滲流電模擬實驗裝置

1. 物理沉積模擬研究方法與步驟

對湖盆沉積砂體的形成與演變依據一定的科學准則對碎屑沉積砂體的形成與演變進行模擬是碎屑岩沉積學發展的重要邊緣分支學科，也是研究碎屑沉積體系分布的一條重要途徑。物理模擬研究就是將自然界真實的碎屑沉積體系從空間尺寸及時間尺度上都大大縮小，並抽取控制體系發展的主要因素，建立實驗模型與原型之間應滿足的對應量的相似關系。這種相似關系建立的基礎乃是一些基本的物理定律。如質量、動量和能量守恆定律等。

1.物理模擬研究的基本步驟

現在看來，碎屑沉積模擬一般可分為物理模擬和數值模擬兩個方面。物理模擬是數值模擬的基礎，可以驗證數值模擬的正確性；數值模擬反過來可以有效地指導物理模擬，使物理模擬具有一定的前瞻性。應當說，物理模擬與數值模擬相輔相成，對實際問題的解決可以起到相互促進的作用。

物理模擬是對自然界中的物理過程在室內進行模擬，其發展歷史已逾百年，在水文工程及河流地貌學上應用較廣，已經初步建立了一套理論基礎和實驗方法。至於開展碎屑沉積砂體形成過程及演變規律的物理模擬，還是近二十年的事情。應當承認，碎屑砂體沉積過程的物理模擬與水文工程的模擬是兩類不同性質的模擬過程。水文工程的物理模擬是在現今條件確定的情況下，預測未來幾十年內河道淤積演變對水文工程的影響，所涉及的時間跨度非常短暫；而碎屑砂體形成過程的物理模擬則是在沉積初始條件基本未知，依靠沉積結果反演沉積條件，從而逼近沉積過程的一種模擬。它所涉及的時間跨度是地質時代，一般在幾千至幾萬年甚至幾十萬年的時段內，因而研究難度比較大。值得指出的是，形成一個碎屑砂體的時間與該砂體形成後所經歷的更加漫長的成岩時間是兩個概念。碎屑物理模擬所考慮的時間是碎屑沉積體系的形成時間。

物理模擬的關鍵是要解決模型與原型之間相似性的問題，也就是說，實驗模型在多大程度上與原型具有可比性是成敗的標准。為此物理模擬實驗必須遵從一定的理論，這種理論可稱之為相似理論。模型與原型之間必須遵守的相似理論包括幾何相似、運動相似及動力相似。

碎屑物理模擬一般都在實驗裝置內進行，物理模擬的方法步驟可概括為如下步驟：

1）確定地質模型。所涉及的參數包括盆地的邊界條件（大小、坡度、水深、構造運動強度、波浪、基準面的變化等）、流速場的條件（流量、流速、含砂量等）、入湖或海河流的規模及分布、沉積體系的類型、碎屑體的粒度組成等。

2）確定物理模型。由於自然界中形成沉積體系的控制因素較多，確定物理模型的關鍵是抓住主要矛盾，而忽略一些次要因素。好的物理模型應當反映碎屑沉積體系的主要方面。物理模型的主要內容是確定模型與原型的幾何比例尺與時間比例尺、流場與粒級的匹配、活動底板運動特徵以及模型實驗的層次。

3）建立原型與模型之間對比標准。實驗開始前應確定每個層次的實驗進行到何種程度為止，是否進入下一個層次的模擬，所以確定合適的相似比十分重要。

4）明確所研究問題的性質。應當明確沉積學基礎問題的研究可以假設其他因素是恆定的，而重點研究單一因素對沉積結果的影響，但實際問題的解決往往是復雜的。各種因素之間是相互制約的，因此必須綜合考慮。一般應從沉積體系的范疇思考問題，而不能僅從某個單砂體著手就事論事。因為單砂體是沉積體系甚至是盆地的一部分。

5）確定實驗方案。即在物理模型的基礎上，進一步細化實驗過程，把影響碎屑沉積的主要條件落實到實驗過程的每一步，特別應注意實驗過程的連續性和可操作性。因為實驗開始後一旦受到某些因素的影響而被迫中斷，再重新開始時，該沉積過程是不連續的（除非在形成原型的過程中確實存在這種中斷），流場的分布將受到較大影響，因此，實驗開始前的充分准備是十分必要的。

6）適時對碎屑搬運沉積過程進行監控。因為沉積模擬研究是對地質歷史中沉積作用的重現，是對過程沉積學進行的研究。所以沉積過程的詳細記錄和精細描述是必需的，只有這樣才能深入研究過程與結果的對應性。

7）過程與結果的對應研究。實驗完成後對沉積結果的研究一般可採用切剖面的方法，對碎屑沉積體任一方向切片建立三維資料庫，並與沉積過程相對應，比較原型與模型的相似程度，從而對原型沉積時的未知砂體進行預測。目前已經做到的對比項目有相分布特徵、厚度變化、粒度變化、夾層隔層的連通性及連續性、滲流單元的分布等。

2.物理模擬的實驗方法

1）確定模擬區的規模及層位。在對模擬原型進行研究的基礎上，根據要求確定模擬的地質層位。若模擬區塊較大或模擬層段較厚，一般要進一步細分，才能保證模擬的精度。

2）確定模型的比尺。一般來說應保持x、y、z三個方向為同一比尺，即物理模型為正態模型，這樣可保證模擬結果的精度較高；若為變態模型，變率一般應小於5。

3）確定實驗裝置的有效使用范圍。當原型與模型的比尺確定後，實驗裝置上有效使用范圍便隨之確定。

4）確定原始底形。按實際資料，將模擬層位以下地層的底形按比例縮至實驗裝置內。

5）確定加砂組成。按模擬層位的粒度分析資料並加以確定。

6）確定洪水、平水、枯水的流量。一般根據模擬原型沉積時的氣候特點，結合現代沉積調查及水文記錄，概化出流量過程線，按流量過程施放水流。

7）湖水位控制。根據原型研究，按比例選擇合適的初始沉積時的湖水深度，另外，應確定每一階段的沉積過程是否在高位體系域、低位體系域或是水進水退體系域內進行，最好明確一種體系域變化為另一種體系域的時間長短，即變化速率，因為這關繫到實驗過程中湖水位的調節。

8）確定加砂量。一般洪水、平水、枯水的加砂量明顯不同，加砂量的確定應與流量過程匹配，並考慮水流能夠搬運為原則，同時應明確實驗過程為飽和輸砂還是非飽和輸砂。

9）含砂量控制。此參數是儲集砂體地質研究中不能獲得的參數，一般採用現代沉積調查的結果進行類比，按洪水期、平水期、枯水期分別設計，也可以設計為一個區間，按流量調節。

10）河道類型。國外物理模擬研究在實驗開始前，一般在原始底形上塑造模型小河，以使水流首先有一流道。該模型小河對以後的沉積作用不產生太大的影響。隨著實驗的進行、水流會自動調整。但一般若原型資料較好，在縮制原始底形時，已存在水流的通道不需要設置模型小河。

11）確定河岸組成。在需要設置模型小河時，應考慮河岸的組成，因為這關繫到河岸的抗沖性以及河道的遷移和決口。一般應考慮原型的特徵來設計。

12）活動底板控制。活動底板運動是地殼運動在實驗室內的表現，它從宏觀上控制了沉積作用的特徵和樣式。首先應明確原形沉積時構造運動的類型與性質、構造運動的強度與時期，這涉及活動底板運動的幅度和速率是否造成斷層及斷距的大小等。

13）過程監控。由於沉積模擬研究是對砂體的形成過程進行研究，所以實驗全過程的監控是分析對比過程與結果必不可少的，國內外一般採用與時間同步的電動照相機和對實驗過程全程錄像的方法，輔以詳細的觀察描述來對實驗過程進行跟蹤監控。

14）過程細化。將實驗過程細化為若干個沉積期，每一個沉積期對應一個單砂體或一個砂層組，每一期沉積過程結束後，詳細測量各種參數、邊界形態等。

15）剖面研究。實驗完成後，對沉積砂體進行縱、橫剖面的切片研究，並與過程相對應，最終與原型砂體進行對比，檢驗實驗結果的准確性。

16）整理各類資料、數據，為數值模擬研究提供必要的信息。

3.物理模擬的標准

碎屑沉積過程物理模擬成功與否的判別標准就是實驗模型與原型相似程度的高低。在油氣勘探階段，可以與地震剖面和測井曲線所反映出來的砂體類型和砂岩厚度進行對比。在油氣開發階段，可以與測井曲線和開發動態相比較。目前各類靜態參數（粒度、厚度、連續性、連通性、砂體延伸方向和規模、沉積相類型等）的符合率一般為70%，動態方面的對比尚沒有深入研究。

4.物理模擬的局限性

（1）尺度的限制

任何物理模擬實驗裝置由於受到場地及裝置大小的限制，不可能無限制地擴大規模。如果原型的幾何規模比較大，要想在室內實現模擬，就只有縮小比例，而任何比尺的過度縮小，都將造成實驗結果的失真和變形，導致原型與模型之間相似程度的降低。根據目前實驗水平，一般x、y方向的比例尺控制在1∶1000之內較合適。z方向的比尺控制在1∶200之內比較理想。實際工作中，一般使x、y、z方向比尺保持一致，即選用正態模型准確性較高。某些情況下，根據原型的形態特點，x、y、z方向的比尺允許不一致，即選用變態模型，但二者相差不宜太大，否則容易造成實驗結果的扭曲。

（2）水動力條件及氣候條件的限制

自然界碎屑沉積體系形成過程中，水動力條件非常復雜，有些條件在實驗室內難以實現，如潮汐作用、沿岸流、水溫分層、鹽度分異以及沉積過程中突然的雨雪氣候變化等影響因素，這些都在一定程度上影響了實驗過程的准確性。

（3）模型理論的限制

在物理模擬相似理論中，諸多相似條件有時並不能同時得到滿足，而某個條件的不滿足就可能導致實驗結果在一定程度上失真。例如，要使模型水流與原型水流完全相同，必須同時滿足重力相似與阻力相似，但二者是一對矛盾；又如懸浮顆粒的運動，現有模型中關於沉降速度的相似條件有沉降相似和懸浮相似，很顯然，二者也不可能同時滿足。因此實驗方案設計中，提取起主要作用的因素顯得十分重要。

盡管碎屑沉積體系的物理模擬存在上述許多局限，但它在促進實驗沉積學的發展、研究碎屑體系形成過程及演變規律、預測油氣儲集砂體的分布方面愈來愈顯示出它獨特的優勢。

2. 水合物滲透率的測定

滲透率是反映多孔介質的滲流能力的參數，是影響天然氣水合物分解後的產氣速度的重要因素。因此，在天然氣水合物的開采利用階段，含水合物沉積層的滲透率以及初始天然氣水合物飽和度、生產壓力等都將對天然氣水合物的開采效果產生重要影響。

實驗裝置

實驗裝置的水合物生成與驅替部分採用同一個容器，即水合物生成後可以立即進行驅替試驗，測定該種狀態下的滲透率。容器的溫度由外部夾套中的冷卻水控制，溫度范圍為-30℃至室溫。容器的最高工作壓力為30MPa，工作溫度范圍為-30～30℃，內徑為60mm。驅替壓差採用高靜壓差壓變送器，同時採用壓力感測器測量兩端的壓力，以便在壓差超出差壓感測器的測量范圍時，可以直接測量兩端壓力以求出壓差。由於壓力感測器的精度等級為0.05，所以在30MPa的量程下，其最小解析度為15kPa，差壓感測器的量程應取150kPa。趨替動力採用MOSTB精密平流泵，在雙機輪替的工作模式下，可以確保驅替壓力波動小於0.01MPa，同時，通過計算機控制系統設定泵的控制參數及取回數據。圖75.12為整個裝置系統的示意圖:

圖75.12 水合物滲透率測定裝置示意圖

實驗技術與方法

在實驗裝置內可模擬低溫高壓環境下在沉積物中生成天然氣水合物，實驗過程中使用TDR技術測量沉積物中的含水量，以此確定沉積物中天然氣水合物的飽和度，在不同天然氣水合物飽和度情況下，測量水的滲透率。水合物與容器內壁間採用導熱橡膠套隔開，目的是阻斷水合物與容器內壁間可能的流道，以確保驅替液體確實是通過水合物的內部通道。考慮到TDR的測量精度，確定的反應區長度取為150mm，TDR探針同時作為熱電阻的載體。在測定的反應區外，考慮到不能產生管道阻塞的現象，兩端必須保持有不生成水合物的區域，這兩個區域設定為50mm，具體試驗中的長度由TDR測試結果實測計算得出。具體實驗步驟如下:

1)反應容器內預先裝填好沉積物並壓實;系統抽真空後，在飽和水容器中，制備指定壓力下的飽和水。此時的壓力將在整個水合物生成過程中穩定不變。

2)背壓閥全開，啟動平流泵，使飽和水在系統中循環流動，以便飽和水充分浸潤沉積物。

3)關閉平流泵，同時關閉反應容器兩端的閥門以穩定容器內壓力，啟動製冷，開始水合物的生成。同時採集溫度及TDR數據。

4)水合物生成結束後，可開始水滲透率的測試。設定驅替壓力差，動態控制平流泵出口壓力，保持壓差恆定。紀錄壓差、流量，以及溫度和TDR數據。

5)通過下列公式計算含水合物樣品的水滲透率:

岩石礦物分析第四分冊資源與環境調查分析技術

式中:k_a為水滲透率，μm²;q_w為水的流量，mL/s;μ_w為測定溫度下水的黏度，mPa·s;L為試樣的長度，cm;A為試樣截面積，cm²;p₁為試樣進口壓力，MPa;p₂為試樣出口壓力，MPa。

6)同時，根據TDR波形，計算多孔介質中水合物的飽和度，由此得出不同水合物飽和度情況下試樣的水滲透率，了解水滲透率隨水合物飽和度的變化趨勢。

3. 海相碳酸鹽岩儲層損害的室內評價及損害機理

當儲層受到損害時，宏觀上表現為滲透率下降，有效滲透率的下降包括絕對滲透率的下降（即滲流空間的改變）和相對滲透率的下降。滲透空間的改變包括：外來固相侵入、水敏性損害、酸敏性損害、鹼敏性損害、微粒運移、結垢、細菌堵塞和應力敏感損害；相對滲透率的下降包括：水鎖、鹼敏、潤濕反轉和乳化堵塞等。從微觀上講，影響儲層滲透率的內在因素主要包括：岩石礦物組成、結構、構造、儲集空間結構、岩石表面潤濕性、流體性質；儲層損害的外因主要指：入井流體性質、壓差、溫度和作業時間等。到目前為止，還沒有真正形成一套系統的海相碳酸鹽岩儲層保護的實驗技術和方法，大部分工作都是借鑒碎屑岩儲層保護的研究思路和方法。

3.5.1.1 儲層損害的室內評價

儲層損害評價技術包括室內評價和礦場評價，室內評價的目的是研究油氣層敏感性，配合進行機理研究，同時對即將採用的保護技術進行可行性和判定性評價，為現場實施提供依據。圖3-167是儲層損害室內評價實驗流程框圖，常規的儲層損害室內評價方法主要是通過獲取所研究地區儲層岩心或採用標准岩心，在模擬儲層現場條件的情況下，進行岩心流動試驗，在觀察和分析所取得試驗結果的基礎上，研究岩心損害的機理。

中國海相油氣勘探理論技術與實踐

式中：K為初始滲透率（升高圍壓曲線起始點），10^-3μm²；K_min為最低滲透率（一般為升圍壓曲線終止點），10^-3μm²；Δσ為有效應力變化值，MPa。評價應力敏感性的定量指標：R_σ為3～2，2～1，1～0時，損害程度分別為弱，中，強。

傳統的油層損害的損害度R，只是岩樣滲透率降低的百分率，沒有考慮有效應力的變化幅度。不能直接反映有效應力的影響。應力敏感性損害度R_σ，則反映了有效應力變化因素，更具科學性和實用性。

（3）工作液對儲層的損害評價

主要指藉助各種儀器設備，預先在室內評價包括鑽井液、完井液、壓井液、洗井液、修井液、射孔液、壓裂液、酸化液等工作液對油氣層的損害程度，達到優選工作液配方和施工參數的目的。

1）工作液的靜態損害評價。該方法主要利用各種靜態濾失實驗裝置測定工作液靜態濾失系數和工作液濾入岩心前後滲透率的變化，來評價工作液對油氣層的損害程度並優選工作液配方。實驗時，盡可能模擬儲層溫度和壓力條件。用式來計算工作液的損害程度：

中國海相油氣勘探理論技術與實踐

式中：R_s為損害程度；K_o為損害後岩心的油相有效滲透率，μm²；K_o為損害前岩心的油相有效滲透率，μm²。

R_s值越大，損害越嚴重，評價指標同表1。

2）工作液動態損害評價。在盡量模擬地層實際條件下，評價工作液對油氣層的綜合損害，為優選工作液配方和優化施工工藝參數提供科學依據。動態損害評價與靜態損害評價的區別在於：靜態評價時，工作液處於靜止狀態，而動態評價時，工作液處於循環或攪動的運動狀態。採用多點滲透率傷害評價儀還可以測定工作液浸入岩心後的損害深度和損害程度。

3.5.1.2 中國海相碳酸鹽岩油氣層損害機理

由於海相碳酸鹽岩和砂岩在成因上的不同，儲層在礦物組成、儲集空間和儲滲性能方面有很大的差別。

●碳酸鹽岩儲層的裂縫相對砂岩較為發育，使得儲集空間體積的總孔隙度一般很低，但局部孔洞縫發育帶的孔隙度和滲透率值很高，其孔隙度和滲透率之間的相關關系不如孔隙型儲層。

●碳酸岩儲層和碎屑岩儲層中的敏感性礦物類型、含量和產狀有著很大的差別。碎屑岩儲層中的敏感性礦物主要是黏土礦物，且通常位於外來流體和儲層中本身流體首先與之接觸的粒表、粒間暴露處，因而敏感性礦物，特別是黏土礦物，是碎屑岩儲層敏感性的主要內因。而碳酸岩儲層黏土礦物含量較少，並且主要是沉積成因，與碎屑岩中的黏土礦物相比，在岩石中分布相對均勻，而孔喉的表面和裂縫的縫面通常不具有優勢分布，因此由黏土礦物所造成的「外來流體與地層岩石不配伍」傷害比碎屑岩要弱得多，但碳酸岩或白雲岩儲層有本身特徵的敏感性礦物，如鐵方解石、鐵白雲石等，遇酸會釋放大量的Ca²⁺、Mg²⁺離子，Mg²⁺離子在鹼性條件下比Ca²⁺離子相對易於沉澱，形成Mg（OH）₂沉澱，黃鐵礦和鐵方解石和鐵白雲石遇酸後會釋放出鐵離子，在鹼性環境下易形成Fe（OH）₃沉澱。因此，儲層有潛在的較強酸鹼性。

●裂縫作為主要滲流通道的儲層，其滲透率大小直接決定著儲層的產量。裂縫的平、直、寬特點，使其通常具有較高的流體通過能力，固相顆粒易侵入儲層較深部位，而侵入的濾液則在裂縫壁上形成泥膜，使孔喉明顯縮小。

●在生產過程中由於孔隙壓力不斷下降，上覆岩層負荷應力與孔隙壓力之間的差值（即有效應力），可使裂縫在高圍壓下閉合，使滲透通道縮小，造成傷害。

一般認為，碳酸鹽岩油氣層的損害主要是外來固相侵入、濾液侵入、應力敏感等。固相顆粒及濾餅是造成碳酸鹽岩裂縫型油氣層損害的主要因素，水相圈閉和濾膜是損害孔隙型碳酸鹽岩油氣層的主要因素。裂縫-孔洞型碳酸鹽岩油氣層一般基質滲透率很低，裂縫是主要儲集空間和滲流通道，因此工作液對基質的入侵可忽略，應集中考慮裂縫可能受到的損害。從儲層保護的角度，根據儲層裂縫在油藏條件下的寬度對這些裂縫進行分類：一類是由中—小裂縫組成的儲層，所謂中裂縫指寬度介於10～100μm的裂縫；小裂縫指寬度介於1～10μm的裂縫；而微裂縫指寬度小於1μm的裂縫，因其與岩塊基質的平均孔隙、直徑相近，可列入基質孔隙范疇；另一類為大裂縫儲層，指裂縫的寬度大於100μm的裂縫。油氣層岩性可分為泥質碳酸鹽岩和灰質碳酸鹽岩。濾液和固相顆粒堵塞是損害碳酸鹽岩油氣層的共同因素；但裂縫寬度不同和岩性差異導致的化學組成不同；損害機理不盡相同；較大裂縫主要是固相堵塞造成的損害，液相損害對泥質碳酸鹽岩裂縫更為嚴重。對於碳酸鹽岩油氣層（特別是氣層）中的微裂縫，水鎖損害尤為嚴重，原始含水飽和度、滲透率、儲層潤濕性和界面張力均有較大影響。

（1）固相顆粒浸入

儲層壓力條件下，對裂縫寬度大於100μm的儲層，在鑽井施工中遇到的最大問題是儲層漏失，其漏失的原因可能有如下類型：①正壓差下的漏失；②重力誘導型漏失；③置換性漏失；④溶洞性漏失；⑤其他漏失（漏失同層、邊噴邊漏、地下井噴等）。這些漏失造成最嚴重的地層傷害是固相傷害。由於在鑽井液中90%的固相顆粒粒徑小於50μm，所以當裂縫的直徑大於50μm時，幾乎所有的固相可進入裂縫中，造成嚴重的填充堵塞。

（2）儲層流體敏感性

在鑽井完井過程中，侵入的濾液與儲層中的礦物發生物理化學作用，引起儲層滲透率的變化，稱之為儲層的流體敏感性。敏感性礦物包括黏土礦物和非黏土敏感性礦物。王欣等從微粒的受力分析出發，從理論上討論了重力、范氏力、雙電層力和水動力對微粒的影響，並著重研究了微粒水化分散、運移的臨界濃度和臨界啟動速度等多種影響因素。引起速敏傷害的可運移微粒，既有黏土礦物微粒，也有方解石、鈣長石等其他非黏土礦物的地層微粒。

現階段對儲層流體敏感性損害機理的認識主要集中在由於黏土礦物遇水膨脹，或微粒分散運移而導致地層孔隙度和滲透率下降。Land等指出，盡管做了數百塊岩心實驗，仍未能建立蒙脫石含量與水敏損害程度的關系，即蒙脫石膨脹與引起地層損害沒有直接的關系，這意味著不含膨脹性黏土礦物的地層也會受到損害。

（3）應力敏感性

Duan對不經打磨的自然裂縫（儲層的自然裂縫和地面露頭的自然裂縫以及大量的人造裂縫）表面特性進行了深入分析，並對自然裂縫的應力敏感性進行了數值模擬，建立了裂縫-孔隙型儲層應力損害的分析方法和評價方法。

蔣官澄對裂縫型儲層的應力敏感性進行了研究，通過對裂縫型儲層的滲透率和裂縫寬度與有效應力之間的關系進行回歸分析，認為裂縫型碳酸鹽岩儲層還存在著應力敏感性和滯後效應。景岷雪等通過實驗得出，應力變化幅度對岩心最終滲透率損害程度影響不大。孔隙型岩心應力敏感性小於裂縫型岩心，而天然裂縫型岩心應力敏感性小於人造裂縫岩心，且人造裂縫岩心受應力發生滲透率損害後，該損害過程幾乎不可逆。

Ayoub研究了有效應力與碳酸鹽岩岩樣滲透率之間的關系。隨著有效應力的增加，滲透率呈現三種變化趨勢：①由於實驗岩樣含有粒間孔，滲透率平緩下降；②岩樣含有溶蝕孔時，滲透率先是急劇下降，然後平緩的降低；③由於岩樣中黏土礦物反抗凈壓力而導致滲透率升高。

何健等指出，裂縫-孔隙型碳酸鹽岩儲層應力敏感中等偏強，孔隙型儲層應力敏感程度弱。對於模擬地層溫度、地層上覆壓力、地層孔隙壓力、地層含水飽和度的全直徑岩心的滲透率應力敏感性分析和測試實驗目前在國內外尚屬空白。

（4）氣層損害機理

氣層與油層相比，有很多不同之處。自然界中存在的氣藏大多數是低滲氣藏，儲層普遍具有低孔、低滲、強親水、大比表面積、高含束縛水飽和度、高毛細管力和低儲層壓力特點。這些特點決定了氣層易受到損害，並且一旦損害，解除比較困難。因此進行氣層損害有關研究也是十分重要的。

與油層損害相比，對氣層損害的研究深度遠遠不夠。從歷史上看，國內外均長期有「重油不重氣」的傾向，所以低滲氣藏的研究得不到重視；另一方面從滲流力學的觀點分析，氣體本身具有可壓縮性，在儲層中滲流時，因滑脫效應而表現出與液體不同的滲流行為，特別是在低滲儲層中，有些學者認為，氣體滲流具有非達西特性，這些均增加了滲流行為的復雜性。另外，氣層表面絕大多數是水濕的，親水現象嚴重，增加了滲流行為的不定性。這些都增加了氣層損害研究的難度。近幾年來，D.Bennion等人對氣層損害機理進行了比較系統的概括性總結，對鑽井過程中的氣層損害機理總結為：①儲層本身質量問題；②水鎖效應；③欠平衡鑽井中的反向自吸；④鑽井液固相侵入；⑤鑽具在孔壁磨光和壓碎現象；⑥岩石-流體間相互作用；⑦流體-流體間相互作用。

另有研究表明氣層由於具有較強的應力敏感性，越是低滲氣藏，特別是裂縫-孔隙性流道，應力敏感性越明顯。應力敏感性是由於很多扁平或裂縫狀的孔隙和毛細管的關閉引起的，在氣藏開采過程中，隨著儲層中天然氣的采出，這種由於儲層有效應力改變而引起的滲透率的降低是非常嚴重的，據國內外資料報導，應力敏感性可導致低滲氣藏的滲透率下降50%～90%。目前國內外還沒有建立起一整套針對低孔低滲氣藏損害的評價指標，包括對應力敏感性的評價指標。

水鎖效應對低滲氣藏滲透率的影響尤為嚴重。據國內外資料報道，液相在氣藏中滯留（即水鎖）是氣藏的主要損害因素，氣藏滲透率越低，影響越嚴重。

Bennion探討了水鎖形成機理、影響因素和損害消除方法，Bennion等認為水鎖是由於儲層初始含水飽和度遠遠小於束縛水飽和度引起的。賀承祖根據毛細管束模型，從理論上分析指出外來流體在油氣層中的毛細管力是控制水鎖效應的主要因素，而表面張力只是影響毛細管力的一個因素，此外還必須考慮接觸角和毛細管的有效半徑影響。碳酸鹽岩油氣藏也存在超低含水飽和度的現象，當氣藏初始含水飽和度低於束縛水飽和度或不可動水飽和度時，即處於「亞束縛水狀態」，一旦水基工作液接觸氣層或地層中其他部位的水竄入氣層，或凝析水在氣井附近集結等過程，導致氣井周圍含水飽和度增高，甚至超過不可動水飽和度，結果氣相的相對滲透率大幅降低，造成水鎖損害。水鎖是氣層第一位也是最基本的損害因素，嚴重製約碳酸鹽岩氣藏的發現成功率和經濟開采。

張振華等人對來自輪南古潛山裂縫性碳酸鹽儲層的岩心研究後認為，古潛山儲層存在明顯的水鎖效應。儲層的初始含水飽和度越低，岩心的絕對滲透率越小，水鎖效應越嚴重，並認為加入表面活性劑是減小水鎖效應的有效途徑。