工作制度不合理造成的油气层损害

采油工作制度不合理是指生产压差过大或开采速率过高。其损害可归纳为以下几个方面：

（1）应力敏感效应。在采油过程中由于有效应力增加，从而造成孔隙与裂缝流道被压缩，导致油气层渗透率下降。应力敏感损害主要发生在疏松砂岩及裂缝性地层。影响应力敏感损害的主要因素包括压差、油气层自身能量以及油气藏的类型。

（2）生产压差。由于生产压差过大或开采速率过高，使近井壁区井底带岩层结构破坏，胶结强度破坏，发生出砂。采油速度过快，油流在临界流速以上时，增加了产层流体对砂粒的摩擦力、黏滞力和剪切力，加剧了砂粒运动。同时，岩石骨架和胶结物的强度受到破坏，微粒开始运移，如高岭土、伊利石、微晶石英、微晶长石很容易发生速敏反应。砂和固相微粒被油携带并不断地堵塞储、渗空间，损害地层。

同时，由于生产压差过大或开采速率过高，发生底水锥进，边水指进，造成生产井过早出水。从渗流的角度考虑，原来的单相流（油）变为两相流（油、水）。油和水由于界面张力以及与岩石润湿性之间的差异可能形成乳化水滴，增加油流黏度，降低油、气的有效流动能力。当它们的尺寸大于孔喉大小时，就会堵塞孔隙，降低油、气的储、渗空间，从而使油的相对渗透率降低，油气层受到损害。从盐垢生成的机理角度考虑，当注入水突破时，由于注入水与地层水在近井地带充分混合产生盐垢，而地层压力系统的压力降低更加剧了这种盐垢的生成，致使油层受到损害。

（3）结垢。油气藏随着生产过程的进行不可避免地出现地层压力的下降，压力下降将可能导致盐类沉淀和结垢。

1）无机垢堵塞。采油过程中出现的无机盐垢大多数由钙的硫酸盐（石膏和硬石膏）、钙的碳酸盐（方解石）、钡的硫酸盐（重晶石）、锶的硫酸盐（天青石）及钠的氯化物等构成。垢的生成主要取决于盐类是否过饱和以及盐类结晶的生长过程。它与很多因素有关，如温度、压力、pH值、CO2含量等，不同的盐垢对同一影响因素的敏感性不同。

盐垢的析出主要来源于采油伴出水，这种水既可以为原始地层水，也可能是注入水突破后的产出水以及它们的混合体。采油过程中形成垢并堵塞地层的主要原因是流体向井底流动时流体压力降低而引起的，或者由于注入水与地层流体不配伍，当注入水突破时由于注入水与地层水在油井附近充分混合而引起，系统压力降低更加剧了盐垢的形成。例如产出水中含有钙离子和碳酸根离子，一般情况下这种盐水与二氧化碳和碳酸钙处于化学平衡状态，不发生沉淀和结垢。但随流体压力的降低，CO2就从饱和盐水中分离出来进入油相，引起盐水溶液中CO2分压下降，CaCO3就从溶液中析出并结垢。如果注入水与地层水不配伍，结垢将不仅仅出现在采油井的近井地层。从注水井到见水油井的注水地层运移带上，垢的形成与分布状况十分复杂。根据晶核成垢理论，结垢最终分布是了解一个已经发生的晶粒或晶胞，在何处容易附着并发育长大的问题。在地层条件下，由岩矿分布的非均质性，岩石粒径和孔隙结构大小不同，表面粗糙度与吸附能力不同，液体的渗流状态与速度的差异，晶种的多少与晶胞的类型不同，周围介质的化学组成、温度、压力、pH值等也各不相同，诸因素共同影响着结垢的形态与分布规律。

对砂岩地层来说，渗透率低时孔隙较大的地方渗流速度缓慢，是流体储存或停留的主要场所，地层结垢容易在此发生。已有研究表明，结垢大多发生在水洗明显层位的大孔隙、微裂缝部位和孔壁上，以充填、孔壁寄生的晶簇、晶芽与黏土矿物伴生的团块形式存在。如长庆马岭油田在离注水井50m的地方发现大量硫酸盐垢。

2）有机垢堵塞。采油过程中常遇到的有机垢主要是石蜡和沥青质，它们本身是原油混和物中的两种碳氢化合物。众所周知，原油是各种组分的碳氢化合物组成的混合物溶液。各种组分的碳氢化合物的相态随原油向井流动过程中系统温度、压力的变化而变化，它是单相液态，气、液两相和气、液、固三相共存。石蜡主要由C18－C60的单链或多链烷烃构成。大多数沉积的石蜡中通常含有其他有机或无机物，如原油、胶质、树脂、沥青质、粉砂和水。石蜡相对密度在0．88～0．905之间，熔点在46℃～60℃之间。一般油层条件下，原油中的石蜡处于溶解状态。但在开采过程中，随着温度、压力的降低和气体的逸出，溶解的石蜡便以结晶析出，石蜡开始结晶的温度也称为浊点温度。随着温度的进一步降低，石蜡便不断析出，最后逐渐聚集变大，沉积于孔隙或管壁上，造成地层损害或严重影响油井生产。

一般来说，原油含蜡量高的是生产稀油的井、出砂井，油井见水后其结蜡就较严重，在影响石蜡沉淀的诸多因素中，温度是最主要的因素。随温度的降低，石蜡的溶解度下降，析蜡愈多。如果原油中轻质馏分愈多，则蜡的结晶温度就愈低，就不易析蜡；如果原油中含有细小砂粒等悬浮物，将促使石蜡结晶析出，加剧蜡的沉积；如果流体压力高于饱和压力，随着压力的降低，由于没有气体逸出，浊点温度将随压力降低而降低，即不易析蜡。但如果压力低于饱和压力，随着压力的降低，原油中溶解气脱出，出现油气两相流动。在井底处，由于气体急剧膨胀，产生焦汤效应，使井底处流体温度骤然下降，引起浊点温度增高，从而导致石蜡在井底孔眼处大量沉积，堵塞地层。同时，随液流上行，由于井筒热交换将使油流温度进一步降低，油管壁或井下设备也将沉积大量石蜡，影响油井正常生产。

另一种沉积物沥青质是一种最复杂的有机物，它具有多环层状结构，除含有碳氢原子外，通常还含有氮、氧、硫原子。其结构具有多变性，且不同的油藏其结构各异，沥青质通常不溶于油，而是以胶体颗粒均匀悬浮在原油中。其分子量在500～500　000范围内，胶体颗粒粒径在30～65×10－1nm，相对密度大约为1．2，其四周常常被低分子的树脂、石蜡围绕。沥青质沉积后很难解除，一般酸化无效果，而且会加剧沥青质沉积。沥青质溶于苯，但用苯解堵是十分昂贵的。影响沥青质沉积的因素有很多，如CO2、富气、pH值、流体剪切力、压力、温度等。一般注CO2混相驱、酸化解堵、注入不适宜的有机化合物如乙醇等都将引起严重的沥青质沉积，堵塞近井地层。但主要的引起沥青质絮凝、沉积的因素是流体压力下降，对于地层压力高于泡点压力的情况，压力下降后虽然浊点温度降低，但也可能会导致严重的近井地层损害。温度下降也会引起沥青质的沉积，堵塞储层。

由上述可知，不论是有机垢或无机垢的堵塞，垢一旦形成则解除将十分不易，并且增加油井作业成本。近井地带的垢物堵塞几乎都是流体压力、温度下降所致，而采油过程中流体压力、温度下降几乎是不可避免的，唯一较好地保护储层的方法就是在垢形成前阻止，预防其生成，减小由结垢带来的各种损失。

（4）脱气。通常油气藏随着生产过程不可避免地出现地层压力下降，当压力降至原油饱和压力以下时，原油中的溶解气将逸出并参与流动，使得原油有效渗透率降低。有的油气藏地饱压差小，也很容易出现类似情况。对地层压力高于原油泡点时，原油向井流动过程中，压力将逐渐降低，如果生产压差过大，原油在流至井底前某点压力将开始低于泡点压力，出现两相或三相流动，降低了原油的流动能力。对机抽井来说，原油脱气将大大降低泵效，有时甚至会发生气锁，出现抽不出油的现象。原油在开采过程中脱气也许是不可避免的，溶解气驱油藏其最终釆收率也是很低的，这种驱动方式本身就是对油气藏的一种损害行为。应说明的是，当原油脱气很少，气泡之间并未连通为连续相之前，孔喉处气泡很容易“气锁”，只不过随流体压力降低，气体析出量增多，其体积膨胀，气体容易成为连续相，这种暂时“气锁”损害会逐渐自动解除。

（5）出砂。油层出砂是砂岩油层采油过程中困扰已久的老问题之一。这里的出砂一是指在那些埋藏浅、地质年代较新的地层中存在的大量未胶结或弱胶结的颗粒群体随原油的开采而被产出的自由砂；二是指构成地层岩石骨架颗粒的移动，它必须与常说的速敏损害区分开来。地层出砂同时伴随着地层孔隙不同程度的堵塞，产出的砂不仅阻塞井筒，而且腐蚀设备，砂卡井下工具，如抽油泵的进出口凡尔、活塞、衬套等，严重者使油井停产，井底坍塌而损坏套管。采油过程中出砂可归纳为以下几个因素：

1）流体向井流动。从生产压差的分析可知，导致出砂的主要动力是原油向井的流动，它与生产压差成正比。拖曳力的大小与流体流速和黏度成正比。虽然砂粒的润湿性也影响着油井出砂趋势，但采油速度与砂岩的胶结程度是决定产砂量大小的关键参数。即使孔眼周围形成砂拱减少了产砂量，但这种砂拱是不稳定的。

2）地质因素。研究表明，出砂在第三纪砂岩油藏中最为普遍。由于这些油藏地质年代短并且通常埋深相对较浅，其砂岩的胶结强度一般不会超过中等（即抗压强度为0．7～1．0MPa）。相反，较早形成的油气藏岩石趋于较好的胶结，出砂问题就不是很严重。然而受油气井生产速度的影响，如近井地层出现非达西流动，由于拖曳力与速度的平方成正比，此时拖曳力足够高，很可能在抗压强度超过7MPa的地层中导致出砂。

3）生产速度。对于许多油气井来说，当生产速度（与生产压差有关）增加到一定值时，首先使得充填于油层孔道中的未胶结砂粒发生移动，油层内开始砂运移，此时速度对应于速敏评价中的临界流速。随着生产速度的进一步增加，油井受力发生变化，开始出现剪切破坏，造成岩石结构损害，使骨架砂变为自由砂，此时油井便会大量出砂，对应于使骨架砂变为自由砂移动的流速称为临界生产速度。然而，这个速度通常低于经济生产速度。因此常常通过油井生产前的防砂措施，以提高采油速度。

4）胶结方式。通常砂岩的胶结物主要为黏土、碳酸盐和硅质三种。以硅质胶结强度为最大，碳酸盐胶结次之，黏土胶结最差。另外，胶结方式不同，岩石胶结强度也不同。易出砂的砂岩油层主要以接触胶结为主，其胶结物少，而且其中含有黏土胶结物。

5）多相流动。随着油田开发的进行，油藏能量不断降低，含水上升。采油过程中近井地层常常是油气两相、油水两相以及油气水三相共渗，其很可能引起出砂量增加。因为产出水可能溶解掉部分胶结物；含水饱和度的变化引起毛管压力降低使颗粒间内聚力减弱，对水润湿砂粒随水相参与流动将引起砂的运移等，这些因素最终导致油井大量产砂。