储层损害与保护技术

2018年04月浅析煤层气钻井过程中的储层伤害及保护技术马腾飞（中联煤层气有限责任公司，北京100016）摘要：伴随着经济的发展和社会的进步，我国煤矿产业要想进一步优化经济利益，就要对钻井过程予以约束，减少其对于储层造成的伤害，建构可持续发展的管理机制。

本文对煤层气的原理以及基础特征进行了简要分析，并集中阐释了煤层气钻井过程中的储层伤害问题以及保护技术措施，以供参考。

关键词：煤层气；钻井过程；储层伤害；保护技术在煤矿管理工作中，为了全面认知钻井过程中储层受到的伤害问题，就要对可能导致其出现异常的元素进行统筹分析，结合伤害机理建立针对性的处理和管控措施，从而维护煤层管理工作的综合质量。

1煤层气概述1.1成藏原理在对煤层气进行系统化分析的过程中，要对其主要分布区域有明确认知，煤本身属于沉积岩类物质，一半的组成物质是有机物，且页岩的有机物含量在50%以下。

在气体存储的过程中，主要是微孔隙游离气体以及有机质内部吸附的表层气体，因此，多数煤层气体都会被视为吸附气。

需要注意的是，在煤层气存储结构中，割理是正交断层结构，整体方向和煤层保持垂直，能有效为气体的流动提供平台和空间。

在单独的储存层结构中，会出现煤，而气体的产生需要借助岩性进行处理，这就使得煤层气存储时，出现了很多影响天然气地质存量的因素，其中，煤的组成成分、实际煤层的基础厚度以及相应气体的含量等，都成为了影响气体吸附水平的关键。

除此之外，煤层中气体含量的变化范围较大，会和煤成分以及基础性质量等形成函数关系。

气体的组成结构中，甲烷占据多数，其余的包括液态烃以及二氧化碳等。

值得一提的是，在饱和状态下的气体煤，会直接生成相应的气体物质，气体不饱和则不会产生气体，直到储存层压力降低到饱和压力，而这种情况需要借助脱水作用才能完成。

1.2储层特征基础的煤层气储层结构是双孔隙结构，整体结构体系中，基质孔隙以及裂缝孔隙十分关键，且在煤层结构中，微孔和裂隙也会出现发育的情况，其实际水平对于煤层其赋存和移动有着重要的影响。

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。

储层损害和保护技术的研究现状和发展趋势1. 研究目标储层损害是指在油气开采过程中，由于操作不当或其他因素导致储层岩石物理性质的改变，从而降低了储层的产能和可采程度。

储层保护技术旨在预防或修复储层损害，保障油气田的可持续开发。

本报告旨在深入研究目前储层损害和保护技术的研究现状，并分析未来的发展趋势。

2. 研究方法本次研究采用了文献调研和实验分析相结合的方法。

首先，通过检索相关学术期刊、会议论文和专利数据库，收集了大量关于储层损害和保护技术的研究成果。

然后，对这些文献进行综合分析，总结出当前主要的研究方向、方法和应用案例。

最后，通过实验验证和数据分析，进一步验证了部分文献中提到的关键技术或观点。

3. 研究发现3.1 储层损害的类型和机理储层损害可分为物理性质改变、化学反应和流体运移三个方面。

其中，物理性质改变包括孔隙度减小、渗透率降低、弹性模量变化等；化学反应主要涉及酸碱侵蚀、矿物溶解沉淀等；流体运移方面主要指油水相互作用导致的剩余油饱和度升高等。

这些损害机制相互交织，对储层产能影响较大。

3.2 储层保护技术的研究方向目前，储层保护技术主要集中在以下几个方向：•防止储层损害：通过合理的生产操作措施，减少或避免对储层的不良影响；•修复受损储层：通过物理、化学或生物手段恢复受损储层的物性；•强化储层保护：利用新材料、新技术提高储层的抗损害能力。

3.3 储层保护技术的研究方法针对不同的储层损害类型和机理，研究人员采用了多种方法来开展储层保护技术的研究，主要包括：•实验室模拟实验：通过制备、处理和测试储层样品，模拟真实油气开采过程中的损害机理和效应；•数值模拟和计算机模型：利用数学模型和计算机仿真技术，对储层损害过程进行建模和预测；•地质工程实践：在实际油气田中进行试验、监测和改良，验证并优化储层保护技术。

3.4 储层保护技术的应用案例目前，储层保护技术已经在许多油气田中得到了应用。

例如，在酸化剧烈蚀损区域，通过注入缓蚀剂来减缓酸侵蚀速率；在高含水期或水驱过程中，通过注入聚合物改善油水分离效果；在地下封堵作业中，使用微生物堵剂来修复渗透率降低的储层等。

储层伤害分析与预防保护及解堵技术优化作者：张平，王多才，王海峰，付亚平，王健，朱子恒，黄发木，余长江来源：《粘接》2023年第12期摘要：为了预防储层伤害的发生，屏蔽暂堵技术已经在第1代的“1/3架桥规则”的基础上优化了暂堵剂颗粒的选择、物理化学膜的形成、降低表面张力的仿生超双疏剂的研发，解决了第1代暂堵技术暂堵剂颗粒选择困难的问题。

对于在钻完井过程中已经受到损害的储层，酸化解堵技术以及物理解堵技术的出现，使得损害问题得到了一定的解决。

研究对钻完井过程中储层伤害类型、储层伤害的预防以及解决已发生储层伤害的解堵技术方法进行了综述，为学者在研究解堵技术方面提供借鉴。

关键词：储层伤害；储层保护技术；钻井液；解堵技术中图分类号：TE258文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）12-0119-04Reservoir damage analysis，prevention and protectionand optimization of plugging technologyZHANG Ping1，WANG Duocai1，WANG Haifeng1，FU Yaping1，WANG Jian1，ZHU Ziheng1，HUANG Famu1，YU Changjiang2*（1.West-East Gas Transmission Company of National Pipeline Network Group，Shanghai 210002，China;2.National Engineering Research Center for Oil and Gas Drilling and Completion Technology，China University of Petroleum （Beijing），Beijing 102249，China）Abstract：In order to prevent the occurrence of reservoir damage，the shielding temporary plugging technology has optimized the selection of temporary plugging agent particles，the formation of physical and chemical film，and the research and development of bionic ultra-double hydrophobic agent to reduce the surface tension on the basis of the first generation of “1/3 bridging rule”，and solving the problem of difficulty in the selection of temporary plugging agent particles of the first generation of temporary plugging technology.For the reservoir that have been damaged in the process of drill and completion，the emergence of acidizing plugging removal technology and physical plugging removal technologies has solved the damage problem to a certain extent.This paper reviewsthe types of reservoir damage，the prevention of reservoir damage，and the plugging removal technology to solve the existing reservoir damage in the process of drilling and completion，which can provide reference for scholars in the research of plugging removal technology.Key words：reservoir damage;reservoir protection technology;drilling fluid;plug removal technology在儲层原始状态条件下，地层中岩石、粘土矿物以及内部流体处于一种平衡状态，在对储层进行钻完井等作业时，可能会打破储层平衡状态，对储层造成伤害，进而导致储层渗透率下降。

储层损害和保护技术的研究现状和发展趋势一、引言储层损害是指在油气开采过程中，由于地质、物理、化学等因素的影响，导致储层性质发生改变，从而影响油气的产出。

储层保护技术则是针对储层损害问题提出的解决方案，旨在保护储层，延长油气田的寿命。

本文将探讨当前储层损害和保护技术的研究现状和发展趋势。

二、储层损害分类1.地质因素：包括断层、褶皱、岩性变化等；2.物理因素：包括压力变化、温度变化等；3.化学因素：包括水溶液作用、酸蚀等。

三、常见的储层保护技术1.注水：通过向井口注入水来维持油气田内部压力平衡，防止压力过低导致油气无法产出；2.注聚合物：通过向井口注入聚合物来提高油气田内部黏度，防止流动速度过快导致产量下降；3.注气：通过向井口注入气体来维持油气田内部压力平衡，防止压力过低导致油气无法产出；4.注酸：通过向井口注入酸性溶液来溶解储层中的碳酸盐矿物，增加储层孔隙度和渗透率，提高油气产量。

四、当前研究现状1.储层损害预测技术：利用地震勘探、测井等技术对储层进行预测和评估，以便及时采取保护措施；2.储层改造技术：通过改变储层物理、化学性质，提高其渗透率和孔隙度，以增加油气产量；3.智能化技术：利用人工智能、大数据等技术对油气田进行监测和管理，及时发现并解决储层损害问题。

五、未来发展趋势1.深度开采技术：随着常规油气资源的逐渐枯竭，未来将会加大对深海、深部资源的开发和利用；2.新型保护技术：如利用生物技术改善储层环境，提高油气产量；3.绿色开发技术：如利用可再生能源、节能环保技术等，实现对油气田的可持续开发。

六、结论当前，储层损害和保护技术的研究已经取得了一定的进展，但仍存在一些问题和挑战。

未来，需要加强对新型技术的研究和应用，实现对油气田的可持续开发。

油田注水开发是保持地层能量，提高油田采收率的有效手段，己为国内外广泛采用。

然而，注水过程中所引起的油层原有平衡被破坏，从而造成的多种油层问题也接踵而至，导致油井产量迅速递减，给生产造成了严重的被动局面。

因此，油气层保护技术在油气田的注水开发过程显得尤为的重要。

一、注水过程中储层损害机理大量的研究结果表明注水过程中或多或少的伴随着注入水对储层的伤害。

而注入水引起储层损害的主要原因是注入水与储层性质不配伍或配伍性不好、水质处理及注水工艺不当。

注入水引起储层损害主要有以下几个方面；(l)注入水与地层水不配伍导致的储层损害注入水与地层水不配伍导致的储层损害主要是结垢。

①注入水与地层水直接生成碳酸钙、硫酸钙和硫酸钡等沉淀；②水中硫化氢引起硫化亚铁沉淀；③注入水中溶解氧对金属腐蚀，使不溶解的铁氧化物发生沉淀；④水中二氧化碳引起Ca+，Fe2+，Ba2+，Sa+生成相应的碳酸盐沉淀。

(2)注入水与储层岩石矿物不配伍对地层的伤害①注入水矿化度过低引起储层中水敏性矿物的膨胀、分散与运移；②pH值变化引起的微粒脱落、分散和沉淀；③注入水与岩石润湿反转。

(3)注入条件变化产生的储层损害①流速的影响；低注入速度有利于细菌的生长和垢的形成；高注入速度将加剧腐蚀反应；高渗流速度加剧微粒的脱落、运移；②温度变化的影响；在注水过程中，随着地层温度下降，流体粘度上升、渗流阻力增加，岩石水润湿性减小，油润湿性上升，吸水能力下降；温度变化导致沉淀生成，温度上升有利于吸热沉淀生成，温度下降有利于放热沉淀生成；温度变化导致储层孔喉变温应力敏感，且温度的降低将导致蜡的析出，从而引起储层堵塞。

③压力变化的影响。

压力变化会导致储层岩石应力敏感和储层结构损害及沉淀的析出。

(4)不溶物造成地层堵塞①注入水中外来的机械杂质即悬浮物堵塞地层，机械杂质堵塞地层常表现为以下形式；射孔孔眼变窄；固相颗粒侵入地层在井壁形成泥饼；井底位置相对升高；射孔孔眼堵塞。

碳酸盐岩储层损害机理及保护技术研究现状与发展趋势碳酸盐岩储层是一种常见的油气储层类型，但由于地质条件、油气开采过程及环境因素等影响，碳酸盐岩储层容易出现各种损害，限制了油气开采的效率和产量。

对碳酸盐岩储层损害机理的深入研究以及相应的保护技术的开发具有重要的意义。

本文综述了碳酸盐岩储层损害机理及保护技术研究的现状与发展趋势。

一、碳酸盐岩储层损害机理1. 孔隙结构变化碳酸盐岩储层中的孔隙结构是影响油气储层有效性的重要因素。

而地层的压实、溶蚀、侵蚀等过程都会导致孔隙结构的变化，影响岩石储层的孔隙连通性和孔隙度，从而影响油气的渗流性能。

2. 酸侵蚀酸侵蚀是碳酸盐岩储层常见的损害机理之一。

在油气开采过程中，注入的酸性液体会与碳酸盐岩发生化学反应，导致岩石溶解，矿物质溶解产生孔隙连接，使岩石储层的孔隙度和渗透率发生变化，从而影响岩石的储集性能。

3. 粒子脱落碳酸盐岩储层中的粒子脱落是导致储层损害的重要机理之一。

随着压力变化或渗透流体的侵蚀，碳酸盐岩岩石表面的颗粒会逐渐脱落，导致储层孔隙度和渗透率的减小，影响油气的储集和渗流。

二、碳酸盐岩储层保护技术1. 化学保护技术化学保护技术是通过注入各种化学剂物质，形成化学反应形成保护膜或填塞剂，改变油气与岩石的作用关系，以减缓或阻止储层的损害过程，提高储层的渗透性和持久性。

2. 物理保护技术物理保护技术主要采用注入微米级润湿剂、表面活性剂等物质，降低岩石孔隙表面张力，改善岩石的润湿性和渗透性，从而减缓或阻止储层的损害过程。

3. 工程保护技术工程保护技术主要包括井筒完井工程、注酸压裂技术、注气填充技术等，通过改善井筒结构和注入相应材料来保护储层，减少储层损害并提高油气的开采效率。

三、研究现状与发展趋势1. 研究现状目前，对碳酸盐岩储层损害机理及保护技术的研究已经取得了一系列进展，包括对孔隙结构变化、酸侵蚀、粒子脱落等损害机理的深入理解，以及化学、物理、工程保护技术的开发与应用。

从钻井、压裂过程中常见的储层损害类型和防治措施，归纳总结国内外在这一领域内保护油（气）层技术的研究现状、存在的问题和发展趋势储层损害是指当打开储层时，由于储层内组分或外来组分与储层组分作用发生了物理、化学变化，而导致岩石及内部液体结构的调整并引起储层绝对渗透率降低的过程。

保护技术就是保护储层不受伤害所采用的措施。

作为油气井工程的一个分支，储层损害及保护技术是一个广义概念：不但在钻井，而且在完井、固井、增产压裂或酸化、以及生产等各个环节均存在储层损害和保护问题，其内容涉及到储层损害机理研究、模拟装置研制、评价方法和标准制订及保护技术研究等方面［1］。

1概述国外从50年代开始储层损害的机理研究。

随后的20多年时间里，研究工作却进展缓慢，只见到一些零星的文章报道。

直到70年代，油层保护工作才真正受到重视，开始有针对性地开展保护油层研究工作。

80年代，随着新的测试技术的发展以及对储层损害机理研究的不断加深，开始针对不同储层，应用岩类学、工程学、化学及物理学等方面的知识对储层的损害机理进行定性和定量的研究，并取得很大的进展。

80年代末到90年代，开始用数学模拟方法进行机理研究并取得重大进展，其间形成的主要技术有以下两方面。

1 .1钻井保护储层所需基础资料的取得技术(l)储层孔隙压力、地应力、地层坍塌和破裂压力的预测和监测技术，可为合理的钻井液密度确定提供依据。

(2)储层岩石矿物的组成结构、储层敏感性矿物、孔喉特征参数、孔渗特性、储层流体性质等分析技术，可为保护储层的钻井液研究提供储层特性资料。

(3)常温和模拟地层条件下的储层敏感性等潜在损害评价技术，可为保护储层的钻井液研究提供敏感性资料。

1 .2 储层损害机理研究技术1.2.1 CT扫描、核磁共振成象、电子能谱、电子探针、冷冻干燥升华等实验分析技术可以研究储层损害的原因、损害位置和损害带的空间分布情况。

1 .2.2统计分析、物理模型、数学模型等理论方法可用这些方法通过计算机研究储层损害规律、预测储层的损害程度。