低渗透油藏储层保护技术研究进展

李秀灵，张海青，杨倩云，赵立新

（胜利石油管理局钻井工程技术公司，山东东营 257064）

随着常规油气资源勘探难度的增大，低渗、超低渗透油藏的勘探开发被提上重要日程。我国各油气盆地的低渗透资源量约占全国石油总资源量的30%，由于其地质特征、孔隙结构、矿物组成和渗流规律等方面存在一定的特殊性[1]，因此在勘探开发生产过程中，储层更加容易受到伤害，从而影响测井、试油、试井解释结果，造成储量和产能估算不准，进一步影响合理制定开发方案，最终影响采收率。所以，做好低渗、特低渗储层保护工作，提高低渗、特低渗油田的勘探开发效果及效益，对我国石油工业乃至国家发展都至关重要。

1 低渗透油藏的概念和划分标准

低渗透油藏是一个相对概念，目前对低渗储层在世界范围内还没有统一固定的标准和界限，一般依据不同国家在不同时期的资源状况和技术经济条件来划定[2]。从开发上来看，国外低渗透油藏是指渗透率为0.03～0.1 μm2，具有一定的自然产能、且未经压裂改造就具有工业开采价值的油藏。国内根据渗流特征和开采特征，将渗透率为 1×10-3～50×10-3μm2的油藏划分为低渗油藏；渗透率为 1×10-3～10×10-3μm2，划分为特低渗透油藏。

2 与储层伤害相关的地层特征

与常规油藏相比，低渗、特低渗透油藏由于其独特的储层结构、成藏环境和储层矿物特性，更容易受到外来流体的伤害。

2.1 储层敏感性矿物

储层的敏感性矿物以粘土矿物为主，主要是储层中小于37 μm的矿物微粒。据大量研究表明[3]，低渗储层的粘土矿物主要为蒙脱石、高岭石、绿泥石、伊/蒙混层等矿物组份，且含量普遍较高。而这些矿物组份通常是造成五敏伤害（包括：水敏、盐敏、酸敏、碱敏及水敏后速敏伤害）的主要原因。其中对于低渗地层来讲，水敏伤害最大，据相关文献报道，损害程度一般在40%以上，最高可达80%～90%，是导致储层开发失败的重要原因之一。

2.2 储层孔隙结构

低渗储层一般具有低渗透度、孔喉细小、结构复杂、非均质性严重以及油气流动阻力大等特点。这些特征导致了低渗储层易受到外来流体的伤害，由于地层能量低，油气流动阻力大，导致外来流体不易排除，因此一旦储层受到伤害，后果非常严重。储层中的大量细孔喉，在勘探开发中极易因外来流体侵入而产生水敏、水锁等损害，损害率高达70%～90%以上，严重影响低渗油气藏的勘探开发综合经济效益。

2.3 储层孔隙压力[4]

低渗储层主要依靠微裂缝导流，因此有较强的应力敏感性，其微观表现即裂缝在围岩应力变化下有闭合的趋势。应力敏感性伤害主要来自于围岩层应力变化。低渗一般对应着低的孔隙压力，多数孔隙压力低于正常压力梯度。普遍的低压，造成了用常规钻井、固井、完井等作业手段容易给储层带来严重伤害。若压差太大，伤害就会达到不可恢复的地步。同时，多数（尤其是我国东部砂泥岩剖面）低渗储层是砂泥岩混层，都有较厚的泥页岩层存在，在大庆、吉林等地由于注水引起的泥页岩层水化应力增加已经非常突出。

2.4 储层温度

据大量资料报道，超过一半的低渗透油层埋藏深度大于2 000 m，地层温度大于80℃，有的甚至超过150℃，但目前还没有发现地温异常的储层。

3 造成储层伤害的主要原因

大量研究表明，低渗储层伤害的表现形式主要有外来固相堵塞、水锁损害、化学结垢、储层敏感性损害等类型，与其他油藏储层并无本质上的不同。但由于低渗储层地质和渗流特征的特殊性，致使不同损害的伤害程度有所不同。

3.1 液相侵入导致储层损害

低渗储层孔道狭窄，毛细管效应非常明显容易产生水锁效应，大大减少了储层的油、气通道。因此，尽量控制钻井液滤失量是防止水锁损害的有效措施[5-6]。目前，解除这种损害的方法是在工作液中加入某些表面活性剂，降低油水界面张力，减小毛细管阻力。同时，液相侵入容易诱发各种敏感性损害，特别是粘土水化膨胀所引起的水敏损害。由于储层中含量较高粘土矿物，易发生水化膨胀和分散，导致粘土颗粒的分散运移，堵塞部分孔喉。如果工作液液相与储层流体不配伍，就会因粘土的水化膨胀使孔喉进一步缩小，导致渗透率严重下降[7]。因此，低渗油气层在各种作业过程中产生液相侵入往往是导致储层损害的第一位和最基本的因素。

3.2 外来固相堵塞

根据经验，渗透率与孔径的平方近似呈正比。在低渗储层中，小于1 μm的小孔隙体积所占比例高达35%～90%，而目前现场所应用的工作液中粒径小于2 μm的固相颗粒比例很小，即使在较大正压差条件下实施过平衡钻井，固相颗粒侵入储层的深度仍然较浅，通过射孔即可穿透近井壁的固相污染带。因此，工作液中的固相侵入不是造成低渗储层损害的主要原因。

3.3 结垢

结垢是储层流体与外来流体不配伍时，两者发生反应产生的沉淀物。这些沉淀物滞留在岩石表面，缩小孔道或随液体运移堵塞孔道，严重伤害储层。沉淀结垢一般分为无机沉淀和有机沉淀。常见的无机垢有硫酸钡、碳酸钙、石膏、氯化钠等，有机垢主要指沥青质及胶质、石蜡在井眼附近沉淀。有机垢是堵塞储层的渗流通道，而且还可能使储层的润湿性发生反转，导致储层渗流能力下降[8]。

3.4 敏感性伤害

低渗储层中一般富含粘土矿物、碳酸盐胶结物等敏感性矿物。这些敏感性矿物与不配伍的外来流体接触后，将会发生一系列反应，造成地层伤害。其中水敏损害是低渗储层的主要伤害形式，由于低渗储层胶结物含量高、孔喉细小，当外来流体与地层不配伍，就会造成孔隙粘土的膨胀和分散，使孔喉缩小，渗透率严重下降[9]。

4 以防止低渗储层伤害为重点的储层保护技术

低渗油层保护涉及到钻开油层及以后的所有工作，要得到较好的油层保护效果，必须做好钻井、完井、试油、射孔等各个环节的油层保护工作。

4.1 钻井过程中的储层保护技术

钻井过程中的油层保护是油层保护系统工程的重中之重，不仅关系到储层的发现和生产井的产量，还会影响后续各项作业以及作业效果。搞好这项工作，对提高勘探、开发经济效益至关重要。针对钻井过程中对储层的主要伤害，该阶段储层保护的对策有[10]：（1）满足钻井的基本要求，调节钻井液的流变性、抑制性、封堵能力，保证井壁稳定；要求液相与地层流体配伍；对环境无污染、无损害；（2）采取暂堵措施，避免造成较深的堵塞；（3）控制钻井液滤失量，尽量减少滤液侵入地层，提高矿化度并在其中加入有效的粘土膨胀抑制剂；（4）降低钻井液滤液的表面张力、改变井眼附近地层的润滑性，增大返排生产压力；（5）合理设计欠平衡压力值，并尽量控制在3.5 MPa以内。

4.2 固井过程中的储层保护技术

固井是钻井工程各项作业之中最为重要的作业之一，此项作业中的各项技术措施与油气层是否受到损害及损害程度紧密相关。在钻开油气层时，采用屏蔽暂堵钻井液技术或无渗透钻井液技术，在井壁附近形成屏蔽环或无渗透膜，环或膜亦可在固井作业中阻止水泥浆固相颗粒和滤液进入油气层。根据储层特性和施工情况，采用减阻、加入降失水、调凝等外加剂，合理调配水泥浆各项性能指标，以满足安全泵注、替净、早强、防损害、耐腐蚀及稳定性的要求。为了减少水泥浆固相颗粒及滤液对油气层的损害，需在水泥浆中加入降失水剂，控制失水量。控制水泥浆失水量不仅有利于保护油气层，而且是保证安全固井，提高环空层间封隔质量及顶替效率的关键因素。由于固井作业中施工时间短、工序内容多、材料消耗大、技术性强、未知影响因素复杂。因此必须精心设计、精心施工、严密组织、严格控制质量，使施工后形成一个完整的水泥环，使得水泥与套管、水泥与井壁固结效果良好，油气水层封隔良好，不窜、不漏，从而提高固井质量。

4.3 射孔过程中的油层保护技术

射孔的目的在于形成从油气层到井底的良好通道，射孔工艺不合适则会对油气层形成堵塞，这不仅影响油井产能，而且由于这种堵塞会增大油流压差，导致油层坍塌出沙，对油层形成严重伤害。针对射孔过程中可能损害油层的原因，主要采用以下几方面的保护储层措施[11]：（1）优化设计射孔参数；（2）选用新型无杵堵、穿透能力又强的聚能射孔弹；（3）改进射孔工艺技术；（4）使用优质射孔液，与地层水相配伍，不发生相互作用而损害地层；（5）尽可能采用负压射孔技术；（6）缩短压井液的浸泡时间。

4.4 试油作业过程中的油层保护技术[12]

试油是石油勘探开发方法的重要组成部分，也是检查油气田开发效果的重要手段之一。由于油层地质、工艺和工程等因素，在低渗透油藏探井试油测试过程中，进行多种作业和改造是必不可少的；愈是复杂、难动用油藏，作业愈加频繁，难度也愈大。作业次数的增多不仅加大了试油成本，而且可能由于作业入井液侵入油层，造成油层损害，影响油井的正常产能；有时由于完井或作业对油层损害严重，还需要进行解堵。针对试油作业过程中对储层的主要伤害，该阶段储层保护技术主要是优化入井液的品质，防止作业过程中入井液对储层的伤害；根据实际储层特点研究储层的复合解堵体系，缩短试油测试时间，降低工作液浸泡时间，优化试油测试工艺，减小各个作业对储层的损害。

4.5 油层改造过程中油层保护技术

油层经酸化、压裂等改造，虽然改善储层的物性，但由于应力变化和大量流体进入地层，不可避免地对储层造成一定的伤害。对于低渗储层来讲，由于其孔喉细小、渗透率低，储层含有大量敏感性矿物，还会产生乳状堵塞，必须破乳剂，破坏乳状液的稳定性，降低油水界面张力，增强解堵后返排能力。对各种离子沉淀受pH值最为明显，因此合理控制pH值，采用有效方法防止沉淀伤害储层。在压裂过程中主要采取以下防护技术措施：（1）选用残渣低、滤失量小的压裂液，如改性田菁、蚕豆粉等；（2）在压裂中加入粘土稳定剂、破胶剂、表面活性剂、破乳剂和助排剂等添加剂；（3）及时彻底返排压裂液；（4）优化施工。

5 认识与展望

低渗储层将成为我国及世界石油勘探开发的主战场之一，开发低渗、特低渗透油藏离不开储层保护技术的正确运用，储层保护程度，实际上已成为检验工程作业成功与否的试金石。低渗储层具有低渗透率、细小孔喉、裂缝发育等地层特点，开发难度很大，尤其是在勘探开发过程中易于受到损害，而且储层能量低，一旦发生损害就难以解除。如果采用储层改造措施（酸化、压裂等）强化措施来解除，往往又容易造成二次损害。所以对于低渗储层而言，储层损害应该以预防为主，解除为辅。现场应用中，应根据实际情况，详细了解储层岩性等数据，合理运用工作液改造技术、储层暂堵技术等，以保护储层，提高低渗透油藏综合开发效益。

[1]江怀友，李治平，等.世界低渗油气田开发技术现状与展望[J］.特种油气藏，2009，16（4）：13-17.

[2]李品道，罗迪强.低渗油田概念及我国储量分布状况[J］.低渗油气田，1996，1（1）：1-7.

[3]延吉生，孟英峰.我国低渗油气资源开发中的问题和技术需求[J］.西南石油学院学报，2004，26（5）：46-50.

[4]裘亦楠，刘雨芬，等编著.低渗砂岩油藏开发模式[M］.北京：石油工业出版社，1988.

[5]梅青，唐洪明，赵峰.华北油田低渗油藏储层保护技术研究[J］.西部探矿工程，2010，（4）：62-65.

[6]赵峰，唐洪明，李皋.低渗砂岩储层初始含水饱和度对油相渗透率的影响实验研究[J］.试采技术，2005，（1）：19-22.

[7]赵金洲，薛玉志，李公让.胜利油田钻井过程中低渗油气藏的保护对策[J］.中国石油大学学报，2007，31（3）：148-151.

[8]阳晓辉，袁铮，刘景峰.特低渗油田的油层伤害机理及保护措施[J］.特种油气藏，2010，17（增刊）：55-56.

[9]杨贤友.低渗特低渗储层的潜在伤害问题及对策[J］.石油工业技术监督，2011，（6）：14-18.

[10]陈凤，刘文苹，等.大庆油田射孔完井过程中的油层保护技术[J］.中外能源，2006，11（6）：42-44.

[11]李小勇.试油过程中保护油层技术研究[J］.内蒙古石油化工，2010，（3）：6-7.

[12]黄绪明.浅析低渗透油田储层保护技术[J］.硅谷，2010（5）：130-131.