钻井与完井工程ppt课件9 储层保护.pptVIP

第九章储层保护 第九章储层保护 概述第一节储层损害的室内评价技术第二节钻井过程中的储层保护技术第三节完井过程中的储层保护技术 概述 储层损害 在钻井 完井井下作业及油气田开采全过程中 造成储层渗透率下降的现象 储层保护技术 认识和诊断储层损害原因及损害过程的各种手段 防止和解除储层损害的各种技术措施 储层保护的核心是有针对性地控制各种外因 使储层的内因不发生改变或改变小 从而达到保护储层的目的 概述 储层损害原因 凡是受外界条件影响而导致储层渗透性降低的储层内在因素 均属储层潜在损害因素 内因 它包括储层孔隙结构 敏感性矿物 岩石表面性质和地层流体性质等 在施工作业时 任何能够引起储层微观结构或流体原始状态发生改变 并使油气井产能降低的外部作业条件 均为储层损害的外因 它包括入井流体性质 压差 温度和作业时间等可控因素 概述 Ks KK 未损害区储层渗透率 Ks 损害区储层渗透率 井筒附近储层损害示意图 概述 储层保护重要性储层保护是一项涉及多学科 多专业 多部门并贯穿整个油气生产过程中的系统工程 是石油勘探开发过程中的重要技术措施之一 保护储层工作的好坏直接关系到能否及时发现新的储层 油气田和对储量的正确评价 直接关系到油气井的稳产和增产 对油气田的经济效益有举足轻重的影响 在油气田开发生产的每一项作业中 尤其是钻井完井过程中 必须认真做好储层保护工作 保护油气层技术的一些术语 1 FormationDamage油层损害 地层损害 定义 由于油气层岩石孔道被缩小或被堵塞而造成渗透率降低的现象 2 Porosity孔隙度 定义 岩石孔隙体积与岩石视体积之比 孔隙体积 3 SpecificSurfaceAreaofRock岩石比表面积 定义 单位体积岩石内孔隙的内表面积 孔隙内表面 4 PoreThroat孔喉 定义 孔隙空间的狭窄部位或两个较大颗粒间的收缩部分 5 Saturation饱和度 定义 油气层流体充满孔隙空间的程度 用某相流体所占孔隙空间的份数来度量 6 Permeability渗透率 定义 在一定压差作用下 孔隙岩石允许流体通过的能力大小度量 P 根据达西渗流定律 6 1AbsolutePermeability 绝对渗透率 定义 单相流体在不与岩石发生任何物理和化学作用下的渗透率 ExampleGas Water Oil 6 2KlinkenbergPermeability克氏渗透率 等效液体渗透率 定义 对同一岩心 任何气体当平均压力趋于无穷大时 其气体渗透率趋于同一岩心的液体渗透率 用克氏方程表示 b 克氏系数 6 3EffectivePermeability有效渗透率 相渗透率 定义 岩石中有多相流体共存时 允许其中单项流体通过的能力大小的度量 例如 油水两相共存的有效渗透率为 6 4RelativePermeability 相对渗透率 定义 岩石有效渗透率与绝对渗透率的比值 7WattabilityorWateraffinity 润湿性 定义 岩石颗粒表面的亲油或亲水特性 WaterDrop 亲水 q 亲油 q 两性 q 8WattabilityAlteration 润湿性反转 定义 使岩石颗粒表面亲油变为亲水或亲水变为亲油的现象 亲水 q 亲油 q 处理剂 9CapillaryPressure 毛细管力 定义 毛细管中弯液面两侧非润湿相和润湿相间的压力差 它指向液面凹方向 即指向非润湿相一方 Pc r 10WaterBlocking 水锁 定义 当水进入油层后由毛细管阻力引起的液体堵塞 11JaminEffect 贾敏效应 定义 毛细管中非润湿相流体液滴对润湿相液体运动产生的附加阻力的现象 Case1 Water Oil 毛细管附加阻力 油滴通过孔喉处的附加阻力 Case2 11JaminEffect 贾敏效应 12SkinEffect 表皮系数 定义 表征地层损害程度的参数 将地层损害集中在井眼附近的一个薄层内 其值与损害带渗透率kd损害带半径rd有关 13Blocage 堵塞比 定义 理论流量与实际流量之比 第一节 储层损害的室内评价技术 储层损害的室内评价 绪论 储层损害室内评价 借助于各种仪器设备测定储层岩石与外来工作液作用前后渗透率的变化 或者测定储层物理和化学化环境发生变化前后渗透率的改变 是认识和评价储层损害的一种重要手段 它是储层岩心分析的一部分 其目的是弄清储层潜在的损害因素和损害程度 并为损害机理分析提供依据 或者在施工之前比较准确地评价工作液对储层的损害 储层损害的室内评价内容包括 1 储层敏感性评价 2 工作液对储层的损害评价 储层损害的室内评价 绪论 实验岩心的选择步骤 1 岩样的准备 从井场取回的岩芯 须先进行如下几步准备工作 对井场或库房中保存的岩芯进行选取 实验室岩样的接交 岩心检测 岩样钻取 岩样的清洗 洗油 洗盐 岩样烘干 测定各个岩样的孔隙度 和气体渗透率k 并求出每块岩心的克氏渗透率K 储层损害的室内评价 绪论 实验岩心的选择步骤 2 岩样的选取 对已测K 的各个岩样作K 关系图 画出回归曲线 在曲线上标出要用的岩心样品号码 再根据测井和试井资料求出的K 值 选出具有代表性的岩心备用 登记好每块岩心的出处 油田 区块 层位 井深 号码 长度 直径 干重及K 值 储层损害的室内评价 绪论 储层损害的室内评价实验流程框图 1 储层敏感性评价 储层敏感性评价包括速敏 水敏 盐敏 碱敏 酸敏等五敏实验 具体实验方法基本按 砂岩储层岩心流动实验评价程序 部颁标准执行 其目的在于找出储层发生敏感的条件和由敏感引起的储层损害程度 为各类工作液的设计 储层损害机理分析和制定系统的储层保护技术方案提供科学依据 1 速敏评价实验储层的速敏性 是指在钻井 测试 试油 采油 增产作业 注水等作业或生产过程中 当流体在储层中流动时 引起储层中微粒运移并堵塞喉道造成储层渗透率下降的现象 速敏评价实验的目的 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储层损害程度 为以下的水敏 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0 8倍临界流速 因此速敏评价实验必须要先于其它实验 为确定合理的注采速度提供科学依据 1 储层敏感性评价 1 速敏评价实验原理及作法以不同的注入速度向岩心中注入实验流体 煤油或地层水 并测定各个注入速度下岩心的渗透率 从注入速度与渗透率的变化关系上 判断储层岩心对流速的敏感性 并找出渗透率明显下降的临界流速 如果流量Qi 1对应的渗透率Ki 1与流量Qi对应的渗透率Ki满足下式 说明已发生速度敏感 流量Qi 1即为临界流量 1 储层敏感性评价 速敏实验原理与评价指标 sPi 临界流速Vc Qi 1 Vc 速敏损害机理作用在岩石孔隙表面颗粒上的冲击力和剪切力 随孔隙中流速而增加 当流速达到一定值时 作用在颗粒上的冲击力和剪切力达到其抗剪切强度 胶结强度 颗粒就会脱落 然后随流体一起运移 并在孔喉处堆积 使流道缩小或部分流道堵塞 从而导致渗透率下降 速敏损害机理示意图 Q 1 速敏评价实验原理及作法损害程度的计算实验中要注意的是 对于采油井 要用煤油作为实验流体 并要求将煤油先用白土除去其中的极性物质 然后用G5砂心漏斗过滤 对于注水井 应使用经过过滤处理的地层水 或模拟地层水 作为实验流体 1 储层敏感性评价 1 速敏评价实验原理及作法速敏程度评价标准见下表所示 敏感程度评价指标 1 储层敏感性评价 1 速敏评价实验速敏实验结果的应用 确定其它几种敏感性实验 水敏 盐敏 酸敏 碱敏 的实验流速 确定油井不发生速敏损害的临界流量 确定注水井不发生速敏损害的临界注入速率 如果临界注入速太小 不能满足配注要求 应考虑增注措施 1 储层敏感性评价 2 水敏评价实验水敏概念水敏 储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 造成渗透率的降低的现象 称为水敏 水敏实验目的 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储层损害程度 为各类工作液的设计提供依据 1 储层敏感性评价 2 水敏评价实验 A水敏实验概念和目的及损害机理概念油气层水敏性 由于油气层遇淡水后引起渗透率降低的现象 次地层水 矿化度为地层水一半的盐水水敏实验目的找出水敏损害程度 为盐敏实验提供实验盐度范围 2 水敏评价实验原理首先用地层水测定岩心的渗透率Kf 然后再用次地层水测定岩心的渗透率 最后用淡水测定岩心的渗透率Kw 从而确定淡水引起岩心中粘土矿物的水化膨胀及造成的损害程度 水敏损害机理淡水进入油气层后 破坏了孔隙内地层水的活度平衡 导致孔隙内的粘土矿物水化膨胀 分散 运移 致使孔喉缩小或堵塞 从而造成透率下降 水敏实验原理与评价指标 2 水敏评价实验评价指标见下表 1 储层敏感性评价 2 水敏评价实验水敏评价实验 如无水敏 进入地层的工作液的矿化度只要小于地层水矿化度即可 不作严格要求 如果有水敏 则必须控制工作液的矿化度大于Ccl 如果水敏性较强 在工作液中要考虑使用粘土稳定剂 1 储层敏感性评价 3 盐敏评价实验盐敏概念及实验目的盐敏 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储层后 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储层后 则可能引起粘土的膨胀和分散 这些都将导致储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储层 盐敏评价实验的目的 找出盐敏发生的条件 以及由盐敏引起的储层损害程度 为各类工作液的设计提供依据 1 储层敏感性评价 3 盐敏评价实验原理及评价指标通过向岩心注入不同矿化度等级的盐水 按地层水的化学组成配制 并测定各矿化度下岩心对盐水的渗透率 根据渗透率随矿化度的变化来评价盐敏损害程度 找出盐敏损害发生的条件 根据实际情况 一般要作升高矿化度和降低矿化度两种盐敏评价实验 对于升高矿化度的盐敏评价实验 第一级盐水为地层水 将盐水按一定的浓度差逐级升高矿化度 直至找出临界矿化度Cc2或达到工作液的最高矿化度为止 对于降低矿化度的盐敏评价试验 第一级盐水仍为地层水 将盐水按一定的浓度差逐级降低矿化度 直至注入液的矿化度接近零为止 求出的临界矿化度为Cc1 1 储层敏感性评价 盐敏实验原理与评价指标 K 矿化度Cppm 岩心盐敏实验曲线 降低 Cc 临界矿化度Cc Ki 1 Cc 损害程度 盐敏程度评价指标 盐敏实验原理与评价指标 3 盐敏评价实验原理及评价指标如果矿化度Ci 1对应的渗透率Ki 1与矿化度Ci对应的渗透率Ki之间满足下述关系 说明已发生盐敏 并且矿化度Ci 1即为临界矿化度Cc 按此标准 在升高矿化度实验时可以确定临界矿化度Cc2 而在降低矿化度实验时可以确定临界矿化度Cc1 1 储层敏感性评价 3 盐敏评价实验盐敏实验结果的应用对于进入地层的各类工作液都必须控制其矿化度在两个临界矿化度之间 即Cc1 工作液矿化度 Cc2 如果是注水开发的油田 当注入水的矿化度比Cc1要小时 为了避免发生水敏损害 一定要在注入水中加入合适的粘土稳定剂 或对注水井进行周期性的粘土稳定剂处理 1 储层敏感性评价 4 碱敏评价实验碱敏概念及实验目的碱敏概念 当高pH值流体进入储层后 造成储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 且大量的氢氧根与某些二价阳离子结合会生成不溶物 造成储层的堵塞损害现象 碱敏实验目的 找出碱敏发生的条件 主要是临界pH值 以及由碱敏引起的储层损害程度 为各类工作液的设计提供依据 1 储层敏感性评价 4 碱敏评价实验原理及评价指标通过注入不同pH值的地层水并测定其渗透率 根据渗透率的变化来评价碱敏损害程度 找出碱敏损害发生的条件 a 不同pH值盐水的制备 根据实际情况 一般要从地层水的pH值开始 逐级升高pH值 最后一级盐水的pH值可定为12 b 将选好的岩心抽真空饱和第一级盐水 并浸泡20 24小时 在低于临界流速的条件下 用第一级盐水测出岩心稳定的渗透率K1 c 注入第二级盐水 浸泡20 24小时 在低于临界流速的条件下 用第二级盐水测出岩心稳定的渗透率K2 d 改变注入盐水的级别 重复第c步 直到测出最后一级盐水处理后的岩心的稳定渗透率Kn 1 储层敏感性评价 4 碱敏评价实验2 原理及评价指标如果pHi 1盐水的渗透率Ki 1 与pHi盐水的渗透率Ki之间满足式 9 3 的条件 说明已发生碱敏 则pHi 1即为临界pH值 1 储层敏感性评价 碱敏实验原理与评价指标 临界HPc Ki 1 PHc 损害程度 碱敏程度评价指标 碱敏实验原理与评价指标 4 碱敏评价实验碱敏实验结果的应用对于进入地层的各类工作液都必须控制其pH值在临界pH值以下 如果是强碱敏地层 由于无法控制水泥浆的pH值在临界pH值之下 为了防止储层损害 建议采用屏蔽式暂堵技术 对于存在碱敏性的地层 在今后的三次采油作业中 要避免使用强碱性的驱油流体 如碱水驱油 1 储层敏感性评价 5 酸敏评价实验酸敏概念及实验目的酸敏概念 酸化酸液进入储层后 一方面可改善储层的渗透率 另一方面又与储层中的矿物及地层流体反应产生沉淀并堵塞储层的孔喉 指储层与酸作用后引起渗透率降低的现象 酸敏实验目的 是研究各种酸液的酸敏程度 其本质是研究酸液与储层的配伍性 为储层基质酸化和酸化解堵设计提供依据 1 储层敏感性评价 5 酸敏评价实验原理及评价指标酸敏实验包括鲜酸 一定浓度的盐酸 氢氟酸 土酸 和残酸 可用鲜酸与另一块岩心反应后制备 的敏感实验 具体作法 用地层水测基础渗透率K1 正向 反向注入0 5 1 0倍孔隙体积的酸液 关闭阀门反应1 3小时 用地层水正向测出恢复渗透率K2 1 储层敏感性评价 酸敏实验原理与评价指标 1 3hr 5 酸敏评价实验原理及评价指标推荐做法 用地层水测基础渗透率 再用煤油测出酸作用前的渗透率K1 正向 反向注入0 5 1 0倍孔隙体积的酸液 用煤油正向测出恢复渗透率K2 1 储层敏感性评价 5 酸敏评价实验原理及评价指标用实验所测的两个渗透率K1和K2 计算K2 K1的比值来评价酸敏程度 酸敏实验应用为基质酸化设计提供科学依据 为确定合理的解堵方法和增产措施提供依据 1 储层敏感性评价 所述的工作液 包括钻井液 水泥浆 完井液 压井液 洗井液 修井液 射孔液和压裂液等 工作液对储层的损害评价主要是借助于各种仪器设备 预先在室内评价工作液对储层的损害程度 达到优选工作液配方和施工工艺参数的目的 2 工作液对储层的损害评价 1 工作液的静态损害评价该法主要利用各种静滤失实验装置测定工作液滤入岩心前后渗透率的变化 来评价工作液对储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 用式9 4来计算工作液的损害程度 9 4 式中 Rs 损害程度 百分数 Kop 损害后岩心的油相有效渗透率 m2 Ko 损害前岩心的油相有效渗透率 m2 Rs值越大 损害越严重 评价指标同表9 1 2 工作液对储层的损害评价 2 工作液的动态损害评价在尽量模拟地层实际工况条件下 评价工作液对储层的综合损害 包括液相和固相及添加剂对储层的损害 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储层的损害过程 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 动态评价时 工作液处于循环或搅动的运动状态 动态评价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 动态情况下 计算损害程度Rs仍然用式9 2 评价指标也同样用表9 1 2 工作液对储层的损害评价 3 用多点渗透率仪测量损害深度和损害程度多点渗透率仪来测量工作液侵入岩心的损害深度和损害程度 它的工作原理如图9 3所示 将数块岩心装入多点渗透率仪的夹持器内组成长岩心 测量损害前的基线渗透率曲线 然后用工作液损害岩心 再测量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分段损害程度 如图9 4所示 损害深度 分段污染程度式中i 1 2 6 利用此实验结果与试井数据对比 可以更准确地确定储层损害深度和损害程度 2 工作液对储层的损害评价 图9 3多点渗透率仪示意图 液体进入 压力传感器引线 液体流出 L6 Y7 L5 L4 L3 L2 L1 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 滤液出口 长岩心 200 500mm 围压 围压 2 工作液对储层的损害评价 图9 4利用损害前后渗透率曲线对比求损害深度Koi 损害前基线渗透率曲线 Kopi 损害后恢复渗透率曲线 2 工作液对储层的损害评价 4 其它评价实验简介 2 工作液对储层的损害评价 小结 储层损害的室内评价结果可以为各个作业环节保护储层技术方案的制定提供依据 也就是说 从打开储层开始到油田开发全过程中的每一个作业环节的储层保护技术方案的确定都要利用室内评价结果 随着技术的不断进步 储层损害的室内评价技术也在向前发展 目前已形成了如下几个发展方向 1 全模拟实验 模拟井下实际工况 如温度 压力 回压 地层压力 剪切条件下的储层损害评价 2 多点渗透率仪的应用 由短岩心向长岩心发展 3 小尺寸岩心向大尺寸岩心发展 4 实验的自动化 广泛引入计算机数据采集 5 计算机数学模拟与室内物理模拟的结合 第二节 钻井过程中的储层保护技术 绪论 钻井过程中防止储层损害是保护储层系统工程的第一个工程环节 其目的是交给试油或采油部门一口无损害或低损害 固井质量优良的油气井 储层损害具有累加性 钻井中对储层的损害不仅影响储层的发现和油气井的初期产量 还会对今后各项作业损害储层的程度以及作业效果带来影响 因此搞好钻井过程中的保护储层工作 对提高勘探 开发经济效益至关重要 必须把好这一关 一 钻井过程中造成储层损害原因分析 1 钻井过程中储层损害原因钻开储层时 在正压差的作用下 钻井液的固相进入储层造成孔喉堵塞 其液相进入储层与储层岩石和流体作用 破坏储层原有的平衡 从而诱发储层潜在损害因素 造成渗透率下降 钻井过程中储层损害原因有五个方面 1 钻井液中固相颗粒堵塞储层 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等 钻井液中小于储层孔喉直径或裂缝宽度的固相颗粒 在钻井液有效液柱压力与地层孔隙压力的压差作用下 进入储层孔喉和裂缝中形成堵塞 造成储层损害 损害的严重程度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 1 钻井过程中储层损害原因 2 钻井液滤液与储层岩石不配伍引起的损害1 水敏 低抑制性钻井液滤液进入水敏储层 引起粘土矿物水化 膨胀 分散 而产生微粒运移的损害源 2 盐敏 滤液矿化度低于盐敏的低限临界矿化度 引起粘土矿物水化 膨胀 分散和运移 如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去水化收缩破裂 造成微粒堵塞 3 碱敏 高PH值滤液进入碱敏储层 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 引起储层孔喉表面润湿反转 造成储层油相渗透率降低 5 表面吸附 滤液中所含的部分处理剂被储层孔隙或裂缝表面吸附 缩小孔喉或孔隙尺寸 一 钻井过程中造成储层损害原因分析 1 钻井过程中储层损害原因 3 钻井液滤液与储层流体不配伍引起的损害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储层 如储层环境适合其繁殖生长 就有可能造成喉道堵塞 一 钻井过程中造成储层损害原因分析 1 钻井过程中储层损害原因 4 油相渗透率变化引起的损害钻井液滤液进入储层 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 负压差急剧变化造成的储层损害中途测试或负压差钻井时 如选用的负压差过大 可诱发储层速敏 引起储层出砂及微粒运移 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 一 钻井过程中造成储层损害原因分析 2 钻井过程中影响储层损害程度的工程因素钻井过程损害储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四个方面 1 压差压差是造成储层损害的主要因素之一 通常钻井液的滤失量随压差的增大而增加 因而钻井液进入储层的深度和损害储层的严重程度均随正压差的增加而增大 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储层裂缝中的流动阻力时 钻井液就有可能漏失至储层深部 加剧对储层的损害 一 钻井过程中造成储层损害原因分析 2 钻井过程中影响储层损害程度的工程因素 2 浸泡时间当储层被钻开时 钻井液固相或滤液在压差作用下进入储层 其进入数量和深度及对储层损害的程度均随钻井液浸泡储层时间的增长而增加 浸泡时间对储层损害程度的影响不可忽视 3 环空返速环空返速越大 钻井液对井壁泥饼的冲蚀越严重 因此 钻井液的动滤失量随环空返速的增高而增加 钻井液固相和滤液对储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 因而钻井液对储层的压差亦随之增高 损害加剧 一 钻井过程中造成储层损害原因分析 2 钻井过程中影响储层损害程度的工程因素 4 钻井液性能钻井液性能好坏与储层损害程度高低紧密相关 因为钻井液固相和液相进入储层的深度及损害程度均随钻井液静滤失量 动滤失量 HTHP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 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随之增高 若坍塌层与储层同在一个裸眼井段 且坍塌压力又高于储层压力 则钻井液液柱压力与储层压力之差随之增高 就有可能使损害加重 一 钻井过程中造成储层损害原因分析 二 保护储层的钻井液技术 钻井液是石油工程中最先与储层相接触的工作液 其类型和性能好坏直接关系到对储层的损害程度 因而保护储层钻井液技术是搞好保护储层工作的首要技术环节 1 保护储层对钻井液的要求钻开储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 而且要满足保护储层的技术要求 1 钻井液密度可调 满足不同压力储层近平衡压力钻井的需要 2 降低钻井液中固相颗粒对储层的损害 3 钻井液必须与储层岩石相配伍 4 钻井液滤液组分必须与储层中流体相配伍 5 钻井液的组分与性能都能满足保护储层的需要 二 保护储层的钻井液技术 1 保护储层对钻井液的要求 1 钻井液密度可调 满足不同压力储层近平衡压力钻井的需要 储层压力系数0 4 2 87开发不同类型的打开储层的钻井液体系 2 降低钻井液中固相颗粒对储层的损害 保持一定的有用固相 膨润土 加重剂 暂堵剂 有用固相的大小 级配 数量尽量降低无用固相含量 钻屑 二 保护储层的钻井液技术 1 保护储层对钻井液的要求 3 钻井液必须与储层岩石相配伍 水敏性储层 加强钻井液的抑制性盐敏性储层 控制钻井液的矿化度碱敏性储层 控制PH 7 8非酸敏性储层 使用酸溶处理剂或暂堵剂速敏性储层 防止漏失 二 保护储层的钻井液技术 1 保护储层对钻井液的要求 4 钻井液滤液组分必须与储层中流体相配伍 滤液所含的无机离子不与地层流体形成沉淀物滤液所含的处理剂不与地层流体形成沉淀物不发生乳化堵塞表面张力低 避免发生水锁作用滤液中所含的细菌在储层所处的环境中不繁殖 二 保护储层的钻井液技术 1 保护储层对钻井液的要求 5 钻井液的组分与性能都能满足保护储层的需要流变性失水造壁性控制多套压力层系裸眼储层井段 二 保护储层的钻井液技术 2 钻开储层的钻井液类型为了达到上述对保护储层的钻井液要求 减少对储层的损害 通过多年努力 我国已形成三大类十一种用于钻开储层的钻井液 1 水基钻井液 2 油基钻井液 3 气体类流体 或钻井液 二 保护储层的钻井液技术 2 钻开储层的钻井液类型 1 水基钻井液1 无固相清洁盐水钻井液2 水包油钻井液3 无膨润土暂堵型聚合物钻井液a 酸溶性暂堵剂 b 水溶性暂堵剂 c 油溶性暂堵剂 d 单向压力暂堵剂4 低膨润土聚合物钻井液5 改性钻井液6 屏蔽暂堵钻井液 二 保护储层的钻井液技术 2 钻开储层的钻井液类型 2 油基钻井液油基钻井液包括油包水钻井液 该类钻井液以油为连续相 其滤液为油 能有效地避免油层的水敏作用 对储层损害程度低 并具备钻井工程对钻井液所要求的各项性能 是一种较好的钻井液 但由于其成本高 对环境易发生污染 容易发生火灾等原因 使其在我国现场使用受到限制 油基钻井液对储层仍然可能发生以下几方面损害 使油层润湿反转 降低油相渗透率 与地层水形成乳状液堵塞油层 储层中固相颗粒运移和油基钻井液中固相颗粒侵入等 因而在使用油基钻井液时 应通过优选组分来降低上述损害 二 保护储层的钻井液技术 2 钻开储层的钻井液类型 3 气体类流体 或钻井液 1 空气空气流体是由空气或天然气 防腐剂 干燥剂等组成的循环流体 由于空气密度最低 常用来钻已下过技术套管的下部漏失地层 强敏感性储层和低压储层 此种流体密度低 无固相和液相 从而减少对储层的损害 使用空气钻井 机械钻速高 并通过有效预防井漏对储层的损害 但该类流体的使用 受到井壁不稳定 地层出水 井深等问题的限制 二 保护储层的钻井液技术 3 气体类流体 或钻井液 2 雾雾是由空气 发泡剂 防腐剂和少量水混合组成的流体 是空气钻井中的一种过渡性工艺 即当钻遇地层流体进入井中 其流量小于23 85m3 h 而不能再继续采用空气作为循环流体钻进时 可向井内注入少量发泡液 使返出岩屑 空气和液体呈雾状 其压力低 对储层损害程度低 空气一样 使用范围受限制 二 保护储层的钻井液技术 3 气体类流体 或钻井液 3 泡沫流体泡沫流体是由空气 或氮气或天然气等 淡水或咸水 发泡剂和稳泡剂等组成的密集细小气泡 气泡外表为强度较大的液膜包围而成的一种气 水型分散体系 在较低速度梯度下 泡沫流体有较高的表观粘度 因而具有较好携屑能力 使用泡沫流体钻井 机械钻速高 储层浸泡时间短 泡沫流体无固相 密度低 常压下为0 032 0 065g cm3 因而对储层损害程度低 适用于低压易发生漏失且井壁稳定的储层 二 保护储层的钻井液技术 2 钻开储层的钻井液类型 3 气体类流体 或钻井液 充气钻井液充气钻井液以气体为分散相 液相为连续相 并加入稳定剂使之成为气液混合均匀而稳定的体系 充气钻井液密度低 最低可达0 6g cm3 携砂能力好 可用来钻进低压易发生漏失的储层 实现近平衡压力钻井 减少压差对储层的损害 二 保护储层的钻井液技术 3 屏蔽暂堵保护储层钻井液技术屏蔽暂堵保护储层钻井液技术 简称屏蔽暂堵技术 主要用来解决裸眼井段多压力层系地层保护储层技术难题 即利用钻进储层过程中对储层发生损害的两个不利因素 压差和钻井液中固相颗粒 将其转变为保护储层的有利因素 达到减少钻井液 水泥浆 压差和浸泡时间对储层损害的目的 屏蔽暂堵技术的技术构思是利用储层被钻开时 钻井液液柱压力与储层压力之间形成的压差 在极短时间内 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储层孔喉 在井壁附近形成渗透率接近于零的屏蔽暂堵带 此带能有效地阻止钻井液 水泥浆中的固相和滤液继续侵入储层 其厚度必须大大小于射孔弹射入深度 以便在完井投产时 通过射孔解堵 二 保护储层的钻井液技术 3 屏蔽暂堵保护储层钻井液技术形成渗透率接近零的薄屏蔽暂堵带的技术要点 1 测定储层孔喉分布曲线及孔喉的平均直径 2 按1 2 2 3孔喉直径选择架桥粒子 如超细碳酸钙 单向压力暂堵剂 的颗粒尺寸 使其在钻井液中含量大于3 可用粒度计检测钻井液中固相的颗粒粒径分布和含量 3 按颗粒直径小于架桥粒子 约1 4孔喉直径 选用充填粒子 其加量大于1 5 4 加入可变形的粒子 如磺化沥青 氧化沥青 石蜡 树脂等 加量一般1 2 粒径与充填粒子相当 变形粒子的软化点应与储层温度相适应 二 保护储层的钻井液技术 钻井过程中 针对钻井工艺技术措施中影响储层损害因素 可以采取降低压差 实现近平衡压力钻井 减少钻井液浸泡时间 优选环空返速 防止井喷井漏等措施来减少对储层的损害 二 保护储层的钻井液技术 三 保护储层的钻井工艺技术 1 建立三个压力剖面 为井身结构和钻井液密度设计提供科学依据地层孔隙压力 破裂压力和坍塌压力是钻井工程设计和施工的基础参数 依据上述三个压力剖面才有可能进行合理的井身结构设计 确定出合理的钻井液密度 实现近平衡压力钻井 从而减少压差对储层所产生的损害 2 确定合理井身结构是实现近平衡压力钻井的基本保证井身结构设计原则有许多条 其中最重要的一条是满足保护储层实现近平衡压力钻井的需要 因为我国大部分油气田均属于多压力层系地层 只有将储层上部的不同孔隙压力或破裂压力地层用套管封隔 才有可能采用近平衡压力钻进储层 3 实现近平衡压力钻井 控制储层的压差处于安全的最低值 三 保护储层的钻井工艺技术 4 降低浸泡时间5 搞好中途测试6 搞好井控 防止井喷井漏对储层的损害7 钻进多套压力层系地层所采用的保护储层钻井技术8 调整井保护储层钻井技术参见 P385 P388 三 保护储层的钻井工艺技术 第三节 完井过程中的储层保护技术 绪论 完井作业是油气田开发总体工程的重要组成部分 和钻井作业一样 在完井作业过程中也会造成对储层的损害 如果完井作业处理不当 就有可能严重降低油气井的产能 使钻井过程中的保护储层措施功亏一篑 因此 了解完井过程对储层损害的特点 了解各种保护储层的完井技术 一 保护储层的固井技术 1 固井质量和保护储层之间的关系环空的封固质量直接影响储层在今后各项作业中是否会受到损害 其原因有以下几点 1 环空封固质量不好 不同压力系统的油气水层相互干扰和窜流 易诱发储层中潜在损害因素 如形成有机垢 无机垢 发生水锁作用 乳化堵塞 细菌堵塞 微粒运移 相渗透率变化等 从而对投产的储层产生损害 影响产量 1 固井质量和保护储层之间的关系 2 环空封固质量不好 当油井进行增产作业 注水 热采等作业时 各种工作液就会在井下各层中窜流 对储层产生损害 如酸化压裂液窜入未投产储层 而没能及时反排 就会对该储层产生损害 注入水窜进入未投产的水敏储层 就会使该层中岩石发生水化膨胀分散 从而影响有效渗透率 水的进入亦改变了该层相渗透率等 3 环空封固质量不好 会使油气上窜至非产层 引起油气资源损失 4 固井质量不好易发生套管损坏和腐蚀 引起油气水互窜 造成对储层的损害 一 保护储层的固井技术 2 水泥浆对储层损害原因分析固井作业中 在钻井液和水泥浆有效液柱压力与储层孔隙压力之间产生的压差作用下 水泥浆通过井壁被破坏的泥饼而进入储层 对储层产生损害 水泥浆对储层产生损害的原因可归纳为以下三个方面 1 水泥浆中固相颗粒堵塞储层 2 水泥浆滤液与储层岩石和流体作用而引起的损害 3 水泥浆中无机盐结晶沉淀对储层的损害水泥浆对储层损害程度与水泥浆组分 失水量大小 钻井液泥饼质量及外泥饼消除情况 压差大小和固井过程在储层是否发生过漏失等因素有关 室内试验结果表明 在有泥饼存在的情况下 水泥浆可能使储层渗透率下降10 20 水泥浆对储层的损害程度随钻井液泥饼质量变差而加剧 随井漏的发生而趋于恶化 一 保护储层的固井技术 3 保护储层的固井技术 1 提高固井质量是固井作业中保护