毕业论文怎样保护好油气层

1、毕业设计（论文）题目.如何保护好油气层 .如何保护好油气层摘要：本文通过对造成油气层损害的原因的分析，从而得出保护油气层的本质是 保护油气层的渗透率的结论，从其产生的危害与造成的损失，认识到保护油气层的重 大意义。文中主要通过对油气层损害机理，油气层敏感性的评价方法和油气层的具体 保护措施以与获得的成果和存在的问题等方面，从不同角度论述了油气层损害的原因 和解决这些问题的方法。全文主要通过调查研究和实验评估以与从实际的工艺中寻求 解决的方法，并在这些方面与钻井工艺方面取得了富有成效的进展，并获得了明显的 效果。 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Cur

2、rent Document 1前言1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 2油气层损害的机理1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 3油气层损害的评价方法34油气层保护的具体措施54.1缩短钻井液完井液的油层浸泡时间64.2采用近平衡技术钻进74.3钻井液的固相控制84.4油层保护材料的使用114.5井漏的预防和处理124.6保护油气层的固井工艺技术13 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 5结论15 HYPERLINK l bookmark63 o C

3、urrent Document 参考文献16附录A附录B1前言钻井与完井的最终目的在于钻开储层并形成油气流动的通道，建立油气井良好的 生产条件。然而，实际经验表明，在钻井、完井、修井与增产措施的每个作业过程中， 都有可能造成人为地损害污染，从而造成大规模的降低油气井的产能，宏观上表现为 油气层渗透率降低。随着油气藏类型的增加，勘探和开发的难度越来越大，油气层的 保护变得刻不容缓。如今在保护油气层技术领域已取得丰硕的成果。主要方面体现在： 1.1室评价方法和储集层敏感性评价技术发展1.1.1岩心分析技术与储集层敏感性评价标准的建立；1.1.2储集层损害机理的研究；1.1.3建立了相应的装备；评价

4、方法与仪器；1.2保护油气层的钻井液，完井液的发展1.2.1研究并搞清了钻井液与其组份损害油气层的原因；2研制出各种处理剂和钻井液，完井液配方；1.3采用欠平衡的钻井技术1.4钻井液固相控制的发展1.5负压射孔工艺技术的研究等本课题主要解决的问题是储集层的渗透率问题，主要采用油层物性、x射线衍射， 差热，岩化，岩心分析的方法从油层的物理，化学性质的现场试验和室试验总结出经 验解决的方法，而且在此基础上不断的探索和改进，并在理论与现场的应用中得到了 认可，还在保护油气层的钻井工艺技术上获得了丰富的现场经验，并取得了明显的效 果。这些将为今后的研究工作打下坚实的基础。本文主要就保护油气层的几种具体

5、措 施加以评述。2油气层损害的机理油气层损害机理是指在油气井作业过程中导致储集层渗流阻力增加和渗透率降 低的原因，以与所经历的物理、化学变化过程。它可以直接影响到油气田勘探进程和 开发效果，因而油气层损害机理研究是保护油气层技术中不可少的基础工作。2.1油气层的潜在损害因素油气层的潜在损害因素是指导致渗透率降低的油气层在的因素，它包括以下方 面：1油气层储渗空间首先从微观角度来看，孔喉类型和孔隙结构参数与油气层损害关系很大。一般情 况下，若孔喉直径较大，则固相颗粒的侵入深度较大，因固相堵塞造成的损害就会比 较严重，而滤液造成的水锁，气阻等损害的可能性较小；此外，如果孔喉的弯曲度越 大和连通性越

6、差，则油气层越易收到损害。再从宏观方面来看，损害类型在很大程度 上取决于储层的孔隙度和原始渗透率。对于渗透率较高的储层，可推出其空隙尺寸较 大且连通性较好，胶结物含量较低，这种情况下受固相侵入而造成的损害较大；而对 低渗透率油气层，由于其孔喉尺寸小且连通性差，胶结物含量高，因而固相造成的损 害不是主要的，而容易发生诸如粘土水化膨胀，微粒运移和水锁等损害。2油气层的敏感性矿物敏感性矿物是指油气层中容易与外来流体发生物理和化学作用并导致油气层渗 透率下降的矿物。绝大数敏感性矿物属于自生矿物，其粒径在小于37um的微粒级围 之，多数位于孔喉附近；因而总是与外来流体相接触并相互作用。敏感性矿物的类型

7、基本上决定了油气层损害的类型。2.1.3油藏岩砂的润湿性润湿性是油藏岩石最重要的表面特性，它一般分为亲水性，亲油性和中性润湿等 三种情况。在油气开采过程中，油藏岩石的润湿性有以下作用：2.1.3.1润湿性是控制地层流体在空隙介质中的位置，流动和分布的重要因素。 对于亲水性岩石，水通常吸附于颗粒表面或占据小空隙角隅，油气则位于空隙中间部 位，而亲油性岩石正好出现于此相反的情况。2.1.3.2润湿性决定着岩石中毛管力的大小和方向。由于毛管力的方向中总是指 向非润湿相一方，因此对于亲水性岩石，毛管力是水驱动油的动力；而对于亲油性岩 石，毛惯力则是水驱油的阻力。2.1.3.3润湿性对油气层中微粒运移情

8、况有很大的影响。一般只有当流动着的流 体润湿微粒时，运移才容易发生。2.1.3.4油气层流体性质：除油气藏岩石外，油气层流体也是引起损害的潜在因 素。因此在进行钻井液等工作流体的设计时，必须全面了解地层水，原油和天然气的 性质。2.2油气层损害的主要类型综合分析各施工工序中的油气层损害问题，可以将油层损害归纳为以下几种不同 类型：2.2.1水敏性损害。水敏性指岩石与外来水接触后，其中的粘土矿物发生水化膨 胀，分散脱落，运移，而导致地层渗透率降低的现象。水敏性损害是各种油层损害类 型中最复杂，最主要的一种。产生水敏性损害的原因，一方面是由于膨胀性粘土遇水 膨胀，减少了油层的孔隙通道；另一方面是一

9、些非膨胀粘土遇水产生分散脱落，释放 微粒并且微粒随流体运移堵塞孔隙通道。2.2.2酸敏性损害。酸敏性损害实质岩石与酸液接触后，发生有害反应生成沉淀 或是岩石解体产生的地层微粒，而引起油层渗透率降低的现象。2.2.3微粒运移损害。微粒运移是指由于流体速度高或压差波动较大，是储层中 固有的颗粒脱落，随流体发生移动。在孔隙通道中形成桥堵堆积而阻挡流体流动。2.2.4结垢损害。地层结构泛指在地层孔隙形成的各种沉淀物，它包括无机垢 和有机垢两大类。形成结构是由于地层岩石和流体的在原因和外界物理化学因素引 的。2.2.5水锁损害。水锁一般指由于水进入油层引起的液体堵塞，它是一种物理原 因的损害。一方面，由

10、于外来水的渗入改变油层的油水分布，含水饱和度增大而含油 饱和度降低，必然导致油相渗透率降低。另一方面，由于水的渗入，油层孔道中呈现 两相共流状态，不连续相则形成液珠。液柱在流动过程中将产生阻碍流动的各种毛管4 / 30力效应。2.2.6润滑性改变损害。不同油层岩石表面具有不同的电性与润滑性，一般可分 为亲油性岩石和亲水性岩石两大类。这里所说的润湿改变损害是指由于岩石吸附化学 剂改变岩石表面润湿性而造成油层油相渗透率下降的损害。2.2.7固相颗粒侵入损害。固相颗粒侵入是指入井流体直接将固相颗粒带入地层， 堵塞孔隙通道，而损害油层渗透率。2.2.8出砂损害。当油层岩石属于弱胶结或未胶结型时，在高速

11、采油的情况下， 岩石结构的完整性遭到破坏，发生解体，形成松散的沙粒或微粒物质。其中较大的颗 粒随油流向井筒，造成油井出砂，堵塞生产层段。3油气层损害的评价方法3.1评价试验的作用：它用于研究储层损害问题，揭示了大量关于储层损害机理、损 害原因、损害类型的认识问题，提出了很多防止储层损害的措施。3.2评价试验的目地：弄清楚储层潜在的损害因素，与外界对储层的影响；弄清在因、 外因的影响下，储层损害类型与程度，筛选合理的防治措施。3.3评价的方法：储层敏感性系统评价和模拟动态施工过程中的工程模拟试验。3.4技术原理：根据达西定理：K = (QuL) / (AAP)(3-1)式中Q 流量，m3/ S；

12、U 流体粘度，Pa . s；A 岩心截面积，m2 ；AP 压差，Pa；L 岩心长度，m；K 岩心的绝对渗透率，m2。由于平方米作为渗透率的单位特别大，一般采用平方微米表示渗透率。而目前在 工程上仍普遍地使用达西作为渗透率的单位。根据达西定理，测定注入各种外来液体 前后的岩样源渗透率的变化，评价储层敏感程度。3.5实验容：3.5.1岩石渗透率的测定岩石渗透率的定义：表示岩石渗透性大小的量，是储层的重要物性参数，是油藏 岩石渗透性的量度。实验方法：空气渗透率法原理：空气渗透率法亦称气测法，是应用空气或氮气来测量岩心渗透率的常规方法。测量时，当气体压力从岩心进口压力P1变化到七时，流过岩心的气体体积

13、和流速必定变化。因此，在计算渗透率时，必须采用平均压P所对应的平均体积流量Q。假如把气体体积膨胀视为等温过程，按气态方程，则有:=PQ = PQ = PQ （3-2）2 2-式中:Q0下的体积流量;大气压力;平均压力，P =。P 一，、一P下的体积流量。整理式（3-1）和（3-2）后可得:（3-3）2PQ0 r LK = A（P2 - P22）因此，用气体测定岩心渗透率并用公式（3-3）计算时，要用标准状况下的气体 体积量Q0，而不是用Q1或Q2。鉴于压力对气体渗透率的影响。在矿场的岩心分析中3.5.2岩石孔隙度的测定 岩石孔隙度的定义：一般采用进口压力Pi =0.1Mpa的空气渗透率为岩石绝

14、对渗透率。是指参与渗流的连通孔隙体积与岩石的外表体积的比值。定义为:V（3-3）3 x 100%Vf式中:岩石的有效孔隙度，百分数;Vep岩石连通孔隙体积，Cm3岩石外表体积，Cm 3Vf实验方法：3.5.2.1液体饱和法 原理：在岩样抽空饱和液体前后进行称重，其质量差除以饱和液体的密度，即为岩 石的连通孔隙体积。2气体体积法原理：根据波义耳-马略特定率，当一定容积的压力室与处于大气压条件下的岩样室 相连通时，根据压力的变化，就能测出岩样的连通孔隙体积。常用的实验装 置时氦孔隙计。在油气田开发中，根据孔隙度、渗透率值划分储层的性能标 准如下表：表3-1储层性能划分标准储层性质孔隙度()渗透率(

15、utf)特高孔隙度，高渗透率302000高孔隙度，高渗透率25-30500-2000中孔隙度，中渗透率15-25100-500低孔隙度，低渗透率10-1510-100特低孔隙度，低渗透率10 pp ；而当phe = pp时，则ph pp。从钻井实际出发，可以定义：当?疽?时的钻井方式为平衡压力钻井，而要想安全钻井，需使phe比pp略大 一些，即所谓的近平衡钻井，也称平衡压力钻井。当phe pp时，钻井方式为过平衡压力钻井；当phe pp时，钻井方式为钳平 衡压力钻井，它们都是保护油气层的钻进方法。下面就其一加以说明：具体实施过程：常规的井口装置，钻进与起下钻过程中不能承受来自井眼的液体压力，

16、因此钻井只能在平衡与过平衡压力下进行。显然，平衡压力钻井有利于解放钻速，保 护油气层，并能安全钻进。实施平衡压力钻井，主要是选择合适的钻井液密度，控制 适当的井底压力余地层压力差。对于井眼不稳定的开发井，由于地层压力基本已知， 钻井液密度可以根据式4-2和4-3选择。对于井眼不稳定开发井，地层在高温高压下 容易蠕变，导致缩径、垮塌等现象。给钻井带来一系列难题。为此需要选择较高的密 度的钻井液以抑制井眼的不稳定。但井底压力不能高于地层破裂压力。钻这类井，除 了考虑钻井液密度平衡外，还需要考虑钻井液活度平衡。对于探井，特别是初探井， 地层压力分布不清楚，目前利用地震与地质资料提供的地层压力有较大的

17、误差，这给 钻井液密度确定带来很大的困难。从地质角度，探井一个重要的目标时发现油气层和 保护油气层。因此，要求在井底压力略大于地层压力下钻进。而从工程角度，由于地 层的压力不能准确的知道，就希望钻井液密度井尽量高一些，以安全钻进，避免发生 井喷事故。在钻井过程中，如果井眼钻井液压力高于地层压力，那么当钻入油气层时， 井眼周围的油气很难进入井眼，只有穿过油气层井眼段所含的少量的油气反到地面。 这种情况下，需要地面录井人员仔细观察气测显示与其他参数变化，并要结合岩屑分 析等工作。当钻遇油气层时，如果处于略欠平衡压力钻井，将有利于发现油气层。因 此，在探井钻井中也应有适当的钻井液密度。但在实际钻井中

18、，有可能大部分时间过 平衡压力钻井，但由于接单根期间无循环压力，或起下钻等抽吸作用，间或出现井底 压力小于地层压力情况，这时，如果地层含有油气，则可以进入井眼，为地面发现油 气层提供依据。同时由于地层预测不精确，所选的钻井液密度可能在未钻遇油气层时 属于过平衡压力钻井，如果井底压力小于地层压力很多则可能出现严重的油气侵。控 制不好，就会造成井喷。而运用等平衡钻井，能减少井底压力与地层压力的差值，起 到保护油气层的目的。4.3钻井液的固相控制4.3.1钻井液中的固相对钻速影响：4.3.1.1固相含量对钻速的影响钻速随固相含量的升高而下降。社清水的钻速为100%，固相含量升高到7%时钻 速降为50

19、%。大量的研究结果表明，固相含量每降低1%，钻速至少可提高10%，固相 含量与钻速的关系见下图：钻井液中固相含量（体积徵图47钻井液中固相含量与钻速的关系4.3.1.2固相类型对钻速的影响：实践表明，钻井液中固相类型对钻速影响差异较大砂子、重晶石等惰性固相对钻 速影响较小，钻屑、低造浆率的劣质土的影响居中。而高造浆率的粘土的影响最大。 实验得出，小于1m的颗粒对钻速的影响为大于1m的13倍。这从固相含量一样 的分散液和不同分散钻井液的钻速差别很大而得到证实（见图4-3）：从图可以看出，在不同固相含量围钻速随固相含量的降低而升高的幅度不同。钻 井液固相含量在7%以下时，钻速提高很快；而超过7%时

20、，降低固相含量提高钻速的 效果就不明显。4.3.2固相控制的方法贸口或卷 EcoLDr-olr-般-H1苓署叫钻井液中固相含堂咻积对钻井液中固相含量相同辨拼液类形琲占速的影响常用的固相控制方法：4.3.2.1大池子沉淀这种方法现场使用较为普遍，每个井队的大钻井液坑就是用于此目的。利用固相 与液相的密度差，在重力作用下钻屑从钻井液中沉淀下来，从而分离。4.3.2.2清水稀释当钻井液密度切力较高时，单靠在大池中的沉淀是的不到好效果的。这时可加清 水稀释钻井液，当水加入钻井液时，钻井液体积变大，固相含量就相应减少。然而清 水的加入会师钻井液的性能改变。为了保持原来的钻井液的性能不变，必须加入适当 数

21、量的处理剂。同时要放掉大量的钻井液。这种方法既造成浪费，又不安全，尽量不 用。4.3.2.3替换部分钻井液用清水或固相含量低的钻井液替换出一定体积的固相含量较高的钻井液，从而达 到降低钻井液固相含量的目的。与稀释法相比，替换法可减少清水和处理剂的用量， 对原有的钻井液的性能影响也较小。但也不是清除固相的好方法。4.3.2.4利用机械设备清除固相通常用于钻井液分离的设备有振动筛、旋流分离器合离心机三大类。根据清除的 颗粒尺寸不同，旋流器又分为除砂器、除泥器和超级旋流分离器三种。机械分离设备 的分离尺寸围如下图所示：机械设备清除固相不增加钻井液体积，不必补加大量处理 剂，故有利于降低钻井液成本。同

22、时对钻井液的影响较小，有利于井下作业。此法是 上述方法中最好的。4.3.2.5加入聚合絮凝剂有机聚合絮凝剂对钻井液中固相颗粒絮凝作用分三个步骤：a吸附：通过分子链上的吸附基团（如羟基-OH、酰氨基-CONH2）与粘土表面的氧原国47机械段咨分唐顾同尺寸点困子和氢氧原子之间形成氢键而发生吸附，同时通过分子链上的离子化基团还可以与粘 土颗粒断键边缘产生静电吸附。b架桥：由于絮凝剂的分子链较长，分子链上有多个吸附基团，所以一条长链上可以 同时吸附多个粘土颗粒，这一作用过程就是长链分子在粘土颗粒间的架桥作用。12 / 30c形成团块，在重力的作用下下沉：当架桥作用完成后，聚合物分子链本身与其链段 发生

23、旋转和运动，将小的粘土颗粒聚集到一块，形成絮凝团块，在重力的作用下絮 凝团块下沉，从钻井液中除去。全絮凝作用见下图：图4-5辗仃物全紫ifi剂作:用机理示惠图4.4油层保护材料的使用4.4.1暂堵剂的使用：暂堵剂又称作桥堵剂(bridging agent)。大量的现场实验表明，合理使用暂堵 即可有效的防止钻井完井液中的固相颗粒侵入到储层孔隙和裂缝，其作用机理如下图 (4-6)所示。图47固相物粒对站层乳疏、喉道的堵塞及其防止措施一固柏翊粒总人韬剧I b的用情洁It水被可减少囿相filtl的曜人, 柱用桥域刻可防止迎相联ti的母人暂堵剂顾名思义，只对产层起暂时堵塞作用，作业完即可通过溶解等措施将

24、其除 去，恢复其原始渗透率。研究指出：4.4.1.1所有钻井液中的固相均可侵入油气层并发生损害；4.4.1.2通过加入桥堵剂可控制固相侵入深度和损害程度；4.4.1.3桥堵剂的浓度、颗粒的大小与地层的孔隙度有关；4.4.1.4固相损害主要发生在高渗油气层，然而多数钻井液中所含颗粒的尺寸围适合于作低渗油气层的桥堵剂；4.4.1.5当固相侵入地层后，只用回流反排的办法很难除害。4.4.2目前使用的暂堵剂：4.4.2.1酸溶性暂堵剂：常用的有碳酸钙和硅石粉等。除了可暂堵外，还兼有降 低滤失、提高密度和改善泥饼质量等作用；4.4.2.2水溶性暂堵剂：常用的有氯化钠和复合硼酸盐，使用时将它们加入到已 经

25、饱和的盐水中起作用；4.4.2.3油溶性暂堵液：常用的油溶性暂堵液有石蜡、沥青等。这些桥堵的固体 颗粒可以有产出的原油溶解，也可以注入柴油和亲油的表面活性剂迅速除去，从而使 油流变的畅通。在现场上，应根据储层孔隙度、空隙尺寸和渗透率等数据以与敏感性 矿物类型优选适合要求的暂堵剂。暂堵剂的颗粒分布与储层孔隙结构尺寸相匹配，加 量按钻井液的性能要求与固相含量合理确定。4.4.3重晶石堵剂：它是在恢复循环，探测过渡带，控制井下活动层，在井下活 动层与漏层之间安置一个隔离塞的有效手段。重晶石堵剂是一种用重晶石，复合磷酸 盐稀释剂和水混合成的钻井液，它的粘度和屈服值较低，能在井沉淀形成固体隔离塞， 其密

26、度高，可增大对活动层的静液力，有助于控制活动层。且失水量大时还能使井眼 坍塌自行堵塞。使用时先将干燥的重晶石粉装入专职置的储灰罐，用水泥车混合，再 通过钻杆泵送到接近活动层位置。4.4.4桥塞堵剂：它是由坚果壳，云母片，棉子壳，蛭石，纤维类惰性材料混配 而成，借助它们在漏层架桥，搭接，挤压而堵塞孔隙。若单使用该剂，适宜中等漏速 （小于50）的漏层堵漏，可直接加入到钻井液中循环防漏，也可用于漏层挤住堵漏。4.4.5触变水泥：为使漏层和低压水层封堵结识，采用水泥浆堵剂不失为综合治 漏中的重要方法，而触变性水泥是其中效果很好的一种，因它在泵送过程中流动性好， 而一旦停止泵送即开始胶凝，处理井漏和对付

27、活动层时这种触变性有着非常好的作 用。效果比普通水泥要好的多，但使用时要注意：它并非在任何条件下都可采用，它 要受井深与井温等限制，因加入缓凝剂后会破坏其触变性。4.5井漏的预防和处理4.5.1井漏的概念：钻井过程中钻井液或水泥浆漏如地层中的现象即称为井漏；4.5. 2井漏的原因和现象：钻井过程中，井钻井液液柱压力大于地层破裂压力便 会发生井漏。引起井漏的原因有两个方面：一是井下地层破裂压力异常低，岩层孔隙 度异常的大；另一方面是由于钻井工艺措施不当，如钻井液密度过大、压力过高，或 开泵时过猛以与下钻速度过快而造成井下压力激动等。井漏可能发生在以下地层中：4.5.2.1松散或高渗透率的地层；2

28、天然裂缝性地层；4.5.2.3诱导的裂缝性地.层；4.5.2.4洞穴性地层。井漏会造成钻井液池面下降，反出的钻井液量减小，严重的井漏则会使钻井液失 去循环，只进不出，进而会导致井壁的坍塌或井喷。4.5.3井漏的预防：凡井漏、堵漏、穿漏起钻，必须连接向井灌注钻井液，无 钻井液可灌清水，以防井漏。4.5.4井漏的处理：主要通过调整钻井液性能，降低井下压差与堵塞岩层空隙通 道的办法，达到恢复正常钻井的目的，可降低钻井液密度，采用平衡钻井技术，同时 适当的提高钻井液的粘度和切力，以增大钻井液流入地层空隙的阻力，从而起到堵漏 的目的。4.6保护油气层的固井工艺技术4.6.1缘由：原始的油、气在地层中处于

29、相对的静平衡状态，但将含油、气的地 层钻开之后，就打破了这种相对的静平衡状态，产生了地层的油、气压力与井液柱压 力小于地层压力时，地层的油、气就会流入井筒，产生油、气侵；反之，当井液柱压 力大于地层压力时，井筒的钻井液或完井液就会进入地层。进入地层的钻进液或完井 液的滤液或固相颗粒会堵赛油、气流的通道，阻碍油、气的流动，影响对油、气的开 采，严重时可使油气井完全丧失生产能力。钻井的目的是为了寻找油气，并迅速、有 效地将其开采出来，因此应尽量避免井筒液体对油气层的污染和伤害，即对套管固井 必须采取保护油、气层的工艺技术措施。4.6. 2机理：水泥将在一定的时间之后会凝固，形成坚硬的水泥石，这是水

30、泥浆 不同于钻井压液的特点。因此水泥浆一旦进入油气层，便会在油气层的裂缝和孔隙形 成坚硬的水泥石，将油、气进入井筒的通道堵死，影响对油气的开采，严重时可以使 产量较小的油气井完全丧失生产能力。水泥将侵入油气层的影响因素主要是井筒液柱 压力与油气层压力之间的压差和油气层的渗透性。井筒液柱压力大于油气层压力的值 越大，水泥将就越易侵入油气层，侵入量就越大；油气层的渗透性越好，水泥将液越 易侵入油气层，对油气层的堵赛也就越严重。水泥将在高温、高压作用下会产生滤液 （即失水），普通的水泥浆其滤液可达10001500ml这些滤液使油气层中的泥质成分 膨胀，使油气流通道截面积缩小，形成堵塞。主要有以下几种

31、形式：1油气层中的可溶性岩溶解，产生化学沉淀物堵塞油气流通道。2滤液在表面力的作用下，成分珠分布在油气之中，破坏了油气的连续性、 增加了油气流动的阻力。同时，滤液在油气层中流动时还可能是孔隙不稳定的固体颗 粒随滤液一起流动而聚积在孔隙的喉道处形成堵塞。水泥浆滤液对油气层的入侵和水 泥浆对油气层的入侵一样，与井筒液柱压力与底层压力之间的压差和油气层的渗透性 有关。压差越大、渗透性越好，滤液越易侵入油气层。除此之外，还与水泥浆的性能 有关，即水泥浆的失水越大，侵入油气层的水泥浆滤液也就可能越多。4.6.3采取的措施：根据水泥浆与水泥浆滤液对油气层的伤害形式，以与影响水 泥浆与水泥浆滤液侵入油气层的

32、因素，我们可以通过下面的工艺技术来达到在固井期 间对油气层进行保护的目的。4.6.3.1用平衡压力固井工艺。减小井液柱压力与地层压力之间的压差，避免固 井产生井漏导致水泥浆侵入油气层。平衡压力固井工艺的原则是在下套管、注潜水泥浆的过程中，始终使井的静液柱 压力加上下套管的激动压力，或静液柱压力加上注潜水泥浆时的环空流动阻力之和， 略大与地层压力而小与地层的破裂压力；在水泥浆侯凝期间，水泥浆失重时的液柱压 力加上井蹩压的补充压力之和略大于地层压力而小于地层的破裂压力。在整个固井期 间，保证地层的油气不窜到井，而水泥浆又不会漏到地层。要达到这一目的，在固井 设计时应注意下面几个问题：a水泥浆密度的

33、选择：水泥浆密度时平衡压力固井工艺的关键因素之一，水泥浆 密度过大会使水泥浆液柱压力大于地层破裂压力而压漏地层。反之，则油气会窜到井。 水泥浆密度应根据油气层压力来确定，但是地区地质情况复杂，对地层压力和破裂压 力都不能准确地掌握。根据现场经验，水泥浆密度可以参照钻井时的泥浆密度来确定， 即固井用的水泥浆密度基本上与钻进泥浆密度一致。加重水泥的水泥浆密度可以与钻 井泥浆密度一致或略高0.050.10g/cm ；微珠低密度水泥可以比钻井泥浆密度低 0.10.2g/cm,因为微珠低密度水泥浆经井底液柱压力作用后，密度会增加。b套管下放速度的确定：为了避免下放套管的速度产生过大的激动压力蹩漏地 层，

34、应通过计算来确定套管下放速度。计算时可以参照下面公式：v = 2-下H外*环式中：v下 套管下放速度，ms ；v返 钻进时钻杆与井眼环空返速，m/s ；q环 套管与井眼每米环形容积，Lm ；q外 每米套管容积，Lm ；c注替排量的确定。按照流变学设计计算出的紊流注替排量一般都比较大，使用 这样的施工排量会产生较大的环空流动阻力，而把地层蹩漏，目前国对改变水泥浆流 变性能的研究不多，用于改变水泥浆本身流变性能的外加剂的也很少。鉴于目前的情 况，我们采用钻井时的排量作为固井施工的注替排量，虽然达不到紊流的注替效果， 但不至于蹩漏地层。d失重时的压力平衡。对于多产层的油气井，为了既平衡各油气层的地层

35、压力， 又避免在候凝期间蹩压过大，造成井漏现象，应采用多凝注水泥工艺，减少泥浆失重 产生的压降值。2控制水泥浆失水，减少泥浆滤液对油气层的伤害。一般的水泥浆，失水 量高达10001500ml，这些滤液渗进油气层会造成油气层的伤害。由于水泥浆失水量 大，水泥浆还会在井下急剧地生成水泥饼，使套管与井眼之间的环空形成堵塞，造成 注水泥施工失败。在水泥浆设计时应考虑对水泥浆失水的控制。油气层套管固井，水 泥浆的失水应控制在50100ml围。控制水泥浆失水主要是水泥浆中加入降失水剂。4.6.3.3改善水泥浆的流动性。降低注替时的水泥浆流动阻力，保证平衡压力固 井工艺的实施。因此在控制水泥浆失水量的同时还

36、应注意改善水泥浆的流动性，通常 应使水泥浆流动度大于20cm。改善水泥浆流动性主要是通过在水泥浆中加入减阻剂实 现的。4.6.3.4利用井壁已形成的泥饼避免或减少泥浆与水泥浆滤液侵入油、气层。在 打开油气层与之后的钻进过程中，泥浆会在井壁形成泥饼，这些泥饼对阻止水泥浆与 滤液侵入油气层会有一定的作用。因此在下套管前，在保证套管能下到设计井深的前 提下，对油气层井段一般不进行扩、划眼，以免破坏井壁已形成的泥饼。4.6.3.5提高固井质量，防止高压油气在井下窜漏。影响固井质量的因素很多提 高固井质量不许针对每个井的具体条件对影响固井质量的因素进行综合分析，然后采 取综合措施来达到提高固井质量的目的

37、。4.6.4建议：开展采用水泥浆外加剂改变水泥浆流变特性的研究工作，争取在注 水泥施工时，既能采用紊流排量顶替水泥浆，又不会由于排量过大，破坏固井施工时 的压力平衡产生井漏，是水泥浆对油、气层造成损害。5结论尽管保护油气层技术以取得引人注目的成就和很大的进展，但随着人们对保护油 气资源的重要性的认识不断加深和勘探难度的不断增加，使我们在如何发展和完善这 项技术方面仍然面临着十分艰巨的任务。经过总结，今后应加强的工作可概括为以下 几点：5.1在储层损害评价技术方面加强对能够模拟井下条件的试验装置的研究工作， 为多取得与井下相似条件（特别是高温高压条件）下的定量数据创造条件。5.2在研究储层损害机

38、理方面，做到研究方法的现代化和人工智能化，应加强物 理模型、数值模拟方法和专家系统的建立，是预防的方法和处理措施更为有效。5.3对各类油气藏和每个生产作业过程的损害因素作认真分析，预防措施要落 实、有效，以达到相互配合、相互制约。对每个生产过程的保护效果都应评价清楚， 不断总结，不断提高。应加强对水平井保护油气层的研究，定量的评价储层损害对油 井产能的影响。还应加强对高温深井储层和复杂储层的保护技术，要是这方面的技术 能配套，并能有效的得到应用。6致在论文的准备阶段和撰写过程中，学校的老师、公司的领导以与现场的师傅们都 给予了我很大的帮助，在此表示感！参考文献庭根，管志川.钻井工程理论与技术.

39、：石油大学，2000，111216樊世中，周大晨.钻井液完井液与保护油气层技术.：石油大学，1996, 419577 克向.保护油气层钻井完井技术.：石油工业，1993, 353355希圣等.钻井工艺原理.：石油工业，1981, 178180希圣.钻井工艺原理.：石油工业，1988，182186大为.现代固井技术.：科学技术，1994, 2734 N.J.亚当斯.钻井工程.：石油工业，1992，6367国珍，龚伟安.钻井力学基础.：石油工业，1988，4680地质学院.钻探工艺学.：地质，1980，91105郝瑞等.钻井工程.：石油工业，1980，108111克向.保护油气层钻井完井技术.：石

40、油工业，1993.10，350353徐同台，乐亮等.国外钻井液技术.：石油工业，1987，4548瑞棋.钻井工程事故与处理.：中国建筑，1982，6971福麟.采油用剂.：石油大学，1997，8692徐同台等.钻井工程防漏堵漏技术.：石油工业，1997，7682How to protect the oil stratum of airAbstract: This text passes to the causal analysis that result in the oil stratum of air, from but have to out innate character that

41、to protect oil stratum of permeate the rate, from its output bane and result in, know to the great significance of protect the stratum of air. The text inside passes to injure the mechanism to the oil stratum of air primarily, the oil stratum of air is sensitive. Evaluation method with the concrete

42、protection measure of the oil stratum of air and the result of winning with existent problems etc. Aspect, never together the angle definitely discussed the reason that oil stratum of air injure method that reach agreement these problems. Main in full text , over investigate the research with experi

43、ment take the gauge of and look for the method of the solution from the actual craft, and in the aspects of these and artesian well craft made the progress of the full of result, and required the obvious result.附录A调研时间：2003年3月5日一5月20日保护油气层的监测技术调研单位：克拉玛依钻井公司三公司调研容：保护油气层的相关技术前言在油气勘探与开发的各个施工环节中，保护油层，防止

44、地层伤害，是非常重要的， 直接影响到勘探与开发的经济效益。为了有效地保护地层，就必须充分利用各种保护 油层的监测技术，在施工之前，取得必要的地层资料，以便制订科学的工艺措施；一 旦发生了地层的伤害，就要利用各种监测技术，诊断清楚，做出科学的评价，采取恰 当的油层改造措施，以达到尽可能的产能。所以保护油层的检测技术，在油气勘探与 开发的全过程中，都是必不可少的。本文就保护油层的检测技术加以总结评价。预测地层压力钻探前，利用一钻邻井资料预测地层压力剖面，了解地层压力和地层破裂压力分 布规律是保护油气层的最基础工作。可为钻井工程科学化、设计合理的井深结构、确 定泥浆比重和防止油气层污染提供重要的科学

45、依据。上覆地层压力是由上覆岩层重量产生的，可由密度测井资料获得：(p - p )灼S = p gD-gn0 (1 - e-cd )(1)gC例如，胜利油田渤南地区利用密度测井曲线，用（1）式分段会得到该地区上覆地 层压力与井深的关系式：502050mS=-0.086047+ 0.019707D+ 2.615X10- D220502700mS=-6.2169 +0.023186D27005000mS=-10.255 +0.024687D在塔北地区，通过对多口井密度测井资料的研究，不仅得出了该地区上覆岩层压 力随井深变化的规律，还提出了适合塔北地区的地层压力梯度计算模式。预测地层孔隙压力分布规律，

46、利用声波测井资料是行之有效的。究其原因是因为 补偿声波测井信息受井眼、地层条件影响小，比其它测井信息（如密度、电阻率、自 然伽玛等）更为可靠地反映地层孔隙度的变化。例如，英国GEARHART录井公司利用 P = S-（S - P ） X （竺）3计算地层孔隙压力。我国塔北地区，利用包括地震层速n0度在的多种方法来预测和监测地层孔隙压力。通过钻前预测、钻中检测与完井校正的 等一系列实践，基本上掌握了该区地层孔隙压力分布规律。另据有关文献报道，一种 利用声速趋势确定碳酸岩沉积环境地层孔隙压力的技术已经研究出来了。这种技术已 经应用于大约2 0 口井，并取得了较好效果，所分析的击该整个深度段孔隙压力

47、从119 / 300到18PG之间变化，最深的井达7 0 10米。地层破裂压力的预测目前主要由以下两种方法：是根据地层破裂压力模式进行计算。国外常用的几种破裂压力模式如下:Mattews 模式 P P + K (S P )Estion 模式 Pf = P +日(S 匕)/(1日)Anderson 模式 P P + 2v (S %)(1旦)U(4)Stephen 模式 P = P +( +&)(S P ),2 U皇氏模式Pf = Pp + (若一K)(S Pp) + S,例如，在塔北地区通过对几种地层破裂压力计算模式的分析，证实了 Eaton模式； 较是和塔北的情况。经过对十几口井，23个实测破

48、裂压力数据的处理，提出了该地 区风化壳用浅地层破裂压力梯度计算模式。是通过统计实际地层破裂压资料来预测地层破裂压力。例如，胜利油田渤南、 桩西一五号和现河三地区就是用这种方法来预测地层破裂压力的。综合两种方法，应 该认为最理想、最实际的方法是通过统计实际地层破裂压力资料来寻找本地区的破裂 压力计算模式。应该强调指出，预测地层压力，特别是预测地层高压异常压力，必须采用系统压 力法，既充分利用以获得的地质、地震层速度、测井、录井、地层水等资料，经过综 合分析才能比较准确的预测。随钻实时监测地层压力钻探中，随钻实时监测地层压力是正确指导平衡钻井、预防油层污染和井眼失稳， 以与预防井喷井漏的重要的保证

49、。应用综合录井技术随钻实时监测平衡钻井是80年 代末期迅速发展起来的一项高科技技术。我国80年代先后从美、英、法等国陆续引 进了几十台综合录井仪投入油田使用，并且取得了较好的经济效益。“八五”期间我 国综合录井仪器的总数将增加75%，其中够产仪器的比例将显著增大。因此，迅速 掌握和积极推广应用综合录井亿的实时检测技术前景乐观。利用联合录井以可以实时的(与时的)监测到地层孔隙压力。所谓时实性，是指 钻开地层就可得到计算机处理的地层压力数据。它不象气测、岩屑录井与钻井液参数 录井，需要等一个迟到时间后才能监测到。正因为地层压力监测数据具有实时性，因 而它在油层保护中倍受青睐地层压力监测目前有两种实

50、时监测方法：一种是以泥岩压 实理论为基础的dc指数法，主要应用于泥岩地层；另一种是以岩石骨架强度理论为 基础的西格马法，可是用于砂岩地层和碳酸盐岩地层。现代综合录井仪处理程序上， 这两种方法都具备。该项技术的应用实例请参阅文献5和7。其它预防检测技术油层污染的室评价方法可以为保护油层的各种设计提供预见性的判断和建议。例 如，70年代以来，国外相继发展了 X一射线衍射、薄片分析和电镜扫描三大岩相矿 物组分分析技术。根据岩石学研究的不同要求与经济合理性，近年来又相继发展和应 用了乂一射线荧光检查法、CT扫描法、矿物学技术和岩石图像分析等多种岩相矿物组 分分析技术，形成了一套组合配套技术。还有采用敏

51、感性岩层的工程实验与分析程序 做静态敏感实验、当量液体渗透率的测定、体积流量评价、流速敏感性实验、系列流 体的渗透率评价、流体矿化度评价等技术。近年来已发展成了更加全面、更加系统的 岩心动态流动实验、钻井液的入侵损害实验以与颗粒运移平价等较为完善的技术。这 些保油层的预防检测技术在辽河油田和其他许多油田都得到了应用，并得到了较好的 应用效果。检测技术为了准确判断钻井、完井（固井、射孔、测试）和增产措施对油层的污染程度， 估算由井产能、制定开发方案和提出补救措施，做好保护油层的诊断监测工作是十分 必要的。采用系统方法诊断地层损害在生产现场可以采用一套系统的方法来正确合理地诊断、评价各阶段法发生的

52、地 层损害问题。这种方法包括：钻柱测试、电阻率测井、井史回顾、采油井史回顾、邻 井生产性能的比较、试井分析、节点系统分析、生产测井、采油效率剖面和岩心分析。 正确合理地运用这些方法可以诊断、评价和成功地处理岩中的地层损害。下面略举几 例加以说明。辽河油田研究了三种实用诊断、评价法方法，即压力恢复测试解释法、测井子了 解释法和油井产能计算解释法、这三种方法通过在署一区、大民屯区应用，从而证实了辽河 油田在油层保护方面所采取的一次列保护油层措施是有效的。江汉油田根据压力恢复曲线不仅定性分析了油井的油层损害程度，而且通过压力 恢复资料计算流动系数和表皮因子，从而对油井损害程度进行定量分析。运用地层损

53、害专家系统诊断地层损害美国人L.A.Legr。等人1 9 8 8年开发出一种为逻辑和系统方法的人工智能专家 系统，用这套专家系统可以分析诊断地层的损害。它的软件程序由三部分组成：（1） 知识库，他立有效专家系统的关键，直接关系到诊断分析的成功和效果。（2）推断 机，它是一种程序，利用知识库所储存的各种知识，针对用户的特殊问题，运用逻辑 和系统方法，提出解决问题的有效方案。（3）支持设备，用以修改程序，包括修改 知识库和知识库编辑程序等。这种诊断方法为保护油层的监测技术开辟了一个新的科 学领域。结论探前，利用地质、地震层速度资料、已钻邻井和录井资料、地层水资料等预 测地层压力可为钻井工程科学化、

54、设计合理井深结构、确定泥浆比重和防止油层污染21 / 30提供重要的科学依据。用综合录井技术实时监测地层压力，是确保平衡钻井、防止油层污染的有效 措施，有广泛应用前景。应用系统方法诊断地层损害是保护油层，提高有井产能的较为理想的方法， 应大力宣传迅速推广使用。为综合研究、推广应用保护油层的监测技术，鉴于成立井筒研究所或专业技 术公司。符号说明S _上覆岩层压力，MP ；K _基岩应力系数；P _g_岩石骨架颗粒密度，gjcm3 ；Sf_岩石抗强度，MP ；P _n_空隙流体密度，gcm3 ；g重力加速度，ms2 ；C_压实系数，MPa-1 ；K_构造应力系数，K =a-3P ；自然对数的底；R

55、地层岩石泊松比；P_孔隙压力；钧匀构造应力系数；Pn_正常孔隙压力，MP ；aAt一恢复时间，h；AT ,AT不同时刻的声波时差，R s； t流动时间，h；n0pP地层破裂压力，MP ； P井底压力，MP；fawaPp_地层孔隙压力，MP ； am , m分别为压力与时间半对数图上第一、第二直线段斜率，MP /cycle； D_井深，m；S- P有效上覆地层压力，MP ；中地表孔隙度；pa0a, P _分别是两水平构造应力系数；附录B实习报告实习时间：2003年3月5日一5月20日实习单位：克拉玛依钻井公司三公司实习地点：白碱滩区八区实习容：钻井工艺流程一、实习过程：作为石油学院钻井班的学生，

56、我以一名实习者的身份来到克拉玛依钻井（三公司） 实习，在两个作为多月的实习中，基本熟悉了钻井工艺的基本流程以与各个岗位的基 本操作规。在这两个月中，我经历了三口井的开钻，固井，完井，搬家的经过。在此 过程中熟悉了净化，外钳等岗位的工作。对所干岗位的工作基本做到了熟悉。下面就 整个实习过程中的工作中所经历的钻井工艺流程总结如下：钻前准备钻井设备搬运与安装。包括设备就位，找正，调整，固定；钻井循环管线和油、气、 水、保温管线与罐、保温锅炉的安装等。井口设备准备。包括挖出圆井，挖循环沟，钻大、小鼠洞。配制好待用钻井液。安装好向井罐钻井液的管线。接好一开钻头，提出转盘大方瓦，下入钻具。钻进钻进是以一定

57、的压力作用在钻头上，并带动钻头旋转使之破碎井底地层岩石，井 底岩石被破碎后所产生的岩屑通过循环钻井液被携带到地面上来，这一过程称为洗 井。加在钻头上的压力是利用部分钻柱的重力来完成的，钻头的旋转是由转盘或顶驱 动力水龙头带动钻柱与钻头旋转来实现的。在使用井下动力钻具时，钻柱不旋转。在 钻进中，钻头不断破碎岩石，井眼逐渐加深，则钻柱也需要接长，因而需要不断加接 钻杆（接单根）。由于钻头在井底破碎岩石，钻头会逐渐磨损，机械钻速下降，当磨损到一定程度 则需要更换新钻头。为此，需将全部钻主从井起出（起钻），更换新钻头后在将新钻 头与全部钻柱下入井（下钻），这一过程叫起下钻。有时为了处理事故，测井等也需

58、 进行起下钻作业。一般情况下，一口井的钻进过程中应有几次开钻，井深和地层情况 不同，则开钻次数也不同，一般为二次开钻：第一次开钻（一开）：从地面钻出较大井眼，到一定设计深度后下表层套管，固 井。第二次开钻（二开）：从表层套管用较小一些的钻头继续钻进，其中经历了数次 起下钻作业，因此在此过程中实习了许多基本岗位。现就这些基本岗位的工作与其所 管设备的原理与使用简述如下：净化系统2.1振动筛：用途：在正常钻进中，利用振动筛清除井眼返出的钻井液所携带的大量岩屑 沙石和其它物质，确保钻井液的质量。为一级固控设备创造条件。原理：是通过机械振动把井口返出的钻进液由通过振动筛的网孔的固相从筛网 尾部排出，小

59、于网孔的固相通过筛网孔流入钻井循环系统，从而完成一 级分离作用。使用前的保养与检查：拆开锁紧装置；检查减震元件，弹簧是否缺少；转动皮带护罩是否完好；检查筛网固定几个部位螺丝的紧固情况；用试电笔检查电路连接是否正确；用黄油枪分别向各激振器轴承加黄油；使用操作：将皮带护罩打开，双手紧握皮带顺时针转动，促使激振器运转，如转动灵活，无阻卡现象，将护罩盖好；将马达开关合上，观察是否反转，如反转，调动相邻的两根线；振动筛停止时，卫生打扫干净。常见故障与排除：激振器不振动；皮带松；岩屑停在筛网上不动；筛网太松；岩屑上行；电源接反；缺油。更换调节筛网：用扳手将筛网框尾部滚杠两端的紧固螺栓卸松；用撬杠插在滚杠紧

60、固孔，转动使筛网沟也完全露出；用手从滚杠槽边取出筛网钩边；卸下筛框前挡板，拽出筛网；将筛网前后钩边分别塞向滚杠槽；在转动振动筛尾部滚杠。两边同时卷动，使筛网受力均匀；用扳手拧紧锁紧螺栓；装好筛网前档板。2.2除砂器：用途：除砂器是钻井液的第二次处理设备。主要用来回收加重钻进井液中的重 晶石，清除大于重晶石粒度的钻屑。并经细网振动筛回收其它液相。它 是钻井不可缺少的设备之一。原理：除砂器是一组水流旋流器。与一台超细网眼的振动筛组成。旋流器是利 用压力与离心力的作用，将密封粒较大颗粒甩出，在重力作用下，沿锥 面下落至排沙口，经过振动筛表面将大于重晶石粒度的岩屑清除。对密 度相对小的液体，形成一般螺