钻井液-岩心分析

1硕士2004级现代完井工程保护油气层技术2ChapterOnePreface第一章绪论3Section1.1TheSignificance&MainContentsonFormationProtection第一节保护油气层的重要性和主要内容41.FormationDamage油层损害(地层损害)定义:在油气钻井、完井、生产、增产、EOR等全过程中的每一个作业环节，发生流体产出或注入能力显著下降的现象，叫做地层损害。5地层损害类型外来固相堵塞；地层内微粒运移；化学沉淀；乳化堵塞；粘土膨胀；水锁和贾敏效应；润湿性反转；有机结垢；次生矿物沉淀细菌堵塞；出砂；相态变化；相对渗透率改变；高分子吸附；打开程度不完善；射孔压实；油气层间互窜；粘土收缩等。6Significance重要性及时发现油气层准确评价油气层提高油气井初始产量提高油气田的最终采收率少投入，多产出提高增产作业的成功率7MainContents主要内容岩心及油气水分析测试技术油气层敏感性及工作液损害室内评价测试技术油气层损害机理研究及保护系统方案设计各生产过程中的损害机理分析及保护措施油气损害的现场诊断与评价总体经济效果评价8Section1.2TheDistinguishingFeatures&IdeasonFormationProtectionTechnique第二节保护油气技术的特点与思路92。TechnicalRoutes技术路线从储集层特征分析入手，找出潜在损害因素；以室内敏感性实验和模拟实验为基本依据；综合分析现场作业、生产资料和测井、测试数据，进行全面调查研究，诊断损害机理；用系统工程和最优化的方法来制定施工设计，并指导施工作业。101。DistinguishingFeature特点涉及多学科、多专业、多部门、贯穿整个作业过程具有很强的针对性研究方法上需要微观和宏观、机理和应用规律、室内和现场相结合11油气层保护系统工程认识储集层、保护储集层和开发储集层是一个系统工程；各作业环节都存在损害储集层的可能性，各作业环节保护储集层技术要互相结合，前后呼应，按系统工程整体优化；储集层损害的诊断、预防与处理、改造是一个系统工程；保护储集层的技术和经济效益也是一个系统工程。123。RuleofResearch油层保护原则立足以预防为主，解除损害为辅；不该进入油气层的工作液（固相、液相），要尽量避免进入，至少要少进入；不可避免要进入的工作液，应该与油气层配伍，并且不含固相；凡进入油气层的固相和液相，都能用物理、化学或生物方法实现解堵、反排；减少作业事故，强化技术组织管理，缩短浸泡时间。13ChapterTwoTheCoreAnalysis第二章岩心分析14Section2.1TheOverviewonCoreAnalysis第一节岩心分析概述151.ThePurpose&SignificanceoftheCoreAnalysis岩心分析的目的和意义16目的全面认识岩石的物理性质和敏感性矿物类型、产状、含量及分布；确定油气层潜在的损害类型、程度、原因；为保护方案设计提供依据和建议；17意义岩心分析是保护油气层技术的基础和重要组成部分；18矿物性质：敏感性矿物的类型、产状和含量；油气层地质研究的主要内容孔隙介质的特性：孔隙度、渗透率、裂隙发育程度、孔隙及孔喉大小、形状、分布和连通性；岩石表面性质：比表面、润湿性；孔隙流体性质：油气水组成，高压物性，析蜡点，凝固点，原油酸值；岩石所处环境：岩石所出的内外环境；岩石对环境变化的敏感性：矿物、孔隙特性、孔隙流体对环境变化的敏感性192TheMethods&contentsofCoreAnalysis岩心分析方法和内容20方法X-RayDiffraction(XRD)X射线衍射;ScanningElectronMicrograph(SEM)扫描电镜;SliceTechnique薄片技术;MercuryInjectionMethodforRockCapillaryPressureCurve压汞法测毛细管压力曲线;21内容岩石物理性质：骨架颗粒孔隙常规物性:孔隙度、渗透率、比表面积、润湿性；孔喉结构:类型、大小、形状、连通性、分布；孔喉22孔隙岩石结构与矿物：孔喉骨架颗粒:粒度大小、分布、成分、含量；骨架颗粒填充物------(粘土矿物和非粘土矿物)：类型、产状、成分、含量充填物23井底取出岩心3.CoringSample取岩样30实验岩心303030303030SliceSEMK、F、CapillarypressureRXD24Section2.2TheCoreAnalysisTechnique&Application第二节岩心分析技术及应用25I.X-RayDiffraction(RXD)X射线衍射测定岩心性能参数：确定矿物组分E.g.高岭石、蒙脱石、伊理石确定矿物含量E.g.高岭石10％、蒙脱石5％、伊理石9％确定粘土矿物结构类型；E.g.晶层间距，二八面体，三八面体岩样要求：结晶质矿物岩石细粉晶体状态26分析原理：衍射角27分析方法：定性分析---确定矿物组分根据面网间距d和相对反射强度(I/Io)来确定矿物成分定量分析---确定矿物含量–根据矿物成含量与衍射峰值强度成正比的关系来确定矿物含量XIKIXiii石英石英28XIXIKiii－测定矿物含量；－矿物相特征峰衍射强度；－样中石英含量；－石英特征峰衍射强度；－矿物相特征峰相对于石英特征峰的强度因子。石英石英29局限性：不易鉴定微量组分矿物；不能给出矿物的产状和分布；不能给出孔隙和孔喉的结构和分布；30II.ScanningElectronMicrograph(SEM)扫描电镜31观测岩心的主要性能…形态观测骨架颗粒观测岩石骨架特征矿物颗粒的大小、产状和分布；孔隙孔喉孔面颗粒观测孔隙和喉道表面特征表面松散颗粒的大小和分布、光滑性；32孔隙骨架颗粒观测孔喉结构特征孔隙几何形态、孔隙类型（粒间孔隙、微孔隙）喉道类型（缩径喉道、点状喉道、片状喉道）、孔喉直径；孔喉充填物33观测孔隙中胶结物胶结物类型（粘土胶结、碳酸盐胶结、硫酸盐胶结、硫化物胶结）、产状(充填式、衬垫式）充填式胶结物产状衬垫式胶结物产状含铁矿物检测（结合X射线能谱仪)观测损害过程中矿物的变化形态过程微粒运移、沉积堵塞、喉道变化34样品要求尺寸大小适中(标准岩心)33×100mm；有良好的导电性；观察面清洁新鲜；35局限性：只能作形态观察；不能确定矿物含量；不能给出矿物化学成分；36将岩心按需要方向切磨成厚度为0.03mm，能让可视光通过薄片，进行岩石学分析的技术III.SliceTechniqueofRock薄片技术37主要用途--形态观测骨架颗粒特征颗粒大小、粒度分布、颗粒接触关系、粒间胶结物类型与结构(估计岩石强度…防砂);孔隙结构特征孔隙形状、大小、分布、连通性，喉道形状、尺寸、分布；孔隙和喉道表面特征表面粗糙度、表面粘土矿物分布、含量裂缝特征宽度、发育程度38IV.MercuryInjectionMethodforRockCapillaryPressureCurve压汞法测定岩石毛细管压力曲线39测试原理Injectmercury40•孔径与毛细管压力关系SHg汞饱和度0Sminpcpd100%50Prc2cos48014020达因/cmPrrPcc..735735Pmprmca毛细管压力，毛管半径，;41•主要用途－孔隙结构特征孔喉半径分布频谱图0SHg汞饱和度Sminpc50pd100%50rPc.735孔隙结构特征参数42三个关键特征参数排驱压力Pd饱和度中值毛管压力Pc50最小非饱和孔隙体积百分数Smin0Sminpc50pd100%50SHg汞饱和度43排驱压力Pd最大尺寸连通孔隙所对应的毛管压力。反映了孔隙和喉道的集中程度和大小，是划分岩性好坏的重要指标之一。饱和度中值毛管压力Pc50注汞量达到孔隙体积50％时对应的毛细管压力。反映了孔隙中存在油水两相时，产油能力的大小,Pc50越小，岩石对油的渗透性越好，产能越高。最小非饱和孔隙体积百分数Smin注汞压力达到仪器的最大压力时，未被汞饱和的孔隙体积百分数。Smin越大，小孔隙占的孔隙体积越多，对油气渗透不利。三个关键特征参数含义44排驱半径rd:排驱压力对应的最大孔喉半径；中值半径r50：饱和中值压力对应的半径；平均孔喉半径rc：汞所占据部分喉道的平均半径；主喉道半径r主：渗透率大于5％之后的孔喉平均半径。孔隙结构特征参数45V.其它岩心分析技术付里叶变换红外光谱分析•测定矿物基团、功能团…识别和量化常见矿物CT扫描技术X-RayComputerizedTomography计算机处理层析X射线成象技术•颗粒密度；•裂隙和孔隙分布；•固相侵入深度和孔隙空间的变化；46核磁共振成象技术NuclearMagneticResonanceImaging(NMRI)•观测孔隙、裂隙中流体分布与流动情况；•观察流体间、流体与岩石间的作用过程；•润湿性、润湿反转配能谱仪的扫描电镜技术EnergyDispersiveX-RayDetector(EDS)•对矿物作半定量元素分析47SummaryofThisChapterX射线衍射技术（RXD)扫描电镜技术（SEM）薄片技术压汞法测毛细管压力曲线掌握以上四种方法中各自测定的主要岩石性能参数48ThePotentialFactorsofFormationDamage第三节油气层潜在损害因素49一.敏感性矿物对损害的影响敏感性矿物－在与外来流体接触过程中，容易发生化学作用而降低渗透率的矿物。分析方法矿物类型；矿物产状；矿物含量。501.矿物类型对油气层的损害水敏（盐敏）矿物－粘土矿物粘土矿物（按水化膨胀性大小排列）：蒙脱石伊/蒙混层伊理石绿/蒙混层粘土矿物损害机理粘土矿物水化膨胀，使孔喉缩小；分散、脱落、微粒运移堵塞喉道，从而导致渗透率下降。粘土矿物含量越高，损害的可能性越大51碱敏矿物与高PH值外来液接触而导致损害的矿物碱敏矿物类型长石、微晶石英、蛋白石、粘土碱敏矿物损害机理碱敏矿物与高PH值外来液作用而分散脱落形成微粒或生成硅酸盐沉淀和硅凝胶体,堵塞喉道，导致渗透下降。52酸敏矿物与外来酸液接触而导致地层损害的矿物酸敏矿物类型含铁矿物－对HCl和高H+离子浓度液体敏感；含钙矿物、含镁矿物－HF敏感。酸敏矿物损害机理酸敏矿物与外来酸液作用生成化学沉淀或释放微粒，堵塞喉道，从而导致油气层损害。532.矿物产状对油气层的损害矿物产状－矿物在岩石空间的分布位置和存在状态；薄壳型伊理石和蒙脱石平行排列于骨架颗粒表面，呈包覆状。粘土分布骨架颗粒损害影响流道表面光滑，阻力小，不易速敏；表面带负电，亲水性强，易水化膨胀而减小流道，甚至导致严重水锁。54栉壳型绿泥石呈叶片状垂直分布于骨架颗粒表面骨架颗粒粘土分布损害影响流道表面粗糙，阻力大，绿泥石易被折断形成微粒，产生速敏；酸蚀形成Fe(OH)3胶体，和SiO2凝胶体，堵塞喉道。55桥接型伊理石呈毛发状和纤维状搭接于骨架颗粒之间。骨架颗粒粘土分布损害影响表面积大，流动阻力大，易被冲断形成微粒堵塞，产生速敏；易水化膨胀产生水敏。56填充型高岭石和绿泥石呈松散状填充于骨架颗粒之间。骨架颗粒粘土分布损害影响微粒易冲掉，发生速敏；与液相接触面积大，易酸敏。573.矿物含量对油气层的损害矿物含量－粘土矿物总含量（泥质总含量）－粘土矿物重量百分数粘土矿物总含量5%不易损害；粘土矿物总含量10%容易损害。粘土矿物总含量越高、与液相接触面积越大，损害的可能性就越大。58二.孔隙和喉道结构对损害的影响孔隙、喉道