻２口井，钻井液密度高达1.74ｇ/cm3，在该井部分低压渗透层处形成高压差，造成压差卡钻而报废。1993年，该区块需钻27口调整井，辽河油田按照保护油气层系统工程优选各项技术措施。为了减少对油气层的损害，决定在该区块调整井施工前４个月，整个区块停注泄压，降低高压层压力。钻进时，钻井液密度降为1.26～1.28g/cm3，大大降低了压差引起的油气层损害问题，并采用低损害优质钻井液和射孔液以及与之相匹配的各项保护油气层技术措施，顺利钻穿了沙三段目的层。由于降低了钻井液密度而减少井下复杂情况，提高了机械钻速，钻井费用比投标节约934万元。更为突出的效益是油井投产后平均日产油达14t，比该区老井平均日产油8t提高81.25%。
３．油田开发生产各项作业中，搞好保护油气层有利于油气井的稳产和增产在油气开采的漫长过程中，各项生产作业对油气层的损害不仅会发生在近井地带，往往还涉及到油气层深部，影响油气井的稳产。例如，北美州阿拉斯加普鲁德霍湾油田，投产后６个月发现部分油井的年产量以50%-70%快速递减。分析其原因是射孔和修井时采用了氯化钙盐水作为射孔液和压井液，由于氯化钙与油气层中的地层水发生作用形成水垢堵塞油层，引起油井产量急剧下降。我国部分油田在开采过程中也出现过油井产量在压井作业后下降，表皮系数上升的现象。如某井在完井测试时表皮系数为1.78；再次进行井下作业时，采用盐水压井，然后再次测试，表皮系数增加为5.72。增产、注水和热采作业中，如果油气层受到损害就会影响增产效果。例如，对强酸敏油气层采用无防止酸敏损害的酸化作业，其结果非但没增产反而减产。对于水敏油层，若注水时没有采用防水敏措施，则随着注水工作的进行，注水压力会不断升高，吸水指数不断下降，最终达不到配注要求。
总之，在油田开发生产的每一项作业中，搞好保护油气层工作将有利于油井稳产和增产，实现少投入多产出，获得较好的经济效益。
二、保护油气层技术的主要内容
保护油气层技术主要包括以下八方面内容：
（１）岩心分析、油气水分析和测试技术；
（２）油气层敏感性和工作液损害室内评价试验技术；
（３）油气层损害机理研究和保护油气层技术系统方案设计；
（４）钻井过程中油气层损害因素和保护油气层技术；
（５）完井过程中油气层损害因素和保护油气层及解堵技术；
（６）油气田开发生产中的油气层损害因素和保护油气层技术；
（７）油气层损害现场诊断和矿场评价技术；
（８）保护油气层总体效果评价和经济效益综合分析技术。
上述八方面内容构成一项配套系统工程，每项内容是独立的，但彼此又是相关联的。
第二节保护油气层技术的特点与思路
一、保护油气层技术的特点
１．保护油气层技术是一项涉及多学科、多专业、多部门并贯穿整个油气生产过程中的系统工程
从钻开油气层、完井、试油、采油、增产、修井、注水、热采的每一项作业过程中均可能使油气层受到损害，而且如果后一项作业没搞好保护油气层工作，就有可能使前面各项作业中的保护油气层所获得的成效部分或全部丧失。因此保护油气层技术是一项系统工程，此项工程涉及地质、钻井、测井、试油、采油、井下作业等多个部门，只有这些部门密切配合，协同工作，正确对待投入与产出，才能收到良好效果。例如，某油田是一个低压、低渗油田，勘探初期钻了9口探井，仅5口井获工业油流，但产量很低，日产仅4~6T。上述探井所钻遇地层属于多压力层系，上部地层孔隙压力系数最高达1.15~1.20，大大高于下部油层的压力系数0.95~1.0。为了搞清该构造的产能与储量，决定改变井身结构，技术套管下至低压油层顶部，然后换用密度为1.03g/cm３的优质无膨润土相生物聚合物钻井液，并加入暂堵剂。钻开油层后立即进行中途测试，日产油69.9ｍ３，表皮系数为－0.31，证明油层没有受到损害。但完井试油时，采用与油层不配伍的清水（该油层具有较强水敏）作为射孔液，射孔工艺也未进行优化
设计，结果日产油仅14.34ｍ３，表皮系数增到30，说明油层已受到严重损害。接着该油层又被压裂另一组油层时窜入的压裂液浸泡７个月，再次进行测试时，日产量下降至6.4ｍ３，表皮系数进一步增到81.7，使油层受到更为严重的损害。尽管后来采用了压裂解堵措施，也无法恢复油层原始产能，表皮系数仍然高达30。上述例子充分说明了保护油气层技术必须系列配套，任何一个环节的失误都会影响保护油气层的总体效果。从第一节所阐述的保护油气层技术所包含的内容不难看出，要开展此项系统工程中各项技术的研究，必然涉及到矿物学、岩相学、地质学、油层物理、钻井工程、试油工程、开发工程、采油工程、测井、油田化学和计算机等多种学科专业，只有充分运用这些学科的相关知识与最新研究成果，才能形成高水平的保护油气层配套技术。
２．保护油气层技术具有很强的针对性
保护油气层技术的研究对象是油气层，油气层的特性资料是研究此项技术的基础。由于不同的油气层具有不同的特性，因此从油气层特性出发研究出的保护油气层技术也具有很强的针对性。尽管油气层特性有共同点，其损害机理与防治措施也有共性之处。但不同类型油藏和油气层的特性又有许多不同之处；即使同一个油气层，如处于不同开发阶段，其特性参数亦会发生变化；此外，相同作业在不同工况下所诱发的油气层损害也不完全相同。因此在确定每项作业的保护油气层技术措施时，应依据所研究的油气层处于不同开发阶段的特性来确定，否则会得到相反效果。例如清洁盐水是一种很好的射孔液和压井液。但是某油田在试油中采用密度为1.17ｇ／ｃｍ３的工业盐和烧碱配制成ｐＨ值为12的盐水作为压井液，压井过程中漏失110ｍ３盐水。由于该组油层属于碱敏油层(室内试验结果表明，使用ｐＨ值12的高碱性盐水，其渗透率恢复值仅为３６％～４９％），漏入油层的高碱性盐水使油层受到严重损害，表皮系数从压井前－1.35增为12.12，原油产量从837ｍ３／ｄ降为110ｍ３／ｄ，气产量从5852ｍ３／ｄ降为778ｍ３／ｄ。假如该井依据油层特性采用水合肼作为防腐剂的清洁盐水作为压井液（室内试验表明其渗透率恢复值可高达９７％～９９．８％），油气层损害程度就有可能大大地减轻。
３．保护油气层技术在研究方法上采用三个结合保护油气层技术在研究方法上采用三个结合：微观研究与宏观研究相结合；机理研究与应用规律研究相结合；室内研究与现场实践相结合。
二、保护油气层系统工程的技术思路
保护油气层系统工程的主要技术思路可归纳为五个方面：
（１）分析所研究油气层的岩石和流体特性，以此为依据来研究该油气层的潜在损害因素与机理。（２）收集现场资料，开展室内试验，分析研究每组油气层在各项作业过程中潜在损害因素被诱发的原因、过程及防治措施。
（３）按照系统工程研究各项作业中所选择的保护油气层技术措施的可行性与经济上的合理性，通过综合研究配套形成系列，纳入钻井、完井与开发方案设计及每一项作业的具体设计中。
（４）各项作业结束后进行诊断与测试，获取油气层损害程度的信息，并评价保护油气层的效果和经济效益。然后反馈给有关部门，视情况决定是否继续研究改进措施或补救措施。
（５）计算机预测、诊断、评价和动态模拟。研究每项具体作业时应注意坚持以下五项原则：
（１）依据油气层特性选择入井工作液（如钻井液、水泥浆、射孔液、压井液与修井液等）的密度、类型和组分，降低压差，缩短浸泡时间，控制其液相和固相颗粒尽可能不进入或少进入油气层。如不能完全控制住，则要求所采用的工作液与油气层岩石和流体相匹配，尽可能不要诱发油气层潜在损害因素或者控制工作液进入油气层的深度，并控制进入油气层工作液的组分，力求在油气井投产时可使用现代物理或化学方法加以解堵。
（２）进行各种测试和采油作业时，应选择合理的压差，防止油气层中微粒运移、乳化、细菌及结垢堵塞、水锁、出砂和相渗透率的降低。
（３）油气田开发生产过程中，为了增加油气层能量和驱替效果，必须向油层中注入各种流体，这些流体应力求与油气层岩石和地层中流体相配伍，减少对油气层的损害，使之有利于油、气的采出。（４）保护油气层技术尽可能立足于以预防为主，解堵为辅。由于油气层渗透率和孔隙度一旦受到损害，很难完全恢复，有些损害无法进行解堵。部分油气层受到损害后，即使可以解堵，但所花费的费用也很高。
（５）优选各项保护油气层技术时，既要考虑各项技术的先进性与有效性，更重要的是要考虑其经济上
的可行性。
第二章岩心分析
岩心分析是认识油气层地质特征的必要手段，油气层的敏感性评价、损害机理的研究、油气层损害的综合诊断、保护油气层技术方案的设计都必须建立在岩心分析的基础之上。所以，岩心分析是保护油气层技术系列中不可缺少的重要组成部分，也是保护油气层技术这一系统工程的起始点。
第一节岩心分析概述
一、岩心分析的目的意义
１．岩心分析的目的
岩心分析的目的有三点：
（１）全面认识油气层的岩石物理性质及岩石中敏感性矿物的类型、产状、含量及分布特点；
（２）确定油气层潜在损害类型、程度及原因；
（３）为各项作业中保护油气层工程方案设计提供依据和建议。
２．岩心分析的意义
保护油气层技术的研究与实践表明，油气层地质研究是保护油气技术的基础工作，而岩心分析在油气地质研究中具有重要作用。油气层地质研究的目的是，准确地认识油气层的初始状态及钻开油气层后油气层对环境变化的响应，即油气层潜在损害类型及程度。其内容包括六个方面：
（１）矿物性质，特别是敏感性矿物的类型、产状和含量；
（２）渗流多孔介质的性质，如孔隙度、渗透率、裂隙发育程度、孔隙及喉道的大小、形态、分布和连通性；
（３）岩石表面性质，如比表面、润湿性等；
（４）地层流体性质，包括油、气、水的组成，高压物性、析蜡点、凝固点、原油酸值等；
（５）油气层所处环境，考虑内部环境和外部环境两个方面；
（６）矿物、渗流介质、地层流体对环境变化的敏感性及可能的损害趋势和后果。
其中，矿物性质及渗流多孔介质的特性主要是通过岩心分析获得，从而体现了岩心分析在油气层地质研究中的核心作用。图２－１说明了六项内容之间的相互联系，最终应指明潜在油气层损害因素、预测敏感性，并有针对性地提出施工建议。还应指出，室内敏感性评价和工作液筛选使用的岩心数量有限，不可能全部考虑油气层物性及敏感性矿物所表现出来的各种复杂情况，岩心分析则能够确定某一块实验岩样在整个油气层中的代表性，进而可通过为数不多的实验结果，建立油气层敏感性的整体轮廓，指导保护油气层工作液的研制和优选。
二、岩心分析的内容
岩心分析是指利用各种仪器设备来观测和分析岩心一切特性的系列技术。岩心是地下岩石（层）的一部分，所以岩心分析是获取地下岩石信息十分重要的手段。表２－１给出了保护油气层研究中岩心分析的内容及相应的技术方法。应用中要根据具体的油气层特点进行选择分析，做到既能抓住主要矛盾，解决实际问题，又要经济实用，注意发挥不同技术的优点，配套实施。
三、取样要求
岩心分析的样品可以来自全尺寸成形的岩心，也可以是井壁取心或钻屑。经验表明，钻屑的代表性很差，故通常使用成形岩心，而且多个实验项目可以进行配套分析，便于找出岩石各种参数之间的内在联系。
图２－１保护油气技术中油气层地质研究的内容及岩心分析的作用岩石结构与矿物分析、孔隙结构的测定要在了解油气层岩性、物性、含油气性、电性的基础上，有重点地进行选样分析。铸体薄片的样品应能包括油气层剖面上所有岩石性质的极端情况，如粒度、颜色、胶结程度、结核、裂缝、针孔、含油级别等，样品间距１～５块／ｍ，必要时加密。Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）和扫描电镜（ＳＥＭ）分析样品密度大约为铸体薄片的１／３至１／２，对油气层要加密，水层及夹层进行控制性分析。压汞分析的岩样，对于一个油组（或厚油层），每个渗透率级别至少有３～５条毛管压力曲线，最后可根据物性分布求取该油组的平均毛管压力曲线。如图２－２所示，最好在同一段岩心上取足配套分析的柱塞。铸体薄片、扫描电镜、压汞分样需在同一柱塞上进行，这有利于建立孔隙分布与孔喉分布参数间的关系，以及孔隙结构与岩性、物性、粘土矿物之间的联系。ＸＲＤ分析可以用碎样，但应清除被泥浆污染的部分，否则会干扰实验结果。电子探针分析可用其它柱塞端部，这样在所有分析项目完成后，就能指出潜在的损害类型及原因，预测不同渗透率级别（储层类型）的油气层的敏感程度，正确解释敏感性评价实验结果。