石油钻井油保

钻井液与油气层保护技术 钻井工程技术研究院 油气层保护研究所 提纲 第一节 钻井液性能及作用 钻井液的稳定性和功用 钻井液性能 第二节 油气层损害与保护 概述 油气层保护技术简介 岩心分析 油气层损害机理 保护油气层技术 第一节 钻井液性能及作用 钻井液的稳定性和功用 钻井液性能 第一节 钻井液性能对钻井的影响 钻井液的稳定性和功用 钻井液的稳定性： 钻井液是一种分散体系，即粘土分散在水中，是溶胶和悬浮液的混合物。粘土在钻井液中的分散状态有 分散、絮凝和聚结 三种形态 ,决定了胶体含量大小 。粘土颗粒分散越细，钻井液越稳定，同时由于颗粒细分散导致比表面积变大和较大的表面能， 表面能的自发减小促使粘土颗粒自发聚结 ， 形成较大颗粒而发生沉降 。因此钻井液的稳定性由粘土颗粒的 分散和聚结 共同维持。在实际生产中，为了保持一定的机械钻速和尽可能降低磨阻，要保持钻井液中的粘土颗粒具有一定的分散和聚结 钻井液的功用： 携带和悬浮岩屑，钻井液首要和最基本的功用 稳定井壁和平衡地层压力 冷却和润滑钻头和钻具 传递水动力 第一节 钻井液性能对钻井的影响 钻井液的稳定性和功用 钻井液的主要性能有：密度、 滤失量、流变性、 相含量、滤液分析（氯离子、钙镁离子、碳酸根离子含量的测定） 第一节 钻井液性能对钻井的影响 钻井液性能 流变性在钻井中的作用： 携带岩屑，保证井眼清洁； 悬浮岩屑和重晶石； 提高机械钻速； 保持井眼规则和井下安全。 第一节 钻井液性能对钻井的影响 钻井液性能 动切应力：即动切力，反映 钻井液网状结构强弱 塑性粘度：是指钻井液在层流状态下，反映 内部摩擦的强弱 表观粘度：又称有效粘度、视粘度，反映钻井液 内部摩擦、网状结构 所形成的总粘度 触变性：指钻井液在搅拌状态下变稀，静置后变稠的特性。钻井液高速搅拌后，静止 10差值表示触变性的大小。 剪切稀释特性：指表观粘度随 速度梯度增大而降低 的特性。反映了钻井液从钻头水眼喷出后有较低的粘度，有利于钻头破碎岩石、清洗井底，在环空又具有较高粘度，有利于携带岩屑。这种特性有利于高速钻井。 第一节 钻井液性能对钻井的影响 钻井液性能 第二节 油气层损害与保护 概述 油气层保护技术简介 岩心分析 油气层损害机理 保护油气层技术 油气层损害是指在油气井钻井、完井、增产措施施工中，各种工作液在储层中造成的 减少油气层产能或降低注气注液效果 的现象。储层产能越高，流入井底的油气量越大，产量就越高。储层岩石的渗透性是维持储层产能的重要条件，渗透率越高，储层产能越高，因此 保护油气层的核心问题就是如何保持储层的渗透率 概述 第二节 油气层损害与保护 保护油气层是石油勘探开发过程中的重要技术措施之一，其好坏直接关系到石油天然气勘探、开发的效果。所以，保护油气层的重要性体现在以下几方面： 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 保护油气层有利于油气井产量及油气田开发经济效益的提高 油气田开发生产各项作业中，搞好保护油气层有利于油气井的稳产高产 概述 第二节 油气层损害与保护 保护油气层技术的主要内容包括八大方面： 岩心分析、油气水分析及测试技术； 油气层敏感性和工作液损害室内评价技术； 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； 完井过程中油气层损害因素分析和保护油气层措施及解堵技术； 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。 第二节 油气层损害与保护 油气层保护技术简介 保护油气层技术的特点 1）保护油气层技术是一项涉及多学科、多专业、多部门，并贯穿整个油气生产过程的系统工程。 2）保护油气层技术具有很强的针对性。 3）保护油气层技术在研究方法上要采用三结合： 微观研究与宏观研究相结合； 机理研究与应用规律研究相结合； 室内研究与现场实践相结合。 第二节 油气层损害与保护 油气层保护技术简介 保护油气层系统工程的技术思路 分析所研究油气层的岩石和流体特性，并以此研究油气层的潜在损害因素与机理。 收集现场资料，开展室内试验，分析研究油气层在各项作业过程中潜在损害因素被诱发的原因、过程及防止措施。 按照系统工程研究各项作业中所选择的保护油气层技术措施的可行性与经济上的合理性，通过综合研究配套形成系列，纳入钻井、完井与开发方案设计及每一项作业的具体设计中。 各项作业结束后进行诊断与测试，获取油气层损害的信息，并评价保护油气层的效果和经济效益，供改进或补救之用。 计算机预测、诊断、评价和动态模拟。 第二节 油气层损害与保护 油气层保护技术简介 岩心分析 岩心分析是认识油气层地质特征的必要手段，油气层的敏感性评价、损害机理的研究、油气层损害的综合诊断、保护油气层技术方案的设计都必须建立在岩心分析的基础之上。所以， 岩心分析是保护油气层技术这一系统工程的起始点或基础 。 第二节 油气层损害与保护 岩心分析目的： （ 1）全面认识油气层的岩石物理性质及岩石中敏感性矿物的类型、产状、含量及分布特点； （ 2）确定油气层潜在损害类型、程度及原因； （ 3）为各项作业中保护油气层工程方案设计提供依据和建议 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 岩心分析内容包括： （ 1） 渗流多孔介质的性质 （ 2） 矿物性质 （ 3）岩石表面性质 （ 4）地层流体性质 （ 5）油气层所处环境，考虑内部环境和外部环境两个方面 （ 6）矿物、渗流介质、地层流体对环境变化的敏感性及可能的损害趋势和后果 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 1、岩心特征 孔隙结构 是从微观角度来描述油气层的储渗特性 孔隙度与渗透率 是从宏观角度来描述油气层的储渗特性 第二节 油气层损害与保护 岩心分析 孔隙结构 常见孔隙类型有：粒间孔、粒内溶孔、晶间微孔 孔隙结构参数从定量角度来描述孔喉特征 常用的孔隙结构参数有孔喉尺寸及其分布、喉道弯曲度和孔隙连通性 第二节 油气层损害与保护 岩心分析 岩心分析 孔隙结构与油气层损害的关系表现为： 在其它条件相同的情况下，喉道越粗，不匹配的固相颗粒侵入的深度就越大，造成的固相损害程度就越严重。但滤液侵入造成的水锁、贾敏等损害的可能性较小 孔喉弯曲程度越大，外来固相颗粒侵入越困难，侵入深度变小；而地层微粒易在喉道中阻卡，微粒分散 /运移的损害潜力增加 孔隙和喉道尺寸越小且连通性越差，油气层越易受到与流体、界面现象相关的损害，如水锁、乳化堵塞、粘土矿物水化膨胀等 第二节 油气层损害与保护 孔隙度和渗透率 孔隙度是衡量岩石储集空间多少及储集能力大小的参数，渗透率是衡量油气层岩石渗流能力大小的参数 ，它们是从宏观上表征油气层特性的两个基本参数。对于渗透性很好的油气层来说，它受固相侵入损害的可能性更大；相反，对于低渗透性油气层来说，它更容易受到粘土矿物水化膨胀、分散运移、水锁等损害 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 敏感性矿物的类型 根据矿物与流体发生反应造成的油气层损害方式，可以将敏感性矿物分为四类 水敏和盐敏矿物 :主要有蒙皂石、伊 /蒙间层矿物和绿 /蒙间层矿物。 碱敏矿物 :主要有高岭石等各类粘土矿物、长石和微晶石英。 酸敏矿物 :酸敏矿物分为盐酸敏感矿物和氢氟酸敏感矿物。 速敏矿物 :主要有粘土矿物及粒径小于 37。 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 2、油气层敏感性评价 包括 速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏、应力敏感、温度敏感 等七敏实验，其目的在于找出油气层发生敏感的条件和由敏感引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计、油气层损害机理分析和制定系统的油气层保护技术方案提供科学依据 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 速敏评价 油气层的速敏性是指在石油勘探开发生产过程中，当流体在油气层中流动时，引起油气层中 微粒运移并堵塞喉道 造成油气层渗透率下降的现象 速敏评价实验之目的在于： （ 1）找出由于流速作用导致微粒运移从而发生损害的临界流速，以及找出由速度敏感引起的油气层损害程度； （ 2）为水敏、盐敏、碱敏、酸敏四种实验及其它的各种损害评价实验确定合理的实验流速提供依据。一般来说，由速敏实验求出临界流速后，可将其它各类评价实验的实验流速定为 此速敏评价实验必须要先于其它实验； （ 3）为确定合理的注采速度提供科学依据 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 水敏评价 油气层中的粘土矿物在原始的地层条件下处在一定矿化度的环境中，当 淡水进入地层时，某些粘土矿物就会发生膨胀、分散、运移，从而减小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渗透率降低的现象，称为水敏。水敏评价的目的是了解粘土矿物遇淡水后的膨胀、分散、运移过程，找出发生水敏的条件及水敏引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计提供依据 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 盐敏评价 在钻井、完井及其它作业中，各种工作液具有不同的矿化度，有的低于地层水矿化度，有的高于地层水矿化度。当高于地层水矿化度的工作液滤液进入油气层后，将可能引起 粘土的收缩、失稳、脱落 ；当低于地层水矿化度的工作液滤液进入油气层后，则可能引起粘土的膨胀和分散 。这些都将导致油气层孔隙空间和喉道的缩小及堵塞，引起渗透率的下降从而损害油气层。因此，盐敏评价的目的是找出盐敏发生的条件，以及由盐敏引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计提供依据 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 碱敏评价 地层水 大多数钻井液的 12之间，二次采油中的碱水驱也有较高的 高 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），从而造成油气层的堵塞损害；此外，大量的氢氧根与某些二价阳离于结合会生成不溶物，造成油气层的堵塞损害。因此，碱敏评价的目的是找出碱敏发生的条件，主要是临界 及由碱敏引起的油气层损害程度，为各类工作液的设计提供依据 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 酸敏评价 酸化是油田广泛采用的解堵和增产措施，酸液进入油气层后，一方面可改善油气层的渗透率，另一方面又与油气层中的矿物及地层流体反应产生沉淀并堵塞油气层的孔喉。油气层的酸敏性是指油气层与酸作用后引起渗透率降低的现象。因此，酸敏评价的目的是研究各种酸液的酸敏程度，其本质是研究酸液与油气层的配伍性，为油气层基质酸化和酸化解堵设计提供依据 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 应力敏感性评价 前述的五敏实验主要研究储层矿物与流体作用的结果。而应力敏感性则考察在施加一定的有效应力时，岩样的物性参数随应力变化而改变的性质。它反映了岩石孔隙几何学及裂缝壁面形态对应力变化的响应。应力敏感性评价的目的在于： （ 1）准确地评价储层，通过模拟围压条件测定孔隙度可以将常规孔隙度值转换成原地条件，有助于储量评价； （ 2）求出岩心在原地条件下的渗透率，便于建立岩心渗透率 认识 （ 3）为确定合理的生产压差提供依据 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 温度敏感性评价 前述的五敏实验主要研究储层矿物与流体作用的结果。而应力敏感性则考察在施加一定的有效应力时，岩样的物性参数随应力变化而改变的性质。在钻井、完井过程中，由于外来流体进入油气层，可使近井筒附近的地层温度下降，从而对地层产生一定的影响，主要体现在以下几个方面： （ 1）由于地层温度下降，导致有机结垢； （ 2）由于地层温度下降，导致无机结垢； （ 3）由于地层温度下降，导致地层中的某些矿物发生变化。温度敏感就是指由于外来流体进入地层引起温度下降从而导致地层渗透率发生变化的现象。评价的目的就在于研究这种温度敏感引起的地层损害程度。 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 3、岩石的润湿性 岩石表面被液体 润湿（铺展） 的情况称为岩石的润湿性。岩石的润湿性一般可分为 亲水性、亲油性和两性润湿 三大类。 油气层岩石的润湿性取决于矿物的 晶体结构、地层流体的活性组分性质 ，工作液侵入也可以改变岩石的润湿性。 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 3、岩石的润湿性 润湿性的作用表现为下列三个方面： 控制孔隙中油气水分布 。对于亲水性岩石，水通常吸附于颗粒表面或占据小孔隙角隅，油气则占孔隙中间部位；对于亲油性岩石，刚好出现相反的现象。 决定岩石孔道中毛管压力的大小和方向 。毛管压力的方向总是指向非润湿相一方。当岩石表面亲水时，毛管压力是水驱油的动力；当岩石表面亲油时，毛管力是水驱油的阻力。 制约微粒运移的损害程度 。当油气层中流动的流体润湿微粒时，微粒容易随之运移，否则微粒难以运移。油气层岩石的润湿性的前两个作用，可造成有效渗透率下降和采收率降低，而后一作用对微粒运移有较大影响。 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 4、流体性质 地层水性质 地层水性质主要指矿化度、离子类型和含量、 油气层压力和温度降低或侵入流体与地层水不配伍时，会生成 矿化度地层水还可引起进入油气层的高分子处理剂发生盐析。此外，对于室内实验流体配制、工作液基液的选择、防垢抑垢剂的筛选、除垢工艺的优化，地层水资料都是重要依据。 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 4、流体性质 原油性质 原油性质主要包括粘度、含蜡量、胶质、沥青、析蜡点和凝固点。原油性质对油气层损害的影响有： （ 1）石蜡、胶质和沥青可能形成有机沉淀，堵塞喉道、射孔孔眼、砾石充填层、筛管和油管； （ 2）原油与入井流体不配伍形成高粘乳状液，胶质沥青质与酸液作用形成酸渣； （ 3）注水和压裂中的冷却效应还可以导致石蜡、沥青在井间地层中沉积。 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 4、流体性质 天然气性质 与损害有关的天然气性质主要是相态特征和 态特征主要是针对凝析气藏而言，当开采时压差过大、或气藏压力衰竭时，井底压力低于露点压力，此时凝析液在井筒附近积聚，使气相渗透率大大降低，形成油相圈闭。腐蚀性气体的作用是设备腐蚀产生微粒，如 成井下和井口管线的堵塞。 岩心分析 第二节 油气层损害与保护 油气层损害机理是指在油气井作业过程中，导致储层渗透率下降，油气渗流阻力增大，产能下降的原因，包括其中的物理、化学变化过程。由于油气层储集特征的不同、作业措施的不同，储层损害机理也不尽相同 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 油气层损害机理的研究概况 国外研究概况 国外自 20世纪 50年代开始油气层损害机理的研究 。 从 70年代开始 ， 随着能源危机的发生 ， 才重视油气层的保护工作 。 80年代随着科技新技术的发展 ， 测试技术也随之发展 ， 人们对油气层损害机理研究才逐步加深 ，进入了系统化的研究阶段 。 90年代应用数学模拟方法使油气层损害机理更为深入 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 油气层损害机理的研究概况 国外油气层损害研究大致概括为三个阶段： 定性分析阶段 根据岩石学分析 、 化学分析 、 基础物性分析结果及油气井资料初步定性分析可能发生或已经发生的损害类型 。 应用统计分析对损害因素排列次序阶段 随着损害机理的深入研究 ， 能够对不同条件下损害因素进行主次排序 。 物理模型与数学模型研究阶段 通过实验 ， 把油气层损害的程度进行定量的预测和分析 。 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 油气层损害机理的研究概况 国内研究概况 我国的油气层损害机理研究始于 20世纪 80年代初期 ， 尤其是在 “ 七五 ”国家重点科技攻关项目 “ 保护油层钻井完井技术 ” 研究中 ， 广泛使用了 岩石学分析 、 岩心流动实验和动态模拟 等技术 ， 对储层损害机理进行了系统的剖析和定量研究 ， 抓住了主要损害因素 ， 为后继一系列保护技术提供了依据 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 我国油气层损害机理研究的特点： 在钻井液动 、 静滤失规律研究中 ， 对内外滤饼与储层损害的关系 、 滤饼的结构 、 动静滤失的差别 ， 以及钻开储层过程中影响固相颗粒侵入储层的主要因素进行了深入的研究 ， 并提出了将影响固相颗粒侵入的不利因素变为有利因素的辨证思路 在采用数学模型研究储层中微粒运移的机理时 ， 对 37 并对微粒水化膨胀造成分散的临界盐浓度 、 微粒启动的临界速度及其影响因素进行了全面 、 系统研究 在酸敏及水锁损害研究方面，将理化分析及扫描电镜、微模型等微观测试技术紧密结合，进行了深入细致的分析研究 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 油气层的损害 在钻开油气层、注水泥、射孔、酸化、压裂、采油、注水、修井等施工中都会不同程度地破坏油气层原始的物理、化学平衡状态，都有可能对油气层造成损害 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 钻井过程中造成的损害 钻开油气层时 ， 在正压差 、 毛管力的作用下 ， 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： 钻井液中分散相颗粒堵塞油气层 钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害 钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损害 相渗透率变化引起的损害 负压差急剧变化造成的油气层损害 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 固相颗粒堵塞油气层 钻井液中存在多种固相颗粒 ， 如膨润土 、 加重剂 、堵漏剂 、 暂堵剂 、 钻屑和处理剂的不溶物及高聚物鱼眼等 。 其损害程度与固相颗粒尺寸大小 、 级配及固相类型有关 。 固相颗粒侵入油气层的深度随压差增大而加深 。 这种能够在 井壁 760%。 乳化液滴堵塞油气层 对于水包油或油包水钻井液 ， 不互溶的油水二相在有效液柱压力与地层孔隙压力之间形成的压差作用下 ， 可进入油气层的孔隙空间形成油 续相中的各种表面活性剂还会导致储层岩心表面的润湿反转 ， 造成油气层损害 。 钻井液滤液与油气层岩石不配伍诱发以下五方面的油气层在损害因素 。 1） 水敏：低抑制性钻井液滤液进入水敏油气层 ，引起粘土矿物水化 、 膨胀 、 分散 、 是产生微粒运移的损害源之一 。 2） 盐敏：滤液矿化度低于盐敏的低限临界矿化度时 ， 可引起粘上矿物水化 、 膨胀 、 分散和运移 。当滤液矿化度高于盐敏的高限临界矿化度 ， 亦有可能引起粘土矿物土水化收缩破裂 ， 造成微粒堵塞 。 3） 碱敏：高 引起碱敏矿物分散 、 运移堵塞及溶蚀结垢 。 4）润湿反转：当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反转，造成油气层油相渗透率降低。 5）表面吸附：滤液中所含的部分处理剂被油气层孔隙或裂缝表面吸附；缩小孔喉或孔隙尺寸。 钻井液滤液与油气层流体不配伍可诱发油气层潜在损害因素 ， 产生以下五种损害： 1） 无机盐沉淀：滤液中所含无机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 。 2） 形成处理剂不溶物：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 。 3） 发生水锁效应：特别是在低孔低渗气层中最为严重 。 4） 形成乳化堵塞：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原油或水发生乳化 ， 可造成孔道堵塞 。 5） 细菌堵塞：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 。 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 。 对于气层 ， 液相 （ 油或水 ） 侵入能在储层渗流通道的表面吸附而减小气体渗流截面积 ， 甚至使气体的渗流完全丧失 ，即导致 “ 液相圈闭 ” 。 中途测试或负压差钻井时 ， 如选用的负压差过大 ， 可诱发油气层速敏 ， 引起油气层出砂及微粒运移 。 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 。 此外 ， 还会诱发地层中原油组分形成有机垢 。 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 钻井过程中造成的损害的工程因素 钻井过程损害油气层的严重程度不仅与钻井液类型和组分有关 ， 而且随钻井液固相和液相与岩石 、 地层流体的作用时间和侵入深度的增加而加剧 。影响作用时间和侵入深度主要是工程因素 ， 这些因素可归纳为以下六个方面： 压差 浸泡时间 环空返速 钻井液性能 压差是指井筒内液柱压力与地层孔隙压力的差值 。 通常钻井液的滤失量随压差的增大而增加 因而 钻井液进入油气层的深度和损害油气层的严重程度均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 。 在钻井过程中 ， 由于超平衡压力条件下钻井促使固相或液相侵入油气层 ， 渗透率下降 10 75 。 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 。 环空返速越大 ， 钻井液对井壁泥饼的冲蚀越严重 ， 因此 ， 钻井液的 动滤失量增加 ， 钻井液固相和滤液对油气层侵入深度及 损害程度亦随之增加 。 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亦随之增高 ，损害加剧 。 钻井液性能好坏与油气层损害程度高低紧密相关 。 钻井液固相和液相进入油气层的深度及损害程度均随钻井液静滤失量 、动滤失量 、 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 。 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密度就要随之增高 ， 若坍塌层与油气层在一个裸眼井段 ， 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压力之差随之增高 ，就有可能使损害加重 。 在各种特殊轨迹的井眼 （ 定向井 、 丛式井 、 水平井 、 大位移井 、 多目标井等 ） 的钻井作业中 ， 钻井液性能的优劣对油气层损害的间接影响更加显著 ， 除了上述已经阐述的钻井液的流变性 、 滤失性和抑制性外 ， 钻井液的携带能力和润滑性能直接影响着进入油气层井段后作业时间的长短 ， 不合理的钻井液携带能力和润滑性能将使钻井液对油气层的浸泡时间延长 ， 使油气层损害加剧 。 注水泥过程中造成的损害 水泥浆的损害主要表现为水泥浆滤液侵入地层和水泥浆固相颗粒侵入地层两方面 。 在通常情况下 ， 水泥浆固相颗粒粒径较大 ， 由于井壁已经形成了钻井液泥饼 ， 所以水泥浆中的固相颗粒极少侵入地层 ，但是由于水泥浆注入压力 、 滤失量较大 ， 会造成滤液透过钻井液泥饼侵入地层 ， 对地层造成损害 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 注水泥过程中造成的损害 水泥浆滤液对地层损害的因素 滤液与地层矿物不配伍 ， 造成粘土颗粒膨胀分散 水泥浆的水化作用使氢氧化物过饱和而结晶沉淀 ， 堵塞油气通道 滤液中的氢氧化物与粘土中的硅反应 ， 生成硅质熟石灰 ， 成为粘结性化合物 滤液与地层水中的钙发生反应 ， 生成碳酸钙或硅酸钙水合物沉淀 ， 堵塞油气通道 滤液有相对较高的 能进一步促进地层粘土矿物水化膨胀 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 注水泥过程中造成的损害 固井过程中 ， 水泥浆对地层的损害一般小于钻井液的损害 清洗液与隔离液造成的损害主要是高压紊流造成泥饼破坏 ， 使地层裸露 挤水泥过程中 ， 高压使非胶结地层遭到较严重的损害 固井质量不好 ， 使工作液沿水泥环侵入地层 固井时尽可能使用低密度水泥浆 ， 降低水泥浆 、 清洗液与隔离液的滤失量 ，保证固井质量 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 射孔试油过程中造成的损害 一般说来 ， 在钻井 、 固井过程中油气井周围所形成的损害带 ， 通过射孔施工可将损害部分解除 。 但在射孔 、 试油过程中造成的损害 ， 则难以补救 。 1） 压实带的形成 。 射孔的高压会在孔眼周围形压实致密区 ， 原始渗透性能被破坏 ，其渗透率仅为原始值的 7% 2） 固相堵塞 。 固相颗粒和射孔产生的碎片在正压差作用下压入地层 ， 导致孔眼的导流能力降低 。 3） 射孔液或压井液与储层不配伍 。 如施工中使用清水 ， 造成地层中的粘土水化膨胀 ，导致储层损害 。 4） 高压差 、 大排量试油： 引起储层内的微粒运移 ， 导致渗流通道堵塞 在井眼周围形成压力亏损带 ， 当进行二次压井时 ， 易引起渗漏 ， 造成储层损害 井眼周围压力迅速下降 ， 使得原没很易脱气 、 结蜡而堵塞渗流通道 产生压实作用 ， 造成损害 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 射孔试油过程中造成的损害 在射孔试油过程中保护油气层要注意： 所用液体要与储层配伍 。 尽可能采用负压射孔 。 射孔深度要足够 。 控制适当的试油压差 。 尽可能缩短压井液的浸泡时间 。 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 酸化作业中造成的损害 酸化作业是目前用于油层解堵或增产的常用措施 。 但是 ，如果酸化作业不当会给地层带来新的损害 ， 酸化可能引起的储层损害有： 酸液与地层矿物反应产生沉淀 外来固相堵塞 增加地层微粒 与原油中的沥青质形成胶状沉淀 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 当地层中含有一些酸敏性矿物时 ，用不配伍的酸液处理地层可产生絮状或胶状沉淀物质而堵塞孔喉 ，导致渗透率降低 。 作业管线不清洁 ， 则酸液可将铁锈 、 污泥等物溶解带入地层 ，引起堵塞 。 酸液溶解掉部分岩石骨架及其胶结物 （ 如碳酸盐类 ） 后 ， 会释放出许多不溶于酸的固体颗粒 。 这些颗粒的增加 ， 使地层中微粒运移再现加剧 。 当酸液与富含沥青质的原油相接触时 ， 酸与沥青质容易发生成胶状残渣 。 当有表面活性剂或 在时 ， 残渣更易生成 。 压裂过程中造成的损害 压裂是低渗油气藏增产的有效措施之一 ， 但若不注意对油气层的保护 ， 仍然可造成对油气层的损害 ， 使增产作业的效果不理想 ， 甚至还可能降低原有的生产能力 。 压裂液引起损害 。 压裂液与储层不配伍 ， 引起地层中的粘土膨胀 、 原油的乳化等损害 。 对于低渗透油气藏 ， 还可能产生水锁现象 ， 损害油气层 。 压裂液残渣造成损害 。 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 采油过程中造成的损害 采油速度过高：造成原来松散地依附在孔壁上的一些矿物微粒发生运移 ，从而对孔隙喉道产生堵塞 ， 降低渗透率 。 结垢与结蜡：生产过程中 ， 由于储层的孔隙压力降低以及有时气体膨胀引起的冷却作用 ， 均使某些无机盐溶解度降低而生成无机垢沉淀 。 通常的盐垢为 硫酸钙 ， 有时还有单体硫以及氯化钠的沉积 ， 如果油气井从正常生产层窜槽或从套管泄漏处出水 ， 则沉积的盐垢将堵塞井筒 、 射孔孔眼与地层孔隙 。 除蜡 、 除沥青过程的影响：当井内油管内结蜡或有积垢时 ， 常用机械 （ 如使用刮蜡片 ） 或热油洗井等方法将其清除 。 但如果在该项处理中 ， 使用方法不当也会造成对油层的损害 。 比如在采油过程中 ， 从油管上刮下的石蜡或沥青有一部分会泵入射孔孔眼和井筒附近的地层孔隙 、 孔洞或裂缝中去 。 用热油洗井时 ， 一部分蜡垢可能堵塞地层孔隙和射孔孔眼而影响产能 。 化学处理剂的影响：如果所使用的缓蚀剂 、 也垢剂或防蜡剂与产层接触并且与之不配伍 ， 也可能导致油相渗透率降低 。 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 注水过程中造成的损害 在注水过程中不注意对油气层的保护 ， 将会直接影响到注水效果 ， 降低油气井产量和采收率 。 注水过程中可能造成地层损害的原因主要有注入水的水质 （ 矿化度 、 化学成分 、 固相含量及粒度范围 、 细菌量 、 游离氧含量等 ） 不符合要求 ， 引起地层中粘土矿物的水化膨胀及分散运移堵塞 、 化学沉淀堵塞 、 机械杂质堵塞和细菌堵塞等损害；注入水的强度过大 ， 引起地层中微粒运移而堵塞孔喉 ， 导致地层渗透率下降 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 修井过程中造成的损害 修井液与地层不配伍 ， 造成地层中的粘土膨胀 、 地层水结垢 、岩石润湿性反转及原油郛化等一系列损害 提高采收率的方法对油气层造成的损害 在采用蒸汽驱 、 碱水驱 、 二氧化碳驱 、 活性剂驱和聚合物驱等提高采收率的方法时 ， 可能引起储层的损害 油气层损害机理 第二节 油气层损害与保护 油气层损害类型 微粒运移损害 水敏损害 酸敏损害 结垢损害 水锁损害 润湿性改变损害 固相颗粒侵入损害 出砂损害 保护油气层技术 第二节 油气层损害与保护 指在钻井 、 测试 、 试油 、 采油 、 增产作业 、注水等作业或生产过程中 ， 当 流体流速过高或压力波动较大时 ， 使岩石颗粒脱落 ， 随流体运移并堵塞喉道形成 “ 桥堵 ” 或 “ 帚状 ” 堆积 ，造成油气层渗透率下降的现象 。 油气层中的粘土矿物在原始的地层条件下处在一定矿化度的环境中 ， 当淡水进入地层时 ， 某些粘土矿物就会发生膨胀 、 分散 、 运移 ， 从而减小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渗透率降低的现象 ，称为水敏损害 。 水敏损害是油气层损害中最复杂 、 最主要的损害 。 酸化是油田广泛采用的解堵和增产措施 ， 酸液进入油气层后 ， 与油气层中的矿物及地层流体反应产生沉淀或使地层解体 、 颗粒脱落并堵塞油气层的孔喉 。 油气层的酸敏性损害是指油气层与酸作用后引起渗透率降低的现象 。 外来流体与地层矿物 、 流体发生的物理 、 化学沉淀物堵塞油气通道 ，造成地层渗透率降低的损害 。 包括有机垢和无机垢 两大类 。 指工作液的滤液进入地层孔隙引起的液体堵塞：一方面 ， 由于外来液体改变了储层中的油气水分布 ， 含水饱和度增大导致含油气饱和度相对降低 ， 使得 油气渗透率降低 ；另一方面 ， 滤液进入油气通道 ， 产生巨大的 毛细管压力 ， 增大了油气流动阻力 ， 使产能降低 。 地层岩石表面具有不同的电性和润湿性 ，一般分为 亲水岩石和亲油岩石 两大类 。 由于工作液的滤液侵入储层改变了地层岩石表面原始电性和润湿性 ， 造成储层渗透率下降的现象为润湿性改变损害 。 在泥饼形成之前 ， 由于工作液中的固相进入储层油气通道发生堵塞 ，使油气渗透率下降 。 是指由于采油 、 采气速度过高 ，造成岩石颗粒脱落 ， 随油气流动堵塞油气通道 ， 导致储层渗透率下降的损害 。 工作液对油气层的损害评价： 静态损害评价 动态损害评价 用多点渗透率仪测量损害深度和损害程度 其它评价实验 保护油气层技术 第二节 油气层损害与保护 利用各种静滤失实验装置测置测定工作液滤入岩心前后渗透率的变化 。 来评价工作派对油气层的损害程度并优选工作液配方 。 实验时 ， 要尽可能模拟地层的温度和压力条件 。 在尽量模拟地层实际工况条件下 ， 评价工作液对油气层的综合损害 （ 包括液相和固相及添加剂对油气层的损害 ） 。 为优选损害最小的工作液和最优施工工艺参数提供科学的依据 。 动态损害评价与静态损害评价相比能更真实地模拟井下实际工况条件下工作液对油气层的损害过程 ， 两者的最大差别在于工作液损害岩心时状态不同 ， 静态评价时 ， 工作液为静止的 ， 而动态评价时 ， 工作液处于循环或搅动的运动状态 ，显然后者的损害过程更接近现场实际 ， 其实验结果对现场更具有指导意义 。 利用 多点渗透率仪 和 长岩心 ， 测量损害前的基线渗透率曲线 ， 然后用工作液损害岩心 ， 再测损害后的恢复渗透率曲线 ， 利用损害前后渗透率曲线对比求损害深度和段损害程度 。 体积流量评价实验 、 系列流体评价实验 、离心法测毛管压力快速评价工作液及正反向流动实验 、 润湿性实验 、 相对渗透率曲线等实验 。 保护油气层的钻井完井液 钻井液是首先与储层相接触的工作液 ， 因此要做好油气层保护 ， 就应该从钻井液开始 。 钻开油气层钻井液不仅要满足安全 、 快速 、 优质 、 高效的钻井工程施工需要 ， 而且要满足保护油气层的技术要求 。 通过多年的研究 ， 可将这些要求归纳为以下几个方面： 钻井液密度可调 ， 满足不同压力油气层近平衡压力钻井的需要； 钻井液中固相颗粒与油气层渗流通道匹配； 钻井液必须与油气层岩石相配伍； 钻井液滤液组分必须与油气层中流体相配伍； 钻井液的组分与性能都能满足保护油气层的需要 。 保护油气层技术 第二节 油气层损害与保护 保护油气层钻井液种类 1） 水基钻井液 无固相饱和盐水钻井液：减少或避免固相损害 、 水敏损害 、 微粒运移损害 。 无粘土钻井液：酸溶性钻井液 ， 主要通过不溶于水的碳酸盐 （ 碳酸钙 、 碳酸铁 ） 作为密度调节剂和暂堵剂 ， 密度范围 g/ 水溶性钻井液 ， 在各类饱和盐水基础上 ， 使用细颗粒的 氯化钠 、 硼酸盐 、 氯化钙 等作为密度调节剂 、 暂堵剂 ， 密度范围 g/油溶性钻井液 ， 使用油溶树脂作为暂堵剂 ， 密度用 各种浓度不同的盐水 来调节 。 改性钻井液：在现有的钻井液基础上 ， 通过 加入不同种类的酸溶 、 油溶处理剂 ， 使钻井液具有较好的油气层保护性能 保护油气层技术 第二节 油气层损害与保护 2） 油基钻井液 油基钻井液包括油基液 （ 乳化水 20%） 、 油包水乳化液 （ 乳化水 20% 、 低胶性油基液 、 无毒油基液 。 此类钻井液 热稳定性好 、 密度范围大 、 页岩抑制性强 、 抗各种盐污染等优点 ；缺点是 成本高 、 劳动强度大 、 对环境污染大 。 3） 气体钻井液 气体钻井液包括空气、雾、泡沫、充气钻井液等。此类钻井液优点是： 密度低、对地层损害小、增产效果显著 。缺点是设备复杂、工艺复杂、成本高、井控困难 。 保护油气层技术 第二节 油气层损害与保护 保护