深水疏松砂岩储层微粒运移损害的控制方法

中国南海深水疏松砂岩油气层钻完井作业中,易发生微粒运移、堵塞,造成储层损害,需要探索微粒运移损害的控制方法。选用南海深水疏松砂岩储层岩样,通过微粒吸附和释放实验以及岩心动态损害评价实验,探讨了纳米材料控制微粒运移损害的作用效果;实验分析了纳米颗粒吸附对岩石表面形貌、粗糙度及电性的影响;利用微粒与吸附纳米颗粒的岩石孔壁之间的相互作用能计算模型,分析了不同离子强度下储层微粒与岩石孔壁之间的总相互作用势能及作用机制。结果表明,纳米颗粒能有效控制深水储层微粒的运移,将其吸附并固定在孔壁表面。随着流体离子强度增加,控制运移的作用效果增强。其中,纳米氧化铝NP-1的作用效果最好,可明显提高深水储层岩心的渗透率恢复值,并且与深水钻井完井液具有良好的配伍性。模型计算结果表明,吸附纳米颗粒后,岩石孔壁与储层微粒之间的总相互作用势能下降,有利于岩石孔壁吸附、固定微粒,原因是纳米颗粒的吸附增加了岩石表面粗糙度及黏附力矩,也影响了表面电荷分布,有利于降低排斥势垒,并使初级势阱加深,提高岩石表面固定微粒的能力。因此,深水钻完井中,可通过加入纳米颗粒、适当提高工作液矿化度来减少微粒运移引起的储层损害。     

储层微粒运移损害机理综述

油气储层不管其渗透率高低，都存在损害问题，对低渗透储层尤甚。为了达到保护油气储层的目的，从六十年代起，广泛开展了损害机理的研究。通过研究发现，向来闰运移是主要的损害机理之一。本文介绍的情况，一方面可了解国外研究进展，一方面为为我所用，开拓思路，在了解损害机理的基础上将保护油气层工作做得更好。     

储集层微粒运移堵塞预测模型及其应用

在油田注采过程中,由于注采速度过高导致地层发生微粒运移,从而堵塞地层孔隙,使油气产量急剧降低,在岩心速敏实验基础上,应用渗流力学和采油工艺等基本原理,将室内临界流速研究与油田开发相结合,建立了微粒运移堵塞预测数学模型,利用该模型对大庆龙蟥泡油田部分油井进行了预测,结果表明金191,金393井存在一定程度的微粒运移损害,这与现场实际情况基本吻合。     

储层中微粒运移现象的实验判断

储层中微粒运移是储层损害的主要因素之一。利用速敏、正反向流动两种岩心流动实验可以直观判断储层中微粒运移，速敏实验是判断储层岩心微粒运移状况的基本方法。但单独运用速敏实验并不可靠，需要以正反向流动实验及储层相关地质资料为辅助加以分析判断。根据正反向流动实验曲线中渗透率的变化，可判断微粒运移。通过储层岩矿成分分析及胶结状态的观察结果等储层地质资料的分析，可以预测或验证岩心微粒运移现象的发生状况。     

储气库井注气压力剧变诱发微粒运移实验模拟

微粒运移是一种重要的储层损害类型,地下储气库井在注气过程中因注气压力递增或波动而诱发储层微粒运移。当前,基于储气库注气压力变化下的微粒运移机理尚不明确,且少有系统开展模拟储气库注气压力变化下的微粒运移实验研究。为此,选用相国寺储气库黄龙组碳酸盐岩储层岩心制取裂缝岩心,分别开展了应力敏感实验、气体速敏实验、模拟储气库注气压力递增和压力波动情形下的岩心流动实验,测试压力递增和压力波动的岩心渗透率和出口端微粒浊度,并借助X射线衍射和扫描电镜等手段,分析储层微粒运移的潜在微粒类型,揭示了储气库注气压力动态变化诱发储层微粒运移机理。实验表明:①驱替压力递增和压力波动实验中的压力梯度远大于速敏实验中岩心发生速敏时(微粒运移)的临界压力梯度,岩心应力敏感程度为弱~中等偏弱;②驱替压力递增和波动下岩心平均渗透率损害率分别为77%和57%;③驱替压力递增和压力波动引起储层裂缝壁面脆弱结构附着能力下降是微粒运移的重要诱发机制。分析认为,注气压力递增或频繁波动会诱发储气库储层微粒运移损害,应预防钻完井过程中外来固相微粒侵入,并对储层中固有微粒进行清除。     

低渗透砂岩储层微粒运移伤害实验研究

姬塬油田G83区长4+5油藏为低渗透砂岩储层,随着开发注水压力持续上升,欠注井逐年增多,且大多数欠注井多次治理无效。为了明确注水开发过程中微粒运移现象及其变化特征,确定运移微粒成分,并优化注水技术政策,开展了长岩心、正反向驱替流动实验,长岩心大流速岩心驱替实验及驱出物X衍射分析等。研究表明：存在明显的微粒运移现象,运移微粒以方解石、伊利石和绿泥石为主,合理的技术政策执行可减弱微粒的脱落和运移。     

用微模型实验研究颗粒运移机理

颗粒运移在地层损害中占很大比例。研究颗粒在多孔介质内的运移机理有助于用数学的方法更加真实地模拟颗粒在多孔介质内的运移堵塞规律,以便更加清楚地认识颗粒损害机理。本文用微观模型可见技术研究了水动力学条件及颗粒自身性质对颗粒运动的影响,得出了颗粒运移的一些规律。     

西峰油田注水引起的微粒运移实验研究

西峰油田正式投入开发以来,采取超前注水方式补充地层能量,注水几年后出现注水压力升高、注水量降低的问题。为了查找出现这一问题的原因,进行了储层物性及流动性研究。所研究的储层黏土矿物中伊利石和高岭石的相对含量约为30％。多组岩心体积流量实验及正反向流动实验表明,储层中存在明显的微粒运移现象是导致注水井注水困难的主要因素之一。这一结论对油田注水井增注措施的选择提供了一定的依据。     

微粒运移临界速度及伤害半径定量计算方法

油田注采过程中,由于储层微粒的物理、化学性质不同,流体流动会引起油气层中微粒运移并堵塞孔喉,造成储层伤害,影响采收率。将室内实验结果与实际生产开发相结合,从岩心的速敏实验临界流量入手,通过与裸眼井混相径向流临界流量转换,反推出生产中射孔井的临界产量,根据与实际生产对比结果,评价各井储层伤害程度,进而调整油井生产状况,最终达到增产目的。     

储层岩石破裂诱发微粒运移损害实验研究

在油气井射孔和水力压裂过程中储层岩石发生破裂,可能诱发岩石微粒的分散运移,造成速敏损害,影响油气田的最终采收率。选用露头岩样分别进行了基块、干式与湿式破裂岩样的对比性速敏实验,证实了岩石破裂过程显著增加了速敏损害程度和发生机会。研究表明,干式破裂岩样微粒运移程度中等偏强,湿式破裂岩样微粒运移程度强;相同破裂方式裂缝岩样,裂缝宽度越大,微粒运移程度越强;岩石破裂导致微粒之间连接力减弱是诱发微粒运移的力学机理,地层水对岩石强度的弱化作用加剧了微粒运移的程度;岩样中含有易发生微粒运移的蒙皂石、伊/蒙间层、石英和方解石等矿物是岩石破裂诱发微粒运移的潜在地质因素。对于岩石强度较差的储层,采用负压射孔和优选压裂支撑剂粒级有助于弱化微粒运移损害的负面影响。     

疏松砂岩微粒运移主控因素及矿场影响特征

疏松砂岩油藏开发中微粒运移堵塞造成的油井产液能力大幅下降问题是制约该类油藏开发效果的关键节点。为了搞清微粒堵塞的机理及主控因素,根据PX油田铸体薄片观察微观孔喉特征,利用激光刻蚀制备了微观孔隙结构模型,模拟了不同粒径、黏度、流量、浓度下的微粒运移堵塞机理。系统评价了微粒粒径与喉道比值、流体黏度、固相颗粒浓度、流量等对微粒运移/堵塞的影响。认识到微粒浓度、微粒粒径和孔喉大小、流体黏度、驱替速度是影响微粒运移的主控因素。微粒粒径与喉道直径之比大于2/3时容易形成大规模堵塞。矿场中不同含水阶段微粒运移的影响因素不同,流体黏度、产液波动、含水上升、生产制度调整等都会造成微粒运移堵塞。     

井筒砂粒运移规律室内模拟实验研究

利用研制的井筒携砂实验装置,模拟了一定砂粒配比下不同井型中的携砂情况.观察了颗粒在不同倾斜角度的井筒中的运移方式,测定了不同粒径的砂粒被携带出的临界流量,揭示了颗粒直径同流体流量关系变化规律.实验结果表明,流体的流速和携砂管的倾斜程度对砂粒携带能力有很大影响,流体流速越大,携带的颗粒直径也越大,砂粒在携砂管中的流动方式随携砂管倾斜角度而变化,携砂管垂直放置时,颗粒以均匀悬浮方式运移:携砂管倾斜时,颗粒以非均匀分层流动、跳跃和移动床流动方式运移.同一粒径砂粒在不同倾斜携砂管中的临界流量表明,携砂管倾斜60°时,携带能力最弱,携砂管垂直时携砂能力最强.     

压力波动条件下微粒运移规律的实验研究

利用准三维真实岩心微观模型和自行研制的宽频带电伺服波动压力发生系统,通过微观模型可见技术研究了固相颗粒在波动压力作用下侵入地层孔喉的各种过程。通过观测不同振动频率和振幅下,不同浓度及粒径的颗粒悬浮体系在储层孔隙中的运移情况,分析了在波动压力作用下颗粒运移的规律,特别是在一定的波动频率下,实验中可清楚观察到“空化效应”,这种“空化效应”能非常有效地起到解堵与除垢作用。     

微粒运移损害微观机理研究

微粒运移损害是砂岩中普遍存在的问题,前人通过岩芯或填砂层流动试验、微观模型试验和力能学分析,进行了大量的实验与理论研究工作。本文就国外在微观机理研究方面的研究进展作一简要的评述。     

疏松砂岩地层微细粒运移特征实验研究

利用绥中36-1油田G区块油藏冷冻取心岩样,研究了疏松砂岩油藏在无应力和有应力条件下微细粒运移的特征.结果表明,疏松砂岩油藏冷冻取心岩样的流速敏感性评价实验结果不能反映油层岩石微细粒运移的真实特征.疏松砂岩油藏开采过程中,油层压力下降和采油速度的增加以及岩石结构的破坏,是造成油层岩石微细粒运移和油井出砂的主要原因.     

表面活性剂对煤粉分散运移的影响

通过静态观察实验及岩心动态流动实验,考察了煤粉在不同表面活性剂溶液中的分散情况,以及煤岩与不同表面活性剂接触后的临界流速和速敏指数。所用的阳离子表面活性剂为十八烷基三甲基氯化铵（1831）,阴离子表面活性剂为十烷基二苯醚二磺酸钠(Dowfax 3B2)、十二烷基硫酸钠和磺基脂肪酸甲酯钠盐（MES）。静态观察实验结果表明,煤粉在地层水中的分散性较弱,在表面活性剂溶液中更易分散,且阴离子表面活性剂比阳离子表面活性剂的分散性强。煤粉充填压实岩心流动实验结果表明,不加表面活性剂时的临界流速为0.25 mL/min,速敏指数为0.45;加入0.5% Dowfax 3B2、MES和1831后的临界流速分别为0.25、0.25和0.5 mL/min,速敏指数分别为0.58、0.60和0.48;加入1% Dowfax 3B2和1831后的临界流速分别为0.1和0.5 mL/min,速敏指数分别为0.57和0.48。阴离子表面活性剂对岩心的伤害程度大于阳离子表面活性剂。     

变形带控制油气运移

据外刊“沉积学研究”杂志报道，压溶、位移蠕变、断裂作用和小型断层作用等颗粒级变形机理产生的沉积后分隔作用对砂岩储层中的含油气潜力有重要影响。由厚度在1mm以下的狭长岩层构成的变形带以强烈的局部断裂为特征，是控制储层砂岩中流体流动重要的小型构造。这些变形带可以成为流体流动通道，也可以成为流体流动的障碍，取决于变形和油气流注的时间。对纽芬兰Jeanned'Arc盆地中流体包裹体的综合研究证明，油气向储层的流注先于变形带的形成，     

气井井筒携砂规律研究

油气井出砂是砂岩油气藏中经常遇到的问题，它给油气井的正常生产及各种采油、采气工艺的开展带来很多麻烦，轻则迫使气井停产，重则会使气井报废。为了保证气井正常生产，确定合理工作制度，本文在气固两相流理论基础上，研究了砂粒在气流中的沉降规律，推导了不同雷诺数范围内砂粒的沉降末速公式，计算了临界流速及，临界气量，编制了配套计算软件，利用现场数据对计算结果进行分析验证，效果较好。     

疏松砂岩储层速敏临界流速判断新方法探讨

针对渤海油田疏松砂岩储层速敏评价过程中存在的问题,探讨了一种弥补现有实验方法不足的新方法,该方法将传统速敏实验与库尔特粒度分析试验相结合,可以分析不同驱替速度下驱出微粒粒径大小及数量多少。结果表明:新方法可以确定发生大规模微粒运移时的驱替速度,该速度与速敏曲线上升下降型样品的临界流速基本一致,也可以作为速敏上升型样品临界流速判断依据。这对于疏松砂岩储层速敏损害评价及油田开发有着重要的意义。     

颗粒在起伏成品油管道中的沉积运移规律

成品油管道中杂质颗粒的沉积会增加管道内积水,腐蚀管道。通过建立的成品油携水携杂质实验环道系统,研究了成品油管道中颗粒的沉积运移规律,测量了将颗粒从管道中清除的临界流速,同时考虑了颗粒沉积对油携水运动的影响。根据实验现象,将临界流速划分为可沉积临界流速和稳定沉积临界流速,分别界定颗粒是否会产生沉积和是否会稳定沉积。采用LES-DEM耦合计算方法,仿照实验过程对颗粒的沉积运移进行数值模拟。实验和模拟结果表明:杂质颗粒一般会在上倾管段之后的高点位置沉积;颗粒沉积后容易引发积水,若要将积水清除,须同时将颗粒清除;2种临界流速随管道倾角的增大而增大,受颗粒尺寸影响较小,与管道中颗粒的含量无关;数值模拟验证了颗粒在管道高点位置沉积的实验现象。