保护油气层讲解

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1、保护油气层的 钻井液技术 陈克胜 保护油气层的钻井液技术 保护油气层技术概论 油气层损害机理 保护油气层钻井液技术 大港油田保护油气层现状 保护油气层技术概论 油气层损害的基本概念 保护油气层的重要性 钻井保护油气层的特点及主要内容 钻井保护油气层的思路与原则 油气层损害的基本概念 钻井与完井的目的最终目的在于钻开储层并形成油气流 动的通道，建立良好的生产条件。 任何阻碍流体从井眼周围流入井底的现象均称为对油气 层的损害。严重的油气层损害将极大地影响油气井的产能。 油气层损害的主要表现形式为油气层的渗透率降低，渗 透率降低越多，油气层损害越严重。 一方面，油气层的损害是不可避免的，钻开油气层即

2、破 坏了储层原有的平衡，钻井液与储层之间发生物理的、化学 的相互作用，从而增大油气流的阻力。但另一方面，油气层 损害又是可以控制的，通过实施保护油气层、防止污染的技 术措施，完全可能将油气层损害降至最低限度。 保护油气层主要是指尽可能防止近井壁带的油气层不受 到不应有的损害。 保护油气层的重要性 保护油气层是石油勘探开发过程中重 要的技术措施之一。其重要性集中体现在 以下方面： 1、在油气勘探过程中，有利与发现 和正确评价油气层； 2、有利于提高油气井的产能及油气 田的开发效益； 3、有利于油气井的增产和稳产。 钻井保护油气层的特点及主要内容 保护油气层技术的主要特点： 1、涉及多学科、多专业

3、和多部门并贯穿整个油气 生产过程的系统工程； 2、不同的油气层具有各自的个性，从而造成钻井 过程中储层损害的机理也不一定相同，这就决定了保护 油气层技术具有很强的针对性。 保护油气层技术的的主要内容： 1、基础资料的收集与储层潜在损害分析；2、油气 层敏感性与钻井液保护油气层效果评价；3、钻井完井 损害储层机理研究；4、保护储层钻井液所需处理剂的 研制与评选；5、保护储层的钻井液技术；6、保护储层 的钻井完井技术；7、油气层损害现场诊断与矿场评价 技术；8、保护油气层总体效果评价和综合效益分析技 术。 钻井保护油气层的思路与原则 钻井完井保护油气层的技术思路： 1、获取钻井完井保护油气层技术所

4、需的基础资料，分析潜 在的损害因素与机理； 2、分析评价钻井完井过程损害储层的类型、程度及原因； 3、研究评价针对性的保护储层钻井完井技术； 4、钻井完井保护油气层技术现场试验、效果评价与完善推 广。 钻井完井保护油气层应遵循的原则： 1、预防为主，解堵为辅原则； 2、针对性原则； 3、配伍性原则； 4、效果与效益结合原则。 油气层损害机理 油气层的潜在损害因素 固体颗粒堵塞造成的损害 工作液与油气层岩石不配伍造成的损害 工作液与油气层流体不配伍造成的损害 油气层岩石毛细管阻力造成的损害 油气层的潜在损害因素 油气层损害机理是指油气层损害的产生原因 以及伴随损害而发生的物理、化学变化过程。对

5、于不同的油气层，其储集特征和导致损害的外部 环境均有较大差别，因此，可能发生的损害机理 也不尽相同。对于某一目的层，要想制定出一个 有效的保护油气层的技术方案，必须先将其损害 机理认识清楚。油气层损害机理研究是保护油气 层技术中的一项必不可少的基础工作。 对于不同的油气层，损害机理可能有很大的 差别，下面分别对引起损害的各种原因以及相应 的保护措施进行讨论。 1、油气层储渗空间： 储层孔喉类型和孔隙结构参数与油气层损害关系很大 。一般情况下，若孔喉直径大，则固相颗粒侵入的深度较 深，因固相堵塞造成的损害就会比较严重，而滤液造成的 水锁、气阻等损害的可能性较小。如果孔喉的弯曲度越大 和连通性越差

6、，则油气层越易受到损害。 损害类型在很大程度上取决于储层的孔隙度和原始渗 透率。对于渗透率较高的储层，可推断其孔隙尺寸较大且 连通性较好，胶结物含量较低，这种情况下受固相侵入而 造成的损害较大。而对于低渗油气层，由于其孔隙尺寸小 且连通性差，胶结物含量高，因而固相造成的损害不是主 要的，而容易发生诸如粘土水化膨胀、微粒运移和水锁等 损害。 2、油气层敏感性矿物 敏感性矿物是指油气层中容易与外来流体发生物 理和化学作用并导致油气层渗透率下降的矿物。 敏感性矿物一般小于37m，多数位于孔喉附近， 因而总是优先与外来流通相接触并相互作用。敏感性矿 物的类型基本上决定了油气层损害的类型。按引起敏感 的

7、因素不同，可将敏感性矿物分为速敏、水敏、盐敏、 酸敏和碱敏。 3、油藏岩石的润湿性、油气层流体（地层水、原 油、天然气）性质等都存在着潜在的损害因素。 潜在损害因素是油气层固有的特性。若没有外来作 用来诱发它们，则不会造成油气层损害。下面介绍外因 如何诱发内因起作用而造成油气层损害的。 固体颗粒堵塞造成的损害 1、流体中固体颗粒堵塞油气层造成的损害 当井筒内流体的液柱压力大于油气层孔隙压力时， 外来流体中的固体颗粒就会随液相一起进入油气层，其 结果会堵塞油气层而引起损害。特别实在泥饼形成之前 ，固粒侵入的可能性更大。影响外来固体颗粒对油气层 损害程度和侵入深度的因素有： （1）固体颗粒粒径与孔

8、喉直径的匹配关系； （2）固体颗粒的浓度； （3）施工作业参数。 2、地层微粒运移造成的损害 各种井下作业过程中都会出现由于微粒运移造成的 油气层损害。产生运移的原因，是由于储层中含有许多 粒度极小的粘土和其它矿物的微粒，在外力作用下，它 们从孔壁上分离下来，并随孔隙内的流体一起流动，当 运移至孔喉位置时，一些微粒便会被捕集而沉积下来， 对孔喉造成堵塞。 工作液与油气层岩石不配伍造成的损害 1、水敏性损害 水敏性损害的含义是，当进入油气层的外来流体与 油气层中的水敏性矿物不相配伍时，将使这类矿物发生 水化膨胀和分散，从而导致油气层的渗透率降低的现象 。特点：（1）储层中水敏性矿物含量越多，损害

9、越大 。（2）各粘土矿物所造成的水敏性损害的程度不同由 高到低依次为：蒙脱石、伊蒙混层、伊利石、绿泥石和 高岭石。（3）水敏性矿物含量相似时、低渗要比高渗 油气层损害大。（4）外来流体的矿化度越低，水敏性 损害越重。 2、碱敏性损害 当高pH值的外来流体侵入油气层后，与油气层中的 碱敏性矿物发生相互作用，造成油气层渗透率下降的现 象称为碱敏性损害。产生碱敏性损害的原因主要有以下 两点： （1）碱性环境下更有利于油气层中粘土矿物的水化膨胀 。（2）碱可与蛋白石等矿物反应生成硅凝胶而堵塞孔道 。 碱敏性损害程度的大小与油气层中碱敏性矿物的含量 、地层流体的pH值以及外来流体的侵入量有关。一般情况

10、下，外来流体的pH值越高损害越大。 3、酸敏性损害 由于酸化作业时所使用的酸液与油气层岩石不配伍而 导致油气层渗透率下降的现象称为酸敏性损害。损害形式 一是造成微粒释放，二是生成某些沉淀。主要沉淀有氢氧 化铁、氟化钙、氟化镁等。影响酸敏损害程度的因素有油 气层中的酸敏性矿物含量、酸的组成和浓度和酸化后反排 酸液的时间等。 4、油气层岩石润湿反转造成的损害 在外来流体中的某些表面活性剂等极性物质的作用下 ，岩石表面会发生从亲水变成亲油的润湿反转，造成油气 层渗透率降低的现象。 工作液与油气层流体不配伍造成的损害 工作液与油气层流体不配伍造成的损害主要有以下几 个方面：1、无机垢堵塞。2、有机垢堵

11、塞。3、乳化堵塞 。4、细菌堵塞。 油气层岩石毛细管阻力造成的损害 油气层岩石毛细管阻力引起的损害的主要形式是水锁 效应。水锁效应是指当油、水两相在岩石孔隙中渗流时， 水滴在流经孔喉处遇阻，从而导致油相渗透率降低的损害 形式。对于低渗和特低渗油气层，水锁效应是其主要的损 害形式。 水锁效应通常是是由于钻井液等外来流体的滤液侵入 而引起的。因此，尽量控制外来流体滤失量是防止水锁损 害的有效措施。 以上介绍了可能导致油气层损害的各 种机理。实际上，对于不同类型的油气层 以及不同的外界条件下，损害机理是不同 的。因此，必须根据储层的类型和特点， 在全面、系统地进行岩心分析和室内损害 评价的基础上，才

12、能对某一具体油气层的 主要损害机理作出准确的诊断。然后在此 基础上，才能制定出保护油气层的技术方 案。 保护油气层钻井液技术 保护油气层对钻井液的要求 保护油气层钻井液类型 保护油气层钻井液技术 钻井液是与油气层接触的第一种工作流体，因 此在钻井过程中做好保护油气层工作是实施保护油 气层成套技术的一个重要环节。 一、保护油气层对钻井液的要求 钻开油气层的优质钻井液不仅要在组成和性能 上满足地质和钻井工程的要求，而且还必须满足保 护油气层技术的基本要求，这些基本要求可归纳为 以下4个方面。 1、必须与油气层岩石相配伍 与油气层岩石相配伍主要体现在防止各种敏感性损 害和润湿反转上。 对于较强水敏的

13、油气层，应选用不引起粘土水化膨 胀的强抑制性钻井液，如钾基聚合物钻井液和油基钻井 液等；对于盐敏性油气层，钻井液的矿化度应不小于临 界矿化度。对于碱敏性油气层，钻井液的pH值不得超过 临界pH值，尽可能控制在78的范围内。对于酸敏性较 强的油气层，最好不选用酸溶性暂堵剂。对于速敏性油 气层，则尽量降低正压差和注意防漏。在选用W/O或 O/W型钻井液钻井时，应避免使用油润湿性较强的表面 活性剂作为乳化剂，以免岩石孔隙表面发生从亲水变成 亲油的润湿反转。 2、必须与油气层流体相配伍 与油气层流体配伍主要是针对钻井液滤液而言 的。在设计钻井液配方时，必须考虑以下因素：滤 液组分不与地层流体发生沉淀反

14、应，以防止发生结 垢等损害；滤液与地层流体之间不发生乳化作用； 滤液的表面张力不易过高，以防发生水锁损害；滤 液中可能含有的细菌不会在油气层所处的环境中繁 殖生长。 3、尽量降低故相含量 为防止因固相颗粒堵塞造成的油气层损害，钻 井液中除保持维护其性能所必须的膨润土和加重材 料外，应尽可能降低其它无用固相的含量。膨润土 含量也应以够用为度，防止其超量。在选用各类暂 堵剂时，其颗粒尺寸应与油气层的平均孔径相匹配 。对渗透率较高的油气层，应尽可能采用无固相或 无粘土相钻井液。 4、密度可调，以满足不同压力油气层近平衡 压力钻 井的需要 我国油气层的压力系数范围为0.42.87， 因此，必须研制出从

15、气体钻井流体直至密度高 达3.0g/cm3的不同类型钻井液才能满足需要， 同时，钻井液密度应易于调整，以满足不同压 力油气层近平衡压力钻井的需要对于某些低压 低渗、岩石坚固的油气层，可能还需要采用负 压差钻进来减轻对油气层的损害。 保护油气层钻井液类型 保护油气层的水基钻井液 保护油气层的油基钻井液 保护油气层的气体类钻井流体 保护油气层的水基钻井液 由于水基钻井液具有配制成本较低、所需处理剂 来源广、可供选择的类型多以及性能比较容易控制等 优点，因此一直是钻开油气层的首选钻井液体系。该 类钻井液按其组成与使用范围分以下几种体系。 1、无固相清洁盐水钻井液 该类钻井液不含膨润土及其它固相，密度

16、通过加入不 同类型和数量的可溶性无机盐进行调节。由于其种类 较多，密度可在1.0-2.3g/cm3范围内调整，因此基本 上能够在不加入任何固相的情况下满足各类油气井对 钻井液密度的要求。该钻井液的流变参数和滤失量通 过添加对油气层无损害的聚合物来进行控制，为了防 止对钻具的腐蚀，还应加入适量的缓蚀剂。各种常用 盐水基液密度见下表。 在以上各种无机盐中，NaCl的来源最广，成本最低 ，因此其最为常用，其次是CaCl2和KCl，但KCl成本较 高，为降低成本，经常是上述三种混合使用，配成的混 合盐水密度范围在1.20-1.32g/cm3。 使用清洁无机盐水钻井液钻开油气层的优点在于： 1、可避免因固相颗粒堵塞造成的油气层损害；2、可在 一定程度上增强钻井液对粘土矿物水化作用的抑制性， 减轻水敏性损害；3、由于无固相存在，机械钻速可显 著提高。其缺点是：成本高，工艺较复杂，对固控要求 高，对钻具、套管腐蚀较严重，易发生井漏。使用受到 较大限制。目前常用于做射孔液和压井液。 2、水包油钻井液 该钻井液是将一定量的