碱敏储层压裂损害机理与保护技术研究及应用

在压裂施工过程中,碱敏储层受高pH值流体的影响,可产生矿物组份二次沉淀、转移以及粘土膨胀率增加、二价金属离子化合物沉淀等反应而对储层造成严重损害.针对中原油田桥口、白庙与户部寨地区储层特点,分析了强碱性压裂液对碱敏储层的损害机理,研究了液体pH值、储层温度、滞留时间等因素与碱敏储层损害的关系,提出了防止碱敏损害的预前置液、缓冲剂等技术,并在现场进行了7井次压裂施工应用.通过选择合适的液体组成体系,可以有效地抑制储层碱敏损害,达到保护地层、提高压裂效果的目的.     

碱性工作液对含酸性气碳酸盐岩储层的损害机理

以哈萨克斯坦扎纳若尔油田和中国四川盆地中部及东北部地区含酸性气碳酸盐岩储层岩心为研究对象,开展了流体敏感损害实验。结果表明,岩心均存在一定程度的流体敏感性,尤以碱敏损害最为严重。经岩相学分析,研究地区碳酸盐岩储层发育黏土矿物、白云石、方解石、微晶石英、石膏、硫化钙、沥青等敏感矿物。高pH值工作液侵入储层后,使原始酸性环境改变,碱液中和酸性流体并破坏流体-岩石界面,致使储层岩石中敏感矿物更多地暴露并发生物理化学变化而引起更为强烈的储层损害,同时碱性工作液侵入,改变了硫的附存环境,引起硫沉积损害。针对储层损害机理,建议钻井完井作业时,采用屏蔽暂堵技术以有效保护储层。     

连续流动碱性流体与碳酸盐岩作用的碱敏损害实验研究

碳酸盐岩储层粘土矿物含量低,普遍认为其储层碱敏性弱。然而在富含H2S和CO2的碳酸盐岩储层中,在酸性介质条件下长期存在于碳酸盐岩储层中的粘土矿物,所接触的钻井完井液pH值一般高于11,碱敏损害研究的意义尤为重要。为了模拟高pH钻井完井液对储层造成的损害,文中以四川盆地中部雷口坡组和嘉陵江组碳酸盐岩气层为研究对象,实验评价了连续流动下碱性流体与碳酸盐岩储层作用的损害行为,并与常规碱敏实验对比。实验表明,常规碱敏实验随着流体pH值的升高,损害率61％-85％,连续流动实验损害率91％-97％,比常规碱敏实验损害率增加12％-30％。连续流动加快了反应速率和反应进程,有利于碱液与自云石和粘土矿物的反应进行, 生成新矿物相,从而降低储层渗透率。对于富含H2S和CO2的碳酸盐岩气藏,采用近平衡钻井技术、快速钻井技术与屏蔽暂堵技术结合是保护储层的重要途径。     

川南香溪群四段低渗裂缝性砂岩储层保护

川南香溪群四段为一套致密砂岩储层,物性较差,地层水矿化度较高,微裂缝为其主要的运移通道。地层微粒运移、粘土矿物的水化膨胀、泥浆滤液同地层水作用产生的沉淀物等是储层伤害的主要方式。速敏和碱敏实验显示,地层水临界流速最好取1.0ml/min,工作液的临界pH值以10为好。储层岩石与泥浆滤液的长期静态分析表明没有新的物质出现。     

鄂尔多斯盆地苏里格气田中、下二叠统砂岩储层敏感性影响因素分析

为减小苏里格气田在勘探开发过程中造成的储层损害,针对其中下二叠统砂岩储层的敏感性进行了实验研究,从岩石学特征和孔喉结构特征上分析了储层敏感性影响因素。研究结果表明:储层速敏性弱,与孔喉直径小、粘土矿物微粒直径较大有关;水敏性差异大,与凝灰质杂基含量多少有关;碱敏性弱,高pH值碱液提高储层渗透率与储层中高岭石被强碱溶蚀有关;酸敏性大小取决于酸液类型和储层中方解石及绿泥石含量;应力敏感性强,与储层致密、喉道类型主要为片状喉道有关。根据储层的敏感性,提出了相关的储层保护和改造措施。     

苏里格气田中下二叠统砂岩储层碱损害研究

为减小苏里格气田在勘探开发过程中造成的储层损害,提高低渗气藏储层的产能,针对致密砂岩储层的碱损害进行了实验研究,分析了碱损害机理及影响因素。结果表明,pH值为9的碱液对储层损害程度为弱,与储层中高岭石含量高且晶体较大有关。pH值为12的碱液对储层不仅无损害,反而能大幅度地提高储层渗透率,这与强碱对高岭石的溶蚀有关。最后提出了可以用强碱改造纯气藏储层,在压裂过程中可用强碱作为前置液。     

宝浪油田宝中区块储层敏感性实验研究

通过X衍射、扫描电镜、岩心流动实验等方法,分析了宝中区块储层的敏感性及造成储层敏感性的原因。研究表明该区块储集层速敏性不强,有较强的水敏性,盐敏临界盐度在2800～13 250 mg/L之间,储层对HCl呈弱酸敏,对土酸表现为中等酸敏,碱敏临界pH值8。储层低渗透和含有粘土矿物是造成宝中区块储层敏感性伤害的根本原因,因此建议注水开发和作业时不宜使用淡水,入井流体pH值不宜超过8。     

塔北地区油气层保护措施

塔北含油地层岩性主要以细砂岩为主,含部分泥岩。岩石成分以石英、长石、岩屑为主,孔隙式胶结,粒间孔隙发育,填隙物以绿泥石为主,还有高岭石等其它粘土矿物。塔北含油地层属于渗透性好的储集层,储层损害方式有水敏、碱敏、微粒运移和胶体堵塞,油气层损害种类有:①微粒运移造成的储层孔隙堵塞;②外来固相颗粒造成的储层孔道堵塞;③粘土矿物水化膨胀造成的储层孔隙堵塞;④渗透性漏失造成的储层孔道堵塞;⑤化学沉淀造成的储层孔隙堵塞。     

草南超稠油油藏注蒸汽热采储层伤害及控制

分析了草南超稠油油藏的储层基本特征，探讨了该油藏在注蒸汽开采过程中水敏性、碱敏性、温敏性对储层的伤害，并提出了相应的储层保护技术。研究结果表明，在蒸汽驱过程中，由于温度的升高，碱敏损害更加严重，因此在蒸汽驱之前应对地层进行预处理，以防热采过程中所产生的粘土膨胀和分散运移对储层造成的损害。     

平湖油田储层敏感性试验研究

利用平湖油田的油层取心岩样,模拟油层条件,试验研究了岩石的流速敏感性、水敏性、盐敏性、碱敏性和酸敏性。根据研究结果,建议油田注水或采油速度控制在14m／d以下。油田作业工作液（包括注入水）矿化度控制在15000mg／L以上,pH值控制在9以下,油田在进行酸化作业时．必须对酸液配方进行优选,以免酸化造成储层的二次伤害。     

钻井液对煤层气储层渗透性的损害

在煤层气的勘探和开发过程中,有许多因素都不同程度地造成煤层渗透性的损害,影响煤层气的产量。钻井施工是造成储层损害的一个重要环节,主要原因是钻井液及滤液对煤层的侵入。我们在试验的基础上,证实了钻井液对煤层气储层渗透性损害的几个主要原因,其中pH值的影响尤为突出。     

压裂液对宝浪低孔低渗储层伤害因素的研究

实验考察了压裂液对岩心膨胀及润湿吸附性的影响、压裂液浸泡对岩心的影响、压裂液矿化度和pH值以及压裂液破胶液粘度对储层伤害率的影响,结果表明,造成储层伤害的主要因素为：储层毛管阻力高,对水的润湿吸附严重,造成水锁伤害;压裂液在储层滞留时间长,岩心浸泡后粘土微粒运移对孔道伤害;压裂液破胶不彻底,当压裂液的破胶液粘度大于7 mPa·s时会造成储层的渗透率明显降低。不适当的压裂液矿化度和pH值也会对储层造成较大伤害,则压裂液KCl加量应大于2%,压裂液的破胶液和滤液pH值应小于11。     

孤岛油田采油工程入井液对地层伤害因素的研究

开发作业过程中，各种采油工程入井液进入油层后，由于入井液与油层固有的岩石和所含流体性质不配伍，或由于压差、温度等条件的改变，造成了对油气层的伤害。对采油工程入井液伤害油层的主要因素(矿化度、pH值、表面张力、固相颗粒尺寸、固相颗粒含量等)进行了试验研究；对现场采油工程入井液和室内配制的低伤害入井液的综合伤害率进行了评价，得到了各种因素对地层损害的影响规律，提出了避免或减轻入井液伤害储层的对策。     

流体pH值对致密砂岩储层渗透率的影响

地层流体pH值一般分布在4～9范围，一旦侵入储层的流体pH值过高或过低，将引发外来流体与储层流体、储层矿物不配伍的问题，必然造成储层损害。文章以川中香溪群致密砂岩气层为例，开展流体pH值逐级升高和pH值逐级降低对储层渗透率改变的综合评价实验。实验表明，储层具有强碱敏、强的HCl酸敏感性。研究指出，高pH值流体条件诱发粘土矿物微结构的破坏，导致伊利石、绿泥石等粘土矿物溶解、脱落、分散（运移），渗透率大幅度下降；低pH值流体破坏绿泥石的晶体结构，使结构中的Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺等离子析出，产生Fe(OH)₃以及Mg(OH)₂沉淀，堵塞喉道。     

低伤害LMWF压裂液

介绍了一种低伤害LMWF压裂液，它用改性的低分子量瓜尔胶配成基液．经硼交联得到LMWF压裂液。该体系不用破胶剂。靠pH值变化自动破胶，因而减少了不溶性残渣。避免了对储层的伤害，提高了地层渗透率。对该体系的流变性、破胶性和再循环使用性的评价表明。该体系具有良好的携砂性能、长时间的流变稳定性；由于不合破胶剂，LMWF压裂液稳定，能长时间泵送；当压裂作业完成后，pH值降低，当pH值低于8时低分子量聚合物凝胶的交联性能随即丧失．压裂液恢复到起始的低粘度。使LMWF压裂液能迅速彻底地从裂缝中返排。应用表明，LMWF压裂液对地层伤害小，携砂性能好。提高了产油量。该体系可循环使用。节约了成本，保护了环境。     

户部寨地区强水敏储层压裂改造保护技术研究

针对中原油田户部寨地区Es4层位粘土矿物含量高、水敏性强这一问题,分析了压裂改造过程中粘土矿物对储层的主要损害机理,研制出了适应于强水敏储层压裂改造的复合型粘土稳定剂与酸碱度控制技术.其中粘土稳定剂在1%浓度下防膨率为92.4%,且具有耐温高、使用有效期长、与压裂液配伍性好等特点.酸碱度控制剂可有效的中和高pH值压裂液中的强碱性物质,使液体保持在弱酸性的环境下,在一定程度上减轻了水敏程度.通过上述技术的综合应用,有效地降低了地层污染,提高了压裂效果.     

煤层气储层钻井液结垢伤害实验研究

我国煤层气储层渗透率低,有轻微结垢也极有可能导致渗透率大幅度降低。为了深入研究结垢对煤层气储层的伤害,在分析煤层气储层特征的基础上,利用饱和指数法预测了山西沁水郑庄煤层气储层在钻井液侵入时的结垢趋势,然后通过室内静态实验测定了钻井液与地层水在不同混合比、不同pH值条件下的结垢量,并通过岩心流动实验,进一步证实了钻井液侵入产生结垢对储层的伤害程度。研究结果表明,采用地表水配制的钻井液在侵入储层后有碳酸钙垢形成,结垢量随pH值升高而增大;钻井液侵入量越大,煤储层伤害越严重。     

临兴区块致密砂岩气储层损害机理及钻井液优化

致密砂岩气储层钻井过程中,钻井液入侵将造成严重的储层伤害难题。通过岩心分析技术、岩心流动实验等系统分析了临兴区块致密砂岩气储层主要损害机理,统计并分析了现场钻井液存在的技术难题,并优化出具有良好性能的致密砂岩气储层保护钻井液。研究结果表明,临兴区块致密砂岩气储层岩石具有中-粗砂状结构,胶结致密,孔喉细小,含敏感性黏土矿物,储层潜在严重的水锁伤害与中等偏强的水敏性及应力敏感性损害（临界压力为7.0 MPa）,潜在中等偏弱的速敏性（临界流速为0.75 mL/min）、盐敏性（临界矿化度为7500 mg/L）、碱敏性（临界pH值为10.0）及土酸敏感性损害;临兴区块主要存在储层损害、钻井液漏失、井眼垮塌、摩阻扭矩大与井眼清洁等钻井液技术难题。优化出的钻井液封堵性能良好,滤液表面张力低（23.3 mN·m-1）,能减少固相侵入,削弱水锁效应,提高岩石渗透率恢复值至91.3%,具有良好的储层保护性能。现场应用结果表明,该储层保护钻井液完全满足复杂井段或水平井段钻进的钻井液技术要求。      

改善储层的进攻型隐形酸完井液技术

针对钻井、固井或压井、修井等作业过程中固相微粒和液相侵入损害以及各种作业液之间、各种作业液与储层流体、矿物之间的不配伍性造成的储层损害,研制出了改善储层的进攻型隐形酸完井液。该完井液具有降低pH值,消除无机、有机沉淀和屏蔽暂堵,溶蚀岩心、改善储层等优点。在渤海QK17-2油田现场试验结果表明,以YXA为主剂的隐形酸完井液,可改善储层渗透性,提高油田产能。