第五章鉆井過程中的保護油氣層技術(shù)

1、第五章 鉆井過程中的保護油氣層技術(shù)第一節(jié) 鉆井過程中造成油氣層損害原因分析一、鉆井過程中油氣層損害原因鉆井的目的是交給試油或采油部門一口無損害或低損害的油氣井。鉆井中對油氣層的損害不僅影響油氣層的發(fā)現(xiàn)和油氣井的產(chǎn)量。鉆開油氣層時，在正壓差、毛管力作用下，鉆井液固相進入油氣層造成孔喉堵塞，液相進入油氣層與油氣層巖石和流體作用，破壞油氣層原有的平衡，從而誘發(fā)油氣層潛在損害因素，造成滲透率下降。鉆井液中固相對地層滲透率的影響二、鉆井過程中影響油氣層損害程度的工程因素影響油氣層損害程度的工程因素：壓差、浸泡時間、環(huán)空返速、鉆井液性能（與固相、濾液和泥餅質(zhì)量密切相關(guān)）第二節(jié) 保護油氣層的鉆井液技術(shù)一、鉆

2、井液在鉆井中的主要作用鉆井液的作用：沖洗井底和攜帶巖屑；破巖作用；平衡地層壓力；冷卻與潤滑鉆頭；穩(wěn)定井壁；保護油氣層；獲取地層信息；傳遞功率二、保護油氣層對鉆井液的要求1.鉆井液密度可調(diào)，滿足不同壓力油氣層近平衡壓力鉆井的需要2.鉆井液中固相顆粒與油氣層滲流通道匹配3.鉆井液必須與油氣層巖石相配伍4.鉆井液濾液組分必須與油氣層中流體相配伍5.鉆井液的組分與性能都能滿足保護油氣層的需要三、鉆開油氣層的鉆井液類型目前保護油氣層鉆井液技術(shù)已從初級階段(僅控制鉆井液密度、濾失量和浸泡時間)進入到比較高級的階段。針對不同類型油氣藏形成了系列的保護油氣層鉆井液技術(shù)。1.水基鉆井液由于水基鉆井液具有成本低、

3、配置處理維護較簡單、處理劑來源廣、可供選擇的類型多、性能容易控制等優(yōu)點，并具有較好的保護油氣層效果，是國內(nèi)外鉆開油氣層常用的鉆井液體系。按鉆井液組分與使用范圍分：1)無固相清潔鹽水鉆井液2)水包油鉆井液3)無膨潤土?xí)憾滦途酆衔镢@井液4)低膨潤土聚合物鉆井液5)改性鉆井液表5-1 各類鹽水溶液所能達到的最大密度鹽水液濃度/重量百分比密度g/cm3 (21)KCl 261.07NaCl 261.17KBr391.20HCOONa451.34HCOOK761.60HKOOCS832.37CaCl2 381.37NaBr451.39NaCl/ NaBr1.49CaCl2/CaBr2 601.50CaB

4、r2 621.81ZnBr2/ CaBr2 1.82CaCl2/CaBr2/ZnBr2 772.306)正電膠鉆井液7)甲酸鹽鉆井液8)聚合醇 (多聚醇)鉆井液9)屏蔽暫堵鉆井液 無固相清潔鹽水鉆井液 密度可在1.02.30g/cm3范圍內(nèi)調(diào)整。 濾失量和粘度控制：加入對油氣層無（低）傷害的聚合物來控制腐蝕控制：加入緩蝕劑特點：大大降低固相和水敏損害缺點：成本高、工藝復(fù)雜、對處理劑和固控設(shè)備要求高、腐蝕較嚴(yán)重、易發(fā)生漏失，很少用做鉆井液；使用范圍：套管下至油層頂部的單一壓力體系的裂縫性油層或強水敏油層；廣泛作為射孔液、壓井液、修井液；水包油鉆井液定義：水包油鉆井液是將一定量油分散于水或不同礦化

5、度鹽水中，形成以水為分散介質(zhì)、油為分散相的無固相水包油鉆井液。組成：油、水；水相增粘劑；主、輔乳化劑。密度控制方法：調(diào)節(jié)油水比；加入不同數(shù)量和種類的鹽；最低密度可達0.89g/cm3 濾失量和流變性控制：由油相或水相中加入的油氣層低傷害處理劑來控制。特點：大大降低固相損害；可以實現(xiàn)低密度。使用范圍：特別適用于套管下至油層頂部的低壓、裂縫發(fā)育、易發(fā)生漏失的油氣層。無膨潤土?xí)憾滦途酆衔镢@井液組成：由水相、聚合物和暫堵劑固相粒子配制而成。密度： 采用不同種類和加量的可溶性鹽來調(diào)節(jié) (需注意不要誘發(fā)鹽敏)流變性能控制：通過加入低損害聚合物和高價金屬離子來調(diào)控。濾失量控制：通過加入各種與油氣層孔喉直徑相

6、匹配的暫堵劑來控制，這些暫堵劑在油氣層中形成內(nèi)泥餅，阻止鉆井液中固相或濾液繼續(xù)侵入缺點：成本高、使用條件苛刻、使用不多使用范圍：套管下至油層頂部、單一壓力體系的油層低膨潤土聚合物鉆井液使用膨潤土的優(yōu)點：流變性易控制；濾失量低；處理劑用量少；鉆井液成本低鉆井液的特點：盡可能降低膨潤土含量，使鉆井液既能獲得安全鉆進所必須的性能，又不會對油氣層產(chǎn)生較大的損害。配伍性及所必須的流變性能與濾失性能可通過選用不同種類的聚合物和暫堵劑來達到。改性鉆井液若采用長段裸眼鉆開油氣層，技術(shù)套管沒能封隔油氣層以上地層，為了減少對油氣層的損害，在鉆開油氣層之前，對鉆井液進行改性，使其與油氣層特性相匹配，不誘發(fā)或少誘發(fā)油

7、氣層潛在損害因素。優(yōu)點：成本低；應(yīng)用工藝簡單；對井身結(jié)構(gòu)和鉆井工藝無特殊要求；對油氣層損害程度??；被廣泛作為鉆開油氣層的鉆井液改性方法： a. 降低鉆井液中膨潤土和無用固相含量，調(diào)節(jié)固相顆粒級配; b. 按照所鉆油氣層特性調(diào)整鉆井液配方，盡可能提高鉆井液與油氣層巖石和流體的配伍性;c. 選用合適類型的暫堵劑及加量 d. 降低靜濾失量、動濾失量和HTHP濾失量，改善流變性與泥餅質(zhì)量 正電膠鉆井液 這是一類用混合層狀金屬氫氧化物 (Mixed Metal Hydroxide，簡稱 MME)處理的鉆井液。正電膠鉆井液保護油氣層的機理為: a. 正電膠鉆井液特殊的結(jié)構(gòu)與流變學(xué)性質(zhì)-亞微粒子很少，向“豆

8、腐塊”一樣整體流動 b. 正電膠對巖心中粘土顆粒膨脹的強烈抑制作用c. 整個鉆井液體系中分散相粒子的負電性減弱 甲酸鹽鉆井液組成：以甲酸鉀、甲酸鈉、甲酸鹽為主要材料 + 鹽水 配制的鉆井完井液。密度調(diào)節(jié)：通過加入的鹽酸鹽來調(diào)節(jié)。基液的最高密度可達2.3g/cm3?？筛鶕?jù)油氣層的壓力和鉆井完井液的設(shè)計要求予以調(diào)節(jié)。特點：a.高密度下易實現(xiàn)低固相、低粘度；b.高礦化度鹽水能預(yù)防粘土水化膨脹、分散運移；c.鹽水不含鹵化物，不需緩蝕劑，腐蝕速率極低；d.儲層傷害小，是目前發(fā)展較快的一種鉆井液體系。聚合醇 (多聚醇)鉆井液用聚合醇為主要材料配置的鉆井液。保護油氣層的機理：a.在濁點溫度以下，聚合醇與水完

9、全互容，呈溶解態(tài);b.高于濁點溫度時，聚合醇以游離態(tài)分散在水中，這種分散相就可作為油溶性可變形粒子起封堵作用。 聚合醇的濁點溫度與體系的礦化度、聚合醇分子量有關(guān)，將濁點溫度調(diào)節(jié)到低于油氣層的溫度，借助聚合醇在水中有濁點的特點實現(xiàn)保護油氣層的目的。屏蔽暫堵鉆井液 當(dāng)長裸眼井段中存在多套壓力層系時，如：a.上部井段存在高孔隙壓力或處于強地應(yīng)力作用下的易坍塌泥巖層或易發(fā)生塑性變形的鹽膏層和含鹽膏泥巖層，下部為低壓油氣層；b.多套低壓油氣層之間有高孔隙壓力的易坍塌泥巖互層；c.老油區(qū)因采油或注水而形成的過高壓差而引起的油氣層損害。為了順利鉆井，鉆井液密度必須按裸眼井段中的最高孔隙壓力來確定。2.油基鉆

10、井液種類：油包水型鉆井液、全油基鉆井液。優(yōu)點：能有效地避免油層的水敏作用;對油氣層損害程度低缺點：成本高;對環(huán)境易產(chǎn)生污染;容易發(fā)生火災(zāi);可能使油層潤濕反轉(zhuǎn)，降低油相滲透率;與地層水可能形成乳狀液堵塞油層3.氣體類鉆井液 對于低壓裂縫油氣田、低壓強水敏或易發(fā)生嚴(yán)重井漏的油氣田及枯竭油氣田，其油氣層壓力系數(shù)往往低于0.8，為了降低壓差的損害，必須降低鉆井液的密度氣體類鉆井液是以氣體為主要組分實現(xiàn)低密度。種類：空氣（下過技術(shù)套管的下部漏失地層、強敏感性和低壓油氣層）；霧（少量地層水進入井中）；泡沫流體（在低流速下有較高的粘度，攜屑能力強）；充氣鉆井液4.合成基鉆井液定義：以人工合成或改性的有機物為

11、連續(xù)相，鹽水為分散相，再加入乳化劑、降濾失劑、流型改進劑、加重劑等組成。合成基液有醋類、醚類、聚a-烯烴、醛酸醇、線性a-烯烴、內(nèi)烯烴、線性石蠟、線性烷基苯等 特點：具有油基鉆井液的許多優(yōu)點：潤滑性好、摩阻力小、攜屑能力強、井眼清潔、抑制性強、鉆屑不易分散、井眼規(guī)則、不易卡鉆、有利于井壁穩(wěn)定、對油氣層損害程度低、不含熒光物質(zhì)。主要用在水平井和大位移井中。但成本高四、屏蔽暫堵保護油氣層鉆井液技術(shù)鉆進過程中對油氣層損害的兩個不利因素：壓差、鉆井液中固相顆粒屏蔽暫堵技術(shù)的構(gòu)思是利用油氣層被鉆開時，鉆井液液柱壓力與油氣層壓力之間形成的壓差，在極短時間內(nèi)，迫使鉆井液中人為加入的各種類型和尺寸的固相粒子進

12、入油氣層孔喉，在井壁附近形成滲透率接近于零的屏蔽暫堵帶。暫堵效果及暫堵深度巖心號K /10-3m2 Kw1 /10-3m2 Kw2 /10-3m2 截長/cmK切,10-3m2 恢復(fù)值/%5-11089.23985.3102.83982.1999.683-10316.87293.1502.51291.0999.302-878.2363.1802.6359.3893.99注：Kw1為暫堵前用地層水測得的滲透率；Kw2為暫堵后用地層水測得的滲透率； K切為被切后所生巖心用地層水測得的滲透率。 壓差對屏蔽暫堵效果的影響壓差/MPa 暫堵后滲透率Kw2 /10-3m2 Kw2/ Kw1 0.1051.

13、980.0440.207.900.00670.301.190.00100.400.640.000540.500.630.00053注：1.巖心原始水測滲透率Kw1=1177.9×10-3m2，孔隙度為34.80%，平均孔喉直徑14.90m。 2.暫堵體系粒子級配：0.08.0m。其中：橋塞粒子直徑為8.0m，可變性軟粒子粒徑為1.52.0m（含量1.4%），各級粒子總含量4.1%，溫度為室溫。形成滲透率接近零的薄屏蔽暫堵帶的技術(shù)要點: (1)測定油氣層孔喉分布曲線及孔喉的平均直徑；(2)按 1/22/3孔喉直徑選擇架橋粒子 (如超細碳酸鈣、單向壓力暫堵劑)的顆粒尺寸；其加量大于3.0

14、%(3)按顆粒直徑小于架橋粒子 (約 1/4孔喉直徑)選用充填粒子，其加量大于1.5%(4)加入可變形的粒子，如磺化瀝青、氧化瀝青、石蠟、樹脂等，加量一般為1%2%，粒徑與充填粒子相當(dāng)屏蔽暫堵技術(shù)從常規(guī)的砂巖油藏延伸到特殊儲層 (1)裂縫儲層是一類不同于常規(guī)砂巖油藏的特殊儲層 油氣滲流通道以裂縫為主，鉆井液不僅對裂縫產(chǎn)生堵塞，也會對裂縫面基巖造成損害（這種損害有可能延伸到地層深部，對產(chǎn)能的影響尤為嚴(yán)重）。因此要求暫堵必須是在近井壁，不能進入裂縫面基巖。 對于裂縫表面，實現(xiàn)穩(wěn)定暫堵所需要的顆粒狀粒子的直徑應(yīng)該達到裂縫平均寬度的0.8倍以上，復(fù)配一定量的非規(guī)則粒子（片狀、棒狀、纖維狀、橢球狀、紡錘

15、狀等）可以進一步提高暫堵的效果（如縮短暫堵時間、提高暫堵強度、提高反排效果等）。 (2)致密儲層是另一類不同于常規(guī)砂巖油藏的特殊儲層 這類儲層的特殊性在于基巖滲透率很低，濾液的侵入對這類儲層的產(chǎn)能有顯著影響，同時，濾液的侵入是借助毛管力的作用，是一種自發(fā)過程，即濾液與親水的儲層巖石一接觸就會自動侵入儲層形成阻止儲層流體進入井筒的液體屏障，造成儲層損害。 降低這類儲層損害的主要途徑是：一方面借助鉆井液的內(nèi)外泥餅控制濾失量；另一方面提高濾液粘度和降低鉆井液濾液的表面張力，減少鉆井液濾液的侵入量。(3)砂巖、石灰?guī)r氣藏 一旦液相在近井壁周圍形成阻止儲層流體進入井筒的液體屏障 (即水鎖效應(yīng)，又稱 “液

16、相圈閉”)，儲層損害將很難消除。對這類儲層的保護重點是降低水鎖效應(yīng)、減少鉆井液濾液的侵入，即在使用屏蔽暫堵技術(shù)的同時，用表面活性劑降低氣-液-固界面的表面張力。(4)疏松砂巖稠油油藏 疏松砂巖稠油油藏的特殊性在于儲層巖石膠結(jié)性差，存在比較顯著的應(yīng)力敏感性。在實施屏蔽暫堵技術(shù)時，不僅要將鉆井液的分散相粒度分布調(diào)整到與儲層的孔喉分布相匹配，而且所使用的壓差應(yīng)盡量避免引起疏松儲層砂巖變化而導(dǎo)致應(yīng)力敏感在暫堵顆粒的選擇上，由于疏松砂巖的孔喉尺寸比較大，按2/3架橋原理設(shè)計的鉆井液固相粒度難于控制儲層揭開時大量鉆井液的侵入 (現(xiàn)場表現(xiàn)為進入儲層時會有少量的滲漏)，即使架橋時間同樣為1030s，而高滲地層將使侵入液體的總量會增加，因此架橋粒子的選擇應(yīng)該大于2/3。 第三節(jié) 保護油氣層的鉆井工藝技術(shù)第四節(jié) 保護油氣層的固井技術(shù)一、固井和保護油氣層之間的關(guān)系二、保護油氣層的固