低滲透油藏儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)研究進(jìn)展

李秀靈，張海青，楊倩云，趙立新

（勝利石油管理局鉆井工程技術(shù)公司，山東東營 257064）

隨著常規(guī)油氣資源勘探難度的增大，低滲、超低滲透油藏的勘探開發(fā)被提上重要日程。我國各油氣盆地的低滲透資源量約占全國石油總資源量的30%，由于其地質(zhì)特征、孔隙結(jié)構(gòu)、礦物組成和滲流規(guī)律等方面存在一定的特殊性[1]，因此在勘探開發(fā)生產(chǎn)過程中，儲(chǔ)層更加容易受到傷害，從而影響測(cè)井、試油、試井解釋結(jié)果，造成儲(chǔ)量和產(chǎn)能估算不準(zhǔn)，進(jìn)一步影響合理制定開發(fā)方案，最終影響采收率。所以，做好低滲、特低滲儲(chǔ)層保護(hù)工作，提高低滲、特低滲油田的勘探開發(fā)效果及效益，對(duì)我國石油工業(yè)乃至國家發(fā)展都至關(guān)重要。

1 低滲透油藏的概念和劃分標(biāo)準(zhǔn)

低滲透油藏是一個(gè)相對(duì)概念，目前對(duì)低滲儲(chǔ)層在世界范圍內(nèi)還沒有統(tǒng)一固定的標(biāo)準(zhǔn)和界限，一般依據(jù)不同國家在不同時(shí)期的資源狀況和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件來劃定[2]。從開發(fā)上來看，國外低滲透油藏是指滲透率為0.03～0.1 μm2，具有一定的自然產(chǎn)能、且未經(jīng)壓裂改造就具有工業(yè)開采價(jià)值的油藏。國內(nèi)根據(jù)滲流特征和開采特征，將滲透率為 1×10-3～50×10-3μm2的油藏劃分為低滲油藏；滲透率為 1×10-3～10×10-3μm2，劃分為特低滲透油藏。

2 與儲(chǔ)層傷害相關(guān)的地層特征

與常規(guī)油藏相比，低滲、特低滲透油藏由于其獨(dú)特的儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)、成藏環(huán)境和儲(chǔ)層礦物特性，更容易受到外來流體的傷害。

2.1 儲(chǔ)層敏感性礦物

儲(chǔ)層的敏感性礦物以粘土礦物為主，主要是儲(chǔ)層中小于37 μm的礦物微粒。據(jù)大量研究表明[3]，低滲儲(chǔ)層的粘土礦物主要為蒙脫石、高嶺石、綠泥石、伊/蒙混層等礦物組份，且含量普遍較高。而這些礦物組份通常是造成五敏傷害（包括：水敏、鹽敏、酸敏、堿敏及水敏后速敏傷害）的主要原因。其中對(duì)于低滲地層來講，水敏傷害最大，據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，損害程度一般在40%以上，最高可達(dá)80%～90%，是導(dǎo)致儲(chǔ)層開發(fā)失敗的重要原因之一。

2.2 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)

低滲儲(chǔ)層一般具有低滲透度、孔喉細(xì)小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非均質(zhì)性嚴(yán)重以及油氣流動(dòng)阻力大等特點(diǎn)。這些特征導(dǎo)致了低滲儲(chǔ)層易受到外來流體的傷害，由于地層能量低，油氣流動(dòng)阻力大，導(dǎo)致外來流體不易排除，因此一旦儲(chǔ)層受到傷害，后果非常嚴(yán)重。儲(chǔ)層中的大量細(xì)孔喉，在勘探開發(fā)中極易因外來流體侵入而產(chǎn)生水敏、水鎖等損害，損害率高達(dá)70%～90%以上，嚴(yán)重影響低滲油氣藏的勘探開發(fā)綜合經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 儲(chǔ)層孔隙壓力[4]

低滲儲(chǔ)層主要依靠微裂縫導(dǎo)流，因此有較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性，其微觀表現(xiàn)即裂縫在圍巖應(yīng)力變化下有閉合的趨勢(shì)。應(yīng)力敏感性傷害主要來自于圍巖層應(yīng)力變化。低滲一般對(duì)應(yīng)著低的孔隙壓力，多數(shù)孔隙壓力低于正常壓力梯度。普遍的低壓，造成了用常規(guī)鉆井、固井、完井等作業(yè)手段容易給儲(chǔ)層帶來嚴(yán)重傷害。若壓差太大，傷害就會(huì)達(dá)到不可恢復(fù)的地步。同時(shí)，多數(shù)（尤其是我國東部砂泥巖剖面）低滲儲(chǔ)層是砂泥巖混層，都有較厚的泥頁巖層存在，在大慶、吉林等地由于注水引起的泥頁巖層水化應(yīng)力增加已經(jīng)非常突出。

2.4 儲(chǔ)層溫度

據(jù)大量資料報(bào)道，超過一半的低滲透油層埋藏深度大于2 000 m，地層溫度大于80℃，有的甚至超過150℃，但目前還沒有發(fā)現(xiàn)地溫異常的儲(chǔ)層。

3 造成儲(chǔ)層傷害的主要原因

大量研究表明，低滲儲(chǔ)層傷害的表現(xiàn)形式主要有外來固相堵塞、水鎖損害、化學(xué)結(jié)垢、儲(chǔ)層敏感性損害等類型，與其他油藏儲(chǔ)層并無本質(zhì)上的不同。但由于低滲儲(chǔ)層地質(zhì)和滲流特征的特殊性，致使不同損害的傷害程度有所不同。

3.1 液相侵入導(dǎo)致儲(chǔ)層損害

低滲儲(chǔ)層孔道狹窄，毛細(xì)管效應(yīng)非常明顯容易產(chǎn)生水鎖效應(yīng)，大大減少了儲(chǔ)層的油、氣通道。因此，盡量控制鉆井液濾失量是防止水鎖損害的有效措施[5-6]。目前，解除這種損害的方法是在工作液中加入某些表面活性劑，降低油水界面張力，減小毛細(xì)管阻力。同時(shí)，液相侵入容易誘發(fā)各種敏感性損害，特別是粘土水化膨脹所引起的水敏損害。由于儲(chǔ)層中含量較高粘土礦物，易發(fā)生水化膨脹和分散，導(dǎo)致粘土顆粒的分散運(yùn)移，堵塞部分孔喉。如果工作液液相與儲(chǔ)層流體不配伍，就會(huì)因粘土的水化膨脹使孔喉進(jìn)一步縮小，導(dǎo)致滲透率嚴(yán)重下降[7]。因此，低滲油氣層在各種作業(yè)過程中產(chǎn)生液相侵入往往是導(dǎo)致儲(chǔ)層損害的第一位和最基本的因素。

3.2 外來固相堵塞

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，滲透率與孔徑的平方近似呈正比。在低滲儲(chǔ)層中，小于1 μm的小孔隙體積所占比例高達(dá)35%～90%，而目前現(xiàn)場所應(yīng)用的工作液中粒徑小于2 μm的固相顆粒比例很小，即使在較大正壓差條件下實(shí)施過平衡鉆井，固相顆粒侵入儲(chǔ)層的深度仍然較淺，通過射孔即可穿透近井壁的固相污染帶。因此，工作液中的固相侵入不是造成低滲儲(chǔ)層損害的主要原因。

3.3 結(jié)垢

結(jié)垢是儲(chǔ)層流體與外來流體不配伍時(shí)，兩者發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀物。這些沉淀物滯留在巖石表面，縮小孔道或隨液體運(yùn)移堵塞孔道，嚴(yán)重傷害儲(chǔ)層。沉淀結(jié)垢一般分為無機(jī)沉淀和有機(jī)沉淀。常見的無機(jī)垢有硫酸鋇、碳酸鈣、石膏、氯化鈉等，有機(jī)垢主要指瀝青質(zhì)及膠質(zhì)、石蠟在井眼附近沉淀。有機(jī)垢是堵塞儲(chǔ)層的滲流通道，而且還可能使儲(chǔ)層的潤濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲流能力下降[8]。

3.4 敏感性傷害

低滲儲(chǔ)層中一般富含粘土礦物、碳酸鹽膠結(jié)物等敏感性礦物。這些敏感性礦物與不配伍的外來流體接觸后，將會(huì)發(fā)生一系列反應(yīng)，造成地層傷害。其中水敏損害是低滲儲(chǔ)層的主要傷害形式，由于低滲儲(chǔ)層膠結(jié)物含量高、孔喉細(xì)小，當(dāng)外來流體與地層不配伍，就會(huì)造成孔隙粘土的膨脹和分散，使孔喉縮小，滲透率嚴(yán)重下降[9]。

4 以防止低滲儲(chǔ)層傷害為重點(diǎn)的儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)

低滲油層保護(hù)涉及到鉆開油層及以后的所有工作，要得到較好的油層保護(hù)效果，必須做好鉆井、完井、試油、射孔等各個(gè)環(huán)節(jié)的油層保護(hù)工作。

4.1 鉆井過程中的儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)

鉆井過程中的油層保護(hù)是油層保護(hù)系統(tǒng)工程的重中之重，不僅關(guān)系到儲(chǔ)層的發(fā)現(xiàn)和生產(chǎn)井的產(chǎn)量，還會(huì)影響后續(xù)各項(xiàng)作業(yè)以及作業(yè)效果。搞好這項(xiàng)工作，對(duì)提高勘探、開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。針對(duì)鉆井過程中對(duì)儲(chǔ)層的主要傷害，該階段儲(chǔ)層保護(hù)的對(duì)策有[10]：（1）滿足鉆井的基本要求，調(diào)節(jié)鉆井液的流變性、抑制性、封堵能力，保證井壁穩(wěn)定；要求液相與地層流體配伍；對(duì)環(huán)境無污染、無損害；（2）采取暫堵措施，避免造成較深的堵塞；（3）控制鉆井液濾失量，盡量減少濾液侵入地層，提高礦化度并在其中加入有效的粘土膨脹抑制劑；（4）降低鉆井液濾液的表面張力、改變井眼附近地層的潤滑性，增大返排生產(chǎn)壓力；（5）合理設(shè)計(jì)欠平衡壓力值，并盡量控制在3.5 MPa以內(nèi)。

4.2 固井過程中的儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)

固井是鉆井工程各項(xiàng)作業(yè)之中最為重要的作業(yè)之一，此項(xiàng)作業(yè)中的各項(xiàng)技術(shù)措施與油氣層是否受到損害及損害程度緊密相關(guān)。在鉆開油氣層時(shí)，采用屏蔽暫堵鉆井液技術(shù)或無滲透鉆井液技術(shù)，在井壁附近形成屏蔽環(huán)或無滲透膜，環(huán)或膜亦可在固井作業(yè)中阻止水泥漿固相顆粒和濾液進(jìn)入油氣層。根據(jù)儲(chǔ)層特性和施工情況，采用減阻、加入降失水、調(diào)凝等外加劑，合理調(diào)配水泥漿各項(xiàng)性能指標(biāo)，以滿足安全泵注、替凈、早強(qiáng)、防損害、耐腐蝕及穩(wěn)定性的要求。為了減少水泥漿固相顆粒及濾液對(duì)油氣層的損害，需在水泥漿中加入降失水劑，控制失水量。控制水泥漿失水量不僅有利于保護(hù)油氣層，而且是保證安全固井，提高環(huán)空層間封隔質(zhì)量及頂替效率的關(guān)鍵因素。由于固井作業(yè)中施工時(shí)間短、工序內(nèi)容多、材料消耗大、技術(shù)性強(qiáng)、未知影響因素復(fù)雜。因此必須精心設(shè)計(jì)、精心施工、嚴(yán)密組織、嚴(yán)格控制質(zhì)量，使施工后形成一個(gè)完整的水泥環(huán)，使得水泥與套管、水泥與井壁固結(jié)效果良好，油氣水層封隔良好，不竄、不漏，從而提高固井質(zhì)量。

4.3 射孔過程中的油層保護(hù)技術(shù)

射孔的目的在于形成從油氣層到井底的良好通道，射孔工藝不合適則會(huì)對(duì)油氣層形成堵塞，這不僅影響油井產(chǎn)能，而且由于這種堵塞會(huì)增大油流壓差，導(dǎo)致油層坍塌出沙，對(duì)油層形成嚴(yán)重傷害。針對(duì)射孔過程中可能損害油層的原因，主要采用以下幾方面的保護(hù)儲(chǔ)層措施[11]：（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)射孔參數(shù)；（2）選用新型無杵堵、穿透能力又強(qiáng)的聚能射孔彈；（3）改進(jìn)射孔工藝技術(shù)；（4）使用優(yōu)質(zhì)射孔液，與地層水相配伍，不發(fā)生相互作用而損害地層；（5）盡可能采用負(fù)壓射孔技術(shù)；（6）縮短壓井液的浸泡時(shí)間。

4.4 試油作業(yè)過程中的油層保護(hù)技術(shù)[12]

試油是石油勘探開發(fā)方法的重要組成部分，也是檢查油氣田開發(fā)效果的重要手段之一。由于油層地質(zhì)、工藝和工程等因素，在低滲透油藏探井試油測(cè)試過程中，進(jìn)行多種作業(yè)和改造是必不可少的；愈是復(fù)雜、難動(dòng)用油藏，作業(yè)愈加頻繁，難度也愈大。作業(yè)次數(shù)的增多不僅加大了試油成本，而且可能由于作業(yè)入井液侵入油層，造成油層損害，影響油井的正常產(chǎn)能；有時(shí)由于完井或作業(yè)對(duì)油層損害嚴(yán)重，還需要進(jìn)行解堵。針對(duì)試油作業(yè)過程中對(duì)儲(chǔ)層的主要傷害，該階段儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)主要是優(yōu)化入井液的品質(zhì)，防止作業(yè)過程中入井液對(duì)儲(chǔ)層的傷害；根據(jù)實(shí)際儲(chǔ)層特點(diǎn)研究儲(chǔ)層的復(fù)合解堵體系，縮短試油測(cè)試時(shí)間，降低工作液浸泡時(shí)間，優(yōu)化試油測(cè)試工藝，減小各個(gè)作業(yè)對(duì)儲(chǔ)層的損害。

4.5 油層改造過程中油層保護(hù)技術(shù)

油層經(jīng)酸化、壓裂等改造，雖然改善儲(chǔ)層的物性，但由于應(yīng)力變化和大量流體進(jìn)入地層，不可避免地對(duì)儲(chǔ)層造成一定的傷害。對(duì)于低滲儲(chǔ)層來講，由于其孔喉細(xì)小、滲透率低，儲(chǔ)層含有大量敏感性礦物，還會(huì)產(chǎn)生乳狀堵塞，必須破乳劑，破壞乳狀液的穩(wěn)定性，降低油水界面張力，增強(qiáng)解堵后返排能力。對(duì)各種離子沉淀受pH值最為明顯，因此合理控制pH值，采用有效方法防止沉淀傷害儲(chǔ)層。在壓裂過程中主要采取以下防護(hù)技術(shù)措施：（1）選用殘?jiān)?、濾失量小的壓裂液，如改性田菁、蠶豆粉等；（2）在壓裂中加入粘土穩(wěn)定劑、破膠劑、表面活性劑、破乳劑和助排劑等添加劑；（3）及時(shí)徹底返排壓裂液；（4）優(yōu)化施工。

5 認(rèn)識(shí)與展望

低滲儲(chǔ)層將成為我國及世界石油勘探開發(fā)的主戰(zhàn)場之一，開發(fā)低滲、特低滲透油藏離不開儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)的正確運(yùn)用，儲(chǔ)層保護(hù)程度，實(shí)際上已成為檢驗(yàn)工程作業(yè)成功與否的試金石。低滲儲(chǔ)層具有低滲透率、細(xì)小孔喉、裂縫發(fā)育等地層特點(diǎn)，開發(fā)難度很大，尤其是在勘探開發(fā)過程中易于受到損害，而且儲(chǔ)層能量低，一旦發(fā)生損害就難以解除。如果采用儲(chǔ)層改造措施（酸化、壓裂等）強(qiáng)化措施來解除，往往又容易造成二次損害。所以對(duì)于低滲儲(chǔ)層而言，儲(chǔ)層損害應(yīng)該以預(yù)防為主，解除為輔。現(xiàn)場應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，詳細(xì)了解儲(chǔ)層巖性等數(shù)據(jù)，合理運(yùn)用工作液改造技術(shù)、儲(chǔ)層暫堵技術(shù)等，以保護(hù)儲(chǔ)層，提高低滲透油藏綜合開發(fā)效益。

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