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1、保护油气层技术结课论文班级 油工701学号 20070361姓名 樊航自适应屏蔽暂堵钻井液技术摘要:针对油层非均质性强及油层孔径难以准确预知等特点 ,采用自适应屏蔽暂堵剂 ZPJ配制成自适应屏蔽暂堵钻井液 ,该钻井液能在无须明确预知孔喉直径的情况下 ,自适应封堵岩石表面较大范围的孔喉 ,对较宽孔径分布的油层具有很好的暂堵作用。室内评价结果表明 ,该钻井液的渗透率堵塞率接近 100%,暂堵带强度大于 9MPa;反排渗透率恢复率超过 90%,油层保护效果较好。关键词:自适应; 屏蔽暂堵; 钻井液; 油层保护; 渗透率恢复率（College of Petroleum Engineering in C
2、hina University of Petroleum, Dongying 257061, Shandong Province, China）Abstract: Aimed at the severe heterogeneity, wide pore radius distribution and unpredictable pore radius of reservoir, the autoadapting shielding and temporary plugging drilling fluidwas developed using ZPJ. This drilling fluid
3、can plug reservoir pore under condition of unknown pore radius and has good temporaryplugging effect for reservoirwithwide pore radius distribution. The lab evaluation results show that the permeabilityplugging ratio of the drilling fluid is near100% and the strength of temporary plugging belt is ab
4、ove 9MPa. The ratio of permeability restored by back flow for the drilling fluid system is above 90%, and good reservoirprotection effect is obtained.Key words: auto2adapting; shielding and temporary plugging; drilling fluid; reservoirprotection; permeability restore ratio油气层保护技术的研究是目前国内外油田普遍关注的重要课题
5、,屏蔽暂堵技术作为一种重要的油气层保护技术, 曾得到广泛关注。但无论是传统的屏蔽暂堵技术还是改进的广谱屏蔽暂堵技术,均采用架桥充填原理来实现屏蔽暂堵作用,都要求暂堵剂粒子尺寸与地层孔喉尺寸严格匹配,准确获取地层孔隙尺寸及分布状况是成功实施屏蔽暂堵技术的前提和关键.1-9但是,由于受地层岩石非均质性的限制,很难准确获取施工井的孔隙尺寸数据,导致屏蔽暂堵效果不十分理想,有时甚至会加大对油气层的损害,且油层屏蔽暂堵后往往需要后续的解堵作业,增加了生产成本。笔者研制一种自适应屏蔽暂堵钻井液,该钻井液能在无须明确预知孔喉直径的情况下,对孔径分布范围较大的油层产生有效的暂堵,暂堵层形成速度快,且不会渗入到
6、油层深处,只要有反向流动暂堵层就会被清除,不需要额外的解堵作业。1.自适应屏蔽暂堵钻井液保护油层机理自适应屏蔽暂堵钻井液的主要成分为自适应屏蔽暂堵剂ZPJ,它的主要成分是聚合物 ,辅助成分为可变形的弹性粒子和填充加固剂。聚合物具有油溶和水溶两亲特性 ,加入到水基钻井液中,能够在井壁岩石表面迅速大量吸附,当达到临界浓度时,聚合物在岩石表面发生缔合 ,形成疏水微区,疏水微区有一个疏水的内核 ,由聚合物的疏水基团构成 ,外层由聚合物的亲水链段包裹，形成空间网络结构 ,从而达到稳定。随着聚合物浓度增加,在固液界面(油层井壁)上形成不同尺寸的大量胶束 ,并且聚合物由链内缔合发展到链间缔合 ,从而在岩石表
7、面形成封闭膜(图1). 图 1聚合物胶束封闭膜作用机理示意图在封闭膜中的胶束也是可变形的,如果压力升高 ,胶束就会压缩 ,并进一步降低封闭膜的渗透率,阻缓流体侵入油层。封闭膜具有二维无限性和一维有限性 ,这包含两重意义:一是聚合物胶束尺寸在平面上可以变化 ,而厚度受成膜分子长度的限制 ,封闭膜厚度不可能大于两倍分子伸展长度;二是成膜分子在膜面的二维空间内能够比较自由地运动 ,而在垂直于膜面的第三维空间内受到很大限制。这意味着构成聚合物胶束的两个定向单层的分子不容易发生交换 ,不容易穿过胶束层。这是因为任何分子要从胶束层一侧穿到另一侧都必须既通过极性区又通过非极性区,不论极性分子还是非极性分子都
8、难以做到这一点。聚合物的上述特点是其具有自适应封堵孔径分布范围较大油层的主要原因。 可变形的弹性粒子的存在有利于扩大聚合物胶束的自适应封堵范围 ,使自适应屏蔽暂堵钻井液的自适应优点更加突出。填充加固剂的引入有利于形成渗透率更低及暂堵强度更大的屏蔽暂堵带。2自适应屏蔽暂堵钻井液性能评价取胜利油田某井井浆,分别加入不同种类和不同数量的屏蔽暂堵剂,形成不同的屏蔽暂堵钻井液配方(表1 ),然后分别对各钻井液体系进行性能评价。复合暂堵剂主要由油溶性树脂与超细碳酸钙组成,粒径为2100m,是近几年来油田普遍使用的一种屏蔽暂堵剂。由表1可以看出,加入自适应屏蔽暂堵剂 ZPJ对钻井液粘度及动切力影响不大,滤失
9、量明显下降,证明 ZPJ的加入对钻井液性能具有一定的改善作用。2.1自适应性能为了评价自适应屏蔽暂堵钻井液对不同孔径分布的油层的封堵作用 ,使用人造岩心、动态滤失模拟试验装置和岩心流动试验仪 ,按照文献 10和 11介绍的评价程序 ,采用配方 4分别对不同渗透率的岩心进行了封堵试验 ,试验结果见表 2。由表 2可以看出 ,自适应屏蔽暂堵钻井液对不同渗透率的岩心均具有较好的封堵作用 ,封堵后岩心的渗透率堵塞率在 90%以上 ,证明自适应屏蔽暂堵钻井液能在一定范围内对不同孔径分布的油层产生良好的封堵效果 ,克服了传统屏蔽暂堵技术对地层孔隙尺寸的依赖 ,显示出较好的自适应特征。2.2油层保护性能 2
10、.2.1堵塞效果采用人造岩心 ,用各种钻井液配方（表 1）对岩心进行污染评价试验。污染试验条件为:压差 3.5MPa,温度 80 ,剪切速率100s-1 ,污染时间 60min。测定污染前、后的渗透率时 ,压力恒定。试验结果见表 3。由表 3可以看出,与井浆相比,采用屏蔽暂堵技术后,渗透率堵塞率有明显提高,即对污染端造成较严重的堵塞;含自适应屏蔽暂堵剂 ZPJ的钻井液比含复合暂堵剂的钻井液堵塞程度更高。此外 ,当体系ZPJ 的含量达到 3%时 ,渗透率堵塞率达100%,从而避免了钻井液滤液进一步侵入油气层内部。2.2.2 暂堵深度钻井液对油层的暂堵深度是影响钻井液屏蔽暂堵效果的重要因素。对上述
11、被钻井液污染的岩心沿污染端进行切片,3-4测剩余岩心的正向渗透率 ,并计算渗透率恢复率（表 3）。从表 3可以看出 ,在切去污染端后 ,各岩样的渗透率恢复率有了明显提高 ,其中被自适应屏蔽暂堵钻井液污染的岩心渗透率恢复率更高 ,表明采用自适应暂堵技术确实可在距污染面很短的距离内形成渗透率极低的屏蔽环 ,充分阻止钻井液中的固相颗粒和滤液进入油层。结合堵塞程度评价结果 ,可选择配方 4作为自适应屏蔽暂堵钻井液的最优配方。2.2.3 暂堵强度暂堵带强度越大,越能经受激动压力的冲击 ,暂堵效果就越好,相反，暂堵带强度越低 ,在激动压力的冲击下,越容易被突破,从而产生新的污染,达不到保护油层的目的。取不
12、同渗透率的人造岩心,用配方4进行污染,通过测定不同驱替压力下的渗透4率来评价暂堵强度,试验结果见表4。由表4可以看出,随驱替压力的增大,岩心的渗透率逐渐降低 ,当驱替压力达到9MPa ,岩心的渗透率接近或等于零,也就是说 ,当压力为9MP时 ,未见渗透率突然增加 ,说明暂堵带并没有受到破坏,在不同渗透率岩心上形成的暂堵带至少能承受9MPa的压力。2.2.4 反排解堵效果选取被钻井液污染过的岩样,测定其在不同流动压力下的反向油相渗透率 ,然后计算不同条件下的渗透率恢复率.由于暂堵剂加量达到3%即可满足暂堵要求,因此在本研究中选取配方4和配方8进行反排解堵效果对比,试验结果见表5。由表 5可知 ,
13、随着反排压力的增大 ,渗透率恢复率增大 ,解除屏蔽环堵塞的效果变好;在同一反排压力下 ,采用自适应屏蔽暂堵剂 ZPJ的钻井液配方(4)的渗透率恢复率大于采用复合暂堵剂(配方8)的渗透率恢复率。在实际生产过程中,地下原油向井眼内的流动压力一般大于本研究中的反排压力,因此解除该堵塞是完全可能的。2.2.5温度对暂堵效果的影响为了评价自适应屏蔽暂堵钻井液在不同温度下的屏蔽暂堵效果，选取配方 4进行不同温度下的屏蔽暂堵效果试验,结果见表6。由表可以看出,在所研究的温度范围内,渗透率堵塞率都较高,超95%,证明自适应屏蔽暂堵钻井液在 50120 均可建立良好的屏蔽暂堵环在所研究的污染温度范围内,切去污染
14、端后各岩样的渗透率恢复率大于97%。3.现场试验T304井是本布图油田的一口采油井,油层主要集中在三工河组,孔隙度为5% 11%,平均值为7.14%,渗透率为 0.0040.010 m ,平均值为0.007 m ,为低孔特低渗储层 ,水敏损害及水锁效应强 ,且油层段煤层较发育,钻进过程中易造成钻井液漏失和煤层垮塌。根据该井的储层特点,油层井段采用自适应屏蔽暂堵钻井液。钻井过程中井下安全 ,井壁稳定性好,岩屑代表性好,电测、下套管、固井作业均一次成功。从组合测井曲线与变密度曲线上看,井径规则 ,二界面胶结质量合格 ,说明自适应屏蔽暂堵钻井液对于易垮塌的煤层能起到较好的防塌作用。该井2006年 1
15、0月投产,初期日产油量2.9 t,采油指数为0.010/ MPamd 。同区块的相邻井 T301井和 T302井完钻试油时产能较低 ,通过酸化改造才能顺利投产,T305井物性要远好于 T304井,而日产油量及采油指数却低于T304井(见表7),表明自适应屏蔽暂堵钻井液具有较好的油层保护效果。4.结 论(1) 自适应屏蔽暂堵剂 ZPJ可在井壁上快速形成一层韧性强、渗透性极低的封堵层 ,有效阻止钻井液侵入,实现油层保护的作用。此封堵层可通过射孔或地层流体反排解除 ,恢复油井产能。(2 )在钻井液中逐渐加入 3%左右的自适应屏蔽暂堵剂ZPJ,可将钻井液改性为保护油层的自适应屏蔽暂堵钻井液,该钻井液对
16、油层的保护效果明显优于常规屏蔽暂堵及复合暂堵钻井液。(3) 自适应屏蔽暂堵型钻井液无须明确预知油层孔径 ,不用考虑与油层孔喉严格匹配 ,克服了传统屏蔽暂堵技术对地层孔隙尺寸的依赖;适用温度范围宽,封堵孔喉范围宽,不会进入地层深部,可通过后期原油返排自动解除。(4) 自适应屏蔽暂堵型钻井液能有效防止井壁坍塌,保护油层效果好,具有良好的综合性能。参考文献:1李惠东,韩福成,潘国辉.采用屏蔽暂堵技术保护油气层J.大庆石油地质与开发, 2004,23(4):50-52.2黄达全,许少营,田增艳.广谱型屏蔽暂堵保护油层技术在大港油田的应用 J. 钻井液与完井液,2004,21(6):23-27.3崔迎春,张琰.分形几何理
