钻井油气层保护技术

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1、钻井油气层保护技术钻井油气层保护技术前 言 随着油田勘探和开发的不断深入，油气藏的类型不断深入，勘探和开发难度越随着油田勘探和开发的不断深入，油气藏的类型不断深入，勘探和开发难度越来越大，对钻井完井技术，特别是保护油气层技术的要求越来越高。因此，对来越大，对钻井完井技术，特别是保护油气层技术的要求越来越高。因此，对保护油气层技术的研究越来越受到人们的重视，保护油气层的钻井完井技术也保护油气层技术的研究越来越受到人们的重视，保护油气层的钻井完井技术也日益发展起来。日益发展起来。 在钻井过程中，钻井液、完井液是油气层打开时首先接触油气层的工作液，易在钻井过程中，钻井液、完井液是油气层打开时首先接触

2、油气层的工作液，易对油气层造成损害。油气层一旦受到损害，欲恢复到原有的水平是相当困难的对油气层造成损害。油气层一旦受到损害，欲恢复到原有的水平是相当困难的，费用也是相当昂贵的。因此，保护油气层的基本方针以预防为主。钻井过程，费用也是相当昂贵的。因此，保护油气层的基本方针以预防为主。钻井过程中防止油气层损害是保护油气层系统工程的第一环节，其目的是交给试油或采中防止油气层损害是保护油气层系统工程的第一环节，其目的是交给试油或采油部门一口无损害或低损害的、固井质量优质的油气井。油气层损害具有累加油部门一口无损害或低损害的、固井质量优质的油气井。油气层损害具有累加性，钻井中对油气层的损害不仅影响油气层

3、发现和油气井的初期产量，还会对性，钻井中对油气层的损害不仅影响油气层发现和油气井的初期产量，还会对今后各项作业损害油气层的程度以及作用效果带来影响。因此今后各项作业损害油气层的程度以及作用效果带来影响。因此搞好搞好钻井过程中钻井过程中的油气层保护工作，对提高勘探、开发经济效益至关重要。的油气层保护工作，对提高勘探、开发经济效益至关重要。主要内容 钻井过程中造成油气层损害原因分析 钻井过程中影响油气层损害程度的工程因素 保护油气层的钻井液技术 保护油气层的钻井工艺技术 现场钻井液性能的测试一、钻井过程中造成油气层损害原因分析 在钻井过程中，大多数情况是采用正压差钻井，既钻井液液柱压力高于地层孔隙

4、压力。这样，在钻开油气层时，在正压差的作用下，钻井液的固相进入油气层造成孔喉堵塞，其液相进入油气层与油气的岩石和流体作用，破坏油气层原有的平衡，从而诱发油气层潜在损害因素，造成渗透率下降。钻井过程中油气层损害原因可以归纳为以下五个方面。简介一、钻井过程中造成油气层损害原因分析 钻井液中固相颗粒堵塞地层 钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害水敏和盐敏损害 碱敏损害 润湿反转 表面吸附 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 发生水锁损害 形成乳化堵塞 细菌堵塞 油相渗透率变化引起的损害 负压差急剧变化造成油气损害1、钻井液中固相颗粒堵塞油气层钻井液中存在多种固相颗粒

5、，如膨润土、加重剂、暂堵剂、钻屑和处理剂的不溶物等。钻井液中小于油气层孔喉直径或裂缝宽度的固相颗粒，在压差作用下，进入油气层孔喉和裂缝中形成堵塞，造成油气层损害。损害的严重积蓄随钻井液中固相含量的增加而加剧，特别是分散得十分细的膨润土的含量影响最大。其损害程度还与固相颗粒尺寸大小和级配有关。固相颗粒侵入油气层的深度随着正压差的增大而加深，造成渗透率损害的程度也越大。2、钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害 油气层中粘土矿物在原始的地层条件下处在一定的矿 化度环境中，当淡水进入地层时，某些粘土矿物就会 发生膨胀、分散、运移，从而减少或堵塞地层孔隙和 喉道，造成渗透率的降低。油气层的这种遇淡水后

6、渗 透率降低的现象称为水敏。当低矿化度的盐水进入地 层时，如果低于某一下限临界矿化度，也能引起储层 中某些粘土矿物的膨胀、分散和运移；当高于某一上 限临界矿化度的工作液进入油气层后，可能引起储层 粘土的收缩、失稳、脱落，这些都将导致油气层孔隙 和喉道的缩小及堵塞，造成渗透率下降，这种现象即 为盐敏。水 敏 和 盐 敏 损 害2、钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害 从上面的定义可以看出水敏损害实际上就是低于某一 下限临界矿化度的极限盐敏损害，因此我们把低于地 层水矿化度的工作液滤液引起的渗透率损害统称为水 敏损害。高于地层水矿化度的工作液滤液引起的渗透 率损害统称为盐敏损害。当低矿化度抑制性

7、钻井液进 入油气层时，就可能引起水敏损害；当高矿化度的钻 井液滤液进入油气层时，可能引起盐敏损害。这要根 据地层的上限临界矿化度和下限临界矿化度而定。水 敏 和 盐 敏 损 害2、钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害 地层水PH值一般呈中性或弱碱性，当高PH值流体进入 油气层后，将造成油气层中粘土矿物和硅质胶结的结 构破坏（主要是粘土矿物解理和胶结物溶解后释放微 粒）。此外，大量的氢氧根与某些二价阳离子结合会 生成不溶物，从而造成油气层的堵塞损害。当外来流 体的PH值高于某一临界PH值时，储层的渗透率就会明 显下降。而大多数钻井液的PH在8-12之间，高PH值的 钻井液滤液进入碱性储层，就可

8、能发生碱敏损害。碱 敏 损 害2、钻井液滤液与油气层石不配伍引起的损害 当钻井液滤液含有亲油表面活性剂时，这些表面活性剂就有可能被亲水岩石表面吸附，引起油气层孔喉表面润湿性发生改变，造成油气层油相渗透率降低。 钻井液滤液中所含的部分处理剂可能被油气层孔隙或裂缝表面所吸附，使孔喉或孔隙缩小，而使油气层的渗透率下降。润 湿 反 转表 面 吸 附3、钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损害 钻井液滤液中所含无机盐离子与地层水中无机离子作 用形成不溶于水的盐类，例如含有大量碳酸根、碳酸 氢根的滤液遇到高含钙离子的地层水时，形成碳酸钙 沉淀。 当地层水的矿化度和钙、镁离子浓度超过滤液中处理 剂的抗盐和抗钙

9、、镁能力时，处理剂就会盐析而产生 沉淀。例如腐植酸钠遇到地层水中钙离子，就会形成 腐植酸钙沉淀。无 机 盐 沉 淀形 成 处 理 剂 不 溶 物3、钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损害 钻井液滤液渗入润湿的油气层孔道后，会把储层中原有 的油推向储层深部，并在油水界面形成一个凹向油相的 弯液面，而产生一个指向油相的毛管压力。若储层的压 力不足以克服这一附加的毛管压力和流体流动的摩擦阻 力，就不能把水段塞驱开，而造成渗透率损害。实际上 ，由于储层的孔道大小分布很广，总有一些孔道可以驱 开，驱开的大孔道中水膜也可能增厚，最终导致储层含 水饱和度增加，油相渗透率降低，对储层产生损害。 由于毛管压力与

10、孔道半径成反比，所以，对于小孔道低 渗储层，产生的毛管压力较大，易产生水锁损害；对于 大孔道高渗高压储层，产生的毛管压力较小，地层驱替 压力较大，水锁引起的损害较低。发 生 水 锁 损 害3、钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损害 特别是使用油基钻井液、油包水钻井液、水包油钻井 液时，含有多种乳化剂的滤液与地层中的原油或水发 生乳化，可造成孔道堵塞。 滤液中所含的细菌进入油气层，如油气层环境适合其 繁殖生长，就有可能造成喉道堵塞。形 成 乳 化 堵 塞细 菌 堵 塞4、油相渗透率变化引起的损害 钻井液滤液进入油气层，改变了井壁附近地带的油气 水分布，导致油相渗透率下降，增加油流阻力。 5、负压

11、差急剧造成油气层损害 中途测试或负压差钻井时，如果选用的负压差过大， 可诱发油气层速敏，引起油气层出砂及微粒运移，此 外，还会诱发地层中原油组分形成有机垢和产生应力 敏感损害。二、钻井过程中影响油气层损害程度的工程因素 钻井压差和压力波动 储层裸眼浸泡时间 环空返速 钻井液性能1、钻井压差和压力波动压差是造成油气层损害的主要因素之一，与压差密切相关的是钻井液密度。通常钻井液的滤失量随压差的增大而增加，因而钻井液滤液进入油气层的深度也随压差的增加而增大（图1）。此外，当钻井液有效液柱压力超过地层破裂压力或钻井液在油气层裂缝中的流动遇阻时，钻井液就可能漏失到油气层深部，加剧对油气层的损害。负压差可

12、以阻止钻井液滤液进入油气层，减少对油气损害，但过高的负压差会引起油气层出砂和有机垢的形成，反而会对油气层产生损害。另外，起钻时的抽吸效应及下钻时的锤击效应引起的压力波动也会损害油气层。快速起钻时的抽吸效应会降低钻井液的液柱压力，破坏泥饼或已形成的桥堵；而下钻时的锤击效应则使钻井液液柱压力增大，促使钻 井液滤液侵入地层.图1 不同压差钻井液对深部气层侵入深度浸泡时间关系曲线 2、储层裸眼浸泡时间 当油气层被钻开时，钻井液固相或滤液在正压 差作用下进入油气层，当泥饼形成后，固相侵 入基本不再随时间变化，但滤液侵入量随着时 间的增加而增加，滤液侵入深度增大；对储层 的渗透率损害程度也增大。图2 岩心

13、渗透率恢复值与浸泡时间的关系 压差5Mpa;温度80oC;钻井液循环线速0.8m/s3、环空返速 环空返速越大，形成稳定泥饼的时间越长，固相颗粒进入储层的机会越多，钻井液对井壁泥饼的冲蚀越严重，钻井液的动滤失量随着环空返速的增高而增加，钻井液固相和滤液对油气层侵入深度和损害程度也随之增加。此外，钻井液当量密度随环空返速增高而增加，因而钻井液对油气层的压差随之增高，损害加剧。图3 钻井液环空返速对损害深度的影响4、钻井液性能 钻井液性能好坏与油气层损害程度紧密相关，钻井液 的固相和液相进入油气层的深度及损害程度均随钻井 液滤失量的增大和泥饼质量变差而增加（图4）。钻井 过程中起下钻、开泵所产生的

14、激动压力随钻井液的塑 性粘度和切力增大而增加。此外，井壁坍塌压力随钻 井液抑制能力的减弱而增加，维持井壁稳定所需钻井 液的密度就要随之增高，若坍塌层与油气层在同一个 裸眼井段，且坍塌压力又高于油气层压力，则钻井液 液柱压力与油气层孔隙压力之差随之增高，就有可能 使损害加重。图4 不同滤失量钻井液对深部气层侵入深度浸泡时间关系曲线 三、保护油气层的钻井液技术 钻开油气层钻井液不仅要满足安全、快速、优质、高 效的钻井施工需要，而且要满足保护油气层的技术要 求。通过多年的研究，可归纳以下几个方面： 钻井液密度可调，满足不同压力油气层近平衡钻井的 需要。 降低钻井液中固相颗粒对油气层的损害。钻井液中除

15、 保持必须的膨润土、加重剂、暂堵剂外，应尽可能降 低钻井液中膨润土和无用固相的含量。依据所钻油气 层的孔喉直径，选择匹配的固相颗粒尺寸大小、级配 和数量，用以减少固相侵入油气层的数量与深度。此 外，还可以根据油气层特性选用暂堵剂，在油井投产 时再进行解堵。保 护 油 气 层 对 钻 井 液 的 要 求三、保护油气层的钻井液技术对于中、强水敏性油气层应采用不引起粘土水化膨胀的强抑制性钻井液。例如氯化钾钻井液、钾胺基聚合物钻井液、两性离子聚合物钻井液、阳离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、油基钻井液和油包水钻井液等。对于盐敏性油气层，钻井液的矿化度应控制在两个临界矿化度之间。对于碱敏性油气层，钻井液P

16、H值应尽可能控制在78；如需调控PH值，最好不用烧碱作为碱度控制剂，可用其它种类的、对油气层损害程度低的碱度控制剂。对于非酸敏性油气层，可选用酸溶处理剂或暂堵剂。对于速敏性油气层，应尽量降低压差和严防井漏。采用油基或油包水钻井液、水包油钻井液时，最好选用非离子型乳化剂，以免发生润湿反转等。保 护 油 气 层 对 钻 井 液 的 要 求钻 井 液 必 须 与 油 气 层 岩 石 相 配 伍三、保护油气层的钻井液技术 确定钻井液配方时，应考虑以下因素：滤液中所含的 无机离子和处理剂不与地层中流体发生沉淀反应；滤 液与地层中流体不发生乳化堵塞作用；滤液表面张力 低，以防发生水锁作用；滤液中所含细菌在油气层所 处环境中不会繁殖生长。 所用各种处理剂对油气层渗透率影响小。尽可能降低 钻井液处于各种状况下的滤失量及泥饼渗透性，改变 流变性。降低当量钻井液密度和起下管柱或开泵时激 动压力。此外，钻井液的组分还必须有效地