油气层保护前沿技术简述及效果分析

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1、1 油气层保护前沿技术简述及效果分析 21.1 无渗透钻井完井液体系 21.1.1工作机理 31.1.2 主要特性 31.1.3国内外研究现状 41.1.4无渗透钻井液体系的应用效果分析 51.2屏蔽暂堵钻井完井液体系 51.2.1屏蔽暂堵钻井完井液技术的作用原理 61.2.2屏蔽暂堵钻井完井液体系的应用效果分析 61.3硅酸盐钻井完井液体系 101.3.1硅酸盐钻井完井液保护油气层的机理 101.3.2硅酸盐钻井完井液的应用 111.4 甲酸盐钻井完井液体系 111.4.1 甲酸盐钻井完井液的作用机理 111.4.2 甲酸盐钻井完井液应用 121.5欠平衡钻井完井液体系 121.5.1欠平衡

2、钻井完井液的作用机理 121.5.2欠平衡钻井完井液的应用效果分析 131.6正电胶钻井液完井液(MMH)体系 141.6.1 正电胶钻井完井液体系的作用机理 141.6.2 正电胶钻井完井液体系的应用 161.7甲基葡萄糖甙(MEG)钻井完井液体系161.8油基钻井完井液保护油气层技术 171 油气层保护前沿技术简述及效果分析油气井从开钻到建井，外来流体始终与井内不同地层和流体接触，钻井完井 液是最先与储层接触的工作液，打开油气层时，在正压差、毛管力的作用下，钻 井完井液中的固相进入油气层造成的孔喉堵塞，其液相进入油气层与油气层岩石 和流体作用，破坏油气层原有的平衡，从而诱发油气层其中的损害

3、因素，造成渗 透率下降。一般说来，对储层的损害机理主要为:（1）流体与流体的不配伍性 （如油层钻井液滤液和地层水之间产生的乳状 液）。（2）岩石流体的不配伍性 （如水基流体的势能不平衡造成与膨胀性的蒙脱 石粘土或反凝高岭石粘土的接触，就有可能严重降低井区渗透率）。（3）侵入（如加重剂或钻井固体的侵入）、相捕捉或封堵（如水基液中近气井井 区的侵入和捕获）。（4）化学吸附，润湿性反转（如乳化剂的吸附使地层润湿性和流体性质改变）； 细粒运移（如细粒在岩石空隙结构内部移动导致的孔喉桥塞和堵塞）。（5）生物活动（如钻井过程中菌体进入地层并随后产生降低渗透率的多糖聚 合物粘液）。（6）负压差急剧变化造成的

4、油气层损害，负压差过大可以诱发油气层敏感性 损害，引起油气层出砂及微粒运移。（7）对于裂缝性地层，过大的负压差还可能引起井壁表面的裂缝闭合，产生 应力敏感损害。因此，钻井完井液是损害油气层的最主要因素，也是保护油气层的重要技术 措施，正确的选择钻井完井液体系对于保护油气层至关重要，而一项好的钻井完 井液体系不仅能够有效的保护油气层而且对环境的污染也会降到最低。目前国内 外油气层保护的前沿技术主要有多级架桥精确暂堵钻井完井液新技术、无渗透 （成膜）钻井完井液新技术、无固相盐水钻井完井液新技术、无粘土聚合物钻井完 井液新技术、硅酸盐钻井完井液、甲酸盐钻井完井液、合成基钻井完井液体系、 欠平衡钻井完

5、井技术、低伤害油气层改造新技术等。1.1 无渗透钻井完井液体系无渗透钻井液体系是目前国内外都热切关注研制开发的一种新型钻井液体 系，通过在常规钻井液中加入无渗透钻井液处理剂转化而成。与以往钻井液体系 相比，该体系利用表面化学原理，实现在很短时间内，钻井液在岩石表面就形成 一层具有一定强度的无渗透膜，将钻井液和地层隔离开，不仅防止钻井液任何组 分的进入，同时阻止压力传递，它不受液柱压差和浸泡时间的影响，既能很好地 保护油气层，尤其适合对地下情况不了解的探井或野猫井，又可以保持井眼稳定、 提高地层承压能力和防止压差黏附卡钻。1.1.1 工作机理无渗透钻井液的核心技术是利用特殊聚合物处理剂（油溶或水

6、溶），这些处理 剂具有极其广泛的HLB值，能有效封堵储层。当加入普通钻井液中，该聚合物形 成可变形的聚集体或膜（膜在溶液中是分子成组式的，形成球状、棒状和片状）， 在井眼内液体的压力下，这些膜在泥饼和井壁岩石表面浓集形成胶束，依靠聚合 物胶束或胶粒界面吸力及其可变形性，能自适应封堵岩石表面较大范围的孔喉， 在泥饼和井壁岩石表面形成致密无渗透膜，在井壁的外围形成保护层，有效封堵 不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层，使钻井液及其滤液完全隔离，不会渗透到 地层中，从而实现近零滤失钻井，有效保护油气层。1.1.2 主要特性无渗透钻井液打破了常规钻井液的局限性，同一配方就能有效封堵不同渗透 性地层，即具有

7、自适应广谱防漏和保护储层效果，其主要特性如下所述。（1）防止地层伤害无渗透钻井液封堵层形成速度快，泥饼薄，绝大部分固相聚集在渗透性地层 表面，不会渗入储层深处，所以只要消除过平衡压力，封堵膜的作用就将削弱， 只要有反向流动，封堵膜就会被清除。因此，在完井和生产过程中，封堵层易于 清除，不会产生永久堵塞损害储层。（2）增加地层泄漏压力，提高地层承压能力在钻井施工过程中，过平衡压力常常引起钻井液侵入储层，降低储层的渗透 率，同时过平衡压力又通过钻杆施加于井壁造成井壁坍塌和钻井液严重漏失。无 渗透钻井液封堵隔层（膜）承压能力强，提高了地层漏失压力和破裂压力梯度，相 当于扩大了安全密度窗口，使压力不被

8、传送到地层，避免了由于过平衡压力钻杆 对井壁的冲击，较好地协同解决了以往钻长裸眼多套压力层系或压力衰竭地层时 易发生的油层损害、漏失、卡钻、坍塌等共存的技术难题。(3) 防止压差卡钻压差卡钻是由钻井液液柱压力与地层孔隙压力之差过大，钻杆与易渗透地层 接触，钻井液产生的过平衡压力作用到钻杆上，钻杆顶靠井壁引起的卡钻。压差 越大，越容易发生卡钻。而钻井液在井壁上形成厚滤饼，使井壁与钻杆的接触面 积较之薄滤饼多，则更易发生卡钻。无渗透钻井液在井壁表面迅速生成一层薄封 堵层，降低了滤失量，阻止了压差传递到地层，因此有效避免了泥饼压差黏附卡 钻。(4) 防止钻井液漏失无渗透钻井液含有气泡和泡沫，这些气泡

9、和泡沫可使过平衡压力降到最低， 并且气泡和泡沫可桥塞各种孔径的喉道，在很短时间内形成无渗透层，将钻井液 与地层完全隔开，阻止钻井液的漏失，防止地层层理裂隙的扩大和井下复杂情况 的发生，保持了油气层的原始物性。(5) 使用方便钻井过程中，各种情况千变万化，使用一种或几种钻井液添加剂就处理所有 的问题似乎不可实现。但无渗透钻井液的现场应用表明，采用不同添量的几种添 加剂可以配制不同条件下使用的钻井液，大大减少了钻井液的使用费用，且配制 简单，易于维护。1.1.3 国内外研究现状(1) 国外研究现状美国于2000年开始研究该技术，年底开发了无渗透钻井液的配套核心产品， 形成了一套无渗透钻井液室内评价

10、方法，目前该技术已成功地进行于现场应用。 使用的无渗透钻井液不仅有油基钻井液体系、合成基钻井液体系，也有聚合物、 盐水、甲酸盐、硅酸盐等水基钻井液体系。无渗透钻井液可有效地解决探井储层 损害问题，比如，在印度孟买深海区域采用该技术，油井产能比预期高出580%。 此外，该技术在防漏、防塌和防压差黏附卡钻方面也取得了很好的效果。目前，国外该钻井液体系的主要处理剂包括DWC2000(增黏剂)、FLC2000(降 滤失剂)、KFA2000(润滑剂)、LCP2000(堵漏剂)。DWC2000能用于淡水、海水和 盐水，并具有良好的悬浮性,可用于各种矿化度下的地层;FLC2000在高温下稳定, 不受井内污染

11、物影响，用于水或油基钻井液，可将任何水或油基钻井液转换成无 渗透钻井液；当无法泵入常规堵漏材料或其不起作用时；可使用LCP2000,它是 一种活性聚合物类物质，在漏失层内剪切稠化形成段塞浆，高浓度的段塞浆通过 钻头喷嘴等井下工具,随地层的变化对地层进行封堵,可在生产层段使用。(2) 国内研究现状 目前国内的处理剂系列产品及超低渗透的处理剂中主要是井眼稳定剂和防 漏堵漏剂。井眼稳定剂主要用于中、低孔隙及微裂缝地层,由植物衍生物形成的 混合物、部分水溶和全水溶的合成有机聚合物、不溶的金属氧化物等组成,具有 温度稳定性，抗温达204C，可替代其他产品如部分水解聚丙烯酰胺、SPA、沥青 质、硬沥青、乙

12、二醇和聚合物絮凝剂。防漏堵漏剂主要用于大孔喉及裂缝地层。熊汉桥教授曾与塔里木油田合作完成了无渗透钻井完井液项目, 研究表明， 实验所用的无渗透处理剂及其助剂在热稳定性、配伍性等方便性能良好；无渗透 处理剂及其助剂添加后对钻井完井液体系性能基本无影响，并有利于降低体系失 水，减少因此造成的地层损害程度；无渗透钻井完井液保护油气层效果良好。1.1.4 无渗透钻井液体系的应用效果分析在 2001 年前，美国在远东地区的两个井区内使用传统钻井液钻井， 2 年钻 井液的漏失量分别达到345.21和155.54L/m。2001年底以后，使用无渗透钻井 液完井液，钻井液的损失仅为22.76和79.66L/m

13、，由此节省的非生产时间也是 可观的。 对于天然的碳酸盐裂隙储层和弱胶结砂岩储层，在美国本土使用无渗透钻井液处 理漏失事故已有5 年。若在使用油基钻井液钻天然碳酸盐裂隙储层时发生井漏， 加入6.39.6m3浓度为142.6214.0kg/m3的LCP2000即可。在处理严重漏失 事故时，LCP2000可使漏失量降低80%90%。在南美沿安第斯山脉，阿根廷北部以北一直到哥伦比亚地区的地质构造强度 (tectonic stresses)非常大，页岩很硬，页岩层间包裹砂石，使用油基钻井液 钻井，常常发生渗漏。有时使用 15 种防漏失剂控制漏失，但效果甚微，卡钻事 故经常发生。使用无渗透钻井液完井液，确

14、保了井壁的稳定性。1.2 屏蔽暂堵钻井完井液体系屏蔽暂堵钻井完井液是利用油气层被钻开时，钻井液液柱压力与油气层压力 之间形成的压差，迫使钻井液中人为加入的各种类型和尺寸的固相粒子进入油气 层孔喉，在井壁附近快速、浅层、有效地形成一个损害堵塞带。此损害堵塞带能 有效地阻止钻井液、水泥浆中的固相和滤液继续侵入油气层。1.2.1 屏蔽暂堵钻井完井液技术的作用原理固相颗粒在孔喉中的堵塞，在一定的条件下遵循“选择性架桥，逐级填充” 的过程。(1) 架桥粒子的架桥。单个架桥粒子随泥浆液相进入油层，在流经孔喉时， 在小于粒径的孔喉处卡住，即 r /r r ，则沉积在 粒 孔 粒 孔孔喉外；r /r若为1/3

15、2/3，则在孔喉处卡住，成为架桥。粒孔(2) 填充粒子的填充。架桥粒子架桥后，孔喉孔隙大量减少，钻井液中更小 一级粒子卡在更小喉道出，这一过程不断重复，这个过程叫单粒逐级填充，这时 堵塞带的渗透率取决与钻井液中最小一级粒子的粒级。(3) 变形粒子的作用。如果钻井液中仅有刚性颗粒作为架桥和填充粒子，仍 会留下形状不规则的微间隙，堵塞带的渗透率不会为零，这就引入屏蔽暂堵最关 键的颗粒外形在一定温度条件下可变的软化变形颗粒。当最小粒级的粒子可 变形时，就会嵌入不规则的微孔隙，堵塞带的渗透率可接近于零。屏蔽暂堵钻井完井液体系的基本配方是 :原钻井液+一级架桥粒子二级架 桥粒子三级架桥粒子充填变形粒子其它。1.2.2 屏蔽暂堵钻井完井液体系的应用效果分析屏蔽暂堵技术现在已经是一项非常成熟的技术了，在国内外的应用相当广 泛，而且应用效果非常好。国外用于室内评价的暂堵型钻井液、完井液体系有:含有超细盐粒的聚合 物体系(SSPF)；含有超细盐粒并加入合成聚合物的抗高温改性钻井液体系 (SSPTOHT)；含有超细CaCO粒的聚合物体系(SCPF)；含有微细纤维素 固相的聚合物体系(MCPF):含有微细纤维素固相和抑制膨胀的天然聚合物的 聚合物体系(MCPFONDSP)；增效型聚合物凝胶体系(PGP):增效型交联聚 合物凝胶体系(XPGP)；抑制膨胀的稳定聚合物凝胶体系(DSPGP