油气层损害的室内评价.ppt

第3章 油气层损害的室内评价,3.1 概述,3.2 油气层敏感性评价,3.3 工作液对储层损害评价,3.4 储层敏感性预测技术,速敏、水敏 、盐敏 、碱敏 、酸敏 、应力敏感 、温度敏感,静态损害、动态损害 、用多点渗透率仪测量损害程度 、其它评价实验,基本原理、能确定的储层敏感性和所需资料、应用情况、预测软件介绍,油气层损害室内评价的定义、目的和主要内容,3.1 概述,第3章 油气层损害的室内评价,油气层损害的室内评价是借助于各种仪器设备测定油气层岩石与外来工作液作用前后渗透率的变化，或者测定油气层物理化学环境发生变化前后渗透率的改变，来认识和评价油气层损害的一种重要手段 岩心分析是油气层损害评价的一部分，其目的是弄清油气层潜在的损害因素和损害程度，并为损害机理分析提供依据。或者在施工之前比较准确地评价工作液对油气层的损害，这对于优化后续的各类作业措施和设计保护油气层系统工程技术方案，具有非常重要的意义 油气层损害的室内评价主要包括两个方面内容：在岩心分析基础上，油气层敏感性评价、工作液对油气层的损害评价,油气层损害的室内评价实验流程框图,3.1 概述,第3章 油气层损害的室内评价,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,油气层敏感性评价通常包括速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏等五敏实验。随着技术的不断发展，增加应力敏感实验和温度敏感实验，因此，油气层敏感性评价包括速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏、应力敏感、温度敏感等七敏实验，其目的在于找出油气层发生敏感的条件和由敏感引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计、油气层损害机理分析和制定系统的油气层保护技术方案提供科学依据,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,3.2.1 速敏概念及目的,油气层的速敏性是指在钻井、测试、试油、采油、增产作业、注水等作业或生产过程中，当流体在油气层中流动时，引起油气层中微粒运移并堵塞喉道造成油气层渗透率下降的现象,对于特定的油气层，微粒运移造成的损害主要与油气层中流体的流动速度有关，因此速敏评价实验之目的在于 （1）找出由于流速作用导致微粒运移从而发生损害的临界流速，以及找出由速度敏感引起的油气层损害程度 （2）为其它敏感实验及其它的各种损害评价实验，确定合理的实验流速提供依据。一般来说，由速敏实验求出临界流速后，可将其它各类评价实验的实验流速定为0.8倍临界流速，因此速敏评价实验必须要先于其它实验 （3）为确定合理的注采速度提供科学依据,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,3.2.1 速敏原理及实验方法,以不同的注入速度向岩心中注入实验流体，水速敏岩心用地层水，油速敏岩心用煤油或实际地层原油，并测定各个注入速度下岩心的渗透率，从注入速度与渗透率的变化关系上，判断油气层岩心对流速的敏感性，并找出渗透率明显下降的临界流速。如果流量Qi-1对应的渗透率Ki-1，与流量Qi对应的渗透率Ki满足A式，说明已发生速度敏感，流量Qi-1即为临界流量 。而损害程度则用B式来计算,实验中要注意的是：对于采油井，要用煤油作为实验流体，并要求将煤油先经过干燥，再用白土除去其中的极性物质，然后用G5砂心漏斗过滤。对于注水井，应使用经过过滤处理的地层水（或模拟地层水）作为实验流体,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,3.2.2 水敏概念及目的,油气层中的粘土矿物在原始的地层条件下处在一定矿化度的环境中，当淡水进入地层时，某些粘土矿物就会发生膨胀、分散、运移，从而减小或堵塞地层孔隙和喉道，造成渗透率的降低。油气层的这种遇淡水后渗透率降低的现象，称为水敏 水敏实验的目的是了解粘土矿物遇淡水后的膨胀、分散、运移过程，找出发生水敏的条件及水敏引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计提供依据,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,3.2.2 水敏原理及评价指标,首先用地层水测定岩心的渗透率Kf 然后再用次地层水测定岩心的渗透率Kw 最后用淡水测定岩心的渗透率 从而用来确定淡水引起岩心中粘土矿物的水化膨胀及造成的损害程度,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,在钻井、完井及其它作业中，各种工作液具有不同的矿化度，有的低于地层水矿化度，有的高于地层水矿化度 当高于地层水矿化度的工作液滤液进入油气层后，将可能引起粘土的收缩、失稳、脱落 当低于地层水矿化度的工作液滤液进入油气层后，则可能引起粘土的膨胀和分散。这些都将导致油气层孔隙空间和喉道的缩小及堵塞，引起渗透率的下降从而损害油气层。这种由于矿化度变化引起渗透率下降的现象，称为盐敏 盐敏评价实验的目的是找出盐敏发生的条件，以及由盐敏引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计提供依据,3.2.3 盐敏概念及目的,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,通过向岩心注入不同矿化度等级的盐水（按地层水的化学组成配制），并测定各矿化度下岩心对盐水的渗透率，根据渗透率随矿化度的变化来评价盐敏损害程度，找出盐敏损害发生的条件。根据实际情况，一般要作升高矿化度和降低矿化度两种盐敏评价实验。 （1）对于升高矿化度的盐敏评价实验，第一级盐水为地层水，将盐水按一定的浓度差逐级升高矿化度，直至找出临界矿化度或达到工作液的最高矿化度为止。如果矿化度Ci-1对应的渗透率Ki-1，与矿化度Ci对应的渗透率Ki满足A式，说明已发生盐敏，Ci-1即为临界矿化度 。而损害程度则用B式来计算,3.2.3 盐敏原理及评价指标,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,（2）对于降低矿化度的盐敏评价试验，第一级盐水仍为地层水，将盐水按一定的浓度差逐级降低矿化度，直至注入液的矿化度接近零为止，求出的临界矿化度。如果矿化度Ci-1对应的渗透率Ki-1，与矿化度Ci对应的渗透率Ki满足A式，说明已发生速度敏感，Ci-1即为临界流量，而损害程度则用B式来计算,3.2.3 盐敏原理及评价指标,与部颁标准相比，该评价方法增加了升高矿化度的盐敏评价过程，但对地层水矿化度较高的油气层，由于工作液的矿化度一般不会超过地层水的矿化度，因此可以不评价矿化度升高产生的盐敏问题,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,地层水pH值一般呈中性或弱碱性，而大多数工作液的pH值在812之间，二次采油中的碱水驱也有较高的pH值。当高pH值流体进入油气层后，将造成油气层中粘土矿物和硅质胶结的结构破坏（主要是粘土矿物解理和胶结物溶解后释放微粒），从而造成油气层的堵塞损害；此外，大量的氢氧根与某些二价阳离于结合会生成不溶物，造成油气层的堵塞损害，称为碱敏性 碱敏评价实验之目的是找出碱敏发生的条件，主要是临界pH值，以及由碱敏引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计提供依据,3.2.4 碱敏概念及目的,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,3.2.4 碱敏原理及评价指标,过注入不同pH值的地层水并测定其渗透率，根据渗透率的变化来评价碱敏损害程度，找出碱敏损害发生的条件 （1）不同pH值盐水的制备。根据实际情况，一般要从地层水的pH值开始，逐级升高pH值，最后一级盐水的pH值可定为12 （2）将选好的岩心抽真空饱和第一级盐水，并浸泡2024h，在低于临界流速的条件下，用第一级盐水测出岩心稳定的渗透率 （3）注入第二级盐水，浸泡2024h，在低于临界流速的条件下，用第二级盐水测出岩心稳定的渗透率 （4）改变注入盐水的级别，重复第（3）步，直至测出最后一级盐水处理后的岩心的稳定渗透率 如果pHi-1盐水的渗透率Ki-1与盐水pHi的渗透率Ki之间满足式A的条件，说明已发生碱敏，即为临界pH值。损害程度的计算方法见式B,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,酸化是油田广泛采用的解堵和增产措施。酸液进入油气层后，一方面可改善油气层的渗透率，另一方面又与油气层中的矿物及地层流体反应产生沉淀并堵塞油气层的孔喉。油气层的酸敏性是指油气层与酸作用后引起渗透率降低的现象 酸敏实验的目的是研究各种酸液的酸敏程度，其本质是研究酸液与油气层的配伍性，为油气层基质酸化和酸化解堵设计提供依据,3.2.5 酸敏概念及目的,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,现行部颁标准的具体作法 （1）用地层水正向测基础渗透率K1 （2）反向注入0.51.0倍孔隙体积的酸液，关闭阀门反应13h （3）用地层水正向测出恢复渗透率K2,3.2.5 酸敏原理及评价指标,建议将这种作法改为 （1）用地层水正向测基础渗透率，再用煤油测出酸作用前的渗透率K1 （2）反向注入0.51.0倍孔隙体积的酸液 （3）用煤油正向测出恢复渗透率K2,酸敏实验包括鲜酸（一定浓度的盐酸、氢氟酸、土酸）和残酸（可用鲜酸与另一块岩心反应后制备）的敏感实验。用实验所测的两个渗透率和计算的比值来评价酸敏程度,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,五敏实验结果的应用,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,3.2.6 应力敏感概念及目的,应力敏感性是考察在施加一定的有效应力时，岩样的物性参数随应力变化而改变的性质。它反映了岩石孔隙几何学及裂缝壁面形态对应力变化的响应 应力敏感性评价的目的 （1）准确地评价储层，通过模拟围压条件测定孔隙度可以将常规孔隙度值转换成原地应力条件，有助于储量评价 （2）求出岩心在原地条件下的渗透率，便于建立岩心渗透率与测试渗透率间的关系，对认识测试渗透率和地层电阻率也有帮助 （3）为确定合理的生产压差提供依据,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,应力敏感性评价的具体方法 （1）选择实验岩心，测量长度、直径等 （2）选择有效应力实验点分别为 800 psi、1000 psi、2000 psi、3000 psi、4000psi、5000psi、6000psi、7000psi （3）用氮气测出各实验应力i值下的渗透率Ki和孔隙度,3.2.6 应力敏感原理及评价指标,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,3.2.6 应力敏感原理及评价指标,为了清晰地反映应力敏感性的不同，用无量纲渗透率（Ki/K1000)的立方根与应力(i/1000)的对数作图，可得与的线性关系,Ss值的增加，意味着有效应力的影响增大，即岩心的应力敏感性变强，通过Ss值可以较直观地说明岩心的应力敏感性强弱。指标可参照下表,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,在钻井、完井过程中，由于外来流体进入油气层，可使近井筒附近的地层温度下降，从而对地层产生一定的影响，主要体现在以下几个方面 （1）由于地层温度下降，导致有机结垢 （2）由于地层温度下降，导致无机结垢 （3）由于地层温度下降，导致地层中的某些矿物发生变化 温度敏感就是指由于外来流体进入地层引起温度下降从而导致地层渗透率发生变化的现象 实验的目的就在于研究这种温度敏感引起的地层损害程度，外来流体对地层的“冷却效应”,3.2.7 温度敏感概念及目的,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,3.2.7 温度敏感原理,温度敏感性评价比较复杂，整个实验装置都必须在恒温箱内完成。实验流体有两类，一类是用地层水来进行实验，另一类是用地层原油来进行实验,（1）选择实验岩心，测量长度、直径等 （2）选择实验温度点分别为 T1（地层温度）、T2、T3、T4、T5、T6（地面温度）。每点之间的温差为（T6-T1）/5 （3）在实验温度点T1时，在低于临界流速的条件下，用地层水测出岩心稳定的渗透率K1 （4）改变实验温度（必须保持恒温2h以上），重复第（3）步，直至测出最后一个实验温度点T6所对应的岩心稳定渗透率K6,（1）选择实验岩心，测量长度、直径等 （2）选择实验温度点分别为 T1（地层温度）、T2、T3、T4、T5、T6（地面温度）。每点之间的温差为（T6-T1）/5 （3）岩心抽真空饱和地层水 （4）在实验温度点T1时，在低于临界流速的条件下，用地层原油测出岩心稳定的渗透率K1 （5）改变实验温度（必须保持恒温2h以上），重复第（4）步，直至测出最后一个实验温度点T6所对应的原油稳定的有效渗透率K6,地层原油,地层水,3.2 油气层敏感性评价,第3章 油气层损害的室内评价,3.2.7 温度敏感评价指标,如果Ti-1对应的渗透率Ki-1与Ti对应的渗透率Ki之间满足式A的条件，说明已发生温度敏感，Ti-1即为临界温度值。损害程度的计算方法见式B 。指标可参照下表,3.3 工作液对油气层的损害评价,第3章 油气层损害的室内评价,工作液对油气层的损害评价主要是借助于各种仪器设备，预先在室内评价工作液对油气层的损害程度，达到优选工作液配方和施工工艺参数的目的。它主要包括两个方面，即工作液的静态损害评价和工作液的动态损害评价,本节所述的工作液包括钻井液、水泥浆、完井液、压井液、洗井液、修井液、射孔液和压裂液等,“七敏”实验的概念、目的、原理、评价指标内因 工作液对油气层的损害评价外因,3.3 工作液对油气层的损害评价,第3章 油气层损害的室内评价,3.3.1 工作液的静态损害评价,工作液的静态损害评价主要利用各种静滤失实验装置测定工作液滤入岩心前后渗透率的变化，来评价工作液对油气层的损害程度并优选工作液配方。实验时，要尽可能模拟地层的温度和压力条件 。用下式来计算工作液的损害程度,3.3工作液对油气层的损害评价,第3章 油气层损害的室内评价,3.3.2 工作液的动态损害评价,工作液的动态损害评价在尽量模拟地层实际工况条件下，评价工作液对油气层的综合损害（包括液相和固相及添加剂对油气层的损害），为优选损害最小的工作液和最优施工工艺参数提供科学的依据 动态损害评价与静态损害评价相比能更真实地模拟井下实际工况条件下工作液对油气层的损害过程，两者的最大差别在于工作液损害岩心时状态不同，静态评价时，工作液为静止的，而动态评价时，工作液处于循环或搅动的运动状态 显然工作液的动态损害评价过程更接近现场实际，其实验结果对现场更具有指导意义。动态情况下，计算损害程度仍然用下式，评价指标见下表,3.3工作液对油气层的损害评价,第3章 油气层损害的室内评价,3.3.3 用多点渗透率仪测量损害深度和损害程度,工作液的静态损害评价和工作液的动态损害评价反映了沿整个岩心长度上的平均损害程度，但渗透率的降低并不一定在整个岩心长度上，也许只在前面某一段。因此，准确地测出工作液侵入岩心的真实损害深度，对于指导今后的生产具有非常重要的意义。目前，国外广泛采用多点渗透率仪来测量工作液侵入岩心的损害深度和损害程度，它的工作原理如右图,3.3工作液对油气层的损害评价,第3章 油气层损害的室内评价,3.3.3 用多点渗透率仪测量损害深度和损害程度,将数块岩心装入多点渗透率仪的夹持器内组成长岩心，测量损害前的基线渗透率曲线，然后用工作液损害岩心，再测损害后的恢复渗透率曲线，利用损害前后渗透率曲线对比求损害深度和分段损害程度,3.3工作液对油气层的损害评价,第3章 油气层损害的室内评价,3.3.3 用多点渗透率仪测量损害深度和损害程度,利用此实验结果与试井数据对比，可以更准确地确定油气层损害深度和损害程度,3.3工作液对油气层的损害评价,第3章 油气层损害的室内评价,3.3.4 其它评价实验简介,简单介绍正反向流动实验、体积流量评价实验、系列流体评价实验、酸液评价实验、润湿性评价实验、相对渗透率曲线评价实验、膨胀率评价实验、离心法测毛管压力快速评价实验等的实验目的及其用途,3.3工作液对油气层的损害评价,第3章 油气层损害的室内评价,3.3.4 其它评价实验简介,从两五敏实验和其它评价实验两个表中可看到，油气层损害的室内评价结果可以为各个作业环节保护油气层技术方案的制定提供依据。也就是说，从打开油气层开始到油田开发全过程中的每一个作业环节的油气层保护技术方案的确定都要利用室内评价结果,3.3工作液对油气层的损害评价,第3章 油气层损害的室内评价,随着技术的进步，油气层室内评价向着以下几个方向发展,全模拟实验，模拟井下实际工况，如温度、压力、剪切条件下的油气层损害评价 多点渗透率仪的应用，促使岩心由短向长发展 小尺寸直径岩心向大尺寸直径岩心发展 实验的自动化，广泛引入计算机进行数据采集 利用计算机进行数学模拟与室内物理模拟相结合 利用实际地层流体对油气层损害程度进行评价试验,3.4 储层敏感性预测技术,第3章 油气层损害的室内评价,（1）随着勘探技术水平不断提高，勘探速度不断加快，对于一个新探区，从第一口参数井或预探井取得勘探资料到该区块进行大规模的开发，速度快的仅需一年左右时间，若仅用现有的敏感性实验评价方法确定储层的敏感性来为保护油气层的工作液措施研究提供基础资料，就很难满足快速勘探开发实际生产的需要,前面介绍的储层敏感性实验评价技术，虽然可以取得比较准确的储层敏感性资料，但必须要有大量该储层的天然岩心，而且要花费大量的人力和物力，通过半年左右或半年以上的辛勤工作才能确定出储层的敏感性。所以，用这种方法确定储层的敏感性存在两方面的主要问题：,（2）对于老油田的稳产工作，需要钻大量的调整井，为了提高钻井和射孔试油的效果，需要开展保护油气层工作。但是，在这些井上要开展保护油气层工作，最大的问题就是没有供确定储层敏感性所需要的大量天然岩心，使保护油气层工作难以进行,3.4 储层敏感性预测技术,第3章 油气层损害的室内评价,针对这两个问题，已经形成了储层敏感性快速诊断和预测技术，用该技术仅需铸体薄片分析、X射线衍射、孔隙度、渗透率和地层水矿化度分析资料，就可以在很短的时间内确定出储层的水敏、水速敏、盐敏、盐酸酸敏和土酸酸敏等五种敏感性。从而，可以解决保护油气层技术的研究工作滞后于勘探开发生产的需要，以及老油田因无大量的可用天然岩心无法开展保护油气层工作等，这些保护油气层技术研究中急需解决的难题。同时，可以大幅度减轻研究人员的劳动强度，节省大量天然岩心和研究经费,3.4 储层敏感性预测技术,第3章 油气层损害的室内评价,3.4.1 预测方法的基本原理,（1）按不同的敏感性范围对储层进行分组 （2）用多元统计分析方法求出各组的判别函数 （3）把待判别储层的资料代入各判别函数中分别求出该储层属于各组的置信概率值 （4）把待判别储层归类于概率值最大的一组，并用该组的敏感性对该储层的敏感性做出预测,如果把储层的敏感性看作是储层内部性质的外部体现，那么储层的敏感性必定与储层岩石的矿物性质和孔隙性质及储层流体性质有关。所以，用多元统计分析方法研究储层的内部性质与敏感性的关系，找出影响储层敏感性的主要内部因素。在此基础上，按如下步骤对储层的敏感性进行预测,3.4 储层敏感性预测技术,第3章 油气层损害的室内评价,3.4.2 预测技术所需资料和所能确定的储层敏感性,（1）储层的水敏性 （2）储层的速敏性 （3）储层的盐敏性 （4）储层的盐酸酸敏性 （5）储层的土酸酸敏性,3.4 储层敏感性预测技术,第3章 油气层损害的室内评价,3.4.3 应用情况,截止到2000年底，该项技术己用于预测塔里木、大庆、辽河、胜利、冀东、青海、吉林、苏丹Unity等油田的近100口井、130个层位、700个井段的3000个以上的储层敏感性资料，预测结果与已有的敏感性资料基本一致。下表是塔里木油田敏感性预测结果与实验评价结果比较,3.4 储层敏感性预测技术,第3章 油气层损害的室内评价,3.4.4 储层敏感性预测软件介绍,（1）储层的水敏性、水敏程度的置信概率 （2）模拟地层水储层的速敏性、速敏程度的置信概率 （3）储层的盐敏性、盐敏程度的置信概率 （4）储层的盐酸酸敏性、盐酸酸敏程度的置信概率 （5）储层的土酸酸敏性、土酸酸敏程度的置信概率,将预测技术编制成软件，使得预测更快捷更方便。用该预测软件，如前所述，同样仅需要铸体薄片分析、X射线衍射分析、孔隙度、渗透率和地层水矿化度等比较容易取得的储层分析资料，就可以在很短的时间内，同时或分别快速确定出砂岩储层的下列五种敏感性和相应的置信概率,3.4 储层敏感性预测技术,第3章 油气层损害的室内评价,3.4.4 储层敏感性预测软件特点,（1）预测储层敏感性所需的储层资料比较容易取得 （2）可以比较容易地与其他软件进行数据交换 （3）预测储层敏感性比较齐全，可预测五种重要储层敏感性 （4）用该软件预测储层敏感性，可以节省天然岩心和人力、时间及实验经费 （5）该预测软件的可靠性较高 （6）预测软件在Windows环境下运行，操作灵活、方便 （7）预测软件操作简便和可靠 （8）预测软件可以在常用的硬件环境下运行,第3章 油气层损害的室内评价,“油气层损害室内评价”小结,油气层损害室内评价的主要内容有两项，即油气层敏感性评价和工作液对储层的损害评价 油气层敏感性评价主要应用速敏、水敏 、盐敏 、碱敏 、酸敏 、应力敏感 、温度敏感等实验手段进行。本章对其概念、目的、原理、方法和评价指标进行了详细介绍 工作液对储层的损害评价，介绍了工作液静态损害、动态损害 、用多点渗透率仪测量损害深度及程度等方法，还简单介绍了其它评价实验和油气层损害室内评价发展方向 由于勘探开发速度加快和没有大量的岩心，所以形成了储层敏感性预测技术，并开发了储层敏感性预测软件。本章就其基本原理、能确定的储层敏感性和所需资料、应用情况及预测软件的特点进行了概述,第3章 油气层损害的室内评价,水锁损害的概念,岩石的孔道是地层中流体流动的基本空间。当液滴或气泡运移到如图所示的狭窄孔喉处时，界面会发生变形，致使前后端弯液面的曲率出现差别，产生的毛管力效应P2可表示为,如果遇阻变形的是气泡，又称为气阻效应；如果遇阻变形的是液滴，又为液阻效应。当油为连续相，作为分散相的水滴在孔喉处遇阻变形时，还常称作水锁效应,通常将P2所表示的这种阻力效应称作贾敏效应,