屏蔽暫堵技術(shù)課件

碩士2004級

現(xiàn)代完井工程屏蔽暫堵技術(shù)1碩士2004級

現(xiàn)代完井工程屏蔽暫堵技術(shù)1一、概述保護(hù)油層系列技術(shù)是近二、三十年發(fā)展起來的。產(chǎn)生巨大的社會、經(jīng)濟(jì)效益，受到國內(nèi)外重視。鉆井完井過程中的油層保護(hù)技術(shù)是關(guān)鍵部分?！捌呶濉币讶〉猛怀龀晒?，基本形成了系列技術(shù)?！捌呶濉焙罄^續(xù)深入研究，取得了突破。研究采用提出思路，室內(nèi)分析，現(xiàn)場試驗，推廣應(yīng)用。2一、概述保護(hù)油層系列技術(shù)是近二、三十年發(fā)展起來的。21、鉆井完井過程中油層保護(hù)的意義（1）造成損害的原因和地層損害類型國內(nèi)外90％以上的井都是正壓差打開油氣層；泥漿的固相對地層孔喉的堵塞（可達(dá)100％）；泥漿、水泥漿的液相（主要是水相〕損害（可達(dá)100％）。31、鉆井完井過程中油層保護(hù)的意義3（2）造成的嚴(yán)重后果產(chǎn)層滲透率下降10～100％；油氣井產(chǎn)能減少10～100％；每口井恢復(fù)產(chǎn)能的投入增加幾萬～幾十萬元；使可供開發(fā)的油層失去工業(yè)生產(chǎn)價值。地層損害在中低滲透油氣田特別突出，而我國70％以上的油藏都為中低滲透油氣藏。4（2）造成的嚴(yán)重后果42、“七五”后的技術(shù)現(xiàn)狀經(jīng)“七五”后，防止鉆井完井過程的油層損害形成了成套的實用技術(shù)。（1）氣體類鉆井完井液（空氣、霧、泡沫、充氣液等）：負(fù)壓差消除正壓差，基本防止了固相和液相的損害。由于井壁穩(wěn)定、產(chǎn)水、井下安全和成本等因素，其應(yīng)用領(lǐng)域較窄，無法普遍推廣（即大部分井必須采用正壓差）。52、“七五”后的技術(shù)現(xiàn)狀經(jīng)“七五”后，防止鉆井（2）油基類鉆井完井液（正壓差）

消除了水相損害；但無法消除固相損害，并帶來油相損害；由于成本、工藝、環(huán)保等原因，推廣受限制。6（2）油基類鉆井完井液（正壓差）6（3）水基類鉆井完井液（正壓差）清潔鹽水體系可消除固相損害，但無法消除水相損害（水鎖、鹽敏），提高漿體密度和控制失水困難、成本很高、工藝復(fù)雜，除研究和特殊井外，一般不采用。

主要原因：

油氣層上部有有未被套管封隔的坍塌層，為保持該井段井眼的穩(wěn)定，必須使鉆井液具有較高的密度，這樣鉆開油層必然對油層產(chǎn)生一個較大的正壓差；所鉆油層本身就是坍塌層，鉆井完井液必須具有良好的防塌性能；深井深部油層高溫作用等，是專用完井液難以解決的技術(shù)難題；鉆遇多套含油層系，各層組之間是含粘土質(zhì)的泥頁巖夾層，這時專用完井液在使用中很難一直維持其原有組成和特性，仍將成為含有粘土粒子的鉆井液體系，失去專用完井液的優(yōu)勢。

7（3）水基類鉆井完井液（正壓差）7有固相無粘土鉆井液體系在清潔鹽水的基礎(chǔ)上加入可溶性（酸溶、水溶、油溶）固相，可控制失水，而且固相損害可通過投產(chǎn)措施加以解除。但這類體系高溫不穩(wěn)定問題突出，而且存在一定程度的損害，成本更高。特點：

體系由水相和可解除的固體粒子所構(gòu)成；

水相一般是與地層配伍的水溶液，顯然不會是淡水，而是與地層相適應(yīng)的加有各種無機(jī)鹽和抑制的溶液；

固相部分（即暫堵劑）的作用除對體系加重外，是在井壁上形成后期可以降低去的內(nèi)外泥餅，以減少失水，具有合理的級配，與油層孔喉相適應(yīng)，實現(xiàn)在井壁表面上形成致密的外泥餅和在油層內(nèi)的孔喉上架橋，并形成致密的內(nèi)泥餅。這種固體粒子自身可以溶解于酸或溶解于油或溶解于水。

以上兩種體系必須在井下情況簡單，或多下一層套管的條件下才能使用。8有固相無粘土鉆井液體系8改性鉆井液體系由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的原因，大多數(shù)井采用這種體系。它是在原用鉆井液的基礎(chǔ)上加入與產(chǎn)層孔喉匹配的可溶性固相，同時調(diào)整液相對產(chǎn)層的抑制性和配伍性，盡可能減少地層損害，但不能完全避免。

改性途徑：（1）調(diào)整無機(jī)離子種類與地層水的相似，并提高礦化度達(dá)地層的臨界知值；（2）降低鉆井液的固相含量；（3）根據(jù)孔喉直徑，調(diào)整固相粒子級配（盡量減少1m的壓微粒子數(shù)量）；（4）用酸溶或油溶的固相材料；（5）改善泥餅質(zhì)量，降低鉆井液高溫高壓失水；（6）選用對油氣層損害小的處理劑。9改性鉆井液體系93、屏蔽式暫堵技術(shù)的提出及其創(chuàng)新技術(shù)思路（1）技術(shù)提出的背景“七五”前提出的技術(shù)無法完全解決鉆井完井過程中油層保護(hù)問題；由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)原因，90％以上的井是在正壓差被打開；固井水泥漿的損害無法避免；多套產(chǎn)層的保護(hù)無法實現(xiàn)；現(xiàn)有的技術(shù)或技術(shù)路線不能作到對油層的完全保護(hù)，這是石油工程急需解決，又無法真正解決的技術(shù)難題。103、屏蔽式暫堵技術(shù)的提出及其創(chuàng)新技術(shù)思路（1）技術(shù)提出的背景（2）該技術(shù)的創(chuàng)新技術(shù)思路

條件：泥漿中固相粒子不可消除，對地層正壓差不可避免，對地層的損害堵塞客觀存在。

設(shè)想：利用固相微粒對油層孔喉的堵塞機(jī)理和規(guī)律，人為地在打開油層時，在油層井壁上快速、淺層、有效地形成一個損害堵塞帶。

快速：幾分鐘到十幾分鐘內(nèi)形成；淺層：堵塞深度在十厘米以內(nèi)；有效：損害堵塞帶滲透率極低，甚至為零。

結(jié)果：阻止泥漿對油層的繼續(xù)損害，消除浸泡時間的影響，并消除水泥漿的損害11（2）該技術(shù)的創(chuàng)新技術(shù)思路11

解除措施：由于損害帶很薄，可通過射孔解除。

目的：損害帶的滲透率隨溫度和壓力的增加而進(jìn)一步減小，從而把造成地層損害的兩個無法消除的因素：正壓差和固相粒子，轉(zhuǎn)換成實現(xiàn)這一技術(shù)的必要條件和有利因素，從而從根本上（機(jī)理上）解決這個國內(nèi)外一直未解決的技術(shù)難題。這個損害帶的作用相當(dāng)于阻止進(jìn)一步損害的“屏蔽帶”，故將此技術(shù)稱為改性鉆井液的屏蔽式暫堵技術(shù)。12解除措施：由于損害帶很薄，可通過射孔解除。12二、屏蔽式暫堵技術(shù)的機(jī)理研究和實驗驗證1、屏蔽式暫堵技術(shù)的機(jī)理研究（1）固相顆粒對孔喉堵塞的物理模型“單粒架橋后，逐級填充”架橋粒子的架橋

單個顆粒隨泥漿液相進(jìn)入油層，在流經(jīng)孔喉時：

若：d粒<<d孔，則通過孔喉;

d粒>d孔，則沉積在孔喉外;

d粒與d孔相當(dāng)（大小、尺寸〕，則在孔喉處卡住，稱為架橋。13二、屏蔽式暫堵技術(shù)的機(jī)理研究和實驗驗證1、屏蔽式暫堵技術(shù)的機(jī)填充粒子的填充 架橋粒子架橋后，孔喉孔隙大量減小，泥漿中更小一級粒子卡在更小喉道處，這一過程不斷重復(fù)，這一過程叫單粒逐級填充。這時堵塞帶的滲透率取決于泥漿中最小一級粒子的粒級，但滲透率不會為零。變形粒子的作用 當(dāng)最小粒級的粒子是可變形時，則堵塞帶滲透率可達(dá)到零。地層孔喉尺寸和泥漿中固相粒級的匹配14填充粒子的填充14（2）壓差、孔喉與粒徑比、屏蔽層厚度間的關(guān)系

屏蔽暫堵應(yīng)用示意圖易塌層高壓層低壓層屏蔽層15（2）壓差、孔喉與粒徑比、屏蔽層厚度間的關(guān)系易塌層高壓層低壓屏蔽暫堵的技術(shù)要點測定孔喉分布和孔喉平均值；選擇橋架離子－材料、顆粒尺寸、含量；選擇充填離子－材料、顆粒尺寸、含量；選擇可變形離子－材料、顆粒尺寸、含量；采用合適壓差。16屏蔽暫堵的技術(shù)要點測定孔喉分布和孔喉平均值；162、堵塞物理模型的驗證（1）產(chǎn)層孔喉結(jié)構(gòu)分析172、堵塞物理模型的驗證17（2）粒子的堵塞和充填規(guī)律1/2~2/3橋架離子>3%1/4充填離子>1.5%可變形離子=1~2%18（2）粒子的堵塞和充填規(guī)律1/2~2/3橋架離子>3%1/4架橋粒子的堵塞深度在2～3厘米之內(nèi)；架橋作用在10分鐘內(nèi)即可完成。

這個規(guī)律揭示了如泥漿中的粒子與產(chǎn)層孔喉匹配得當(dāng)，可在淺層快速地獲得穩(wěn)定的橋堵。19架橋粒子的堵塞深度在2～3厘米之內(nèi)；19軟化變形粒子的填充規(guī)律可變形粒子的粒徑應(yīng)比剛性粒子更細(xì)（小于1/5孔隙尺寸；在一定溫度條件下，其外形可變；可變形粒子的濃度一般為1～3％；可變形粒子填充后，可使堵塞帶滲透率趨于零。變形粒子濃度％

Ki/Kw0 0.00510.86 0.00281.6 0.000912.4 0.0004720軟化變形粒子的填充規(guī)律20（3）影響因素正壓差的影響正壓差越大，屏蔽環(huán)堵塞效果越好，一般油藏，正壓差應(yīng)大于3.5MPa。時間的影響10min內(nèi)形成屏蔽環(huán)，延長時間無影響。溫度的影響溫度的影響取決于變形粒子的軟化點；應(yīng)根據(jù)地層溫度選用不同軟化點的變形粒子。屏蔽環(huán)形成后，可防止水泥漿對產(chǎn)層的損害負(fù)壓條件下，屏蔽環(huán)的反排解堵可達(dá)到70％以上21（3）影響因素213、屏蔽式暫堵技術(shù)的技術(shù)方案（1）準(zhǔn)確掌握油層孔喉和鉆井液中固相顆粒的尺寸及其分布；（2）根據(jù)固相顆粒堵塞模型和規(guī)律、定量關(guān)系和專用軟件確定泥漿中必要的架橋、填充和變形粒子的種類、尺寸和含量；（3）按要求用專門研制的暫堵劑調(diào)整鉆井液中固相顆粒尺寸及含量；223、屏蔽式暫堵技術(shù)的技術(shù)方案22（4）用專用評價裝置及評價方法來評價實際暫堵后屏蔽環(huán)的有效性、強(qiáng)度、深度和反排效果；（5）選擇合理的正壓差和上返速度，不應(yīng)造成泥漿性能的變化；（6）必須采用與之配套的優(yōu)化射孔技術(shù)。23（4）用專用評價裝置及評價方法來評價實際暫堵后屏蔽環(huán)的有效性4、屏蔽式暫堵技術(shù)的創(chuàng)新點及特點（1）該項成果技術(shù)路線構(gòu)思新穎、巧妙，在此技術(shù)路線下的作用機(jī)理、物理模型及相關(guān)理論成果均有其獨特創(chuàng)新之處。（2）從理論到實踐獲得了解決用鉆井液在正壓差下打開油層時保護(hù)油層的有效辦法，使得完全防止鉆井完井過程中的油層損害成為可能，解決了國內(nèi)外同類技術(shù)都未能解決的重大技術(shù)問題。244、屏蔽式暫堵技術(shù)的創(chuàng)新點及特點24（3）該項技術(shù)有以下獨特優(yōu)點：適用于各類孔隙性油藏和各種鉆井液；高壓差和鉆井液中無法消除的固相是技術(shù)實施的必要條件，從而使對油層的不利因素轉(zhuǎn)化為有利因素，首次解決了鉆井工程和油層保護(hù)要求難以調(diào)和的矛盾，利于推廣；工藝簡單，使用方便，成本低廉；可消除浸泡時間和水泥漿對油層損害的影響。25（3）該項技術(shù)有以下獨特優(yōu)點：25謝謝！26謝謝！26碩士2004級

現(xiàn)代完井工程屏蔽暫堵技術(shù)27碩士2004級

現(xiàn)代完井工程屏蔽暫堵技術(shù)1一、概述保護(hù)油層系列技術(shù)是近二、三十年發(fā)展起來的。產(chǎn)生巨大的社會、經(jīng)濟(jì)效益，受到國內(nèi)外重視。鉆井完井過程中的油層保護(hù)技術(shù)是關(guān)鍵部分?！捌呶濉币讶〉猛怀龀晒?，基本形成了系列技術(shù)。“七五”后繼續(xù)深入研究，取得了突破。研究采用提出思路，室內(nèi)分析，現(xiàn)場試驗，推廣應(yīng)用。28一、概述保護(hù)油層系列技術(shù)是近二、三十年發(fā)展起來的。21、鉆井完井過程中油層保護(hù)的意義（1）造成損害的原因和地層損害類型國內(nèi)外90％以上的井都是正壓差打開油氣層；泥漿的固相對地層孔喉的堵塞（可達(dá)100％）；泥漿、水泥漿的液相（主要是水相〕損害（可達(dá)100％）。291、鉆井完井過程中油層保護(hù)的意義3（2）造成的嚴(yán)重后果產(chǎn)層滲透率下降10～100％；油氣井產(chǎn)能減少10～100％；每口井恢復(fù)產(chǎn)能的投入增加幾萬～幾十萬元；使可供開發(fā)的油層失去工業(yè)生產(chǎn)價值。地層損害在中低滲透油氣田特別突出，而我國70％以上的油藏都為中低滲透油氣藏。30（2）造成的嚴(yán)重后果42、“七五”后的技術(shù)現(xiàn)狀經(jīng)“七五”后，防止鉆井完井過程的油層損害形成了成套的實用技術(shù)。（1）氣體類鉆井完井液（空氣、霧、泡沫、充氣液等）：負(fù)壓差消除正壓差，基本防止了固相和液相的損害。由于井壁穩(wěn)定、產(chǎn)水、井下安全和成本等因素，其應(yīng)用領(lǐng)域較窄，無法普遍推廣（即大部分井必須采用正壓差）。312、“七五”后的技術(shù)現(xiàn)狀經(jīng)“七五”后，防止鉆井（2）油基類鉆井完井液（正壓差）

消除了水相損害；但無法消除固相損害，并帶來油相損害；由于成本、工藝、環(huán)保等原因，推廣受限制。32（2）油基類鉆井完井液（正壓差）6（3）水基類鉆井完井液（正壓差）清潔鹽水體系可消除固相損害，但無法消除水相損害（水鎖、鹽敏），提高漿體密度和控制失水困難、成本很高、工藝復(fù)雜，除研究和特殊井外，一般不采用。

主要原因：

油氣層上部有有未被套管封隔的坍塌層，為保持該井段井眼的穩(wěn)定，必須使鉆井液具有較高的密度，這樣鉆開油層必然對油層產(chǎn)生一個較大的正壓差；所鉆油層本身就是坍塌層，鉆井完井液必須具有良好的防塌性能；深井深部油層高溫作用等，是專用完井液難以解決的技術(shù)難題；鉆遇多套含油層系，各層組之間是含粘土質(zhì)的泥頁巖夾層，這時專用完井液在使用中很難一直維持其原有組成和特性，仍將成為含有粘土粒子的鉆井液體系，失去專用完井液的優(yōu)勢。

33（3）水基類鉆井完井液（正壓差）7有固相無粘土鉆井液體系在清潔鹽水的基礎(chǔ)上加入可溶性（酸溶、水溶、油溶）固相，可控制失水，而且固相損害可通過投產(chǎn)措施加以解除。但這類體系高溫不穩(wěn)定問題突出，而且存在一定程度的損害，成本更高。特點：

體系由水相和可解除的固體粒子所構(gòu)成；

水相一般是與地層配伍的水溶液，顯然不會是淡水，而是與地層相適應(yīng)的加有各種無機(jī)鹽和抑制的溶液；

固相部分（即暫堵劑）的作用除對體系加重外，是在井壁上形成后期可以降低去的內(nèi)外泥餅，以減少失水，具有合理的級配，與油層孔喉相適應(yīng)，實現(xiàn)在井壁表面上形成致密的外泥餅和在油層內(nèi)的孔喉上架橋，并形成致密的內(nèi)泥餅。這種固體粒子自身可以溶解于酸或溶解于油或溶解于水。

以上兩種體系必須在井下情況簡單，或多下一層套管的條件下才能使用。34有固相無粘土鉆井液體系8改性鉆井液體系由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的原因，大多數(shù)井采用這種體系。它是在原用鉆井液的基礎(chǔ)上加入與產(chǎn)層孔喉匹配的可溶性固相，同時調(diào)整液相對產(chǎn)層的抑制性和配伍性，盡可能減少地層損害，但不能完全避免。

改性途徑：（1）調(diào)整無機(jī)離子種類與地層水的相似，并提高礦化度達(dá)地層的臨界知值；（2）降低鉆井液的固相含量；（3）根據(jù)孔喉直徑，調(diào)整固相粒子級配（盡量減少1m的壓微粒子數(shù)量）；（4）用酸溶或油溶的固相材料；（5）改善泥餅質(zhì)量，降低鉆井液高溫高壓失水；（6）選用對油氣層損害小的處理劑。35改性鉆井液體系93、屏蔽式暫堵技術(shù)的提出及其創(chuàng)新技術(shù)思路（1）技術(shù)提出的背景“七五”前提出的技術(shù)無法完全解決鉆井完井過程中油層保護(hù)問題；由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)原因，90％以上的井是在正壓差被打開；固井水泥漿的損害無法避免；多套產(chǎn)層的保護(hù)無法實現(xiàn)；現(xiàn)有的技術(shù)或技術(shù)路線不能作到對油層的完全保護(hù)，這是石油工程急需解決，又無法真正解決的技術(shù)難題。363、屏蔽式暫堵技術(shù)的提出及其創(chuàng)新技術(shù)思路（1）技術(shù)提出的背景（2）該技術(shù)的創(chuàng)新技術(shù)思路

條件：泥漿中固相粒子不可消除，對地層正壓差不可避免，對地層的損害堵塞客觀存在。

設(shè)想：利用固相微粒對油層孔喉的堵塞機(jī)理和規(guī)律，人為地在打開油層時，在油層井壁上快速、淺層、有效地形成一個損害堵塞帶。

快速：幾分鐘到十幾分鐘內(nèi)形成；淺層：堵塞深度在十厘米以內(nèi)；有效：損害堵塞帶滲透率極低，甚至為零。

結(jié)果：阻止泥漿對油層的繼續(xù)損害，消除浸泡時間的影響，并消除水泥漿的損害37（2）該技術(shù)的創(chuàng)新技術(shù)思路11

解除措施：由于損害帶很薄，可通過射孔解除。

目的：損害帶的滲透率隨溫度和壓力的增加而進(jìn)一步減小，從而把造成地層損害的兩個無法消除的因素：正壓差和固相粒子，轉(zhuǎn)換成實現(xiàn)這一技術(shù)的必要條件和有利因素，從而從根本上（機(jī)理上）解決這個國內(nèi)外一直未解決的技術(shù)難題。這個損害帶的作用相當(dāng)于阻止進(jìn)一步損害的“屏蔽帶”，故將此技術(shù)稱為改性鉆井液的屏蔽式暫堵技術(shù)。38解除措施：由于損害帶很薄，可通過射孔解除。12二、屏蔽式暫堵技術(shù)的機(jī)理研究和實驗驗證1、屏蔽式暫堵技術(shù)的機(jī)理研究（1）固相顆粒對孔喉堵塞的物理模型“單粒架橋后，逐級填充”架橋粒子的架橋

單個顆粒隨泥漿液相進(jìn)入油層，在流經(jīng)孔喉時：

若：d粒<<d孔，則通過孔喉;

d粒>d孔，則沉積在孔喉外;

d粒與d孔相當(dāng)（大小、尺寸〕，則在孔喉處卡住，稱為架橋。39二、屏蔽式暫堵技術(shù)的機(jī)理研究和實驗驗證1、屏蔽式暫堵技術(shù)的機(jī)填充粒子的填充 架橋粒子架橋后，孔喉孔隙大量減小，泥漿中更小一級粒子卡在更小喉道處，這一過程不斷重復(fù)，這一過程叫單粒逐級填充。這時堵塞帶的滲透率取決于泥漿中最小一級粒子的粒級，但滲透率不會為零。變形粒子的作用 當(dāng)最小粒級的粒子是可變形時，則堵塞帶滲透率可達(dá)到零。地層孔喉尺寸和泥漿中固相粒級的匹配40填充粒子的填充14（2）壓差、孔喉與粒徑比、屏蔽層厚度間的關(guān)系

屏蔽暫堵應(yīng)用示意圖易塌層高壓層低壓層屏蔽層41（2）壓差、孔喉與粒徑比、屏蔽層厚度間的關(guān)系易塌層高壓層低壓屏蔽暫堵的技術(shù)要點測定孔喉分布和孔喉平均值；選擇橋架離子－材料、顆粒尺寸、含量；選擇充填離子－材料、顆粒尺寸、含量；選擇可變形離子－材料、顆粒尺寸、含量；采用合適壓差。42屏蔽暫堵的技術(shù)要點測定孔喉分布和孔喉平均值；162、堵塞物理模型的驗證（1）產(chǎn)層孔喉結(jié)構(gòu)分析432、堵塞物理模型的驗證17（2）粒子的堵塞和充填規(guī)律1/2~2/3橋架離子>3%1/4充填離子>1.5%可變形離子=1~2%44（2）粒子的堵塞和充填規(guī)律1/2~2/3橋架離子>3%1/4架橋粒子的堵塞深度在2～3厘米之內(nèi)；架橋作用在10分鐘內(nèi)即可完成。

這個規(guī)律揭示了如泥漿中的粒子與產(chǎn)層孔喉匹配得當(dāng)，可在淺層快速地獲得穩(wěn)定的橋堵。45架橋粒子的堵塞深度在2～3厘米之內(nèi)；19軟化變形粒子的填充規(guī)律可變形粒子的粒徑應(yīng)比剛性粒子更細(xì)（小于1/5孔隙尺寸；在一定溫度條件下，其外形可變；可變形粒子的濃度一般為1～3％；可變形粒子填充后，可使堵塞帶滲透率趨于零。變形粒子濃度％

Ki/Kw0 0.00510.86 0.00281.6 0.00091