低滲透油藏儲層保護技術研究進展

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公司，山東東營 257064）

隨著常規油氣資源勘探難度的增大，低滲、超低滲透油藏的勘探開發被提上重要日程。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%，由于其地質特征、孔隙結構、礦物組成和滲流規律等方面存在一定的特殊性[1]，因此在勘探開發生產過程中，儲層更加容易受到傷害，從而影響測井、試油、試井解釋結果，造成儲量和產能估算不準，進一步影響合理制定開發方案，最終影響采收率。所以，做好低滲、特低滲儲層保護工作，提高低滲、特低滲油田的勘探開發效果及效益，對我國石油工業乃至國家發展都至關重要。

1 低滲透油藏的概念和劃分標準

低滲透油藏是一個相對概念，目前對低滲儲層在世界范圍內還沒有統一固定的標準和界限，一般依據不同國家在不同時期的資源狀況和技術經濟條件來劃定[2]。從開發上來看，國外低滲透油藏是指滲透率為0.03～0.1 μm2，具有一定的自然產能、且未經壓裂改造就具有工業開采價值的油藏。國內根據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 與儲層傷害相關的地層特征

與常規油藏相比，低滲、特低滲透油藏由于其獨特的儲層結構、成藏環境和儲層礦物特性，更容易受到外來流體的傷害。

2.1 儲層敏感性礦物

儲層的敏感性礦物以粘土礦物為主，主要是儲層中小于37 μm的礦物微粒。據大量研究表明[3]，低滲儲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。其中對于低滲地層來講，水敏傷害最大，據相關文獻報道，損害程度一般在40%以上，最高可達80%～90%，是導致儲層開發失敗的重要原因之一。

2.2 儲層孔隙結構

低滲儲層一般具有低滲透度、孔喉細小、結構復雜、非均質性嚴重以及油氣流動阻力大等特點。這些特征導致了低滲儲層易受到外來流體的傷害，由于地層能量低，油氣流動阻力大，導致外來流體不易排除，因此一旦儲層受到傷害，后果非常嚴重。儲層中的大量細孔喉，在勘探開發中極易因外來流體侵入而產生水敏、水鎖等損害，損害率高達70%～90%以上，嚴重影響低滲油氣藏的勘探開發綜合經濟效益。

2.3 儲層孔隙壓力[4]

低滲儲層主要依靠微裂縫導流，因此有較強的應力敏感性，其微觀表現即裂縫在圍巖應力變化下有閉合的趨勢。應力敏感性傷害主要來自于圍巖層應力變化。低滲一般對應著低的孔隙壓力，多數孔隙壓力低于正常壓力梯度。普遍的低壓，造成了用常規鉆井、固井、完井等作業手段容易給儲層帶來嚴重傷害。若壓差太大，傷害就會達到不可恢復的地步。同時，多數（尤其是我國東部砂泥巖剖面）低滲儲層是砂泥巖混層，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力增加已經非常突出。

2.4 儲層溫度

據大量資料報道，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℃，但目前還沒有發現地溫異常的儲層。

3 造成儲層傷害的主要原因

大量研究表明，低滲儲層傷害的表現形式主要有外來固相堵塞、水鎖損害、化學結垢、儲層敏感性損害等類型，與其他油藏儲層并無本質上的不同。但由于低滲儲層地質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 液相侵入導致儲層損害

低滲儲層孔道狹窄，毛細管效應非常明顯容易產生水鎖效應，大大減少了儲層的油、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，減小毛細管阻力。同時，液相侵入容易誘發各種敏感性損害，特別是粘土水化膨脹所引起的水敏損害。由于儲層中含量較高粘土礦物，易發生水化膨脹和分散，導致粘土顆粒的分散運移，堵塞部分孔喉。如果工作液液相與儲層流體不配伍，就會因粘土的水化膨脹使孔喉進一步縮小，導致滲透率嚴重下降[7]。因此，低滲油氣層在各種作業過程中產生液相侵入往往是導致儲層損害的第一位和最基本的因素。

3.2 外來固相堵塞

根據經驗，滲透率與孔徑的平方近似呈正比。在低滲儲層中，小于1 μm的小孔隙體積所占比例高達35%～90%，而目前現場所應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施過平衡鉆井，固相顆粒侵入儲層的深度仍然較淺，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層損害的主要原因。

3.3 結垢

結垢是儲層流體與外來流體不配伍時，兩者發生反應產生的沉淀物。這些沉淀物滯留在巖石表面，縮小孔道或隨液體運移堵塞孔道，嚴重傷害儲層。沉淀結垢一般分為無機沉淀和有機沉淀。常見的無機垢有硫酸鋇、碳酸鈣、石膏、氯化鈉等，有機垢主要指瀝青質及膠質、石蠟在井眼附近沉淀。有機垢是堵塞儲層的滲流通道，而且還可能使儲層的潤濕性發生反轉，導致儲層滲流能力下降[8]。

3.4 敏感性傷害

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

4 以防止低滲儲層傷害為重點的儲層保護技術

低滲油層保護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效果，必須做好鉆井、完井、試油、射孔等各個環節的油層保護工作。

4.1 鉆井過程中的儲層保護技術

鉆井過程中的油層保護是油層保護系統工程的重中之重，不僅關系到儲層的發現和生產井的產量，還會影響后續各項作業以及作業效果。搞好這項工作，對提高勘探、開發經濟效益至關重要。針對鉆井過程中對儲層的主要傷害，該階段儲層保護的對策有[10]：（1）滿足鉆井的基本要求，調節鉆井液的流變性、抑制性、封堵能力，保證井壁穩定；要求液相與地層流體配伍；對環境無污染、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，增大返排生產壓力；（5）合理設計欠平衡壓力值，并盡量控制在3.5 MPa以內。

4.2 固井過程中的儲層保護技術

固井是鉆井工程各項作業之中最為重要的作業之一，此項作業中的各項技術措施與油氣層是否受到損害及損害程度緊密相關。在鉆開油氣層時，采用屏蔽暫堵鉆井液技術或無滲透鉆井液技術，在井壁附近形成屏蔽環或無滲透膜，環或膜亦可在固井作業中阻止水泥漿固相顆粒和濾液進入油氣層。根據儲層特性和施工情況，采用減阻、加入降失水、調凝等外加劑，合理調配水泥漿各項性能指標，以滿足安全泵注、替凈、早強、防損害、耐腐蝕及穩定性的要求。為了減少水泥漿固相顆粒及濾液對油氣層的損害，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油氣層，而且是保證安全固井，提高環空層間封隔質量及頂替效率的關鍵因素。由于固井作業中施工時間短、工序內容多、材料消耗大、技術性強、未知影響因素復雜。因此必須精心設計、精心施工、嚴密組織、嚴格控制質量，使施工后形成一個完整的水泥環，使得水泥與套管、水泥與井壁固結效果良好，油氣水層封隔良好，不竄、不漏，從而提高固井質量。

4.3 射孔過程中的油層保護技術

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對油氣層形成堵塞，這不僅影響油井產能，而且由于這種堵塞會增大油流壓差，導致油層坍塌出沙，對油層形成嚴重傷害。針對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儲層措施[11]：（1）優化設計射孔參數；（2）選用新型無杵堵、穿透能力又強的聚能射孔彈；（3）改進射孔工藝技術；（4）使用優質射孔液，與地層水相配伍，不發生相互作用而損害地層；（5）盡可能采用負壓射孔技術；（6）縮短壓井液的浸泡時間。

4.4 試油作業過程中的油層保護技術[12]

試油是石油勘探開發方法的重要組成部分，也是檢查油氣田開發效果的重要手段之一。由于油層地質、工藝和工程等因素，在低滲透油藏探井試油測試過程中，進行多種作業和改造是必不可少的；愈是復雜、難動用油藏，作業愈加頻繁，難度也愈大。作業次數的增多不僅加大了試油成本，而且可能由于作業入井液侵入油層，造成油層損害，影響油井的正常產能；有時由于完井或作業對油層損害嚴重，還需要進行解堵。針對試油作業過程中對儲層的主要傷害，該階段儲層保護技術主要是優化入井液的品質，防止作業過程中入井液對儲層的傷害；根據實際儲層特點研究儲層的復合解堵體系，縮短試油測試時間，降低工作液浸泡時間，優化試油測試工藝，減小各個作業對儲層的損害。

4.5 油層改造過程中油層保護技術

油層經酸化、壓裂等改造，雖然改善儲層的物性，但由于應力變化和大量流體進入地層，不可避免地對儲層造成一定的傷害。對于低滲儲層來講，由于其孔喉細小、滲透率低，儲層含有大量敏感性礦物，還會產生乳狀堵塞，必須破乳劑，破壞乳狀液的穩定性，降低油水界面張力，增強解堵后返排能力。對各種離子沉淀受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層。在壓裂過程中主要采取以下防護技術措施：（1）選用殘渣低、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定劑、破膠劑、表面活性劑、破乳劑和助排劑等添加劑；（3）及時徹底返排壓裂液；（4）優化施工。

5 認識與展望

低滲儲層將成為我國及世界石油勘探開發的主戰場之一，開發低滲、特低滲透油藏離不開儲層保護技術的正確運用，儲層保護程度，實際上已成為檢驗工程作業成功與否的試金石。低滲儲層具有低滲透率、細小孔喉、裂縫發育等地層特點，開發難度很大，尤其是在勘探開發過程中易于受到損害，而且儲層能量低，一旦發生損害就難以解除。如果采用儲層改造措施（酸化、壓裂等）強化措施來解除，往往又容易造成二次損害。所以對于低滲儲層而言，儲層損害應該以預防為主，解除為輔。現場應用中，應根據實際情況，詳細了解儲層巖性等數據，合理運用工作液改造技術、儲層暫堵技術等，以保護儲層，提高低滲透油藏綜合開發效益。

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