近井地层损害分析.doc

近井地层损害分析油井附近的地层渗透率在钻井、完井以及生产过程中可能发生变化，井筒中 流体或流固混合物的超压侵入、储层中固体颗粒的运移将可能使油井附近的地层 渗透率受到损害通过合理的措施消除地层损害，地层渗透率将再次发牛变化，wf-ideal井图一表皮效应不意图有可能增加油井产能另一方面，油井生产的射孔层段有时只是产层厚度的一部 分，而由射孔和射孔层段的汇聚流动也常'常'会引起附加压力降由于以上等几方 面的原因，当原油从油层流入井筒时，会在井筒附近产生一个压力降，集中在井 筒周围的一个有一定厚度的坏状"表皮区”，Van Everdingen和Hurst (1949) 把这个现象称为表皮效应在油藏工程领域，Van Everdingen (1953)借鉴地下 水力学相关的研究成果，首先引入了薄表皮的思想，而Hawkins (1956)则给出 了比较合理的厚表皮模型由于表皮效应的存在，使实际井的压力分布不同于理 想井的压力分布，这种区别在油井附近较大，随着远离油井而减少如上图所示各种表皮效应对于产能的影响体现在采油指数J的计算公式中表皮因子定义理想井和实际井的井底流动压力之差p\vf- p”代表着由于地层伤害、汕井 附近区域增产措施以及其它井入口的流阻造成的附加压力损失。

通常将这个附加 压力损失称为表皮压力降，而表皮因子S定义为正比于这个压力降，即为：kh1.842 xlCrSB(爲-爲)(5-1)表皮因子是一个综合变量一般情况下，使流线偏离井点方向或限制流量的任何 现象(如部分射开、不合理射孔数目、近井地带相变以及湍流等)都会导致正表皮因了，表示有流阻或地层损害存在；负表皮因了表示降低了流阻或进行了增产 措施表皮效应使实际井产生非理想流动在一口给定井中，可根据试井资料计算合成表皮因子如何把通过试井确定 的表皮因子分解成各个成分，并且确定哪些井筒附近的流动限制口J以用壇产措施 去掉，哪些则要用油井大修和重新完井来解决，等等问题是值得研究的生产过程中储层损害机理射孔伤害 指近井地带地层可能由于物理破碎或压实作用而受到伤害在射 孔过程中，射孔弹进入储层在井筒周围的机械伤害是不可避免的，采用负压射孔 技术可以减小伤害钻井伤害 通常指钻井泥浆颗粒的侵入地层，其深度比较小，侵入距离最大 约为0.3米左右；泥浆滤液的侵入深度相对大一些，Hassen （1980）给出的试验 结果为0.3~2.0m完井伤害 主要指井内压力过平衡（超压）引起流体和固体侵入地层，这种 侵入可能导致多重的产能损害效应，主要有以下儿方面：乳化阻塞、水敏阻塞、 岩石润湿性变化、水合作用和地层粘土膨胀、无机盐类的沉淀（结垢）等o Millhone （1982）曾经建议对完井液中固体颗粒的尺寸和浓度加以限制。

生产伤害 指生产过程中地层微粒和胶结物微粒（粘土颗粒）的运移、沉淀 等堵塞流体流通孔道Schechter （1992）等许多学者指出，具体的储层都存在某 一临界速度，超过该速度就会发牛颗粒运移，造成储层损害可以通过岩心速敏 试验确定具体的临界速度值其他伤害 指乳化、化学沉淀、生物沉淀、相渗透率及润湿性变化等表皮因子分解计算由常规试井模型确定的表皮因子S可能是某些影响流动的非理想因素的合 成物，常常为几个表皮因了的和基于常规封闭地层完善直井渗流模型可将表皮 因子的分解通式可以写为：s = + Sc +（S “ + Sg + SdJ+ Sb + S SD （5-2）式中，Sd为由侵入所造成的地层损害表皮因子，&为部分射开所引起的完井表皮 因了，»为孔眼表皮因了，Sg为砾石充填表皮因了，S切为挤压带的表皮因了， S”为流体流度发生变化的拟表皮因子，S为井斜引起的拟表皮因子，Sq为非达 西流（高速流）引起的拟表皮因子将试井所测得的表皮因子可以分解为几个单独的成分，了解了各个表皮因子 的贡献，以便能够对症选择有效的增产措施多数的表皮因子目前还一般不能通 过直接测量获得，必须根据经验方法、分析方法以及数值模拟方法等计算各个独 立的表皮因子。

如果求解均匀、无限大介质定产量完善直井的不定常渗流数学模 型和求解各向异性、无限大介质定产量打开不完善直井的不定常渗流数学模型， 然后在晩期段对比两解式，则口J以得到该条件下打开不完善直井的表皮因子计算 公式反之，在作试井解释时使用了打开不完善直井的数学模型，在作表皮分解 时就不能再加入部分射开表皮1）侵入伤害表皮因子侵入流体与地层相互作用的最终结果通常是有害的，即地层伤害，引起井筒 附近地带产生额外的压力损失和油井产能降低Hawkins （1956）提出厚表皮模 型，用井筒附近的渗透率变化来表示表皮因子，可以表示为：(5-3)式中,£为地层渗透率（lO W）,灯为伤害区渗透率（W3um2）,々为伤害区半 径（m）,心为井筒半径（m）实际应用时，不能直接测得伤害区渗透率和伤害区半径，必须通过表皮因子 分解的方法获得污染区的表皮因子，然后对该渗透率改变区的区域半径作出估 算，再计算出污染区的渗透率2）部分射开表皮因子从一开始采油，为了防止气顶或底水对油井生产带來不良的影响，油井只打 开整个油层的一部分或只在一部分进行完井，这种只射开有限产层段的完井设计 称为部分射开有时设计为完全射开，但实际射孔效杲不好同样引起部分射开表 皮效应。

部分射开表皮因子可用下式计算：(5-4)(5-5)Sc =（］-1）［皿仏）-G（b）］ b式中，亦为无量纲产层厚度，定义为:hD = b为射开程度，定义为:(5-6)G⑹用 Brons-Marting (1961)公式计算:G⑹=2.948 - 7.363& +11.45&2 - 4.675/其它参数含义是％为向液流敞开的厚度（m）, h为油层总厚度（m）,如为地层 水平渗透率（lOW）, «为地层垂直渗透率（10Am?）3）射孔表皮因子目而，大多数油井的完井是下生产套管、注水泥，然后射孔使油藏中的流体 流入井筒内液流经过孔眼主要是改变了井筒附近地区流线的几何形状而产生聚 流效应我们用表皮因子S”来表示射孔对井壁压力的影响»依赖丁•射孔孔眼 的几何特性以及射孔质量，主要涉及到的参数冇：穿射深度：穿透越深，性能越 好；射孔孔眼直径：射孔孔眼直径越大，流动性能越好；射孔密度：每米射孔孔 眼数越多，性能越好；相位：对于一个给定的射孔密度，能给出射孔孔眼Z间的 距离最大从而使射孔孔眼之间的干扰最小的相位对流动是最有效的5-8)Karakas-Tariq (1988)计算射孔表皮因了公式为:Sp = Sr + Sy + Swh其中垂向聚流效应计算公式为:Sh=lnW⑹丿人：(&)=025Lp吋, 勺(G + %)(5-9)(5-10)式中与射孔相位角有关，见附表，平面聚流效应计算公式为:Sy =10礙疗上式中参数定义为:a = log rD +a2(5-11)(5-12)(5-13)(5-14)b = b{ rD + b2 (5-15)其中常数。

八2、b八仇与射孔相位角有关，见附表孔眼内部效应计算公式为：(5-16)S 肺=5 exp(c2ruD)(5-17)而常数C八C2与射孔相位角有关，见附表射孔表皮计算常数附表相位角a “C1102bib2Clc?0° (360° )0.250-2.0910.04535.13131.86721.6e-l2.675180°0.500-2.0250.09433.03731.81152.6e-24.532120°0.648-2.0180.06341.61361.77706.6e-35.32090°0.726-1.9050.10381.56741.69351.9e-36.15560°0.813-1.8980」0231.36541.64903.0e-47.50945°0.860-1.7880.23981.19151.63924.6e-5&791上表弓I CJ Karakas-Tarid （1988）的发表的SPE论文4）砾石充填表皮因子很多油井所处的地层是非胶结的或胶结差的砂岩，在开发过程中，砂子可能 和流体一起产出，当流体经过多孔材料时，沿着流动通道产生了拉力，从而流动 流体可随身携带相当数量的松散的、易碎的砂粒。

一般來说，高产量会导致大量 出砂，而出砂是油皿生产所不希望的，会带来很多的负面影响砾石充填是防止 出砂一种冇效的方法，恰当充填的孔眼表现出相当小的流动阻力如呆砾石丁地 层砂粒相混合，或被地层中小微粒侵入，则此阻力将显著増加曲砾石充填引起 的附加表皮因子可用下式来计算：SgkhL(5-18)式中，厶尸孔眼深度（m）,冷二孔眼直径（m）,心孔眼总数，比二砾石充填渗透率 （10_3Pm2）,肋二地层系数（mX10_3um2）o（5）挤压带表皮因子在射孔孔眼周围的挤压带的影响，可用挤压带表皮因子表示，用下式可计算 得到：=各_ 料存bS （5-19）IS 丿式中，R二地层渗透率（lOAin?）,灯〃二挤压带的渗透率（Um?）,灯二井筒附近损 害带渗透率（lO’un?）,⑷二挤压带半径（m）, °=孔眼半径（m）, “二孔眼深 度（m）, hp=射孔层段（m）, «=孔眼总数Krueger （1986）对砂岩岩心室内试验的研究结果表明，孔眼周围挤压带的 厚度为0.635〜1.27cm渗透率是未伤害渗透率的7%〜20%,若取10%,则Lee 等人（1991）给岀射孔表皮系数约为15o（6）流度表皮因子当近井地带流体发生相态变化时，在近井地带存在明显流度变化，这将产生 一拟表皮因子，由下式可计算得到：(5-20)S严（料）哎）式中.M二流度比，％二流度变化区的半径（m）,心二井筒半径（m）,（7）井斜表皮因子井斜引起的表皮效应，其拟表皮因子可用Cinco-Lee （1975）公式进行计算:1.86510g(hD100(5-21)其中有关参数定义为:(5-22)(5-23)式中，Ow=井斜角度C0<0w<75° ）,必二地层水平渗透率，（10'3um2）,人二地 层水平渗透率，（u n?）,力二地层厚度（m）,心,=井筒半径（m）,（8）高速非达西流表皮因子非达四流（高速流）引起的拟表皮因子一般产生于气井中，为：Sd = + Dd + Ddp + Dg）Qg （5・24）式中，Dr二在井筒损害附近区以外得区域中的油层高速流动项，0/二在井筒损害 附近区中的油层高速流动项，。

少=在直接围绕射孔的损害区中的高速流动项， Dg二在砾石充填孔眼中的油层高速流动项微粒运移在孔隙介质中，压力梯度能够引起流体渗流，亦能引起孔隙介质中松散小微 粒的运移，这其实是一种传质研究地层中流体与颗粒非线性耦合渗流问题比较 复杂，但油藏工程中注重微粒运移对渗流场的影响，可以忽略传质的定量描述， 而只研究微粒运移对渗流场中物性参数的作用，使得问题本身得以简化当微粒在地层中运动时，各种力的作用结果使它容易发生沉积，如果这种沉 积发生在孔隙喉道处，会形成所谓的桥堵，由此影响介质的渗透能力采用不等 径毛管模型，把孔隙介质看成是许多大小不一的毛管集合体，按Schechter-Gidley （1969）的定义，渗透率可以表示为：。