作者：熊海灵 廖作才
出版社：石油工业出版社
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保护油气层技术：富媒体试读：
内容提要本书在介绍保护油气层技术研究进展、特点及发展方向的基础上，详细阐述了油气层伤害的室内评价、油气层伤害机理，系统介绍了钻井、完井和油田开发过程中的保护油气层技术，并论述了油气层伤害的矿场评价技术。本书在阐述机理的同时，力求理论联系实际，通过现场实例使读者更易理解。
本书可作为高职院校石油工程、油田应用化学等专业的教材，也可供现场科研技术人员参考。
图书在版编目（CIP）数据
保护油气层技术：富媒体／熊海灵，廖作才主编．—2版．—北京：石油工业出版社，2017.11
石油高职高专规划教材
ISBN 978-7-5183-2224-4
Ⅰ．①保… Ⅱ．①熊…②廖… Ⅲ．①油层保护—高等职业教育—教材 Ⅳ．①TE258
中国版本图书馆CIP数据核字（2017）第261464号
出版发行：石油工业出版社（北京市朝阳区安华里2区1号楼 100011）网 址：www.petropub.com编辑部：（010）64256990图书营销中心：（010）64523633
经 销：全国新华书店
排 版：北京密东文创科技有限公司
印 刷：北京中石油彩色印刷有限责任公司
2017年11月第2版 2017年11月第3次印刷
787毫米×1092毫米 开本：1/16 印张：10
字数：254千字
定价：24.00元（如发现印装质量问题，我社图书营销中心负责调换）
版权所有，翻印必究《保护油气层技术（第二版·富媒体）》编审人员
主编： 熊海灵 天津工程职业技术学院廖作才 克拉玛依职业技术学院
副主编： 武世新 延安职业技术学院闫方平 承德石油高等专科学校
主 审： 许 涛 东北石油大学
参 编： （按姓氏笔画排序）史园园 濮阳职业技术学院冯婷婷 濮阳职业技术学院杨红丽 延安职业技术学院单秀华 承德石油高等专科学校唐小刚 延安职业技术学院常 亨 湖北科技职业学院第二版前言
本书第一版自2012年10月出版以来，受到石油高职高专院校师生的广泛赞誉。为了响应国家“十三五”职业教育规划，紧跟高职教育改革步伐，打造精品，2015年4月，各石油高职高专院校教师和专家齐聚一堂，在天津工程职业技术学院就本书的修订进行了深入的探讨，达成了修订共识。
本次修订秉持突出职业性、技术性、应用性、针对性的原则，同时注重教材的层次性和衔接性，在对原书知识进行整合的同时，增加了保护油气层新工艺、新技术，紧扣本专业最前沿知识，做到理论与实际相结合，旨在提高学生的专业理论素养和实践技能。
本次修订对各章内容和布局主要做了以下修改和完善：（1）查阅文献，精选案例，结合最新生产案例分析不同作业条件下的保护油气层技术，使理论与实践结合更加密切，引用的保护油气层技术更先进。同时，书中插入了大量的富媒体资源，并以二维码的形式呈现，使学生更容易理解和学习相关内容。（2）在第二章中对岩心分析的内容及应用部分做了删减，对常用油气层敏感性评价方法部分做了整体总结归纳，以表格的形式呈现，便于理解和掌握；增加了“第四节 室内评价实用案例”。（3）第四章删去了保护油气层的固井技术，增加了欠平衡钻井的优缺点、实施条件以及实施方法。（4）第五章中增加“固井过程中的保护油气层技术”，结合采油生产管理及井下作业，将书中内容重复的部分及与保护油气层技术无关的部分内容删除。（5）在第一版的基础上，第六章将油层伤害和气层伤害单独进行论述，并就这些伤害论述了相应的保护油气层技术；第四节将洗井过程中的保护油气层技术单列出来进行论述，力求引起读者重视。（6）第七章把油气层伤害的评价参数提至第一节，并对裂缝—孔隙型油藏伤害的评价标准进行了展开，更具体化了裂缝—孔隙型油藏新的评价参数和评价标准。
本书由熊海灵、廖作才担任主编，武世新、闫方平担任副主编，许涛担任主审。具体编写分工如下：第一章由廖作才、唐小刚编写；第二章由单秀华编写；第三章由熊海灵编写；第四章由常亨编写；第五章由闫方平编写；第六章由武世新、杨红丽编写；第七章由冯婷婷、史园园编写。全书由熊海灵统稿。
本书在编写过程中，得到了各参与院校教务处及院系相关领导的大力支持，在此表示感谢。由于编者水平有限，书中如有错误和不妥之处，敬请批评指正。编者2017年6月第一版前言
油田生产涉及众多密切相关的专业。一项具体的施工作业必须多部门通力协作，并进行有效监督和管理，才能防止事故的发生，进而取得良好的预期效果。保护油气层技术是一门涉及系统方案设计、试验技术、现场施工及评价、储层预测的综合技术学科。它综合运用了石油地质、油层物理、渗流力学、测井解释、油田化学、钻井工程、采油工程、提高采收率技术等方面的成果和专业知识，应用现有技术手段对生产过程中典型的油层伤害进行归类和机理剖析，寻求适当的作业方案和对策，以便获得最佳采收率与最大经济效益。
作为专业课，本教材在内容选取上，充分反映了现代油田生产的特点，包含了主要生产部门和环节，体现了现代生产工艺水平，突出了学生职业能力的培养。同时，本教材将理论与技能相结合，难易适度，符合先进性、科学性和实用性的设计理念。
本书由克拉玛依职业技术学院廖作才、天津工程职业技术学院熊海灵担任主编，辽河石油职业技术学院黄娅萍、大庆职业学院王岚担任副主编。渤海石油职业技术学院的崔树清和辽河石油职业技术学院张忠辉参与了部分章节的编写。具体分工情况如下：第一章、第四章由廖作才、熊海灵编写，第二章、第八章由黄娅萍编写，第三章由崔树清编写，第五章由张忠辉编写，第六章、第九章由熊海灵编写，第七章由王岚编写。
本书在编写过程中，得到了各参与院校教务处及院系相关领导的大力支持，在此表示感谢。教材中的一些章节引用了有关参考文献的部分内容和图表，在此也向这些作者表示诚挚的感谢。全书由廖作才统稿，熊海灵提供了所有章节的思考题。
由于编者的经验不足，水平有限，书中如有错误和不妥之处，敬请批评指正。编者2012年5月富媒体资源目录本教材的微课由承德石油高等专科学校刘春艳和湖北科技职业学院王家旻制作提供，其他富媒体资源由熊海灵、单秀华提供。若教学需要，可向责任编辑索取，邮箱为upcweijie＠163.com。第一章 绪论
所谓油气层伤害（也称为储层伤害、地层伤害）是指由于各种不利作用所造成的含油层渗透率的降低，即当进行钻井、完井、采油、增产、修井等各种作业时，在油气层近井壁带会造成流体产出或注入自然能力下降的现象。由于油气层伤害往往使生产作业代价高昂，实际操作中，应该力求避免出现这一后果。
油气层伤害在实际生产中的危害是多方面的。首先它会降低产能与产量，影响试油与测井资料解释的正确性，严重时导致误诊、漏掉油气层，还会造成油气层储量与产能估算不准、影响合理制订开发方案。其次，它会增加试油、酸化、压裂、解堵、修井等井下作业的工作量，增加油气生产成本。另外，消除油气层伤害的技术措施成本高、作用效果有限。一旦油气层受到严重伤害，必然会影响最终采收率。
Bennion（1999）将油气层伤害描述为：由于油气层伤害的不可见性，会不可避免地且不可控制地导致产量难以估量的、不确切的下降。系统地进行油气层伤害评价、控制和补救是解决油藏有效开采最重要的课题之一。油气层伤害具体包括渗透率的伤害、井壁堵塞和油井产能变差。Porter（1989）指出：油气层伤害未必可逆；进入孔隙介质中的东西未必出得来，并称这种现象为反向漏斗效应。因此，最好是避免油气层伤害发生而不是力求将其恢复。实验和分析技术、建模及模拟方法有助于了解、诊断、评价、预防、治理和控制油气藏中的油气层伤害问题。
Civan（1996）指出：油气层伤害模型可以表示遭受各种蚀变作用的孔隙介质与传输流体能力的动态关系。油气层伤害建模一直受到人们的关注，虽然现在提出的模型很多，但这些模型并不具备普适性。然而，对各种建模方法的分析表明，这些模型又都有共同的基础。
已有的油气层伤害研究成果是我们认识和模拟油气层伤害的重要基础。这些研究可以用来对岩石、流体、颗粒间相互作用以及岩石形变引起的各种作用进行模型辅助分析，并对制订控制油气层伤害开采策略进行科学的指导。需要指出的是，很多实验和理论研究的目的是为了了解控制油气层伤害的因素和机理。尽管从这些研究中得到了一系列的结论，但是还没有形成统一防治理论和方法。
综上，进行油气层伤害研究目的可以表述为：（1）通过实验室和现场试验了解这些作用；（2）通过对基本理论和作用的描述建立数学模型；（3）对油气层潜在伤害的预防和治理进行优化；（4）制订控制油气层伤害的策略和补救方法。借助于模型辅助资料分析、实例研究、超出有限试验条件的外推和标定，这些任务是可以完成的。通过宏观尺度相关现象的描述，即有代表性单元孔隙介质的平均情况，可得出通用油气层伤害模型的公式。
油气田开发中的大量油气层伤害实例表明，保护油气层技术对油气田具有极端重要性。保护油气层技术必须贯彻到油气田勘探、开发的每一个阶段和相应的技术环节，并依据各阶段施工特点，采取针对性的、有效的技术措施，将保护油气层技术融入到系统作业方案之中。第一节 保护油气层技术研究进展
保护油气层技术是一项涉及多专业、多学科的综合配套技术，简单地讲就是在油气层勘探开发中防止油气层伤害，低成本高效率地进行油气层勘探开发的系列技术。保护油气层技术贯穿于油田生产作业的各个阶段。虽然钻井工艺技术水平的高低对保护油气层有着直接而突出的影响，但后续采油作业的众多环节以及面对的复杂地层和井况，仍然使保护油气层技术面临重重挑战。人们尝试弄清各类油气层伤害机理，找出主要因素，评估它们的作用和大小，并提出针对性的工艺和技术措施。这一系列不懈努力推动着保护油气层技术不断向前发展。一、国外保护油气层技术研究概述
保护油气层工作在国外起步较早。20世纪30年代，油气层伤害的问题就引起了美国等一些产油大国石油公司的注意。50年代开始机理研究，至70年代中期，保护油气层影响加大。1954年，美国石油工程师学会（SPE）召开了第一届“控制地层伤害国际会议”，此后每两年召开一次，国际保护油气层研究工作从此进入了正规化的发展轨道。（一）发展阶段
根据历届会议发表的论文内容和数量统计，国际保护油气层技术的发展大致可分为以下三个阶段。
1．20世纪70年代前
20世纪70年代前的保护油气层技术以钻井液、完井液基本成分伤害特征为主要研究内容。这个阶段的机理研究工作进展缓慢，只限于经验性和定性的阶段；评价油气层伤害的方法主要以岩心流动试验为基础；钻井液、完井液技术发展较快。深井钻井液、石膏钻井液、氯化钾钻井液及乳化钻井液都是这个阶段发展起来的。
2．20世纪80年代
20世纪80年代是以机理性研究兴起为标志的发展阶段。这个阶段在油气层的测试技术和方法、伤害机理以及预防和处理伤害的工艺技术等方面都取得了很大的进展，主要表现为：（1）对油气层伤害机理作了较为系统、全面的研究，并开始从油气层自身的性质来研究油气层伤害；（2）开始应用物理模型和数学模型研究伤害机理；（3）研制了不同类型的动态模拟装置；（4）相继发展了近平衡压力钻井、负压钻井和负压射孔等新技术；（5）电镜扫描成为研究伤害机理的重要手段。
3．20世纪90年代至今
20世纪90年代至今是保护油气层各项技术大发展阶段。这个阶段，机理性、智能性分析，预测、评价技术以及钻井、完井、采油各个作业环节中的保护油气层工作都得到了突飞猛进的发展，主要表现为：（1）机理分析已由定性、半定量向着定量发展；（2）逐步利用数值模拟和人工智能专家系统实现油气层伤害的机理性预测和评价；（3）在岩相分析技术方面，发展和应用了矿物学分析技术、X射线荧光分析技术、CT扫描技术、岩相图像分析等；（4） 防止油气层伤害的新措施不断出现；（5） 三次采油和水平井保护油气层技术兴起。
目前，国外保护油气层主要进行以下几方面的研究：（1）模拟地层条件下的油气层伤害程度和机理研究；（2） 地层孔隙压力和破裂压力的准确预测与随钻监测研究；（3）油气层岩性和物性的预测与随钻监测研究；（4）研究保护油气层效果好、适用范围广、负面影响小的钻井液、完井液及相应的添加剂；（5） 射孔、油气层改造和测试联作技术的进一步完善和提高；（6）计算机在保护油气层技术中的应用研究。（二）油气层伤害机理研究进展
国外专家对油气层伤害机理进行了深入的系统研究。通过模拟条件装置来研究伤害机理，确定伤害油气层的定量指标。把油气层伤害机理归纳为22项：（1）润湿性改变；（2）水锁；（3）凝析气层液锁；（4）气锥或水柱；（5）毛管压力的改变；（6）黏土膨胀；（7）微粒运移；（8）伊利石云母破碎解体；（9）无机盐沉淀；（10）注2CO导致无机盐沉淀；（11）酸化引起的沉淀；（12）碳酸盐溶解沉淀；（13）外来固相的堵塞；（14）油气层固相物堵塞；（15）力学机制引起的堵塞；（16）酸渣堵塞；（17）蜡堵；（18）乳状液堵塞；（19）细菌堵塞；（20）沥青沉淀；（21）含水饱和度升高使油相流动阻力增大；（22）气井中含油饱和度升高使气相流动阻力增大。
另外，国内专家开始研究应力和变形对油气层伤害的影响。对润湿性、pH值、含盐量等因素对油气层伤害的影响也进行了深入的研究。
对油气层伤害机理进行科学的诊断是对油气层实施有针对性的保护技术的前提条件。因此，国外石油工程界对伤害机理的研究高度重视。近年来在以下几个方面的研究又取得了新的进展。
1．固相侵入引起油气层伤害研究
国外学者着重研究了钻井液中固相的平均粒径、固相浓度、油气层渗透率和正压差等因素对渗透率伤害程度和有效伤害深度的影响。同时对颗粒沉积引起渗透率下降的物理过程进行了探讨。固相颗粒在油气层中的沉积是造成油气层渗透率下降的一个重要原因。颗粒沉积引起渗透率下降的过程包括：表面沉降、孔隙桥堵、内泥饼和外泥饼的形成。其机理可分为表面沉积机理和孔隙架桥机理。
2．黏土矿物水化膨胀和分散运移引起的伤害
S．Karaborni等人针对保护油气层问题，依据分子动力学原理，采用蒙特卡罗分子模拟方法研究了钠蒙脱石的水化膨胀机理。模拟结果表明，大多数钠蒙脱石在水化后有4种不同的稳定状态。
而主要影响因素包括油气层流体的流速、化学组成、pH值和温度以及油气层黏土矿物的组成、微观结构、可交换阳离子的组成等。研究表明，黏土引起的油气层伤害不仅取决于黏土的总含量，还取决于其组成、微观结构和形态。
在油层物理与石油地质的分析中，当在油气层孔喉中测到有高岭石矿物颗粒充填时，通常认为油气层伤害的机理是微粒运移。然而研22究发现，在低温下并不是微粒运移，而是高岭石被NaO氧化。而氧化反应的过程正是地层微粒从高岭石母体上被逐渐分散和解离的过程。
3．聚合物吸附引起的油气层伤害
钻井液中聚合物处理剂侵入油气层后，其链状分子在孔喉处形成多点吸附，其结果对渗透率下降有很大影响。Audibert.A等人对此进行了专门研究。聚合物处理剂既是有效的增黏剂，同时又可通过对泥饼的堵孔作用起降滤失的作用。但是，采用CT扫描技术进行测定结果表明，无论是黄原胶生物聚合物还是淀粉类聚合物，都会对油气层岩心渗透率造成一定的伤害。这主要是因为一部分聚合物会侵入油气层，甚至油气层深部。
由于这部分聚合物的分子链吸附在某些孔喉处，因而会在不同程度上对油气层造成伤害。用岩心流动实验可进一步证实，大多数聚合物是通过堵塞孔喉和提高剩余水饱和度对油气层造成伤害的，其伤害程度与聚合物的结构、分子量及吸附量等因素有关。侵入油气层的聚合物分子链刚性越强，分子量和吸附量越大，则对渗透率的伤害越严重。在相同实验条件下，几种聚合物处理剂的吸附量排序为：淀粉≥黄原胶≥PAC（聚阴离子纤维素）≥TC（抗高温聚合物）。为减轻聚合物对油气层的伤害，必须控制随滤液一起侵入油气层的那部分分子链所占的比例，尽量通过调整其结构使大多数分子链沉积在泥饼上而参与对泥饼的堵孔作用。二、国内保护油气层技术研究概述
我国的保护油气层工作起步较晚，真正有意识地将保护油气层提到石油系统的工作日程上是在20世纪80年代。经由“七五”到“十三五”的科技攻关，已取得了巨大进展，尤其是20世纪90年代以来，发展开始加快，获得了明显的经济效益。（一）油气层伤害分析评价技术
油气层伤害分析评价技术在“八五”和“九五”期间取得了突破，至“十二五”“十三五”进一步得到了发展。主要表现在：（1）室内评价技术更加符合油藏实际条件；（2）多种评价资料的综合解释及评价方法进一步优化；（3）油气层伤害微观机理的深化与量化；（4）宏观研究领域的拓宽；（5）机理性分析保护数据库和知识库的建立；（6）伤害机理研究逐步向数值模拟和智能化软件技术方向发展；（7）机理分析为油气服务的趋势加强。
油气层伤害评价技术具体包含了以下四个方面的技术和方法：（1）岩类学分析定性评价油气层伤害。岩类学分析主要是利用现代化的仪器，选择有代表性的岩心做岩类学分析，从而了解地层孔隙中的矿物类型、数量、分布及孔隙结构等。进而分析油气层伤害和原因和可能存在的潜在伤害。分析方法包括：①X射线衍射分析，确定地层中黏土矿物类型及含量；②薄片鉴定，分析粒径和孔隙大小，确定岩石结构和构造；③电镜扫描分析，观察岩石结构，进行半定量元素分析；④原子吸收光谱分析和电化学分析；⑤CT扫描，做透视分析；⑥常规岩心分析，测定孔隙度、渗透率和饱和度。（2）浸泡实验定性评价油气层伤害。浸泡实验也叫静态敏感性评价实验，是比较简单的室内实验评价方法。可以选择钻井液、完井液、修井液和酸化压裂液等作为实验液体。首先烘干地层岩心，然后抽真空饱和实验流体，或者用离心机高转速离心饱和，或者在压差作用下向岩心注入滤液；然后在滤液中浸泡24h。浸泡前后，用岩类学方法分析岩心，取得数据，比较浸泡前后岩心中矿物溶解和沉淀情况，测定岩心中的化学组分对实验化学剂的敏感性，定性判断伤害程度。（3）岩心流动实验定量评价油气层伤害。岩心流动实验能模拟高温高压条件下油气层的实际伤害过程，通过测定流动前后渗透率的变化，定量评价油气层伤害。（4）矿场试验定量评价油气层伤害。前面三种油气层伤害评价方法主要用于优选流体。但由于各种原因，钻井、修井及完井等作业过程仍可能产生油气层伤害。用矿场试验结果确定油气层伤害程度，结合原因分析，就可以确定增产措施。一般而言，有三种矿场试验方法：①测井；②产能测试；③压力恢复试井。（二）优化钻井与完井工艺保护油气层技术（1）优化钻井液、完井液保护油气层技术。目前我国针对七种油气藏特点，已经形成水基、油基和气体型三大类近百种配方 。其中，30种配方已基本满足了各类油气藏保护油气层的需要。（2）钻井屏蔽暂堵技术。钻井屏蔽暂堵技术于20世纪90年代初由我国率先研制成功，现已在全国各油区推广应用，取得了较好的经济效益。（3）完井射孔作业中保护油气层技术。20世纪90年代以来，我国射孔技术迅速发展，开展了负压射孔及优质射孔液的现场试验。目前，射孔优化设计、油管输送式射孔、射孔测试联作技术已大量应用并实现了国产化。第二节 保护油气层技术特点及发展方向一、保护油气层技术特点
保护油气层技术是一项涉及多学科、多部门的系统工程技术。认识油气层、保护油气和开发（含改造）油气层要注意以下三个方面的特点：（1）该工作是一项系统工程，各个作业环节都存在油气层伤害，因此各项保护油气层技术要互相配合，按系统工程进行整体优化；油气层伤害的诊断、预防、处理、改造也是一项系统工程；保护油气层技术和经济效益密切相关。（2）针对性。保护油气层技术的针对性很强，油气层特征不同（储层岩石、矿物组成、物性特征、流体性质等），作业特征及其开发方式不同，油气层产能不同。（3）高效性。保护油气层技术投入少、产出多。保护油气层单井投入相对较低，实施保护技术后对于一个高产井每提高1%的产量就意味着巨大的经济效益。二、保护油气层技术的发展方向
当前，保护油气层技术面临诸多挑战。首先是研究对象的复杂化与极端化，包括高孔高渗油气层保护问题、低孔低渗油气层保护问题、致密气藏的保护问题、裂缝型油气层的保护问题和高压深井油气层的保护问题等。其次是伤害机理研究的复杂化与系统化，包括高温高压条件下的伤害机理研究、特殊作业和特殊处理剂对油气层伤害的机理研究以及特殊油气层伤害机理与特点研究。再次是敏感性实验内容向多元化发展，包括应力敏感性、裂缝敏感性、单因素人造岩心敏感性和高温高压工况下的敏感性等。最后，钻井工艺、水泥浆技术及各类油气藏开发、工艺技术也在不断丰富和发展。
下面就欠平衡钻井技术、泥浆转化为水泥浆技术、钻井液及添加剂的评价与优化技术、采油过程中的保护油气层技术、稠油油藏的保护油气层技术、低渗透油藏的保护油气层技术以及水平井开发保护油气层技术等进行简单介绍。（一）欠平衡钻井技术
欠平衡钻井技术是指在保持井内静液柱压力低于地层孔隙压力条件下的钻井技术。它主要有以下几个方面的优点：（1）降低过平衡压力钻井时钻井液对油气层的各种伤害；（2）减少或避免了井漏、压差卡钻等事故的发生；（3）延长钻头寿命，提高机械钻速，降低成本；（4）在钻井的同时能通过试井评价产层的生产能力和地层的性质，有利于迅速发现和保护油气层。这项技术的重点是研究使用低密度钻井流体。
通过研究和实践可将低密度钻井液分为：空气、雾、充气流体和泡沫流体四种。只要地层条件和井下条件允许，在低压油气层采用泡沫流体是目前最好的方法。据美国从事钻井作业的油公司调查，1994年采用低密度钻井流体钻的井数占当年美国钻井总数的7.2%，1995年达到10%，1997年该类井占钻井总数的15% ，2000年上升到20%，2005年该类井数占到了钻井总数的30%。我国低密度钻井流体技术广泛应用于新疆、四川、华北、辽河、长庆、青海等油区，重点是进行泡沫钻井完井，已取得了较好的进展。近年来，胜利油区先后在草桥、孤南等潜山钻进中使用可循环泡沫钻井液，效果较好，解决了低压漏失层钻探的问题，并有效地保护了油气层。实践表明，在负压钻井条件下，井眼稳定是关系到整套工艺能否实施的重大问题；地层条件的选择和钻井液类型的确定至关重要。大港油田液体欠平衡钻井现场见彩图1－1。彩图1-1 大港油田液体欠平衡钻井现场（二）泥浆转化为水泥浆技术
泥浆转化为水泥浆技术是在钻井结束后，通过一定技术措施，直接把环空内的泥浆和井壁表面的泥饼转化为可封固井眼并能支撑套管的胶结材料。由于转化后的水泥浆与钻井泥浆和泥饼的相容性好，不仅可以减少或消除顶替不充分等问题，而且还能降低固井成本，加强环境保护。因此，该技术已成为目前钻井和固井领域最具吸引力的研究方向之一。目前，泥浆转化为水泥浆的主要做法是，利用高炉矿渣作为胶结剂，通过向完井泥浆中加入磨细的高炉矿渣和激活剂，形成胶质的矿渣浆代替传统的波特兰水泥进行固井作业。高炉矿渣的主要23组分是硅酸钙（镁）和硅铝酸钙（镁），化学成分属CaO－AlO－2SiO系统，其物理结构主要由玻璃相组成，因此添加适量的化学激活或热激活物质，能发生水化反应形成胶凝体，增加抗压强度。实验表明，聚合物—铵盐泥浆、海水聚合物泥浆、正电胶泥浆等经处理后均可转化为水泥浆。其稠化时间、抗压强度等都能达到固井要求 。（三）钻井液及添加剂的评价与优化技术
目前，国内外钻井液及添加剂的评价与优化技术主要围绕油气层保护、稳定井壁、提高钻速、降低成本和有利于环保等方面发展。有利于油气层保护的钻井液及添加剂有以下几种：被认为是替代油基泥浆首选体系的阳离子聚合物钻井液；用以替代低毒矿物油而发展的合成钻井液；可增加钻井液润滑能力及减少卡钻的乙二醇钻井液；全油基钻井液、碳酸钾钻井液、正电胶钻井液等。（四）采油过程中的保护油气层技术
采油过程中，主要考虑各种入井液及工艺措施的优选。射孔液优选主要围绕稳定黏土、防止固相侵入、降低滤失和表面张力及酸溶解堵等多方面进行研究。常用的射孔液有无固相清洁盐水、无固相聚合物盐水、暂堵性聚合物射孔液、阳离子有机聚合物射孔液及低浓度酸液等。完井方法则大力提倡负压射孔、油管输送式射孔及射孔测试联作技术。修井作业中，国外试验成功了许多解除油气层伤害的新方法；采取负压返冲选泡眼、负压脉冲工艺、降压酸化排酸管柱以及超声波除垢防垢、解堵；用多元酶体系解除聚合物伤害；用可聚合的超薄薄膜控制微粒运移；用细菌处理解决结蜡问题等。压裂过程中，采用高能气体压裂、水力化学压裂和深度水力压裂，创造出长通道、宽裂缝，达到保护油气层、增加产量的目的。（五）稠油油藏的保护油气层技术
稠油热采过程中的保护油气层问题从20世纪90年代开始得到人们更多的关注。目前主要是利用实验室岩心试验和各种模拟试验，研究稠油热采过程中温度对油气层伤害的影响以及伤害机理、伤害特征等。研究表明，矿物溶解、矿物转变、润湿性转变和乳化物形成是稠油热采过程中最主要的伤害原因，并提出了温敏这一新概念。如在一定温度下，高岭石和石英反应生成水敏性黏土矿物——蒙脱石，当溶解的矿物向油藏深处运移时，随温度下降可在油层沉淀，形成结垢。温度的变化还会使许多因素发生变化，主要有：（1）渗透率随温度的变化；（2）微粒释放和捕获速率常数的变化，研究表明，微粒释放速率随温度增加而增加；（3）颗粒的界面转换，温度的增加加速了水湿颗粒的转换；（4） 矿物溶解和沉淀速度常数随温度而变化；（5）颗粒和孔壁表面的润湿性变化。模拟研究表明，颗粒为中性润湿时，油气层伤害最为严重。热采过程中，当热流体注入油藏驱替原油时，由于热分散作用，逐渐变热的流体将和地层微粒接触，润湿性发生转变。当经过中间润湿状态时，颗粒往往集中于界面，油气层伤害最为严重。因此，油藏内地温梯度前缘的推进会形成严重伤害带。热采过程中，地层伤害防护措施有以下六种：（1）蒸汽开采时，注入蒸汽的pH值控制在8～9，温度控制在150～200℃为最佳条件。此时黏土膨胀率最低，矿物溶解量最小。（2）注蒸汽之前，需要对凝析液与地层水的配伍性进行研究，另外必须对锅炉给水进行预处理。（3）向锅炉给水适当添加一些流动水源（井水、湖水、循环水等），有助于控制油藏中矿物的反应。（4）采用合理的防砂技术。因为大多数稠油油藏都是松散砂岩，所以稠油防砂技术显得尤为重要。（5）可将高干度蒸汽注入地层，使其部分焦化和就地固结砂层，又不致引起油气层渗透率的过分降低。（6）实施热采之前，必须进行模拟试验及岩心驱替试验，以帮助确定最佳注入浓度、最佳pH值和离子强度等。（六）低渗透油藏的保护油气层技术
低渗透油藏具有油气层物性差、敏感性强等特点。其保护油气层技术除了优化钻井液与完井液以外，主要应用负压钻井技术降低过平衡压力钻井时钻井液对油气层的各种伤害，以及屏蔽暂堵技术和新型地层处理技术。新型地层处理技术主要有高砂比压裂、高能气体压裂、深度水力压裂、复合压裂和干式压裂等。
深度水力压裂是强化开发低渗透油藏最具前景的工艺措施，目前在美国、加拿大广泛采用，效果很好。干式压裂是国外采用的不伤害地层的新技术。这种技术关键是采用二氧化碳混砂机将支撑剂混入液态二氧化碳流，不需要任何传统的携砂液携砂，因而不会有伤害性流体进入油气层，对水敏性地层几乎不会造成可能的伤害 。美国对这项技术进行了对比试验，结果表明，用二氧化碳加砂处理，单井产量是用氮气处理井的两倍、是用泡沫处理井的四倍，增产效果相当明显。砂岩酸是美国近年开发的一种新型酸液，主要用于砂岩油气层酸化作业。它采用膦酸络合物取代盐酸水解氟化盐，这种络合物有五个氢离子，会在不同条件下分解成HV酸，这种酸与氢氟化铵混合后便生成膦铵盐和氢氟酸，即砂岩酸。其特点是：反应速度慢，黏土溶解度小，石英溶解能力强，不利影响小，腐蚀性低，安全性高，适于各种渗透性地层改造。目前，砂岩酸在国外已大量投入使用，并取得了较好的增产效果。我国低渗油气藏大多是砂岩油气藏，所以砂岩酸的应用有着广阔的前景。（七）水平井开发保护油气层技术
水平井油气层伤害机理主要包括：（1）固相颗粒侵入引起的油层堵塞；（2）侵入液相与岩相不配伍；（3）侵入液相与地层流体不配伍；（4）侵入液相进入油层后，改变了近井地带油水分布，导致油相渗透率下降（对低渗透油藏尤其明显），增加了油流阻力。影响水平井伤害的因素包括：（1）浸泡时间；（2）环空返速；（3）钻井液及完井液性能；（4）压差。其中压差是最主要的影响因素。
从20世纪90年代开始，水平井保护油气层技术越来越受到人们的重视，近几年发展更为迅速。根据水平井钻井、完井液设计的特殊要求，分别从钻井液体系、参数选择及钻井技术、完井、增产措施和注采等方面研究水平井保护油气层技术问题。世界范围内的水平井钻井液中，水基钻井液占73% ，油基钻井液占23% ，气体类钻井液占4%。水平井钻井液、完井液的发展趋势是发展水基暂堵型体系。欠平衡压力钻井技术在水平井中应用逐年增加，与常规钻井方法相比，欠平衡钻井技术可使水平井产油量提高十倍。目前来看，采用欠平衡压力钻井技术和正电胶钻井液、生物聚合物钻井液、合成基钻井液进行水平井作业，是国际上流行的也是最有效的方法。复习思考题
1．如何理解保护油气层技术的概念？
2．国外保护油气层技术发展分为哪几个阶段？
3．油气层伤害机理包括哪些方面？
4．保护油气层技术的特点是什么？
5．稠油油藏保护油气层技术为什么要关注温敏效应？
6．低渗透油藏如何从钻井和采油的角度进行保护？第二章 油气层伤害的室内评价第一节 室内评价概述
油气层伤害的室内评价是借助于各种仪器设备测定油气层岩石与外来工作液作用前后渗透率的变化，或者测定油气层物理化学环境发生变化前后渗透率的改变，来认识和评价油气层伤害的一种重要手段。岩心分析是油气层敏感性室内评价和入井液对油气层伤害程度及伤害机理分析的前提，其目的是弄清油气层潜在的伤害因素和伤害程度，并为伤害机理分析提供依据，或者在施工之前比较准确地评价工作液对油气层的伤害，这对于优化后续的各类作业措施并较准确地评价工作液对油气层的伤害和设计保护油气层系统工程技术方案具有非常重要的意义。所以，岩心分析是保护油气层技术系列中不可缺少的重要组成部分，也是保护油气层技术这一系列工程的起始点。一、岩心分析的概念
岩心分析是指利用各种仪器设备来观测和分析岩心一切特性的系列技术。由于岩石是矿物的集合体，岩心分析除对矿物进行组分鉴定外，还可以进行矿物形态、大小、相互排列关系以及孔隙类型、形态、大小、面孔率、孔喉配位关系等方面的分析研究。总之，岩心分析就是对岩石的组成及结构进行分析。二、岩心分析的目的与意义（一）岩心分析的目的（1）全面认识油气层的岩石物理性质及岩石中敏感性矿物的类型、产状、含量及分布特点；（2）确定油气层潜在伤害类型、程度及原因；（3）为各项作业中保护油气层工程方案设计提供依据和建议。（二）岩心分析的意义
保护油气层技术的研究与实践表明，油气层地质研究是保护油气技术的基础工作，而岩心分析在油气地质研究中具有重要作用。
油气层地质研究的目的是，准确地认识油气层的初始状态及钻开油气层后油气层对环境变化的响应，即油气层潜在伤害类型及程度。其内容包括六个方面：（1）矿物性质，特别是敏感性矿物的类型、产状和含量；（2）渗流多孔介质的性质，如孔隙度、渗透率、裂隙发育程度、孔隙及喉道的大小、形态、分布和连通性；（3）岩石表面性质，如比表面、润湿性等；（4）地层流体性质，包括油、气、水的组成，高压物性、析蜡点、凝点、原油酸值等；（5）油气层所处环境，包括内部环境和外部环境；（6）矿物、渗流介质、地层流体对环境变化的敏感性及可能的伤害趋势和后果。
其中，矿物性质及渗流多孔介质的特性主要是通过岩心分析获得，从而体现了岩心分析在油气地质研究中的核心作用。图2－1说明了六项内容之间的相互联系，最终应指明潜在油气层伤害因素、预测敏感性，并有针对性地提出施工建议。图2－1 保护油气技术中油气层地质研究的内容及岩心分析的作用
岩心分析工作可以分为三个阶段：（1）岩心和孔隙类型，流体和流动性能表征；（2）岩石物理模型的建立；（3）用不同方法检验油气层描述。
还应指出，室内敏感性评价和工作液筛选使用的岩心数量有限，不可能全部考虑油气层物性及敏感性矿物所表现出来的各种复杂情况，岩心分析则能够确定某一块实验岩样在整个油气层中的代表性，进而可通过为数不多的实验结果，建立油气层敏感性的整体轮廓，指导保护油气层工作液的研制和优选。三、室内评价的目的和意义
通过室内创造接近油气层条件的油气层岩样流动试验，可以研究油气层潜在伤害、确定避免油气层伤害的方法以及伤害的补救措施。现场计划实施的方案首先要在室内受控条件下进行模拟，以测量控制条件下的岩心响应。在变量变化范围内进行的岩心试验会得出有价值的数据，以深化岩心对流体条件的反应及流体对岩心性质转化的影响的认识。这些数据可用来对导致油气层伤害的过程进行模型辅助分析。这一手段将为判定各种机理在油气层伤害中所起的作用提供重要信息，有助于确定相应伤害作用的各种参数值。这些参数值可用来模拟油气田规模的油气层伤害过程，为快速评价和筛选各种替代方案，以及对现场应用的优化提供有价值的手段，以避免油气层伤害或使伤害降低到最低程度。
油气层伤害的室内评价是借助于各种仪器设备测定油气层岩石与外来工作液作用前后渗透率的变化，或者测定油气层物化环境发生变化前后渗透率的改变，来认识和评价油气层伤害的一种重要手段。它是油气层岩心分析的一部分，其目的是弄清油气层潜在的伤害因素和伤害程度，并为伤害机理分析提供依据。或者在施工之前比较准确地评价工作液对油气层的伤害，这对于优化后继的各类作业措施和设计保护油气层系统工程技术方案，具有非常重要的意义。油气层伤害的室内评价主要包括两个方面内容：（1）油气层敏感性评价；（2）工作液对油气层的伤害评价。油气层伤害的室内评价实验流程框图如图2－2所示。图2－2 油气层伤害的室内评价实验流程框图第二节 岩 心 分 析一、岩心分析的内容
岩心分析是获取地下岩石信息的重要手段，表2－1给出了岩心分析揭示的内容及所用的方法。应用中要根据具体的油气层特点进行选择分析，做到既能抓住主要矛盾、解决实际问题，又要经济实用，注意发挥不同技术的优点，配套实施。表2－1 岩心分析揭示的内容及所用的方法
油气层特征是油气层伤害、解释实验室和现场结果的最基本的信息。代表油气层信息的岩心一般可以从以下四个方面来进行确定：（1）微观尺度数据，包括孔隙及颗粒大小分布、孔喉半径及岩性。（2）宏观（岩心）尺度数据，包括渗透率、孔隙度、饱和度和润湿性。（3）大型（模拟软件网格块）数据，包括电缆测井、地震数据等。（4）巨型（油气层）尺度数据，包括不稳定试井、地质模型等。二、取样要求
岩心分析的样品可以来自全尺寸成形的岩心，也可以是井壁取心或钻屑。经验表明，钻屑的代表性很差，故通常使用成形岩心，而且多个实验项目可以进行配套分析，便于找出岩石各种参数之间的内在联系。
岩石结构与矿物分析、孔隙结构的测定要在了解油气层岩性、物性、含油气性、电性的基础上，有重点地进行选样分析。
铸体薄片的样品应能包括油气层剖面上所有岩石性质的极端情况，如粒度、颜色、胶结程度、结核、裂缝、针孔、含油级别等，样品间距1～5块/m，必要时加密。X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析样品密度大约为铸体薄片的1/3～1/2，对油气层要加密，水层及夹层进行控制性分析。压汞分析的岩样，对于一个油组（或厚油层），每个渗透率级别至少有3～5条毛管压力曲线，最后可根据物性分布求取该油组的平均毛管压力曲线。
如图2－3所示，最好在同一段岩心上取足配套分析的柱塞。铸体薄片、扫描电镜、压汞分析需在同一柱塞上进行，这有利于建立孔隙分布与孔喉分布参数间的关系，以及孔隙结构与岩性、物性、黏土矿物之间的联系。X射线衍射可以用碎样，但应清除被钻井液污染的部分，否则会干扰实验结果。电子探针分析可用其他柱塞端部，这样在所有分析项目完成后，就能指出潜在的伤害类型及原因，预测不同渗透率级别（油气层类型）的油气层的敏感程度，正确解释敏感性评价实验结果。图2－3 岩心分析取样示意图三、岩心分析的应用（一）X射线衍射
1．X射线衍射分析技术
全岩矿物组分和黏土矿物可用X射线衍射迅速而准确地测定。X射线衍射分析借助于X射线衍射仪来实现（彩图2－1）。彩图2-1 X射线衍射仪
由于黏土矿物的含量较低，砂岩中一般3%～15%。这时，X射线衍射全岩分析不能准确地反映黏土的组成与相对含量，需要把黏土矿物与其他组分分离，分别加以分析。首先将岩样抽提干净，然后碎样，用蒸馏水浸泡，最好湿式研磨，并用超声波振荡加速黏土从颗粒上脱落，提取粒径小于2μm（泥岩、页岩）或小于5μm（砂岩）的部分，沉降分离、烘干、计算其占岩样的质量分数。
2．X射线衍射在保护油气层中的应用1）地层微粒分析
地层微粒指粒径小于37μm（或44μm），即能通过400目（或325目）筛的细粒物质，它是砂岩中重要的伤害因素，砂岩中与矿物有关的地层伤害都与其有密切的联系。地层微粒的分析能为矿物微粒稳定剂的筛选、解堵措施的优化提供依据。除黏土矿物外，常见的其他地层微粒有长石、石英、云母、菱铁矿、方解石、白云石、石膏等。2）全岩分析
对粒径大于5μm的非黏土矿物部分进行X射线衍射分析，可以知道诸如云母、碳酸盐矿物、黄铁矿、长石的相对含量，对酸敏性研究和酸化设计有帮助。长石含量高的砂岩，当酸液浓度和处理规模过大时，会削弱岩石结构的完整性，并且存在着酸化后的二次沉淀问题，可能导致土酸酸化失败。3）黏土矿物类型鉴定和含量计算001
利用黏土矿物特征峰的d值[（001）晶面峰值]鉴定黏土矿物类001型，表2－2列出了各族主要黏土矿物的d值。根据出现的矿物对应衍射峰的强度（峰面积或峰高度），依据SY/T 5163—2010《沉积岩中黏土矿物和常见非黏土矿物X射线衍射分析方法》求出黏土矿物相对含量。001－1表2－2 各族主要黏土矿物的d（10nm）X射线衍射特征4）间层矿物鉴定和间层比计算
油气层中常见的间层矿物大多数是由膨胀层与非膨胀层单元相间构成。表2－3列出了间层矿物的类型，伊利石／蒙脱石间层矿物、绿泥石／蒙脱石间层矿物较常见。表2－3 主要间层黏土矿物类型
间层比指膨胀性单元层在间层矿物中所占比例，通常以蒙脱石层的百分含量表示。由衍射峰的特征，依据行业标准SY/T 5163—2010《沉积岩中黏土矿物和常见非黏土矿物X衍射分析方法》求出间层矿物间层比及间层类型（绿泥石／蒙脱石间层矿物间层比的标准化计算方法待定）。对间层矿物的间层类型、间层比和有高序度的研究有助于揭示油气层中黏土矿物水化、膨胀、分散的特性。应该指出，X射线衍射分析不能给出敏感性矿物产状，所以必须与薄片、扫描电镜技术配套使用，才能全面揭示敏感性矿物的特征。5）无机垢分析
X射线衍射分析技术鉴定矿物的能力在油气层伤害研究中还有广泛的应用。油气井见水后，可能会有无机盐类沉积在射孔孔眼和油管中，利用X射线衍射分析技术就可以识别矿物的类型，为预防和解除垢沉积提供依据。如大庆油田聚合物驱采油中，生产井油管中无机垢4沉积，经X射线衍射鉴定存在BaSO。
此外，X射线衍射分析还用于注入和产出流体中的固相分析，明确矿物成分和相对含量，对于研究解堵措施很有帮助。（二）扫描电镜
1．扫描电镜分析技术
扫描电镜（SEM）分析能提供孔隙内充填物的矿物类型、产状的直观资料，同时也是研究孔隙结构的重要手段。扫描电镜利用类似电视摄影显像的方式，用细聚焦电子束在样品表面上逐点进行扫描，激发产生能够反映样品表面特征的信息来调制成像。有些扫描电镜配有X射线能谱分析仪，因此能进行微区元素分析。扫描电镜如彩图2－2所示。彩图2-2 扫描电镜
扫描电镜分析具有制样简单、分析快速的特点。分析前要将岩样抽提清洗干净，样品直径一般不超过1cm。
2．扫描电镜在保护油气层中的应用1）油气层中地层微粒的观察
扫描电镜分析能给出孔隙系统中微粒的类型、大小、含量、共生关系的资料。越靠近孔喉中央的微粒，在外来流体和地层流体作用下越容易失稳。测定微粒的大小分布及在孔喉中的位置，能有效地估计临界流速和速敏程度，便于有针对性地采取措施防止或解除因分散、运移造成的伤害。2）黏土矿物的观测
黏土矿物有其特殊的形态（表2－4），借此可确定黏土矿物的类型、产状和含量。如孔喉桥接状、分散质点状黏土矿物易与流体作用。对于间层矿物，通过形态可以大致估计间层比范围。表2－4 主要黏土矿物及其在扫描电镜下的特征
3）油气层孔喉的观测
扫描电镜立体感强，更适于观察孔喉的形态、大小及与孔隙的连通关系。对孔喉表面的粗糙度、弯曲度、孔喉尺寸的观测能揭示微粒捕集、拦截的位置及难易程度，对研究微粒运移和外来固相侵入很有意义。
4）含铁矿物的检测
当扫描电镜配有X射线能谱仪时，能对矿物提供半定量的元素分析，常用于检测铁元素，如碳酸盐矿物、不同产状绿泥石的含铁量，因为在盐酸酸化时少量的铁很容易形成二次沉淀，造成油气层的伤害。
5）油气层伤害的监测
利用背散射电子图像，岩心可以不必镀金和镀碳就能测定，在敏感性（或工作液伤害）评价实验前后都可以进行直观分析。对于无机和有机垢的晶体形态、排布关系的观察，还可以为抑垢除垢、筛选处理剂、优化工艺措施提供依据。（三）薄片分析技术
1．薄片分析技术概述
薄片分析技术是保护油气层的岩相学分析三大常规技术之一，也是最基础的一项分析技术。应用光学显微镜观察薄片，由铸体薄片获得的资料比较可靠。制作铸体薄片的样品最好是成形岩心，不推荐使用钻屑。薄片厚度为0.03mm，面积不小于15mm×15mm，要求具有良好的导电性，观测面光洁新鲜。未取心的情况除外，建议少用或不用钻屑薄片，因为岩石总是趋于沿弱连接处破裂，胶结致密的岩块则能保持较大的尺寸，这样会对孔隙发育及胶结状况得出错误的认识。该技术只能用于形态观测，不能确定矿物含量和化学成分。薄片分析过程如动画2－1所示。动画2-1 薄片分析过程
2．薄片分析技术在保护油气层中的应用1）岩石的结构与构造的分析
薄片粒度分析给出的粒度分布参数可供设计防砂方案时参考，当然应以筛析法和激光粒度分析获得的数据为主要依据。研究颗粒间接触关系、胶结类型及胶结物的结构可以估计岩石的强度，预测出砂趋势。对砂岩中泥质纹层、生物搅动对原生层理的破坏也可观察，当用土酸酸化时，这些黏土的溶解会使岩石结构稳定性降低，诱发出砂。2）骨架颗粒的成分及成岩作用的获得
沉积作用、压实作用、胶结作用和溶解作用强烈地影响着油气层的储集性及敏感性。了解成岩变化及自生矿物的晶出顺序对测井解释、敏感性预测、钻井液和完井液设计、增产措施选择、注水水质控制十分有利。3）孔隙特征的分析
薄片分析获得孔隙成因、大小、形态、分布资料，用于计算面孔率及微孔隙率。研究地层微粒及敏感性矿物在孔隙和喉道中的位置及与孔喉的尺寸匹配关系，可以判断油气层伤害原因，并用于综合分析潜在的油气层伤害，提出防治措施。例如，低渗—致密油气层使用高分子有机阳离子聚合物黏土稳定剂时，虽可有效地稳定黏土，但由于孔喉细小，处理剂分子尺寸较大，它同时又伤害了油气层。4）不同产状黏土矿物含量的估计
XRD和红外光谱均不能给出黏土矿物的产状及成因，薄片分析则可说明同一种类型黏土矿物的几种产状（成因）的相对比例。这一点很重要，因为只有位于孔隙流动系统中的黏土矿物才对外来工作液性质最敏感。此外，薄片分析还用于黏土总量的校正，如泥质岩屑的存在可能引起黏土总量的升高，研究中应注意区分。沉降法分离出的黏土受粒径限制，难以反映出较大粒径变化范围（5～20μm）时黏土的真实组成。5）荧光薄片应用
荧光薄片提供油存在的有效储集和渗流空间的性质，如孔隙形状、大小、连通性及裂缝隙发育程度，为更好地了解油气层伤害创造了条件。如彩图2－3中的岩屑溶蚀残余物呈星点状分布。彩图2-3 岩屑溶蚀残余物呈星点状分布（四）压汞法测定岩石毛管压力曲线
由毛管压力曲线可以获得描述孔喉分布及大小的系列特征参数，确定各孔喉区间对渗透率的贡献。
1．基本原理
压汞法由于其仪器装置固定、测定快速准确，并且压力可以较高，便于更微小的孔隙测量，因而它是目前国内外测定岩石毛管压力曲线的主要手段。根据进入汞的孔隙体积百分数和对应压力就可得到毛管压力曲线（图2－4）。压汞仪如彩图2－4所示。压力和孔喉半径的关系为：c式中 p——毛管压力，MPa；r——毛管半径，μm。图2－4 毛管压力曲线I—注入曲线；W—退出曲线彩图2-4 压汞仪
压汞试验所用岩样一般为直径2.5cm、长2.5cm左右的柱塞，测定前将油清洗干净，测定岩石总体积、氦气法孔隙度、岩石密度和渗透率。
2．毛管压力曲线在保护油气层中的应用1）储集岩的分类评价
储集岩分类是评价油气层伤害的前提，同一伤害因素在不同类型的储集岩中的表现存在差异。根据毛管压力的曲线特征参数，用统计法求特征值，结合岩石孔隙度、渗透率、孔隙类型、岩性等可以对储集岩进行综合分类。2）油气层伤害机理分析
油气层微粒的粒度分析、微粒在孔隙中的空间分布及与孔喉大小的匹配关系是分析油气层伤害的关键。例如相同间层比的伊利石／蒙脱石间层矿物，对细孔喉型油层的水敏伤害比中、粗孔喉型油气层严重。3）钻井完井液设计
屏蔽暂堵型钻井完井液技术中架桥粒子的选择，就是依据由压汞曲线获得的孔喉分布。通过对一个油组或油气层不同物性级别岩样的毛管压力曲线测定，构制平均毛管压力曲线。架桥粒子即根据平均毛管压力曲线，考虑到出现的最大孔喉半径，按2/3架桥原理设计的。暂堵型酸化、压裂过程中，暂堵剂粒度的筛选也要参考孔喉分布数据。4）入井流体悬浮固相控制
压井液、洗井液、射孔液、修井液、注入水和压裂液等都涉及固相颗粒的含量和粒径大小控制问题，而控制标准则视油气层储渗质量、孔喉参数而定。研究表明，当颗粒直径大于平均孔喉直径的1/3时形成外泥饼，1/3～1/10时会侵入孔喉形成内泥饼，小于1/10时颗粒能自由移动。5）评价和筛选工作液
油气层伤害的实质是岩石孔隙结构的改变，通过测定岩石与工作液作用前后的岩样毛管压力曲线就能对配伍性有明确的认识。应用高速离心机法可以快速测定毛管压力曲线和储集岩润湿性及润湿性变化，了解工作液作用前后储集岩孔喉分布参数和润湿性变化。（五）岩心分析技术应用展望
尽管用于分析岩心的许多技术早已存在，但石油地质家及石油工程师从未像今天这样共同关心并应和岩心分析技术来深入揭示油气层的微观特性。一些传统技术因使用目的转变，而被赋予新的含义。如铸体薄片技术，从最初便于观察孔隙出发，如今则主要利用其保护黏土矿物不致在制片过程中发生脱落。XRD技术对黏土矿物的研究与认识起到了巨大的推动作用，1985年以前，国内尚无大家接受的黏土矿物含量计算公式，今天从黏土分离提取、数据处理，乃至间层比的计算都已形成石油行业标准，可以说发生了质的飞跃。扫描电镜等一些先进的分析技术，目前的应用与其所能揭示的大量信息相比，技术潜力还有待充分开发。同时，一些新技术正在不断涌现，及时地引入到石油工程领域，解决工程问题已成为地质家及石油工程师的共同使用。表2－5将几种常用技术做一归纳，表明在研究中需要将这些技术组合应用，方能获得岩石性质的全貌。表2－5 几种主要岩心分析技术的特点及应用
新技术的应用主要表现在以下几个方面。
1．傅里叶变换红外光谱分析
采用傅里叶变换红外光谱仪，测定矿物的基团、官能矿物的基团、官能团来识别和量化常见矿物，分析迅速，精度与X射线衍射相似，能定量分析的矿物有石英、斜长石、钾长石、方解石、白云石、菱铁矿、黄铁矿、硬石膏、重晶石、绿泥石、高岭石、伊利石和蒙脱石总和，以及黏土总量，对非晶质物、间层黏土矿物的构造特性分析有独到之处，国外已将其用于井场岩石矿物剖面分析图的快速建立，国内也逐渐成为分析敏感性矿物，尤其是油气层黏土矿物的有力手段，但由于其对鉴定间层黏土矿物的局限性，要完全代替XRD是不可能的。
2．CT扫描技术
将医学上应用的CT扫描技术引入到岩心分析中，主要原理是用X射线照射岩心，得到岩心断面上岩石颗粒密度的信息，经计算机处理转换成岩心剖面图，它可以在不改变岩石形态及内部结构的条件下观察岩石的裂缝和孔隙分布。当固相物侵入岩心时，能够对固相侵入深度及其在孔喉中的状态进行监测，也可以观察岩样与工作液作用后的孔隙空间变化。目前这项技术主要用于高渗透疏松砂岩和裂缝型油气层的伤害研究中，如出砂机理、稠油蚯蚓孔道的形成、侵入裂缝的固相分布、岩心内泥饼的分布形态等。
3．核磁共振成像技术
核磁共振成像技术简称NMRI，它能够观测孔隙或裂缝中流体分布与流动情况，因此对于流体与流体之间、流体与岩石之间的相互作用，以及润湿性和润湿反转问题的研究有特殊意义，是研究油气伤害的最新手段之一。NMRI测井技术发展很快，主要用于剩余油的分布探测，已成为提高采收率的重要评价技术。
4．扫描电镜技术
扫描电镜技术在制样和配件方面发展较快，在扫描电镜上配置能谱仪（EDS）可以对矿物提供半定量元素分析，对敏感性矿物的识别及伤害机理研究有很大的帮助。背散射仪的应用免除镀膜对黏土形貌的改变，更宜于试验前后的样品观察。此外，临界点冷冻干燥法能够揭示黏土矿物在油气层条件下的真实形态。扫描电镜与图像分析仪使用，研究黏土矿物微结构并预测微结构的稳定性，是油井完井技术中心近年来将土壤科学和工程地质理论引入到石油工程中的最新进展。
5．非晶态矿物和纳米矿物学研究
油气层中非晶态矿物有蛋白石、水铝英石、伊毛缟石、硅铁石等，还有比黏土矿物微粒更小的纳米级矿物。它们或单独产出，或存在于黏土矿物晶体之间，起到连接微结构的作用，比表面更大，性质更活跃。研究方法主要有化学分析、电子探针、原子力显微镜等。油井完井技术中心对吐哈盆地丘陵三间房组砂岩高岭石进行电子探针分析，223指出高岭石化学组成很少符合理论组成，SiO、AlO经常过量，这种硅、铝部分以非晶态存在，它们易于溶解并促使高岭石微结构失稳。
6．环境扫描电镜的应用
一般扫描电镜要求在真空条件下进行实验，而环境扫描电镜则可以在气体、液体介质环境下分析样品。国外已开始利用此项技术研究膨胀性黏土矿物与工作液作用的机理，分析黏土矿物间层比和遇水膨胀的关系、水化膨胀和脱水过程的差异等。因此，环境扫描电镜是伤害机理研究和工作液评价的有力手段。目前，我国已引进了这种仪器。
综上所述，岩心分析技术在认识油气层特征、研究油气层伤害机理及保护油气层工程设计中具有广泛的应用。每种技术都有其优点及局限性，实际工作中要具体问题具体分析，并制订一套切实可行的技术路线。各项技术本身在石油工程中的应用还有很大的潜力尚待开发，同时工程实践中也不断提出许多新问题，需要创造性地应用先进技术来解决。
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