第十四章储层保护14.1 基本概念14.1.1 油气层损害的定义任何阻碍油气从井眼周围流入井底的现象称为储层损害(国际上通用“Formation Damage”)或污染。

在钻井、完井、井下作业及油气田开采全过程中，造成油气层渗透率下降的现象通称为油气层损害。

油气层损害的实质包括绝对渗透率下降和相对渗透率下降。

14.1.2 常用术语a.孔隙度(Φ)：岩石储集流体的度量，其中可分为有效孔隙度和无效孔隙度，%。

b.渗透率(K)岩石允许流体通过的能力，其中可分为气体渗透率Ka、克氏渗透率K、∞油相渗透率Ko、水相渗透率Kw等等，单位：10～3μm2。

c.饱和度(S)岩石中某项流体所占的百分含量，可分为含油饱和度So、含水饱和度Sw等等，%。

d.渗透率恢复率(Ki/K)某相流体流过岩心后所引起的渗透率变化情况，%。

e.表皮系数(S)衡量井眼表皮污染程度的量纲，无因次；S＞1时为受污染，S＝0时为无污染，S＜1时为改善；S值可通过试井直接测得，但试井测得的S值为总表皮系数，它不仅包括钻井液、完井液对井底附近油气层污染的真表皮系数，而且还包括井的不完善程度、井斜、非达西流、射孔等引起的拟表皮系数。

14.1.3 常用计算公式qμLa. 达西公式： K ＝×102AΔp式中：K─岩样渗透率，10－3μm2Δp─岩样两端压差，MPaμ─流体粘度，mPa·sL ─ 岩样长度，cmA ─ 岩样截面积，cm 2q ─ 液体流量，cm 3/s应用上述达西公式时有三个假设：1) 岩心为单一流体饱和及流动；2) 层流流动；3) 流体不与岩心发生物理化学作用。

b. 表皮系数(S)计算公式：K o R dS = [ ____ - 1] ln( _____ )K d R w式中：S －表皮系数，无因次K o 、K d －渗透率、污染区渗透率 10－3μm 2R d 、R w －污染区半径、井眼半径c. 产能比(PR)计算公式： d ew d d o we d R R R R K K R R Q Q PR ln ln ln +== 式中：PR －产能比Q － 油井未受损害的产量Q d －油井受损害后的产量K － 储层未受损透率K d －储层受损害后的渗透率R e －储层的泄油半径R w －油井井眼半径R d －储层被损害区域的半径14.2 储层损害原因和类型外来流体与油、气储层接触会带来不同程度的损害。

其损害程度随储层特性和外来流体性质不同而异。

根据目前的认识，一般认为储层损害可以规纳成两个方面的原因：一是外来流体（包括液体、固体甚至气体）侵入油层，产生各种不利的物理、化学作用，造成固体物的堵塞或液体性质的改变，降低了油气相渗透率；二是在钻开油层和采油过程中，由于温度、压力和流速的改变等因素，破坏了地层原有的平衡状态而引起岩石性质改变造成损害。

地层损害的类型和原因如下：14.3 储层损害的室内评价14.3.1 岩心分析a. 岩心分析的目的1)全面认识油气层的岩石物理性质及岩石中敏感性矿物的类型、产状、含量及分布特点；2)确定油气层潜在损害类型、程度及原因；3)为各项作业中保护油气层工程方案设计提供依据和建议。

b. 岩心分析的内容岩心岩心物理性质岩心结构与矿物地层流体φ、k测定铸体薄片化学分析铸体薄片 X射线衍射光谱分析扫描电镜扫描电镜色谱分析压汞技术电子探针高压物理图象分析红外光谱接触角法孔隙度岩石的稳定地层微粒结垢趋势渗透率性与强度和矿物的及类型孔隙结构稳定性岩石表面性质内部环境外部环境·压力·流速·温度·工作液性质·原地应力·外来固相侵入·天然驱动能量·压差潜在油气层损害和敏感性保护油气层技术措施建议14.3.2 油气层敏感性评价a. 流速敏感性评价实验流速敏感性是指储层内流体流动速度增大时引起储层中微粒运移，喉道堵塞，造成渗透率下降的现象。

速敏实验的目的是了解储层渗透率变化与储层流体流速的关系。

如果储层有速敏现象则求出开始发生速敏的临界流速，并根据实验结果评价由速敏引起的渗透率损害程度以及速敏性的大小，以指导今后开发过程中选择合理的注采速度，同时也为其它流动实验选取合适的流速。

b. 水敏性实验水敏是指与储层不配伍的外来流体进入储层后引起粘土膨胀、分散、运移，使孔隙和喉道减小或堵塞，降低储层渗透率的现象。

进行水敏性实验的目的是了解储层内流体盐度变化带来的储层渗透率下降的程度，并找出临界矿化度的大致范围，为盐敏实验找出较准确的临界矿化度做准备。

c. 盐敏性实验盐敏性是指储层在不同浓度盐水溶液中，由于粘土矿物的水化、膨胀而导致渗透率下降的现象。

盐敏实验的目的是了解储层岩石在盐水的矿化度不断变化的条件下，渗透率变化的过程和程度，找出盐度递减条件下渗透率明显下降的临界矿化度，为现场施工中的各种工作液确定合理矿化度提供依据。

d. 碱敏性实验碱敏是指高pH值的流体进入储层后造成储层中粘土矿物和硅质胶结的结构破坏以及与某些阳离子生成沉淀引起储层渗透率下降的现象。

碱敏实验的目的是要了解储层岩石在不同pH值盐水作用下，渗透率的变化过程和改变程度，找出使储层岩石渗透率明显下降的临界pH值，为各种工作液pH值的确定提供依据。

e. 酸敏性实验酸敏性是指酸化液进入储层与储层中的酸敏矿物发生反应，产生沉淀或释放出微粒，使储层渗透率下降的现象。

酸敏实验的目的是要通过模拟酸液进入地层的过程和测定酸化前后储层渗透率的变化，从而了解酸液进入后是否存在酸敏性危害及程度，以便选择合适的酸液配方和较有效的酸化处理方法。

14.3.3 工作液对油气层的损害评价a. 渗透率恢复值实验渗透率恢复值实验是评价钻井液和完井液储层损害程度或储层保护效果的最主要和最直观的方法。

它是用天然岩心或人造岩心在岩心流动实验装置上测量实验岩心污染前后的渗透率，得到的一个比值即为渗透率恢复值，它比较直观的反映了储层岩心的损害程度。

渗透率恢复值越大，钻井液、完井液对储层损害越小。

对开发井而言，渗透率恢复值一般应不小于75％。

b. 损害带半径( r d)测定钻井液或完井液侵入储层造成储层损害，其实就是引起侵入带储层原始渗透率的降低，滤液侵入引起渗透率降低的储层深度与井眼半径之和即为损害半径。

损害半径的测定是通过在高温高压动失水装置上模拟井下温度、压差和流动速梯的实验条件下对实验岩心进行动、静失水实验，测量一定时间内的滤失总量，然后根据公式推算出钻井液或完井液与油层接触期间侵入储层的深度即损害半径。

损害半径的测定目前国内外没有统一的方法，使用不同的实验装置需采用不同的公式进行计算。

当采用江汉石油学院的JHDS-高温高压动失水仪评价储层损害时，常采用下列公式计算损害带半径r d。

rd = 22Qγφψωωγ+γω－井眼半径，cmφ－储层岩心孔隙度（小数值）ψ－岩心水驱油效率（小数值）Q－单位面积总滤失量（动滤失加静滤失），cm3/cm2损害带半径的大小反映了外来液体影响储层的深度，因此一般要求钻井液和完井液的损害带半径应尽可能小。

14.3.4 评价钻井液、完井液体系及处理剂的实验程序为了确定完井液体系配方和筛选配伍处理剂，必须针对油气田的实际储层特征进行储层保护的评价实验。

实验程序一般按下列步骤进行：a. 选样和岩样制备研究完井液体系配方，筛选处理剂时一般采用模拟储层物性的人造岩心，而完井液体系的最终确定或储层保护效果的最终验证必须使用储层的天然岩心。

人造岩心已经直接作成了实验用的岩样，天然岩心需从其岩心上钻取圆柱形岩塞作为实验样品。

b. 测定岩样的空气或氮气渗透率k a、克氏渗透率k∞和孔隙度φ。

c. 模拟原始含水饱和度先将岩样抽真空，用地层水（或模拟地层水）饱和岩样，再用煤油或柴油驱替地层水，使岩样中含水饱和度达到其束缚水状态。

d. 在岩心流动实验装置上测定岩样污染前的油相正向渗透率。

e. 模拟动态污染将岩样装入动态模拟装置（如高温高压动失水仪），用完井液或按使用浓度配制成的处理剂水溶液在设定的动态条件下反向挤入岩样进行污染，污染结束后，取出岩样并刮去反向端面形成的滤饼。

f. 测污染后的油相正向渗透率在与步骤4相同的条件下，测定完井液污染后岩样的油相正向渗透率，该渗透率与污染前的油相渗透率的比值即渗透率恢复值，用它即可评价完井液的储层损害程度，反之也反映了完井液的储层保护效果。

14.4 钻井过程中的保护油气层技术钻井过程中防止油气层损害是保护油气层系统工程的第一个工程环节。

其目的是交给试油或采油部门一口无损害或低损害、固井质量优良的油气井。

14.4.1 钻井过程造成油气层损害原因分析a. 钻井过程中油气层损害原因1)钻井液固相颗粒堵塞油气层；2)钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害；3)钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损害；4)油相渗透率变化引起的损害；5)负压差急剧变化造成的油气层损害。

b. 钻井过程中影响油气层损害程度的工程因素1)压差；2)侵泡时间；3)环空返速；4)钻井液性能。

14.4.2 保护油气层的钻井液技术a. 保护油气层对钻井液的要求1)密度可调，能满足不同压力油气层近平衡压力钻井的需要；2)降低钻井液中固相颗粒对油气层的损害；3)钻井液必须与油气层岩石相配伍；4)钻井液滤液组分必须与油气层中流体相配伍；5)钻井液的组分与性能都能满足保护油气层的需要。

b. 屏蔽暂堵保护油气层钻井液技术利用钻进油气层过程中对油气层发生损害的两个不利因素(压差和钻井液中的固相颗粒)，将其转变为保护油气层的有利因素，达到减少钻井液、水泥浆、压差和侵泡时间对油气层损害的目的。

屏蔽暂堵技术的技术构思是利用油气层被钻开时，钻井液液柱压力与油气层压力之间形成的压差，在极短时间内，迫使钻井液中人为的各种类型和尺寸的固相粒子进入油气层孔喉，在井壁附近形成渗透率为零的屏蔽带。

此带能有效地阻止钻井液、水泥浆中的固相和滤液继续侵入油气层，其厚度必须大大小于射孔弹射入深度，以便在完井投产时，通过射孔解堵。

c. 屏蔽暂堵的技术要点：1)测定油气层孔喉分布曲线及孔喉的平均直径；2)按1/2～2/3孔喉直径选择架桥粒子(如超细碳酸钙、单向压力暂堵剂)的颗粒尺寸，使其在钻井液中含量大于3%(可用粒度计检测钻井液中固相的颗粒粒径分布和含量)；3)按颗粒直径小于架桥粒子(约1/4孔喉直径)选用充填粒子，其加量大于1.5%；4)加入可变形的粒子，如磺化沥青、氧化沥青、石蜡、树脂等，加量一般1～2%，粒径与充填粒子相当。

变形粒子的软化点应与油气层温度相适应。

14.4.3 保护油气层的钻井工艺技术a.建立四个压力剖面(地层孔隙压力、破裂压力、地应力和坍塌压力)，为井身结构和钻井液密度设计提供科学依据；b.确定合理井身结构是实现近平衡压力钻井的基本保证；c.实现近平衡压力钻井，控制油气层的压差处于安全的最低值；d.降低侵泡时间；e.搞好中途测试；f.搞好井控、防止井喷井漏对油气层的损害。