加强油气层保护和提高固井质量的途径（钻井处）

中国石化集团公司中原石油勘探局 加强油气层保护与 提高固井质量的途径 中国石化集团公司中原石油勘探局 汇报内容 第一部分 油气层保护 第二部分 中原油田提高固井质量的途径 中国石化集团公司中原石油勘探局 第一部分 油气层保护 中国石化集团公司中原石油勘探局 保护油气层是一项涉及多学科、多专业、各部门，并贯穿整个油气生产过程的系统工程。 在勘探过程中，保护油气层工作的好坏直接关系到能否及时发现新的油气层、油气田和对储量的正确评价。 油气钻井及其开发各项作业中，搞好油气层保护有利于油气井的高产稳产及油气田开发经济效益的提高。 中国石化集团公司中原石油勘探局 一、油气层损害的原因及危害 油气层损害因素： 储渗空间特性 ; 敏感性矿物 ; 岩石表面性质 ; 地层流体性质 . 中国石化集团公司中原石油勘探局 1 喉道； 2 孔隙 储集岩的喉道类型 （一）、油气层储渗空间 主要是孔隙 、 喉道 。 参数为孔隙度 、 渗透率 。 中国石化集团公司中原石油勘探局 1. 喉道越粗 ， 固相颗粒侵入的深度就越大 ， 损害越严重 。 2. 孔喉弯曲程度越大，固相颗粒易在喉道中阻卡，损害增加。 3. 孔隙和喉道连通性差，易受到水锁、贾敏、乳化堵塞、粘土矿物水化膨胀等。 孔隙结构与油气层损害的相互关系： 中国石化集团公司中原石油勘探局 （ 二 ） 、 油气层敏感性矿物 1. 水敏和盐敏矿物 。 主要有蒙脱石 、 伊 /蒙间层矿物和绿 /蒙间层矿物 。 2. 碱敏矿物 。 主要有高岭石等各类粘土矿物 、 长石和微晶石英 。 3. 酸敏矿物 。 主要有方解石 、 白云石 、 长石 、 微晶石英 、 沸石 、 各类粘土矿物和云母； 4. 速敏矿物 。 主要有粘土矿物及粒径小于37m 的各种非粘土矿物 ， 如微晶石英 、菱铁矿 、 微晶方解石等 。 中国石化集团公司中原石油勘探局 砂岩中碎屑粘土的产状 中国石化集团公司中原石油勘探局 砂岩自生粘土矿物 中国石化集团公司中原石油勘探局 润湿性分为亲水性 、 亲油性和两性润湿 控制孔隙中油气水分布 。 决定岩石孔道中毛管压力的大小和方向。 制约微粒运移的损害程度 。 （三）、油气层岩石的润湿性 中国石化集团公司中原石油勘探局 侵入流体与地层水不配伍时，会生成 （ 1）石蜡、胶质和沥青形成有机沉淀， （ 2）形成高粘乳状液， （ 3）注水和压裂中的冷却导致石蜡、沥青在井间地层中沉积。 (1) 凝析液积聚，气相渗透率降低， (2) 腐蚀设备产生微粒，造成井下管线堵塞。 （四）、油气层流体性质 中国石化集团公司中原石油勘探局 油气层损害因素是动态变化的 ，油气层被钻开以后 ， 由于受外部环境的影响 ， 它的孔隙结构 、 敏感性矿物 、岩石润湿性和油气水性质都会发生变化 。 中国石化集团公司中原石油勘探局 钻井过程中油气层损害原因可以归纳为以下 3个方面： 1钻井液中分散相（固相及乳化液滴）颗粒堵塞油气层； 2钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害，包括水敏、盐敏、碱敏、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，包括无机盐沉淀、形成处理剂不溶物、发生水锁效应、形成乳化堵塞、细菌堵塞。 中国石化集团公司中原石油勘探局 影响油气层损害程度的钻井工程因素： 在不采取保护措施的情况下，钻井液的滤失量随压差的增大而增加钻井液进入油气层的深度和损害油气层的严重程度随正压差的增加而增大；负压差可以阻止钻井液进入油气层，减少对油气层损害，但过高的负压差会引起油气层出砂、裂缝性地层的应力敏感和有机垢的形成，反而会对油气层产生损害。 中国石化集团公司中原石油勘探局 2 浸泡时间 当油气层被钻开时 ， 钻井液固相或滤液在压差作用下进入油气层 ， 其进入数量和深度及对油气层损害的程度均随钻井液浸泡油气层时间的增长而增加 。 3 钻井液性能 钻井液性能与油气层损害程度紧密相关 。 钻井液进入油气层的深度及损害程度随 滤失量 的增大和 泥饼质量 变差而增加 。 钻井过程中起下钻 、 开泵所产生的激动压力随钻井液的 塑性粘度和动切力 增大而增加 。 钻井液抑制性 、 低密度固相含量 。 中国石化集团公司中原石油勘探局 二、 油气层保护的主要内容： 岩心分析 、 油气水分析及测试； 油气层敏感性和工作液损害室内评价 油气层损害机理研究和保护油气层技术系统方案初步设计； 钻井过程中油气层损害因素分析和保护油气层措施； 中国石化集团公司中原石油勘探局 完井过程中油气层损害因素分析和保护油气层措施； 油气田开发生产中的损害因素分析和保护油气层措施； 油气层损害现场诊断和矿场评价技术； 保护油气层总体效果评价和经济效益综合分析技术 。 中国石化集团公司中原石油勘探局 三、国内油气层保护现状 20世纪 80年代后 ， 国内对保护油气层在油田勘探开发中所起作用开始有了新的认识 ， 把保护油气层 、 提高油气产量和油田综合经济效益作为工作的出发点 ， 各油田开始了保护油气层的机理探讨 ， 开展了保护油气层的室内试验及机理分析工作 ， 成熟技术在现场进行了应用推广 。 中国石化集团公司中原石油勘探局 1） 实施屏蔽暂堵工艺 （ 如胜利油田 90%的井应用了该项技术 ） ； 2） 应用欠平衡压力和近平衡压力钻井； 3） 应用抑制性强低伤害钻井液完井液 。 各油田应用技术 中国石化集团公司中原石油勘探局 鄂尔多斯北部保护储层 鄂尔多斯保护气层的屏蔽暂堵钻井完井液技术取得初步成效： 降低失水，减少水锁损害； 改善测井响应，不干扰气测录井； 提高井壁稳定性，降低井径扩大率； 提高一次电测成功率和机械钻速； 显著降低储层污染程度，提高气层井单井产量，采用这一技术的井压裂后均获工业气流，平均单井天然气无阻流量 日，增幅14 中国石化集团公司中原石油勘探局 四、中原油田目前保护油气层实施的技术 中原油田早在“七五”期间对保护油气层就开展了一些研究，并取得了一定的成果，研制出了保护油气层钻井液和射孔液等，对地层有较好的保护作用，在油田勘探开发初期发挥了较好的作用，提高了油气产量。近年来研究并应用了保护油气层新技术，主要有以下几个方面。 中国石化集团公司中原石油勘探局 屏蔽暂堵技术 近年屏蔽暂堵保护油气层技术经过几年室内研究和现场应用 ， 深入地研究了钻井液污染储层的机理 ， 建立了适合中原油田几个主要区块储层特征的屏蔽暂堵方案 。 室内研究和现场应用表明，针对不同的产层、不同的区块，通过对钻井液进行屏蔽暂堵技术的改进，地层伤害率 85%，表皮系数 能保证钻井施工顺利进行。 中国石化集团公司中原石油勘探局 文 98 胡 96、 濮深 15、 白 55、 文 403、胡 110、 前 9、 前 10、 富古 4和富古 5井等实施了屏蔽暂堵工艺 ， 达到了较好结果 。 文 98 表 2 实验井及对比井产量表 （产量单位： 井号 天数 总产量 平均产量 最大 产量 最小 产量 对比井 4 70 对比井 6 70 实验井 5 70 中国石化集团公司中原石油勘探局 其他实验井储层保护评价见表 3 。 表 3 实验井钻井液储层保护效果评价 渗透率恢复值 ， % 井号 静 态 动 态 损 害 半 径 m 总 滤 失 量 产能比 堵塞比 表 皮 系 数 濮深 15 井 胡 110 井 文 403 井 87 82 前 9 井 8 0. 27 3 1 . 02 8 前 10 井 富古 4 井 富古 5 井 中国石化集团公司中原石油勘探局 聚合醇钻井液 聚合醇钻井液经研究及现场应用 ，具有较好的保护油气层性能 ， 已在中原油田应用 30多口井 ， 如钙醇钻井液体系在白 61井进行了现场施工 ， 取得成功 ， 在同区块实现完井周期最短 ， 钻速最快的记录 ， 经井下测试及室内评价 ， 其渗透率恢复值达 80%以上 ，较好地保护了油气层 。 中国石化集团公司中原石油勘探局 正电胶钻井完井液技术 正电胶钻井液具有良好的剪切稀释性 、 悬浮携砂性和粘土抑制性能 ， 其水眼粘度低 。 已在中原油田实施 20多口井 ， 在水平井文 2井中应用 。 起下钻顺利 ， 无憋泵现象 ，井径规则 ， 保护油气层 。 文 2井是中原油田第一口超薄油藏深层水平井，该井实际完钻井深 3680米，水平位移 大井斜角 际水平段长度从 680米 /长 井段及水平段使用有机正电胶钻井液，具有强抑制性，水平段钻进过程中进行油气层损害程度评价，渗透率恢复值分别为 较好地保护了产层。 中国石化集团公司中原石油勘探局 钻井液检测技术 目前为了掌握全局钻井液的应用情况 ， 对钻井液性能进行监测 ，对探井及重点开发井做保护油气层岩心流动实验 ， 发现性能不足之处及时通知整改 ， 这项工作的开展起到了监督和督促作用 ， 在一定程度上提高了钻井完井液性能 ， 保护了油气层 。 欠平衡压力钻井技术 在钻井过程中，通过控制井筒内压力，允许储层流体向井筒内流入，进行欠平衡钻井，可以保护油气层，减少损害，增加油气产量。 中国石化集团公司中原石油勘探局 油气层保护指导思想： 油气层保护工作要以最终经济效益为中心，以改善油田开发效果，提高最终采收率为目的，坚持预防为主，治理为辅的指导思想。采取八项保证措施，开展六项技术研究，推广五项技术，提高油气层保护水平。 五、 油气层保护 下一步工作 中国石化集团公司中原石油勘探局 八项保证措施： 1、建立健全组织机构，油田成立油气层保护领导小组，制定今后三年的工作计划，明确任务和目标； 2、制定完善油气层保护的有关工作条例和技术规范； 3、加强培训、转变观念、狠抓各项有效措施的落实。 中国石化集团公司中原石油勘探局 为井身结构和钻井液密度设计提供科学依据； 现近平衡压力钻井； 井速度，减少油气层浸泡时间； 止井喷、井漏对油气层的损害； 中国石化集团公司中原石油勘探局 六项技术研究： 中国石化集团公司中原石油勘探局 1、在钻井、完井液中应用 屏蔽暂堵技术 ； 2、 固项控制技术 ， 配套应用好钻井液固控净化设备 ，要求达到全井 120目筛布 ， 降低钻井液低密度固相含量 ， 使其始终保持 9%。 同时采用固相化学清洁剂 ， 通过机械和化学相结合的方法 ， 确保钻井液的清洁 。 3、 应用 优质低伤害钻井液完井液 体系 ， 包括：聚合醇钻井液 、 正电胶钻井液 、 两性离子磺酸盐钻井液 、聚合物铵盐钻井液等 。 4、 实施 欠平衡压力和近平衡压力钻井 。 5、 优化射孔及射孔液技术 。 应用新型射孔液 ， 油田使用率争取达 90%以上 。 推广五项技术 中国石化集团公司中原石油勘探局 第二部分 提高固井质量的途径 中国石化集团公司中原石油勘探局 一、 2002年固井情况 2002年 1 10月份完成油层套管固井 481口，其中优质井 302口，良好井 81口，合格井91口，不合格井 7口，优质率为 优良率 合格率 去年同期优质井267口，良好井 93口，合格井 70口，不合格井24口，优质率为 优良率 合格率 分别提高了 中国石化集团公司中原石油勘探局 ）良好率（%）合格率（%）不合格率（%）2002年固井质量 中国石化集团公司中原石油勘探局 020406080100120一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月月份固井质量（%）优质率%优良率%合格率%2002年分月固井质量 中国石化集团公司中原石油勘探局 优质率 %城 胡状集 桥口 白庙 卫城 其它2002年分区块固井质量对比 中国石化集团公司中原石油勘探局 优良率%城 胡状集 桥口 白庙 卫城 其它合格率%城 胡状集 桥口 白庙 卫城 其它中国石化集团公司中原石油勘探局 二、 2002年固井主要工作 1、 各级领导对固井工作给予了高度重视 。 2、 各单位的协作配合得到了进一步加强 : 采油厂积极配合固井工作 ， 及时停注注水井 ， 为静态条件下固井提供了基本条件 。 固井单位和钻井公司认真开好两个会 ， 制定严密的完井固井措施 ， 各项实践中总结出来的完井技术措施得到了有效执行 。 钻井系统每月组织一次质量分析会 ， 事实求是 ，客观公正对出现的质量问题进行分析 ， 并制定相应措施 。 加强了质量回访 ， 共同探讨质量大计 （ 15次 ） 。 中国石化集团公司中原石油勘探局 3、 各钻井公司在钻井过程中重视井眼质量 ，保证了完井阶段有一个好的井眼环境 。在完井阶段把好泥浆 、 下套管 、 固井各个环节 。 4、 固井施工单位为提高固井质量采取了一系列措施： 投入 4500多万元改造灰库混拌系统 、 水泥车 、灰罐及实验仪器等固井装备 ， 以满足现场施工需要 。 积极做好调研工作 ， 制订针对性措施 ， 避免了固井方案设计的盲目性 。 中国石化集团公司中原石油勘探局 严把材料检验 、 固井设计 、 室内实验等固井 “ 六关 ” ， 促进了固井质量的提高 。 及时召开不同形式的质量分析会 ， 解决固井中出现的质量问题 。 针对封固段长 、 油气分散的井 ， 重新优化了平衡压力固井方案 。 大力开展科技攻关 ， 推广了封隔器 、 多凝水泥浆 、 环空加回压 、 低密度水泥浆固井等技术 ， 有效地保证了复杂井的固井质量 。 中国石化集团公司中原石油勘探局 三、 2002年固井质量不合格井分析： 1、 文 13520 该井文九盐封固差 ， 油气层段各自封隔优质封固率低 。 造成的主要原因是水泥浆候凝过程中油气层未压稳 。 2002年固油层套管 481口 ， 其中不合格井 7口 ， 不合格原因分析如下： 中国石化集团公司中原石油勘探局 井钻进中既有后效又发生过漏失 ， 本井因没有技术套管 ， 低密度要求返至地面 ，当替浆至 11分钟发生井漏 ，至碰压井口一直不返浆 ， 压力由 本井油顶 1616m， 高密度水泥浆实际返高 2220m。 本井由于高密度水泥浆返高不够造成上部油层封固质量差 ， 下部油层欠压稳 。 2、卫 11 32414 中国石化集团公司中原石油勘探局 井钻井中后效严重 ， 上窜速度 32 m/h， 固井时在高压油气层顶部加了一只裸眼封隔器 。 该井油顶3177m， 高密度设计返高2900m ， 测 井 图 表 现 为2830质 ， 3330 主要是水泥浆候凝过程中没有压稳油气层 ， 造成了油气水窜槽 。 3、桥 58 50208 中国石化集团公司中原石油勘探局 4、 文 203 45133 本井钻进中发生过井漏 ， 固井施工正常 ， 为了压稳 ， 本井水泥浆采用三段制 （ 三凝 ） ， 施工结束后设计加回压 际能稳到 但测井质量： 3570 3570 表现为压稳不够 ， 造成的原因一 是回压加量不够 ， 二是文 203 中国石化集团公司中原石油勘探局 ，固井施工正常，本井第一次电测遇阻不到底，当时测井段质量可以，但未保留测井图，通小钻杆后测井质量差，原因分析：小钻杆与套管碰撞，使套管与水泥环发生了震动产生微间隙。 5、 新文 33 32937 中国石化集团公司中原石油勘探局 6、 文 130568 下完套管后循环井漏 ， 经 25小时堵漏后固井 ， 第一次电测遇阻 ， 通小钻杆 ， 本井盐层未封 ，油层花窜 ， 固井质量差 。 中国石化集团公司中原石油勘探局 该井下套管过程中剩余 22根套管时，大绳打纽，静止时间长，下放迂阻，在反复活动中迂阻解除，套管滑脱造成开泵不通，被迫射孔建立循环后固井（套管在井下静止 5天），经电测曲线解释固井质量不合格。其主要原因为套管静止时间过长，形成的泥饼厚而致密，造成界面胶结不好。 7、新文 33，认为今年来造成固井质量不合格的原因主要为： 井漏（ 2） 没有压稳地层（ 2） 上小钻杆影响（ 1） 注水井影响（ 1） 施工不正常（ 1） 中国石化集团公司中原石油勘探局 四、中原固井技术现状 装备上有了较大进步 九十年代以来引进了世界最先进的注水泥设备哈里巴顿水泥车 3 台，去年又三机双泵水泥车 2 台，双机双泵水泥车 4 台，单机单泵水泥车 6台 。 现场作业达到了单车注灰、灰罐串联密闭下灰，水泥浆密度控制自动化，灰库混拌自动化。 中国石化集团公司中原石油勘探局 各类油气藏注水泥工艺技术以及特殊工具附件得到了应用。 建立了可以进行模拟注水泥作业的水泥实验室 。 开发了适应各类固井要求的水泥外加剂 固井技术理论较为成熟： 水泥浆“失重”机理； 注水泥顶替机理； 水泥浆沉降稳定性对固井的影响； 水泥胶凝理论。 中国石化集团公司中原石油勘探局 形成了一整套的固井技术 完成了中原油田 5600米的井深固井作业； 低密度水泥浆返至井口实现全井封固的注水泥技术； 复杂压力系统调整井固井技术 高压油气井注水泥技术 尾管注水泥技术 双级注水泥技术 延迟注水泥技术 中国石化集团公司中原石油勘探局 五 、 中原油田固井的主要难点 1、 地层压力紊乱 ， 影响固井质量提高 由于长期注采 ， 造成调整井区块地下压力异常紊乱 。 有些层段因长期采油造成地层亏空 ，抗破压力很低 ， 极易造成漏失 ， 而有些层段因长期注水 ， 形成异常高压造成钻井和固井过程中出水 ， 严重影响固井质量提高 。 2002年钻井过程中井漏井 66口 ， 固井过程中井漏井 19口 ， 下完套管后开泵循环井漏 4口 ，今年 7固井不合格井中漏失井 2口 ， 钻井过程中出水井 50口 ， 固井过程中压稳困难的井 65口 。 中国石化集团公司中原石油勘探局 2、 部分区块井身结构设计不合理 ， 影响固井质量提高 。 井身结构设计较为简单 ， 大部分井不下技术套管 ， 即使有的区块设计了技套 ， 但是下入深度也较浅 ， 钻井过程中经常出现井涌 、 井漏现象 ， 钻井队仅靠堵漏来提高地层抗破能力 ，然而堵漏提高地层抗破能力是有限的 ， 结果给固井作业埋下了很深的隐患 ， 使固井面临着一方面要防漏 ， 另一方面又要防油气水窜 ， 二者难以兼顾 ， 往往造成井漏或者油气水窜槽 ， 影响固井质量的提高 。 中国石化集团公司中原石油勘探局 中原油田地层复杂 ， 从上到下含有包括盐层在内的多种岩性 ， 在钻井过程中由于多种原因 ， 形成 “ 糖葫芦 ” 井眼 ， 这类井固井质量很难保证 。 3、井眼质量差，影响固井质量的提高。 中国石化集团公司中原石油勘探局 薄油层的固井技术：中原油田的复杂性，薄油层间封固质量的好坏影响着层间的开采。 例如濮检 4井，虽然全井封固质量总体达到了优质，但下部三个油层只是中等封固，油层间距较小，可能会影响单个油层的开发。 4、薄油层的固井技术难度大 中国石化集团公司中原石油勘探局 侧钻井小井眼、薄水泥环封固质量普遍较差。 5、小间隙固井难度较大 中国石化集团公司中原石油勘探局 六 、 下步提高固井质量的途径 1、理顺固井工作管理程序，严格执行勘探局、分公司联合下发的中油局财资 2002443号文件 中原油田石油工程运作管理暂行规定 中有关固井工作的规定。 2、提高固井质量从源头抓起。工程设计以及钻井施工过程中的每一个环节都要为完井着想，要为下套管和固井作业提供一个良好的井眼环境。 （一） 采取 7项措施： 中国石化集团公司中原石油勘探局 3、对于钻井过程中遇到复杂、事故的井，完钻后，要进行充分处理，达到保证固井质量的要求才下入套管。 4、强化职工队伍的技术培训工作，提高职工队伍的技术素质和操作水平，固井做到现场施工成功率 100%。 5、加大入井工具的质量控制，缩短工具的检验周期，杜绝工具事故的发生。 6、搞好调研工作，提前制定区块固井方案和单井施工方案。 中国石化集团公司中原石油勘探局 开展水泥浆体系防高压油气水侵的研究； 设计多凝水泥浆体系，利用阶梯形稠化时间压稳油气层； 采用裸眼封隔器封堵高压油气水层； 做好钻井过程中的预堵漏工作，进一步提高地层的承压能力，保证固井后加上设计的回压值 7、针对今年文留等地区高压油气井固井质量差的问题，下一步要采取： 中国石化集团公司中原石油勘探局 （二） 推广三项固井新技术： 1、推广防塌钻井液体系，降低井径扩大率，提高固井顶替效率和封固质量。 2、推广应用双级注水泥工艺技术，解决长封固段易漏失井固井问题。 中国石化集团公司中原石油勘探局 目前该种水泥浆体系改变了过去仅靠加水和加减轻剂降低水泥浆密度的传统做法，采用不同级配的颗粒，利用物体堆积原理设计水泥浆体系，具有水泥石密实性强，渗透率低，抗压强度高（可达到 14稳定性好的特点。可将水泥浆密度降至 过刘 32井，濮 143井的应用效果较好，由于费用相对较高，颗粒级配材料比过去使用的低密度水泥浆减轻材料价格高，因此增加了成本（比普通水泥浆费用高 30%），影响了使用，下一步加大投入推广应用，以此解决长封固段易漏失井固井问题 。 3、推广低密度水泥浆固油层技术