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1、第五章 钻井过程中 的保护油气层技术,钻井过程中造成油气层损害原因 保护油气层的钻井完井液技术 保护油气层的钻井工艺技术 保护油气层的固井技术,第5-1节 钻井过程中造成油气层损害原因分析,一、钻井过程中油气层损害原因 1、钻井液中固相颗粒堵塞油气层 2、钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害 水敏 盐敏 碱敏 润湿反转 表面吸附,一、钻井过程中油气层损害原因 3、钻井液滤液与油气层流体 不配伍引起的损害 无机盐沉淀 形成处理剂不溶物 发生水锁效应 形成乳化堵塞 细菌堵塞,一、钻井过程中油气层损害原因 4、油相渗透率变化引起的损害 滤液侵入改变井眼附近油气水分布 降低油气饱和度 5、负压差过大
2、造成的油气层损害 中测时负压过大 负压钻井时负压过大,二、钻井过程中影响油气层损害程度 的工程因素 1、 压差 钻井压差越大，造成的地层损害越大。 影响钻井压差增大的原因： 采用过大的钻井液密度 压力激动（下钻、开泵） 地层压力检测不准 安全系数设计过大 井身设计不合理 钻井液流变参数设计不合理 井内钻屑浓度 等,二、钻井过程中影响油气层损害程度 的工程因素,2、浸泡时间 浸泡时间越长，滤液与固相颗粒侵入量越大造成的地层损害越大。 影响浸泡时间的主要因素有,纯钻进时间 辅助工作时间 完井电测 下套管前通井处理钻井液 下套管注水泥 事故处理时间 等,二、钻井过程中影响油气层损害程度 的工程因素
3、3、环空流速 高的环空流速一方面对井壁冲刷切力大，使井眼扩大，冲刷外泥饼，增大滤液和固相颗粒侵入量，另一方面增大环空循环压降，即增大对井底的压差。 影响环空流速的主要因素有 水力参数设计不合理 起下钻速度过快,渗透率比值（%）,细固相颗粒含量（%）,增加,截面损害比（%）,岩心长度， cm（截面损害位置）,2 7 12 17 22,40,80,60,100,20,P=0.7MPa,P=9MPa,工 作 液 侵 入 方 向,2cm,7cm,12cm,岩心柱,损害比（%）,浸泡时间， （小时）,1 2 3 4 5 6,40,80,60,100,20,P=0.7MPa T=70 =0.8m/s,第5
4、-2节 保护油气层 的钻井液技术,一、保护油气层对钻井液的要求 1、钻井液密度 钻井液液柱压力尽可能接近油气层压力，即钻井液密度与地层压力系数在数值接近，实际作业中，为了钻井作业的安全，常附加一个安全系数，即： 钻井液密度=地层压力系数+0.05-0.15（g/cm3),一、保护油气层对钻井液的要求 2、降低钻井液中固相颗粒对油气层的损害 降低钻井液中的固相含量 采用无固相钻井完井液 减低钻井液固相颗粒侵入量 控制固相颗粒侵入深度,一、保护油气层对钻井液的要求 3、钻井液必须与油气层岩石/流体相配伍 降低钻井液中的滤液侵入量 采用抑制性强的钻井完井液 控制（提高）钻井液矿化度 采用盐水钻井完井
5、液 采用封堵性暂堵剂控制滤液侵入量和侵入深度,二、钻开油气层的钻井液（狭义的完井液或称钻井完井液）类型 1、水基钻井完井液 2、油基钻井完井液 3、气基钻井完井液,水基钻井完井液的类型,无固相盐水钻井完井液 水包油钻井完井液 无膨润土暂堵型聚合物钻井完井液 低膨润土聚合物钻井完井液 改性钻井完井液 屏蔽暂堵钻井完井液,水基钻井完井液-无固相盐水钻井完井液 组成： 盐+降失水剂+增粘剂+缓蚀剂 +粘土稳定剂 +其它 特点 可以减少固相颗粒堵塞造成的损害 降低地层水敏损害,水基钻井完井液-无固相盐水钻井完井液 缺点 成本高 工艺复杂、维护困难 滤失严重 使用范围 密度可在1.02.30g/cm3范
6、围内调节，常用在1.40 g/cm3以下； 适用于储层压力系统单一、储层特性清楚、已下套管的（强水敏）地层。,无固相盐水钻井完井液的类型 无固相清洁盐水钻井完井液 低固相盐水钻井完井液 无固相聚合物盐水钻井完井液 低固相暂堵型盐水钻井完井液,水基钻井完井液 -水包油钻井完井液 是一种将一定量油分散于水中，形成以水为连续相，油为分散相的无固相水包油钻井完井液。 基本组成： 水（盐水）+油（原油/柴油）+增粘剂 +乳化剂+降失水剂+其它,水基钻井完井液 -水包油钻井完井液 特点 水敏性抑制能力强，保护油气层效果好 滤失量大，成本高，维护困难，适用范围小 适用范围 适用于低压油气层 易发生漏失油气层
7、,水基钻井完井液 -无粘土暂堵型聚合物钻井完井液 组成 暂堵剂+聚合物+降失水剂+KCl（其它盐）+填充粒子（FT-1/EP-1/油溶性树脂等）+其它（防卡剂、增粘剂、缓蚀剂）,原理 采用聚合物控制钻井完井液流变性 采用水溶性/油溶性/酸溶性暂堵剂和提高体系粘度控制滤液侵入量与深度 特点 成本高，维护困难 保护油气层效果较好 使用范围较小,水基钻井完井液 -低粘土聚合物钻井完井液 组成 粘土（1%-4%膨润土）+增粘剂+降失水剂+KCl（其它盐）+其它（防卡剂、缓蚀剂） 特点 降低了搬土用量，减少了搬土颗粒侵入造成的损害，但由此带来成本增高。 适用范围较广。,水基钻井完井液 -改性钻井完井液
8、组成 原钻井液+增粘剂+降失水剂+粘土稳定剂+暂堵剂+其它（防卡剂、缓蚀剂） 改性内容与目的 添加粘土稳定剂，抑制储层水敏损害 添加增粘剂和降失水剂，调节原浆流变性能，降低体系失水量 添加暂堵剂，调节颗粒级配，控制固相颗粒与滤液侵入。,改性钻井完井液 改性内容与目的 适当调节原浆密度，尽量降低体系密度 提高体系携砂能力，保证钻井完井作业安全进行 特点 保护油气层效果较好 配制改性简单，成本低，维护方便 应用范围广 体系保护油气层效果难以把握。,油基钻井完井液 -该类主要有油包水钻井完井液，以油为连续相，其滤液为油。 组成 油+乳化剂+增粘剂+加重剂+暂堵剂+其它 特点 避免了水相对储层的敏感性
9、损害 流变性能好，利于钻井作业 成本高，维护困难，对环境污染大 适用范围小，现场很少使用。,气基钻井完井液（属于低压钻井技术 主要类型 空气钻井液 泡沫钻井液 充气钻井液,基本组成 空气钻井液由空气或天然气、防腐剂、干燥剂等组成； 泡沫钻井液由空气、水、发泡剂、稳泡剂等组成 充气钻井液是在钻井液中充入气体（空气或氦气等），并加入稳泡剂,特点 密度低，有利于提高钻井速度； 适用于低压地层钻井； 使用设备昂贵，成本高 仅在特殊地层条件下使用 如在克拉玛依油田、辽河油田进行过低压钻井试验,空气钻井Air Drilling Fluid 空气、氮气为钻井流体 特殊设备：空气压缩机、增压器、井口旋转头；
10、优点:钻速快(310倍)，钻头寿命长，井底压力1Mpa、遇油气立即进入井内。 空气钻井流体 缺点：易出现井下爆炸起火 氮气为钻井流体 缺点：氮气成本费用高 空气钻缺点：不适宜出水量大的地层,雾化钻井液Mist Drilling Fluid 将少量水、发泡剂、防腐剂，以雾状加入气流中，形成雾状流体； 特殊设备:雾化器、空气压缩机、增压器、井口旋转头 适用于出水量小的地层(23m3/h) 充气钻井液Arerad Drilling Fluid 将空气、氮气充在钻井液中，形成不稳定气液两相流，以降低液柱压力。 泡沫钻井液Foam Drilling Fluid 由基液（水）、空气（氮气）、发泡剂、稳泡剂
11、经泡沫发生器形成的一种均匀、稳定气液两相流。,泡沫钻井的特点： 泡沫密度低(0.0320.064g/cm3 )，井底压力低； 携屑能量强 (10倍于水、45于泥浆)泡沫强度高、粘度大 液量低含水量低于25，水被束缚液膜中 流体中无固相 具有较好的封堵能力,三、屏蔽暂堵钻井完井液技术 1、概念 在钻井完井液中添加适当数量与大小的固相颗粒，以便在钻开油气层后能快速有效地在油气井近井壁带形成致密的桥堵带，从而防止钻井完井液固相颗粒与滤液继续侵入地层，然后通过射孔等完井方式打开屏蔽环。这种保护油气层的技术称屏蔽暂堵钻井完井液技术。,压差、孔喉与粒径比、屏蔽层厚度间的关系,2、几个关键词 快速：在5-1
12、0分钟以内 有效：稳定耐压耐冲 近井壁带：在井壁3-5 cm以内 致密：渗透率接近0,3、技术要点 1）测定油气层孔喉分布曲线及孔喉的平均直径 2）按1 / 2 2 / 3孔喉直径选择架桥粒子的颗粒尺寸，使其在钻井液中含量大于3% 3）加人可变形的粒子，如磺化沥青FT-1、乳化石蜡(EP-1)、氧化沥青、树脂等，加量一般为12%。 4）根据需要，调整钻井完井液性能与密度。,QS-1超细CaCO3颗粒粒度分布,EP-1颗粒粒度分布,4、采用屏蔽暂堵钻井完井液的必要性 不可能用调整钻井液滤液的矿化度的办法来要避免水敏或盐敏损害； 钻井液处理剂无法去掉，要满足井壁稳定的要求，保证泥浆的携屑等要求，就
13、不可避免地要使用多种处理剂，它们对地层的损害也难以避免,只要使用 般土泥浆就存在固相损害，特别是对储层中物性较好的小层更为严重； 泥浆和水泥浆的滤液不可避免地会引起水锁损害； 水泥浆滤液的损害不可避免。,原钻井泥浆伤害实验,5、特点 、利用原对油气层有害的因素-钻井液中的固相颗粒、压差。 在一定的正压差作用下，在很短的时间内（分钟），在距井壁很近的距离内（5cm）形成有效堵塞（渗透率为零）的屏蔽环。它能阻止钻井液中大量固相和液相进一步侵入储层，同时由于它有一定的承压能力，也能在高压差下阻止水泥浆的固相和液相进入储层。最后利用射孔方式解除屏蔽环，使储层的渗透率恢复到原始水平。 、根据钻井液中各种
14、粒子的粒径及分布情况，只需加入一定量的架桥粒子，即可将一般钻井液改造成具有优良保护效果的钻井完井液，施工简单，维护方便，成本低。,特点 、屏蔽暂堵技术只与钻井液中固相颗粒的粒径及分布和储层孔喉大小及分布有关，而与钻井液体系和储层的矿物及各类敏感性无关。因此，可以在较复杂的储层条件下保护油层，易于大面积推广。,6、主要研究内容与研究方法 1、储层特征尤其是储层孔喉大小分布研究 通过压汞、薄片技术、扫描电镜等 2、架桥粒子与填充粒子大小设计 3、原浆颗粒粒度分布与大小检测 4、架桥粒子与填充粒子加量设计 5、具体配方设计,6、暂堵强度实验 检测屏蔽环强度 7、暂堵深度实验 屏蔽环深度 8、返排解堵
15、实验 屏蔽环返排能力，（70%） 9、架桥粒子与充填粒子对泥浆性能影响实验架桥粒子与填充离粒子,屏蔽暂堵实验（例）,配方1：细粒CaCO3+超细CaCO3+FT-1+原钻井液 配方2：细粒CaCO3+超细CaCO3+EP-1+原钻井液 配方3：超细CaCO3+EP-2+原钻井液 配方4：超细CaCO3+DYY-1+原钻井液,暂堵实验结果,暂堵强度实验（例）,反排解堵实验结果（2）,暂堵剂对泥浆流变性能的影响(2),7、具体实例 屏蔽暂堵型钻井完井液技术在塔里木油田的应用,第5-3节 保护油气层 的钻井工艺技术,除保护油气层钻井完井液技术外 近平衡钻井技术 负压钻井技术 提高压力预测准确率 改进
16、井身结构,一、建立四个压力剖面，为井身结构和钻井密度设计提供科学 地层孔隙压力 破裂压力 地应力 坍塌压力等,二、确定合理井身结构 分开不同压力地层 满足近平衡钻井需要 防止钻井事故发生 降低钻井液密度,设计原则： 有效保护油气层，满足完井方法的需要 避免漏、喷、塌、卡复杂事故 具有一定的压井能力,三、实现近平衡压力钻井 地层压力pp 钻井液柱有效压力 pd，pm-静液柱压力 pa-环空阻力，pw-岩屑附加压力，ps-抽吸压力 平衡时 p= pd- pd=0 若钻井时 pd=pm+pa+pw=pp 则起钻时 pd=pm-pspp 因此，在钻井时，需要附加一个压力，这样钻井液静液柱压力为 pm=(1+s)pp s为安全系数，0.05-0.15,四、降低浸泡
