低渗透油气藏储层伤害机理与保护技术探讨

徐光达 陈同骁

中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300450

油气资源分布中，在低渗透、特低渗透的油气藏中储量巨大，同时分布范围广阔，各大产油国中都有该种类的油气田[1]。国内油田大部分都是低渗油田。与高渗透储层相比，低渗透储层存在明显差异，低渗透储层内部结构中，渗流阻力大、孔喉半径小，使得低渗透储层容易受损，进而降低了对应储层的渗透率。结合工程经验，低渗透储层伤害的主要问题便是内因、外因两大方面，对应伤害机理也有所不同。

结合渗透率这一参数，可对储层进行如下划分。当空气渗透率在10～50mD范围内时，含油储层为低渗透油层；
空气渗透率为1～10mD范围内时，为特低渗透油层；
空气渗透率为0.1～10mD时，为低渗气层，更低则为特低渗气层。借助低渗透砂石储层进行分析，国内低渗透储层的特点可分析如下[2]：

一是沉积物成熟度低、成岩成熟度高。碎屑中包含大量的岩屑、长石，储层岩性方面大部分为岩屑砂岩、长石砂岩。二是岩石组分方面，粒径大小不一、粒度分布范围广，内部含有大量泥质，磨圆效果相对较差。三是储层孔喉半径偏小、孔渗率低，极易发生超低含水饱和度情况，外界液固相会对整个储层产生损害作用。四是裂缝发育方面，对应力具有较高敏感度。五是黏土等矿物质，由于外界环境变化，易发生水敏、盐敏、碱敏等情况。五是储层的损害率与渗透率呈现出反比例关系，一旦损害储层现象发生，渗透率是不可恢复的。六是油、气、水中的几相共存情况下，运动期时毛管压力增大，则会导致启动压力梯度现象。七是大部分油气井在进过压裂等处理后，方可进行后续开采，相对具有较高经济性。

地质特征方面的特殊性，导致了低渗透储层会具有较强的损害作用，当外来固相、储层流体、岩石有效应力增大的情况下，极易造成储层的固相堵塞、应力敏感等问题，必须引起足够重视。

2.1 应力敏感损害

应力敏感性分析，主要是指在一定有效应力作用下，岩石样品的性能参数发生随着应力变化而改变的特点，如渗透率、裂缝宽度等[3]。开发作业期间，为了合理进行储层应力敏感性的分析，必须找到储层渗流能力和应力之间的变化规律，从而确定油气开采流速，最终目标是提高采收率。钻井作业期间，为了找到储层孔喉大小、裂缝宽度等于应力之间的关系，必须合理进行储层应力敏感度的评价，从而了解钻井液内部的固相颗粒尺寸。

低渗透孔隙型的储层一般存在敏感度薄弱的情况，原因在于矿物颗粒强度大、粒径小、弹性变形等。但是，低渗透储层中经常包含大量的裂缝，由于存在这类裂缝，导致结果便是岩石的受力变形呈现出弹塑性变形，最终结果便是，大量的低渗透储层方面，都会存在极为明显的应力敏感度现象。对于应力敏感性强弱方面分析可发现，影响因素较为明显的便是工程因素、地质因素，均会对应力高低、岩石强度等产生影响。如果岩石颗粒粒度细、强度高、湿度小，则此时岩石强度将会较大，储层的应力敏感性相对薄弱。当有效应力发生明显变化的情况下，将会产生较强的应力敏感性。传统作业模式下，可借助渗透率变化进行应力敏感程度的分析，后续研究中发现，这一方法会导致岩样的敏感度增加，同时并未具有明显的工程意义。因此，业内学者指出，可借助应力敏感系数法进行分析，并开展相应的评价工作。相比之下，应力敏感系数法，是建立在原地的有效应力基础之上，可将其当作不同区块、不同层位进行处理，得到差别化的应力敏感度，表现出可预测性、唯一性等方面的优势。

2.2 固相侵入和流体敏感损害

低渗透储层中，一般孔喉相对较小，当固相发生侵入条件下，可能无法及时反排，一般不会出现大规模侵入的情况，为此，固相侵入的损害不会过于严重，除非有效应力导致的微裂缝。但是，低渗透储层一般存在毛管力高的特点，当井壁未形成紧密的滤饼时，在毛管力、钻井压差作用下，滤液极易进入储层内部，从而形成了流体敏感方面的损害[4]。相同情况下，储层的渗透率低、流体敏感程度将会越强。盐酸盐层中，储层敏感矿物不但包括黏土矿，还包括微晶石英、方解石等。黏土矿物、微结构对储层流体而言，是致敏的主要因素。

2.3 水相圈闭损害

这一现象的本质为：在钻井压差、毛管力的作用下，外部的工作滤液会浸入储层中，使得储层中存在两相或者三相，在水相饱和度越来越大的情况下，气相、油相等方面的渗透率可能会出现明显下降的情况。水相圈闭的损害问题，是当下低渗储层中最为常见的损害种类之一。研究结果表明：毛管力大的情况下，自吸速率相对较大，此时液相易发生滞留，水相圈闭损害突出。水润湿性越强的情况下，毛管自吸速率也会相对更大；
初始条件下，水饱和度相对较低时，毛管力越大，自吸速度越快。液相滞留，主要是指外来流体浸入储层后，滤液会存在反排缓慢、反排困难的情况，严重时甚至不能反排。对液相滞留存在明显影响的因素包括下述几方面：储层岩石流体间的作用力、储层压力等。孔喉半径过小的情况下，储层压力越低，液相越容易发生滞留、聚积。

3.1 保护储层钻井完井技术

第一，屏蔽暂堵技术、成膜钻井液技术。前者是利用钻井液、储层之间的正压差进行处理，促进钻井液内部的小颗粒可迅速在孔喉、裂缝等位置暂堵，从而确保井壁初步形成滤饼，降低外来工作液的侵入，起到保护储层的功效[5]。此外，这一滤饼在作业后，可借助化学方法、物理方法达到解除的目的。现阶段，裂缝性储层暂堵粒子方面，粒径、裂缝宽度的匹配方面并未达到预期要求，结果便是钻井液的侵入深度大、侵入量大，存在解除损害难度高的情况。从上述情况出发，屏蔽暂堵技术必须从裂缝性储层的防漏、堵漏、解除等角度出发进行分析。此外，成膜技术，该技术是指钻井完井液后，添加成膜剂，保证钻井完井液在井壁位置形成非渗透膜，从而确保后续液相、固相不能流过，最终目标便是保护储层。这一技术与半透膜效能存在一定的相似性，可有效抑制泥页岩水化膨胀，确保井壁的稳定性，封堵地层微裂缝，起到保护储层的效果，但是需要引起重视的是不可封堵过宽裂缝，同时承压水平相对有限。现阶段，液相成膜技术与屏蔽暂堵技术有效结合后，可初步实现低渗透复杂储层的保护。

第二，欠平衡钻井技术分析。该技术与屏蔽暂堵技术需共同落实，是保护储层的重要措施。该技术中，井筒压力低于地层压力，可降低进入储层钻井液量，从而不但提升了钻井速度，降低了井漏风险，同时还可起到节约钻井成本的作用。

3.2 固井及压裂技术

第一，固井技术。近年来，国内保护储层的固井技术得到了广泛应用。一般情况下，水泥浆会对储层造成损害，主要表现为水泥浆滤液滤失、固相入侵、pH过高等导致。新时期，现场主要采用降低水泥浆滤失量、降低环空动净液柱压力等方法进行处理，达到降低损害的目标。钻井作业中，形成的滤饼可有效防止水泥浆侵入，避免储层压力过大。业内研究成果表明，滤饼过厚的情况下，固井界面的粘贴质量极易受到影响，最终降低了固井质量。实验研究表明，随着泥饼厚度的增大，两界面的胶结强度会逐渐下降，当泥饼厚度达到5mm时，胶结位置的强度便会降低至零[6]。为此，积极进行特定种类添加剂的研发具有重大意义，如提高两界面胶结质量的添加剂，可逐步形成滤饼，利于达到固井保护。

第二，压裂技术。低渗透储层储量丰度较小，易受损害，大部分油气井需要经过压裂护理后方可进行经济化的开采。因此，压裂技术已经逐步成为低渗透储层高效开发的主要措施。考虑到水基压裂中，相应液具具有成本低、黏度高、携砂水平高的特点，具有相对广泛的应用范围。

压裂液的优势表现在：提高产品成功率、有效率。压裂液必须能够降低损害性能，否则一旦进入储层内部，随后便会渗入，一旦产生危害则无法挽救。传统深井压裂施工中取得了一定成绩，但是并未获得较好效果，主要原因在于压裂环节中发生了二次损害。理论和实验研究后可发现，液相滞留、液相侵入极易导致压裂损害，是主要原因，同时低渗、低压储层条件下，这一损害将会更为严重。现场研究实验表明，压裂液和储层不配伍、滞留现象等都会降低压裂增产效果。大量的调研结果表明，压裂液的平均反排比例为45%左右，从当下工艺技术的发展情况出发，防控压裂技术的损害必须充分考虑施工工艺、低损害水基/气体基压裂技术体系，还要结合解堵方法、反排措施等要素进行全面分析[7]。

现阶段，国内钻井施工操作的储层保护工作已经获得了初步成绩，形成了保护储层的屏蔽暂堵、欠平衡钻井保护两大体系，对应的配套设备设施也逐步成熟。固井、压裂保护储层技术已经引起了较高重视，获得了相应的成果。但是由于低渗透、超低渗透油气田的出现，水平井等特殊工艺、完井方式的优化，当下储层技术正面临着越来越严重的挑战[8]。

水平井等特殊工艺条件下，储层保护及相应系统中的工程技术将会成为未来发展的主要方向。当下，低渗透、特低渗透、超低渗透油气田已经得到了一定的开发。水平井等特殊工艺井作为此类油气藏的主要技术措施，必须引起足够重视。水平井等方式存在易受伤害的特点，损害方式、解除方法等存在明显差异，且与直井有所不同。传统储层保护作业中，可能并未考虑储层系统工程要求，未对储层保护系统和地质研究进行结合。实际处理期间，储层保护必须结合孔隙结构、裂缝特征、钻井完井方式等进行综合化分析，保证完成储层的全面保护。

储层损害、保护评价方法等需要保证与时俱进。经过几十年的发展，储层保护工作以及保护技术逐步获得了一定成果，为国内油气勘探开发工作奠定了良好基础。但是不容忽视的是，岩心切割法进行储层保护效果的评价，上述方法主要是从直井、射孔完井出发进行建立的，在低渗透油气藏中多采用水平井、多分支井，传统切割法已经无法满足新时期要求。

本文总结了低渗透油气藏储层的开发环节中的保护技术、伤害机理等。由于低渗透储层伤害存在种类多、机理复杂的特点，包括水相圈闭、应力敏感等损害，为此，在低渗透油气藏的开发过程中，必须合理进行储层伤害机理和种类的判断，才能采取有针对性的保护措施、预防措施，并充分避免二次伤害。低渗储层保护中，应该坚持预防为主、解堵为辅的措施。