花岗岩储层损害机理及保护技术

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19卷　第3期 西南石油学院学报 Vol.19　No.31997年　8月 Journal of S outhwest Petroleum Institute Aug　1997储层伤害源—定义、作用机理和描述体系Ξ康毅力　罗平亚 高约友(西南石油学院油井完井技术中心,四川南充637001) (河南石油勘探局) 摘要　根据储层损害的特殊性和损害机理,将储层伤害源定义为:打开储层时,在温度压力环境下,由于储层内组分或外来组分与储层组分作用所发生的变化,导致岩石孔隙结构的调整并引起绝对渗透率降低的物质。

储层伤害源包括内伤害源、外伤害源和复合伤害源三个部分。

内伤害源是储层内固有的,外伤害源是引入的,复合伤害源是内、外伤害源相互作用的产物。

伤害源作用机理研究表明,伤害源是一个复杂的系统,具有明显的结构层次和功能,可划分为五级描述体系,这就为保护油气层技术系统工程提供了理论依据。

主题词　储集层;结构;孔隙度;污染源;系统中图分类号　P618.130.23随着地层损害研究的深入[1],特别是对一地区或油田进行详细的保护储层技术研究之后,人们希望将地层损害的特征表述在剖面图上,以指导下一步作业或为邻区提供借鉴,为此中国石油天然气总公司开发局曾下文要求各油田根据自己的实际情况,建立伤害源剖面图。

然而伤害源的定义、限定范围以及如何全面有效地把握主要的伤害源等技术问题至今尚未圆满解决。

1　储层伤害源的定义在环境保护科学领域中,经常使用“污染源”这一术语。

在水污染控制工程中,污染源指污染纯净水体的沉积物(及其所携带的有害物)、重金属、氮磷化合物以及有毒有机物、或溶解有有害气体的水,或被污染的水体等[2]。

污染源实际上是“物”源,即污染物的来源。

这点与沉积学中的物源(母岩区)相似,如果把进入水盆地中沉积物当做污染物的话,那么“物源”也就成为“污染源”。

针对地层损害(Formation Damage),曾提出过含义相同、或相近,但称谓不一致的几个术语,如污染源、损害源、伤害源、损害的内因和外因等。

第9卷第3期 2018年9月现代应用物理MODERN A P P L IE D P H Y SIC SV〇l. 9 ,N〇. 3Sept.2018内部爆炸作用下的花岗岩地下洞室损伤机理熊益波，王雷元，王万鹏，王春明，崔云霄，钟方平(西北核技术研究所，西安71002%强动载与效应实验室，西安710024)摘要：采用显式动力分析软件LS-DYNA，对内部近距离化爆作用下花岗岩洞室的损伤破坏过程进行了数值模拟，考虑了炸药-空气-结构之间的流固耦合作用以及花岗岩材料本构模型的高应变率、高静水压和损伤效应。

结果表明，在内部近距离爆炸冲击作用下，该洞室围岩 损伤具有时空特征与结构层次特征：首先，爆心截面附近岩石受压产生材料损伤，损伤范围随 装药量的增加逐渐增大；其次，爆炸冲击波在洞室端部会聚，反射超压显著增大，引起该处岩 石的材料压缩损伤；最后，随着洞室侧壁位移与端部位移的先后增大，在侧壁与端部交界处产生撕裂，在侧壁形成平行于轴向的裂缝，且随着药量的增加，两处裂缝将逐渐扩展、贯通，结构破坏风险随之增大。

本工作可为硬岩中抗爆结构设计及相关工程建设提供借鉴与参考。

关键词：爆炸力学；损伤机理；花岗岩洞室；内部强爆炸；ALE2D中图分类号：O383;O347;TU352.13 文献标志码：A DOI:10.12061/v issn.2095 - 6223. 2018. 031001Damage Mechanism of Underground Chamberin Granite Under I^nner ExplosionXIONG Y i-bo,WANG Lei-yuan,W ANG Wan-peng,W ANGChun-mmg,C U IY u n-xiao,ZH O N G Fang-Pmg(Northwest Institute of Nuclear Technology, Xi’an 71002% China;Laboratory of Intense Dynamic Loading and Effect , Xi’an 71002% China)Abstract:The dynamics explicit program LS-D YN A is employed to simulate the damageprocess of closed chamber in graniteunder inner explosion.Thenum ericalm odel involvesthe coupled interactions of explosive-^ir-structure,asw ell as the e ffe ctso fh ig h strain rate,high pressure,^nd damage embodied in the constitutive model of granite.The results showthat the damage of granite chamber represents space-time features and structure gradations.Firstly,the material d amage in compression emerges a t and near the section of detonation, and becomes serious with the increase of the charge m ass.Then,the explosion waves con­verge^nd dramatically enla^rge the reflected pressures^t the end of the chamber,where thecompressive damage is generated.Finally,as the displacements increasing successively at thesid efacean d th e end^^ce of the chamber,structural tearing crack m ayb e initiated atth eedge of the two faces,and another structural tensile cracks paralleled with the may be initiated at the side face,w^hich will generate communicating cracks with the chargemass increasing,an d thenarisethe risko fstru ctu rald am age.Thisworkm ay beregarded as收稿日期：2018-01-12;修回日期：2018 - 06 - 20作者简介：熊益波（1981—）男，四川成都人，高级工程师，硕士，主要从事抗爆炸结构与爆炸工程地质力学研究。

本节主要内容
储层环境井筒环境
（储层流体、岩石、孔隙压力、温度等）（井筒流体、流体压力、温度）
钻完井作业导致储层原有系统平衡的破坏，地层流
固相侵入堵塞（含固相液基工作液、压裂残渣）工作液不配伍损害（水敏、盐敏、碱敏、酸敏）固井（P w >P p ）
固井液
固井水泥浆
固井胶塞
压井液
钻井
（P w >P p 或P w <P p ）
钻杆
套管泥浆
水泥环
本节主要内容
1.基本要求
工作液密度可调，满足不同孔隙压力储层井筒
工作液的组分与性能能满足保护储层的其它需
2.配伍性要求
盐敏性储层：控制工作液的矿化度在临界矿
，最好不用烧碱；
2.配伍性要求
2.润湿性要求
油藏岩石颗粒表面有亲油或亲水的特性，气藏岩石
免流体进入储层。

3.其他要求
☐减轻或避免固相颗粒对储层的损害
亲油岩石流体作用示意图
本节主要内容
地层
架桥粒子
孔隙性储层屏蔽暂堵示意图
P w P p 工作液混合流体（工作液、地层流体）
液体欠平衡钻完井示意图
纯气体雾化充气泡沫
气体钻井主要循环介质示意图。

大情字井地区储层损害机理及保护储层技术
大情字井地区储层损害机理及保护储层技术是一个重要课题，由于大情字井地区油气资源储集系统特点复杂，渗流物料丰富，地质环境复杂，加之钻井作业过程中的操作失误、启停不当等因素，使得油气生产过程中损害成为不可避免的。

因此，对大情字井地区油气储层损害机理及保护储层技术的研究显得尤为重要。

首先，大情字井地区油气储层损害的主要原因有以下几类：①油气开采过程中由于钻井作业时的操作失误、启停不当等原因，造成井壁损坏，完井砂滤被破坏等，分布型渗流环境交替变化，造成井口压力、油气回采率、油层压力下降、地层破裂等情况；
②活性孔渗透率变大，易引发整体渗流反应，使油层渗水，降低油气回采率；③新油层被采出过早，影响节流；④井筒和地层受到其他不良影响，如水淹、侵蚀、井壁破坏等也会在一定程度上导致储层损害。

其次，保护大情字井地区油气储层损害的技术主要包括以下方面：①井斜定向技术。

针对不同段岩心渗流特性，结合井斜定向技术，控制井斜采油成果最佳，减少渗流损耗；②规范作业。

把控作业规范，采用正确有效的完井技术，尽量避免损坏井壁；
③多层数据融合。

采用三维地震资料、地层分析、地测测深资料等各种数据进行融合，能有效的发现和识别油气藏；④完井基位监测技术。

采用基位监测技术，了解完井状态，分析技术水平，确定控制措施，及时调整完井工艺，拯救损坏的储层；⑤提高节流量。

实施理论节流，提高油气回采率，减少损失。

综上所述，大情字井地区油气储层损害机理及保护储层技术具有多种因素，必须做好井斜定向技术、规范作业、多层数据融合、完井基位监测技术和提高节流量的工作，以期确保大情字井地区油气储层的安全开发和有效利用。

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。

1 储层主要损害机理1.1 储层岩性、物性分析根据冷87 井、冷103 井、冷深85 井和冷科1 井等探井薄片鉴定报告和储层岩样的X2射线衍射分析结果,可知该地区储层泥质含量为6 %～15 % ,粘土含量很高,为13 %～17 % ,蒙脱石含量为10 %～14 % ,伊/ 蒙间层矿物含量为4 %～9 %,伊/ 蒙间层矿物间层比为20 %～58 % ,属于水敏性较强的储层;由冷四 1 井压汞分析结果可知,该地区油气层孔喉半径为2100 ～13136 μm , 渗透率为( 0187 ～554160) ×10 - 3 μm2 ,孔隙度为719 %～2615 %。

基本上可将其定位为中孔中渗和中孔高渗的储层[1 ] 。

1.2 储层敏感性预测及损害机理诊断在缺少具有代表性的岩样和系统的储层岩性、物性资料的情况下,笔者采用人工神经网络储层敏感性预测新方法,结合现场调研资料,针对该地区具有代表性的储层,对其 5 种敏感性潜在损害的程度进行了预测,其结果表明:1) 尽管储层中粘土矿物(即泥质) 含量较高,但由于其中非膨胀性的粘土矿物———高岭石和绿泥石含量较低,因此因微粒运移导致的速敏损害较弱,储层速敏性为弱;2) 因蒙脱石和伊/ 蒙混层等水敏性粘土矿物含量较高,储层水敏性为中偏强,这一结果与岩石矿物组分分析的结果相吻合;3) 由于地层水矿化度较低,因此发生盐敏损害的危害性较小,储层盐敏性为弱;4) 绿泥石为含铁的粘土矿物,经验表明,储层中少量绿泥石的存在也会表现出一定程度的盐酸酸敏性,储层具有中偏弱的盐酸酸敏性;5) 由于碱敏性矿物含量较低,因而储层碱敏性为中偏弱。

该地区钻井过程中,引起储层损害的主要因素为:（1）钻井液中固相颗粒的侵入;（2）粘土矿物水化膨胀和分散。

因此,必须尽力提高钻井液的抑制性和封堵性,特别是对保护储层暂堵方案进行优化设计。

2 保护储层暂堵方案的优化设计2.1 优选暂堵剂颗粒尺寸分布的新方法理想充填的含义是:对于保护储层的钻井液,需要根据孔喉尺寸加入具有连续粒径序列分布的暂堵剂颗粒来有效地封堵储层中大小不等的各种孔喉,以及暂堵颗粒之间形成的孔隙。

一、岩爆的特征岩爆，又称矿山冲击，是具有大量弹性应变能储备的硬质脆性岩体，由于洞室开挖，使地应力重新分布，导致围岩应力跃升及能量进一步集中，而产生张－剪脆性破坏，在消耗部分弹性应变能的同时，剩余能量转化为动能，造成岩片（块）脱离母体，向临空方向猛烈抛（弹、散）射的动力破坏现象。

该现象经历“劈裂成板－剪断成块－块片弹射”渐进过程，并伴随声响和震动，是深埋洞室特有的一种不良地质现象。

从岩性来看，岩爆多发生在坚硬性脆的岩层中，如花岗岩、石英岩、片麻岩、斑岩、闪长岩、辉绿岩、砂岩、灰岩、硬煤等。

这些岩层或为非层状的致密脆硬性岩层，或为产状近似于水平的脆硬性岩层，它们开挖前整体完好，不见张开节理，仅见少量的密闭构造节理。

从地质构造上来看，在地应力集中地区（如地质构造线转折与相交部位）以及洞室轴线与压性构造线相平行时（即洞室轴线与地区最大主应力方向垂直或近于垂直时），往往可能使岩爆加剧。

就洞室与导坑断面形式而言，方形、梯形的较拱形、圆形的洞室或导坑岩爆更为严重。

二、岩爆的分类（1）按岩爆活动性分类法，如表1所示;（2）按岩爆特征分类法，如表2所示。

三、岩爆的断裂破坏机理岩爆的破坏机理与防治措施李丹锋 张 清二滩水电开发有限责任公司，四川成都　６１００５１岩爆发生的原因是具高蓄能特性的硬脆性岩体中，积蓄的应变能突然释放，导致的结果是岩体的断裂破坏。

岩爆是高应力硬脆岩体中常见的一种岩石破坏现象。

地下洞室岩爆常以片状剥落的形式出现，形成葱皮状结构。

产生岩爆需要一定的应力条件及岩体结构和性质条件。

通常多为完整的整体块状结构及厚层状结构，岩石硬脆，单轴抗压强度在1500kg/cm 2以上，声波速度大于6000m/s ，且只有当岩体初始应力场的最大主应力与岩块的单轴抗压强度之比值大于0.15～0.2的高应力条件下才可能发生。

洞室的轴向布置即与初始应力场的最大主应力的关系及洞室的断面形状亦是显著地影响着岩爆，洞轴与最大主应力垂直且洞室具非平滑轮廓时容易产生岩爆，因为这时洞壁围岩的应力集中最严重，洞壁的超欠挖亦恶化了围岩的应力集中程度，使岩爆更容易发生。