2017第4章油气层损害的评价实验

教学目标：了解油气层损害室内评价实验的目的；掌握五敏实验的主要实验程序、评价表征、分析方法；了解应力敏感性实验的主要内容和实验目的。教学重点难点：五敏实验的实验程序、评价方法和分析方法。第一节评价实验的目的、程序及方法一、评价实验的目的分析的目的是，准确地认识油气层的初始状态及油气层的潜在损害类型及程度。1、弄清楚油气层潜在的损害因素（例如：分析岩石中敏感性矿物的类型、产状、含量及分布特点）。2、弄清楚外来条件(如流体、压力、温度等)对油气层损害的影响。3、弄清在油气层潜在的损害因素和外来条件的影响下，油气层损害类型及损害程度。4、筛选合理的防治措施。二、评价程序图4-1油气层敏感性评价工作程序三、评价方法图4-2油气层敏感性系统评价实验的项目和程序第二节岩心流动实验实验要有明确的实验方案，制定实验方案应考虑下列条件:(1)岩心数量；(2)敏感性矿物特征及主要的潜在危害；(3)岩心在油气层部位(纵向、平面)的代表性；(4)岩性的代表性；(5)节约费用。一、基本实验程序1.岩样的准备（1）选择岩心实验用岩样应选择本油气层未受到污染和破坏的天然岩心,并具有较好的代表性。二、实验前的准备在取样前,应将岩心表面的滤饼刮净,并切去被污染环,制成圆柱状岩塞。在取样时,为使岩样中粘土不受破坏,应采用煤油或高矿化度盐水作润滑剂和冷却剂;若岩石胶结极差,应采用液氮作润滑剂和冷却剂进行低温冷冻加工,并用钻套或筛网/端盖/热缩套〈CST〉包封法进行人工包封,以保证岩石结构不受破坏。(二)岩样制备图4-13最佳取样方案示意图1-膨胀实验；2-阳离子交换实验；3-薄片分析；4-扫描电镜；5-岩心流动实验；6-浸泡实验；7-X射线衍射；8-酸溶蚀量(三)岩样的清洗与烘干实验前,必须将岩样中的烃类和束缚水清洗干净。清洗的方法：溶剂抽提法、二氧化碳溶剂驱替法、加压溶剂清洗法和热解法。溶剂的选择:对亲油岩心，选用汽油、四氯化碳(岩心内不含水)或石油醚(岩心内含水)；对亲水岩心,常用1：3的酒精、苯溶液；抽提沥青质原油，可选用甲苯。图4-14索氏抽提仪清洗：烘干：清洗干净得样品需保持温度在60-65℃，相对湿度40%-45%条降下烘干后才能使用，此条件可使岩样中粘土矿物不受到破坏。2.流体的准备评价实验中所用的流体有模拟地层水、模拟注入水、酸液和钻井液等工作液。标准盐水配方为：氯化钠(NaCl)：70000ppm氯化钙(CaCl2）：6000ppm氯化镁(MaCl2·6H20)：4000ppm3.仪器的准备岩心流动实验主要在岩心流动实验仪上进行。图4-15岩心流动实验仪结构示意图评价油气层损害时,最常用的测定项目有:速敏性评价实验酸敏性评价实验碱敏性评价实验水敏性评价实验盐敏评价实验体积流量评价实验正反向流动实验系列流体评价实验钻井(完井)液污染评价实验等。五敏实验(一)速敏性评价实验1、实验目的（1）了解流体流速的变化引起岩石颗粒运移时对油气层渗透率的影响，测定临界流速,并把它作为评估油气层速敏性程度的指标。（2）为其它实验提供合理的实验流速提供依据。流体流动开始阶段，参与运动的微粒小而少，且是一些未被胶结的微粒，对岩心渗透率没有什么影响；随着流速逐渐增大，参与运动的微粒逐渐增多。当流速增大到某一数值时，微粒在孔喉处形成较稳定的“桥堵”，使岩心渗透率明显下降。2.临界流速：维持渗透率平稳的最大流速。如图中所示的Qi-1对应的流速,当流速大于此值,岩石孔道中运移的微粒就会产生堵塞。3．速敏性评价指标(1)临界流速vc：vc越小，岩石中微粒运移越容易发生。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之间满足下述关系,说明已发生速敏,并且流量Qi-1即为临界流量Qc，QC对应的流速为临界流速VC%5%10011iiiKKK（2）损害程度%1001min11wwkKKKD1wKminKSY/T5358-2002《储层敏感性流动实验评价方法》：由速敏引起的渗透率损害率由下式计算：式中：Dk1——速敏引起的渗透率损害程度——临界流速前岩样渗透率的算术平均值，μm2——临界流速后岩样渗透率的最小值，μm2%100maxminmaxKKK损害程度从各级流量的渗透率Ki（i=1,2,3………,n）中找出最大渗透率Kmax和最小渗透率Kmin，按下式计算损害程度：5＜Dk1≤55～3030～5050～70＞70速敏程度无弱中等偏弱中等偏强强(二)水敏性实验1、水敏指与油气层不配伍的外来流体进入油气层后引起粘土膨胀、分散、运移，使孔隙和喉道减小或堵塞，降低油气层渗透率的现象。2、实验目的了解发生水敏的过程,综合评价油气层水敏性程度，并测定最终使油气层渗透率降低的程度。用三种不同盐度但成系列的流体----地层水、次地层水(即地层水与蒸馏水的等体积混合物)和蒸馏水流过岩样,分别测定不同盐度的流体流过岩样时的液相渗透率。3.实验方法4.水敏性评价指标式中：Kw-----蒸馏水通过时的渗透率Kf------地层水流过时岩样的水相渗透率fwwKKD水敏性指数Kw/Kf0.30.3-0.70.7水敏性强度强中等弱(三)盐敏评价实验1、盐敏高于地层水矿化度的工作液滤液进入油气层后,可能引起粘土的收缩、失稳、脱落；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,引起渗透率的下降的现象。2、实验目的找出盐敏发生的条件,以及由盐敏引起的油气层伤害程度,为各类工作液的设计提供依据。3、实验方法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伤害程度,找出盐敏伤害发生的条件。（1）盐敏判断如果矿化度Ci-1对应的渗透率Ki-1与矿化度Ci对应的渗透率Ki之间满足下述关系，说明已发生盐敏,并且矿化度Ci-1即为临界矿化度Cc。4、盐敏判断及评价指标%5%10011iiiKKK（2）评价指标Kmax和Kmin：各级矿化度盐水的渗透率Ki（i=1,2,3…,n）中的最大得渗透率和最小得渗透率。%100maxminmaxKKK损害程度损害程度＜30%30-70%＞70%盐敏程度中等强弱砂岩砂岩（四）碱敏评价实验1.碱敏概念当高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物的结构破坏(主要是粘土矿物和胶结物溶解后释放微粒),大量氢氧根与某些二价阳离子结合会生成不溶物,从而造成油气层的堵塞伤害。2.实验目的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伤害程度，为各类工作液的设计提供依据。通过注入不同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伤害程度,找出碱敏伤害发生的条件。3.实验原理4、敏感性判断如果i-1级pH值盐水对应的渗透率Ki-1与第i级pH值盐水对应的渗透率Ki之间满足下述关系:说明已发生碱敏,则i-1级pH值即为临界pH值。%5%10011iiiKKK5、伤害程度的计算方法Kmax和Kmin：各级pH值盐水的渗透率Ki（i=1,2,3…,n）中的最大的渗透率和最小的渗透率。%100maxminmaxKKK损害程度Dk1≤55～3030～5050～70＞70碱敏程度无弱中等偏弱中等偏强强砂岩灰岩020406080100120791013PH值渗透率比值（五）酸敏评价实验1.酸敏概念及实验目的油气层的酸敏性：指油气层与酸作用后引起的渗透率降低的现象。酸敏实验的目的：研究各种酸液（HCl和HF）的酸敏程度，其本质是研究酸液与油气层的配伍性，为油气层基质酸化时确定合理的酸液配方提供依据。2.实验步骤（1）用地层水测基础渗透率K1(正向)；（2）反向注入0.5-1.0倍孔隙体积的酸液；（3）用地层水正向测出恢复渗透率K2。3、评价指标%100121KKKIa式中：Ia—酸敏指数；K1—酸处理前用地层水测得的岩样渗透率，μm2；K2—酸处理后用地层水测得的岩样渗透率，μm2；aIaIaIaI1kD1kD0＜15＜30＜Ia≈0≤15≤30≤50＞50酸敏程度弱中等偏弱中等偏强强极强砂岩（盐酸酸敏）砂岩（土酸酸敏）灰岩（盐酸酸敏）灰岩（土酸酸敏）项目实验结果及其应用速敏实验(包括油速敏和水速敏)(1)确定其它几种敏感性实验(水敏,盐敏,酸敏,碱敏)的实验流速(定为0.8倍临界流速）(2)确定油井不发生速敏伤害的临界流量Q∞(3)确定注水井不发生速敏伤害的临界注入速率Qcw,如果Qcw太小,不能满足配注要求,应考虑增注措施水敏实验(1)如无水敏,则进入地层的工作液之矿化度只要小于地层水矿化度即可,不作严格要求(2)如果有水敏,则必须控制工作液的矿化度大于Cc1(3)如果水敏性较强,在工作液中要考虑使用粘土稳定剂盐敏实验(升高矿化度和降低矿化度的实验)(1)对于进入地层的各类工作液都必须控制其矿化度在两个临界矿化度之间,即Cc1工作液矿化度Cc2(2)如果是注水开发的油田,当注入水的矿化度比Cc1要小时,为了避免发生水敏伤害,一定要在注入水中加入合适的粘土稳定剂,或对注水井进行周期性的粘土稳定剂处理碱敏实验(1)对于进入地层的各类工作液都必须控制其pH值在临界pH值以下(2)如果是强碱敏地层,由于无法控制水泥浆的pH值在临界pH值之下,为了防止油气层伤害,建议采用屏蔽式暂堵技术(3)对于存在碱敏性的地层,要避免使用强碱性工作液酸敏实验(1)为基质酸化之酸液配方设计提供科学的依据(2)为确定合理的解堵方法和增产措施提供依据表1-16五敏实验结果的应用1、应力敏感性：在施加一定的有效应力时,岩样的物性参数随应力增大而变小，导致油气层渗透率降低的性质。2、实验目的（1)准确地评价油气层,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条件,有助于储量评价。（2)为确定合理的生产压差服务。（六）应力敏感性评价（1）选择实验岩心,测量长度、直径等。（2）选择有效应力实验点2.5MPa、3.5MPa、5.0MPa、7.0MPa、9.0MPa、11MPa、15MPa、20MPa。。（3）在全自动岩心测试装置上进行,测出各实验应力值下地层水流过时的渗透率。3、实验程序砂岩砂岩（1）渗透率损害率4、评价指标%100121KKKDk式中：Dk—渗透率损害率；K1—第一个应力点对应的岩样渗透率，μm2；K2—达到临界应力后岩样渗透率的最小值，μm2；Dk≤55～3030～5050～7070～90＞90应力敏感性程度无弱中等偏弱中等偏强强极强表3-20应力敏感性程度的划分标准SS值的越大，岩样的应力敏感性越强。式中：K----有效应力σ下的渗透率K0---初始测点有效应力σ0对应的渗透率（2）应力敏感性系数Ss)lg()(10310KKSS7．正反向流动实验1）实验目的正反向流动实验是检查岩样中是否产生微粒运移损害的一种很有效的实验方法。当岩样中同时存在粘土膨胀和颗粒运移时,要进一步区分引起损害的主要原因,就需要做一些反向流动实验,测定反向渗透率。图4-21正反向流动实验数据图2）数据处理以累积孔隙体积倍数ΣVp为横坐标，液体渗透率为纵坐标，将各组实验数据标在K-ΣVp图上，由曲线形状可判断岩样中微粒运移情况。3）结果分析（1）若反向流动后渗透率K′有回升现象，而随着流过量的增加，K′又骤然下降，而且流动状态稳定后K′值小于正向渗透率K值，表明微粒运移已经造成堵塞；图4-21正反向流动实验数据图因为当突然改变流动方向时，可移动微粒也随之作反向机械位移,使部分已经被运移颗粒堵塞了的喉道暂时开放，岩石渗透率上升；但随着流过量的增加，可运移微粒又会在新的喉道部位重新堆积而再次堵塞喉道，岩石渗透率又继续下降。3）结果分析（2）如果K′继续下降或K与K′始终相近，曲线无峰值出现，则说明影响渗透率的主要因素不是微粒运移。图4-22正反向流动实验数据图8、体积流量评价实验体积流量评价实验是在某一恒定流速下，使液体大量通过岩样，测定渗透率随累积注入量ΣVp的变化情况。它可以考察岩心胶结的稳