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1、目 录前前 言言.1一、研究背景一、研究背景.3二、室内研究二、室内研究.10三、施工工艺研究三、施工工艺研究.31四、现场应用四、现场应用.34五、结论五、结论.451前前 言言水平井大多采用筛管完井，在筛管内外都会滞留钻井液。在采油过程中，钻井液中的钻屑、砂子和岩屑床会堵塞筛管孔眼，影响了水平井的开发效果，不能最大限度的发挥水平井泻油面积大的特点;残留的钻井液会腐蚀筛管，缩短开采周期。针对这些问题，要求水平井完井液的固相含量低，并能有效破坏并携带出岩屑床，减少对筛管的腐蚀。通过调研和室内研究，确定完井液体系为无粘土相的有机盐无固相体系，使其具有优良的流变性能和良好的防腐性能。室内优选出最佳
2、的加重剂、提粘剂、降滤失剂、封堵防塌剂、流型调节剂、暂堵剂，优化配方使洗井液的具有优良的流变性能，能够破坏岩屑床和携带出岩屑，完井液的性能达到 API 失水3ml，粘度 30-40S，渗透率恢复值90%，腐蚀率比常规的聚合物聚磺降低了 10 倍以上，完井液密度与原钻井液密度相同来平衡坍塌压力。隔离液优选为无固相胶液，与钻井液和完井液在混合时均不会发生稠化反应。结合现场优化施工设计，通过水泥车替入隔离液与洗井液，泥浆泵循环钻井液，顶替出洗井液；再用水泥车替入隔离液和完井液，泥浆泵泵入钻井液，把完井液替入水平段，留在井底。该技术的优势在于施工工艺简单，通过替入无固相洗井液，破坏岩屑床，把钻屑和砂子
3、携带出地面，再替入优质的无固相完井液留在井底，下入套管和筛管。在采油过程中，完井液的泵送能力好，不会堵塞筛管孔眼，能充分发挥水平井的优势，有效提高单井产能。该技术已在吐哈油田温平 5-84 井、神平275 井施工成功，2 口井减少钻井液污染时间分别为 11 天和 28 天，2 口井投产均获得 80 多方的高产油流，比相邻的直井产量提高了 4 倍以上，收到了良好的效果。该技术具有良好的推广价值，在水平井完井阶段，均可以采用洗井完井液技术，可以最大限度的减少钻井液对地层的污染，减少岩屑床对开采的影响，并能减少钻井液对井下工具的腐蚀，有效地发挥水平井的优势，为油田的增产上产做出贡献。2一、研究背景一
4、、研究背景水平井完井过程中完井的方式不同，由于水平井井眼结构的特殊性，导致在水平段固井质量较差，因此水平井大多采取裸眼筛管完井，也有部分井采取裸眼完井和固井完井。采用裸眼筛管完井后，后续的采油作业很难进行，如酸化和压裂等。因此裸眼完井的水平井在完井过程中，完井液的性能就显得井质量直接影响到油井投产后的生产能力和油井寿命，完井质量的好坏很大程度上取决于完井液质量的好坏。钻井与采油的实践表明：完井液对油气层的损害有时是相当严重，如有的井在钻进过程中曾有强烈的油气显示，但试油时却不出油；有的井则在投产很长一段时间之后还有泥浆；有的井与邻近井比较初期产量明显偏低，自喷时间短等。发生这些情况，除地质和采
5、油工艺上的原因之外，相当程度上是由于完井液对油气层的损害所造成的。钻井的最终目的是为了迅速有效地开发石油天然气资源，因此完井过程中必须重视油气层保护工作，防止洗井完井液对油气层的损害，为确保油井的顺利投产和长期稳产创造条件。1、完井液对油气层造成伤害：具体表现在以下几方面：（1）油层中的粘土成分膨胀油层砂粒周围一般都包有极薄的粘土膜，砂层之间的微孔道非常多，油层内部还有许多很薄的粘土夹层。而由这些粘土夹层所分隔开的各小层渗透率的差别也相当大。在完井液自由水侵入的作用下，如果完井液的抑制性不强，砂粒周围的粘土质成分将发生体积膨胀，使油流通道缩小，而降低出油能力。（2）坏孔隙内油流的连续性油层含油
6、饱和度较高时，油流在孔隙内部成连续状态，这时少量的共生水在孔隙外围，并把极微小的松散微粒固定下来，在相当大的油流速度下也不会被冲走。当泥浆滤液侵入较多时，会破坏油流的连续性，使之成为大小不等的油滴，从而将原油的单相流动变为油水两相流动，增加了油流阻力。另外当水成为流动的连续相时，流动的剪切面为砂粒表面，只要流速稍大，就会把原来稳定在颗粒表面的松散微粒冲走，并在适当部位发生堆积、堵塞流动孔隙，而严重降低渗透率。（3）产生水锁效应、增加油流阻力洗井完井液中的滤液进入储层以后，储层中油的有效渗透率和油流速率都严重下降，这便是由水锁作用所造成的。如要消除已出现的水锁作用，使油有效渗透率再恢复到原始数值
7、，则相当因难，有时甚至无法完全做到。（4）在地层孔隙内生成沉淀物滤液中含的某些离子或化合物与地层中的一些成分作用，生成固体或絮状沉淀物，而堵塞地层孔隙。如钙离子可生成 CaSO4、铁离子可生成 Fe（OH）33胶状沉淀等。（5）固体颗物直接浸入生产层（泥侵）泥侵对生产层的损害作用主要是：a、侵入的粘土颗粒或固相质点堵塞地层孔隙，阻止或妨碍油气流出；b、减少地层孔隙的有效直径（与粘土膨胀相似） ，从而降低油气的有效渗透率。侵入地层孔隙内的固相微粒，可在该处形成“内泥饼” ，很难把它消除掉而造成永久性地层损害。从上述各种危害可以看出，洗井完井液的性能如果控制不好，对储层会造成很多伤害，影响水平井的
8、开发效果。所以，选择性能优良的洗井完井液对油层保护和开采过程都很重要。2、水平井储层保护的难点水平井水平钻进期间大多存在储层损害，而且其损害的程度要比直井大得多。在同一构造的直井与水平井，造成油气层损害的内因是相同的，但引起油气损害的外因却不一样。水平井油气层损害与直井相比存在以下差别：（1）水平井钻穿油气层长度比直井长，因而钻井液与储层的接触面积比直井大；（2）水平井钻井时间长，油气层浸泡时间长，消除油气层浸泡影响的时间也长；（3）水平井钻进油层的压差比直井高。对于同一油气层来说，其孔隙压力是相同的，但随着水平段的延伸，钻井液的流动阻力不断增加，此压力直接作用在油气层上，因而压差随水平段所钻
9、长度的增长而增大，油气层的损害随压差的增大而增大；（4）由于水平井段各点油气层浸泡时间不同，压差不同，其受损害的程度也不相同，距目标点越远，损害带的半径越大。综上所述，由于水平井所钻油气层井段长，受污染的面积大，污染的时间长，因而消除油气层所受的损害难度比直井大得多。另外，水平井完井方式与直井不同。直井一般用射孔完井，水平井多采用筛管完井，水平段不固井，因而无法射孔。对于直井，射孔孔眼能延伸穿过钻井液损害层，油气的运移的通道比较通畅。而水平井没有射孔，虽然其泄油面积较大，但油气运移的通道没有直井通畅，油气必须穿过污染带才能到达井筒里面。所以，水平井的储层保护更加具有重要的意义，直接影响到水平井
10、以后的投产效果。3、水平井特殊井眼带来的问题目前吐哈油田水平井洗井完井液全部是钻井过程中使用的是聚合物、聚磺钻井液钻井液。该钻井液是由粘土和重晶石为基本配方，加入聚合物和聚磺药4品组成。一般性能为密度 1.20-1.40g/cm3，固相 10-15%，含油 2-8%，坂含 40-70g/l，该钻井液在常规直井和常规定向井能够满足钻井工程和油层保护的要求，但在水平井中存在下列问题：（1）井眼清洁不彻底根据塑性流体的临界流速理论，常规钻井液体系的动塑比在 0.3-0.6 之间，因此常规钻井液在水平段很难形成紊流，不能对水平段很好的清洗。在吐哈油田水平井完井阶段，下套管之前都使用清扫液对井眼内的岩屑
11、进行清除。这种清扫液虽然能起到清除岩屑的作用，但是清洗不彻底。水平段部分岩屑床和附着在井壁上的岩屑没有被彻底清除。这些虚泥饼和岩屑床在开采过程中会堵塞筛管孔眼，或者沉积在下侧井壁上面，阻塞油气运移的通道，影响油井产能。（2）滤失量不易控制水平井钻井过程中，尽管加入降滤失剂对钻井液的滤失量严格控制，但是在清扫阶段往往对钻井液性能进行处理，调整钻井液的流变性，使之粘度降低，以其达到理想的冲刷和携带的效果。但是，由于钻井液性能发生变化，钻井液的滤失量在清扫过程中有可能增加。在冲刷泥饼过程中，会有更多的滤液进入井壁，污染储层。（3）滞留钻井液排出困难由于钻井液的粘度较高，泵送能力差，所以水平段会留有钻
12、井液。这些钻井液在开采过程中不能被及时地携带出来。（4）遗留的钻井液腐蚀套管遗留在水平段的钻井液中含有各种无机处理剂，并且呈现碱性。筛管与其长时间接触会发生腐蚀，影响套管的使用寿命。（5）钻井液中的固相影响开采效果洗井完井液的固相颗粒对储层也有一定的伤害。目前使用的钻井液大多都是有固相的，遗留在水平段的钻井液中的固相最终会附着在井壁上或筛管上，这些都会阻碍油气的运移，影响开采效果。4、水平井对完井液的基本要求（1）优良的流变性在直井段，由于井眼轴线与重力方向一致，故岩屑沿井眼轴线下落。在大斜度井段和水平井段，井眼轴线与重力方向不一致，岩屑滑向井底或者在下井壁堆积，形成岩屑床。所以，水平井的井眼
13、清洁难度要比直井大。流变性直接影响井眼清洁效果，洗井完井液要有合理的流变参数，保持适当的粘度、屈服值、动塑比，保证在流动状态下有足够的结构能力，将岩屑携带出来。（2）控制钻井液滤失量滤液直接伤害储层，如果失水量大，洗井完井液柱与油气层之间的压力差5较大，浸泡时间长，滤液的界面张力大，对油气层的损害就大；反之则小。所以要严格控制洗井完井液的 API 和 HTHP 滤失量，HTHP 滤失量应控制在 10ml以内，API 滤失量应控制在 4ml 以下。（3）很强的抑制性洗井完井液的浸泡使井眼周围的岩石强度变弱而使井眼变得容易坍塌。在易坍塌层钻进，由于斜井或水平井比直井的井段更长，在直井中不出现坍塌的
14、地层，在斜井或水平井中也可能出现坍塌。要提高稳定性必须从洗井完井液的性能上加以改善，使其具有更强的抑制性和良好的造壁性。（4）返排率高钻水平井的目的是要提高油气井的产量，而水平井储层保护的难度又比直井大。为了使水平井达到尽可能高的产能，就必须使水平井完井洗井液具有更好的保护储层的能力，使储层损害控制在最低程度。为此，选择用于水平井的洗井完井液，必须测试它与储层岩心的相容性，只有那些渗透率恢复值至少大于 80的洗井完井液，才可用于水平井完井阶段。二、室内研究二、室内研究1、研究思路针对吐哈油田常用钻井液体系多为聚合物、聚磺体系，该体系含有固相，流变性不强，导致井眼清洁不彻底、滤失量不易控制、滞留钻井液排出困难、遗留的钻井液腐蚀套管、钻井液中的固相。这就需要我们寻找一种新型的完井液，该体系不仅要不含固相，不会对油层造成固相伤害，而且，流变性能好，在水平段能形成紊流，返排出钻屑比较容易，因此选用无固相体系。无固相体系不含有固相，如果被留在储层段对储层的伤害较低；无固相体系还有以下特点：流动性能好，能有效的携带出岩屑；抑制
