钻井过程中的保护油气层技术

钻井过程中的保护油气层技术第1页，共49页，2023年，2月20日，星期日第一节钻井过程中造成油气层损害原因分析第二节保护油气层的钻井液技术第三节保护油气层的钻井工艺技术第四节保护油气层的固井技术第2页，共49页，2023年，2月20日，星期日第一节钻井过程中造成油气层损害原因分析一、钻井过程中油气层损害原因钻开油气层时，在正压差、毛管力作用下，钻井液固相进入油气层造成孔喉堵塞，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。钻井的目的是交给试油或采油部门一口无损害或低损害的油气井。钻井中对油气层的损害不仅影响油气层的发现和油气井的产量。第3页，共49页，2023年，2月20日，星期日钻井液中分散相颗粒堵塞油气层固相颗粒堵塞油气层乳化液滴堵塞油气层钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害水敏盐敏碱敏涧湿反转表面吸附钻井过程中油气层损害原因钻井液滤液与储层流体不配伍引起的损害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相渗透率变化引起的损害—气层产生“液相圈闭”负压差急剧变化造成的油气层损害中途测试或负压差钻井时，负压差过大可诱发油气层速敏、引起裂缝闭合产生应力敏感、诱发有机垢第4页，共49页，2023年，2月20日，星期日钻井液中固相对地层渗透率的影响第5页，共49页，2023年，2月20日，星期日二、钻井过程中影响油气层损害程度的工程因素影响油气层损害程度的工程因素压差浸泡时间环空返速钻井液性能与固相、滤液和泥饼质量密切相关第6页，共49页，2023年，2月20日，星期日第7页，共49页，2023年，2月20日，星期日第8页，共49页，2023年，2月20日，星期日第9页，共49页，2023年，2月20日，星期日第二节保护油气层的钻井液技术一、钻井液在钻井中的主要作用钻井液的作用冲洗井底和携带岩屑破岩作用平衡地层压力冷却与润滑钻头稳定井壁保护油气层获取地层信息传递功率第10页，共49页，2023年，2月20日，星期日二、保护油气层对钻井液的要求1.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2.钻井液中固相颗粒与油气层渗流通道匹配3.钻井液必须与油气层岩石相配伍4.钻井液滤液组分必须与油气层中流体相配伍5.钻井液的组分与性能都能满足保护油气层的需要第11页，共49页，2023年，2月20日，星期日三、钻开油气层的钻井液类型1.水基钻井液由于水基钻井液具有成本低、配置处理维护较简单、处理剂来源广、可供选择的类型多、性能容易控制等优点，并具有较好的保护油气层效果，是国内外钻开油气层常用的钻井液体系。目前保护油气层钻井液技术已从初级阶段(仅控制钻井液密度、滤失量和浸泡时间)进入到比较高级的阶段。针对不同类型油气藏形成了系列的保护油气层钻井液技术。第12页，共49页，2023年，2月20日，星期日按钻井液组分与使用范围分2)水包油钻井液1)无固相清洁盐水钻井液3)无膨润土暂堵型聚合物钻井液4)低膨润土聚合物钻井液5)改性钻井液6)正电胶钻井液7)甲酸盐钻井液8)聚合醇(多聚醇)钻井液9)屏蔽暂堵钻井液第13页，共49页，2023年，2月20日，星期日①无固相清洁盐水钻井液表5-1各类盐水溶液所能达到的最大密度盐水液浓度/重量百分比密度g/cm3(21℃)KCl261.07NaCl261.17KBr391.20HCOONa451.34HCOOK761.60HKOOCS832.37CaCl2381.37NaBr451.39NaCl/NaBr—1.49CaCl2/CaBr2601.50CaBr2621.81ZnBr2/CaBr2—1.82CaCl2/CaBr2/ZnBr2772.30密度可在1.0~2.30g/cm3范围内调整。第14页，共49页，2023年，2月20日，星期日滤失量和粘度控制：加入对油气层无（低）伤害的聚合物来控制腐蚀控制：加入缓蚀剂特点：大大降低固相和水敏损害缺点：成本高、工艺复杂、对处理剂和固控设备要求高、腐蚀较严重、易发生漏失，很少用做钻井液；使用范围：套管下至油层顶部的单一压力体系的裂缝性油层或强水敏油层；广泛作为射孔液、压井液、修井液；第15页，共49页，2023年，2月20日，星期日②水包油钻井液水包油钻井液是将一定量油分散于水或不同矿化度盐水中，形成以水为分散介质、油为分散相的无固相水包油钻井液。油、水水相增粘剂主、辅乳化剂。定义：组成：密度控制方法：调节油水比加入不同数量和种类的盐最低密度可达0.89g/cm3

第16页，共49页，2023年，2月20日，星期日滤失量和流变性控制：由油相或水相中加入的油气层低伤害处理剂来控制。特点：大大降低固相损害；可以实现低密度。使用范围：特别适用于套管下至油层顶部的低压、裂缝发育、易发生漏失的油气层。第17页，共49页，2023年，2月20日，星期日③无膨润土暂堵型聚合物钻井液通过加入各种与油气层孔喉直径相匹配的暂堵剂来控制，这些暂堵剂在油气层中形成内泥饼，阻止钻井液中固相或滤液继续侵入由水相、聚合物和暂堵剂固相粒子配制而成。组成：密度：采用不同种类和加量的可溶性盐来调节(需注意不要诱发盐敏)流变性能控制：通过加入低损害聚合物和高价金属离子来调控。滤失量控制：第18页，共49页，2023年，2月20日，星期日暂堵剂种类和作用原理酸溶性暂堵剂

水溶性暂堵剂

油溶性暂堵剂单向压力暂堵剂细目或超细目碳酸钙、碳酸铁等细目或超细目氯化钠、硼酸盐等树脂、石蜡、沥青类产品等改性纤维素、果壳、木屑等脆性油溶性树脂-架桥粒子。聚苯乙烯、酚醛树脂、二聚松香酸等。塑性油溶性树脂-填充粒子。乙烯-醋酸乙烯树脂、乙烯-丙烯酸脂、石蜡、磺化沥青、氧化沥青第19页，共49页，2023年，2月20日，星期日缺点成本高使用条件苛刻使用不多使用范围套管下至油层顶部单一压力体系的油层第20页，共49页，2023年，2月20日，星期日④低膨润土聚合物钻井液配伍性及所必须的流变性能与滤失性能可通过选用不同种类的聚合物和暂堵剂来达到。使用膨润土的优点流变性易控制滤失量低处理剂用量少钻井液成本低钻井液的特点：尽可能降低膨润土含量，使钻井液既能获得安全钻进所必须的性能，又不会对油气层产生较大的损害。第21页，共49页，2023年，2月20日，星期日⑤改性钻井液若采用长段裸眼钻开油气层，技术套管没能封隔油气层以上地层，为了减少对油气层的损害，在钻开油气层之前，对钻井液进行改性，使其与油气层特性相匹配，不诱发或少诱发油气层潜在损害因素。优点成本低应用工艺简单对井身结构和钻井工艺无特殊要求对油气层损害程度小被广泛作为钻开油气层的钻井液第22页，共49页，2023年，2月20日，星期日改性方法：

a.降低钻井液中膨润土和无用固相含量，调节固相颗粒级配;

b.按照所钻油气层特性调整钻井液配方，尽可能提高钻井液与油气层岩石和流体的配伍性;c.选用合适类型的暂堵剂及加量d.降低静滤失量、动滤失量和HTHP滤失量，改善流变性与泥饼质量第23页，共49页，2023年，2月20日，星期日⑥正电胶钻井液

这是一类用混合层状金属氢氧化物(MixedMetalHydroxide，简称MME)处理的钻井液。a.正电胶钻井液特殊的结构与流变学性质-亚微粒子很少，向“豆腐块”一样整体流动b.正电胶对岩心中粘土颗粒膨胀的强烈抑制作用c.整个钻井液体系中分散相粒子的负电性减弱正电胶钻井液保护油气层的机理为:

第24页，共49页，2023年，2月20日，星期日⑦甲酸盐钻井液高密度下易实现低固相、低粘度；高矿化度盐水能预防粘土水化膨胀、分散运移；盐水不含卤化物，不需缓蚀剂，腐蚀速率极低；储层伤害小，是目前发展较快的一种钻井液体系。组成：以甲酸钾、甲酸钠、甲酸盐为主要材料+盐水配制的钻井完井液。密度调节：通过加入的盐酸盐来调节。基液的最高密度可达2.3g/cm3。可根据油气层的压力和钻井完井液的设计要求予以调节。特点：第25页，共49页，2023年，2月20日，星期日⑧聚合醇(多聚醇)钻井液在浊点温度以下，聚合醇与水完全互容，呈溶解态;高于浊点温度时，聚合醇以游离态分散在水中，这种分散相就可作为油溶性可变形粒子起封堵作用。用聚合醇为主要材料配置的钻井液。保护油气层的机理：聚合醇的浊点温度与体系的矿化度、聚合醇分子量有关，将浊点温度调节到低于油气层的温度，借助聚合醇在水中有浊点的特点实现保护油气层的目的。第26页，共49页，2023年，2月20日，星期日⑨屏蔽暂堵钻井液当长裸眼井段中存在多套压力层系时，如：a.上部井段存在高孔隙压力或处于强地应力作用下的易坍塌泥岩层或易发生塑性变形的盐膏层和含盐膏泥岩层，下部为低压油气层；b.多套低压油气层之间有高孔隙压力的易坍塌泥岩互层；c.老油区因采油或注水而形成的过高压差而引起的油气层损害。为了顺利钻井，钻井液密度必须按裸眼井段中的最高孔隙压力来确定。第27页，共49页，2023年，2月20日，星期日2.油基钻井液能有效地避免油层的水敏作用对油气层损害程度低种类：油包水型钻井液、全油基钻井液。优点：缺点：成本高对环境易产生污染容易发生火灾可能使油层润湿反转，降低油相渗透率与地层水可能形成乳状液堵塞油层第28页，共49页，2023年，2月20日，星期日3.气体类钻井液

对于低压裂缝油气田、低压强水敏或易发生严重井漏的油气田及枯竭油气田，其油气层压力系数往往低于0.8，为了降低压差的损害，必须降低钻井液的密度气体类钻井液是以气体为主要组分实现低密度。种类空气雾泡沫流体充气钻井液下过技术套管的下部漏失地层、强敏感性和低压油气层少量地层水进入井中在低流速下有较高的粘度，携屑能力强第29页，共49页，2023年，2月20日，星期日4.合成基钻井液以人工合成或改性的有机物为连续相，盐水为分散相，再加入乳化剂、降滤失剂、流型改进剂、加重剂等组成。合成基液有醋类、醚类、聚a-烯烃、醛酸醇、线性a-烯烃、内烯烃、线性石蜡、线性烷基苯等

具有油基钻井液的许多优点：润滑性好、摩阻力小、携屑能力强、井眼清洁、抑制性强、钻屑不易分散、井眼规则、不易卡钻、有利于井壁稳定、对油气层损害程度低、不含荧光物质。主要用在水平井和大位移井中。但成本高定义：特点：第30页，共49页，2023年，2月20日，星期日四、屏蔽暂堵保护油气层钻井液技术钻进过程中对油气层损害的两个不利因素：屏蔽暂堵技术的构思是利用油气层被钻开时，钻井液液柱压力与油气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油气层孔喉，在井壁附近形成渗透率接近于零的屏蔽暂堵带。压差钻井液中固相颗粒第31页，共49页，2023年，2月20日，星期日暂堵效果及暂堵深度岩心号K∞/10-3μm2Kw1/10-3μm2Kw2/10-3μm2截长/cmK切,10-3μm2恢复值/%5-11089.23985.3102.83982.1999.683-10316.87293.1502.51291.0999.302-878.2363.1802.6359.3893.99注：Kw1为暂堵前用地层水测得的渗透率；Kw2为暂堵后用地层水测得的渗透率；

K切为被切后所生岩心用地层水测得的渗透率。第32页，共49页，2023年，2月20日，星期日压差/MPa暂堵后渗透率Kw2/10-3μm2Kw2/Kw10.1051.980.0440.207.900.00670.301.190.00100.400.640.000540.500.630.00053压差对屏蔽暂堵效果的影响注：1.岩心原始水测渗透率Kw1=1177.9×10-3μm2，孔隙度为34.80%，平均孔喉直径14.90μm。

2.暂堵体系粒子级配：0.0～8.0μm。其中：桥塞粒子直径为8.0μm，可变性软粒子粒径为1.5～2.0μm（含量1.4%），各级粒子总含量4.1%，温度为室温。第33页，共49页，2023年，2月20日，星期日第34页，共49页，2023年，2月20日，星期日形成渗透率接近零的薄屏蔽暂堵带的技术要点:

(1)测定油气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；其加量大于3.0%

(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，加量一般为1%~2%，粒径与充填粒子相当第35页，共49页，2023年，2月20日，星期日第36页，共49页，2023年，2月20日，星期日屏蔽暂堵技术从常规的砂岩油藏延伸到特殊储层

(1)裂缝储层是一类不同于常规砂岩油藏的特殊储层油气渗流通道以裂缝为主，钻井液不仅对裂缝产生堵塞，也会对裂缝面基岩造成损害（这种损害有可能延伸到地层深部，对产能的影响尤为严重）。因此要求暂堵必须是在近井壁，不能进入裂缝面基岩。对于裂缝表面，实现稳定暂堵所需要的颗粒状粒子的直径应该达到裂缝平均宽度的0.8倍以上，复配一定量的非规则粒子（片状、棒状、纤维状、椭球状、纺锤状等）可以进一步提高暂堵的效果（如缩短暂堵时间、提高暂堵强度、提高反排效果等）。第37页，共49页，2023年，2月20日，星期日(2)致密储层是另一类不同于常规砂岩油藏的特殊储层

这类储层的特殊性在于基岩渗透率很低，滤液的侵入对这类储层的产能有显著影响，同时，滤液的侵入是借助毛管力的作用，是一种自发过程，即滤液与亲水的储层岩石一接触就会自动侵入储层形成阻止储层流体进入井筒的液体屏障，造成储层损害。一方面借助钻井液的内外泥饼控制滤失量；另一方面提高滤液粘度和降低钻井液滤液的表面张力，减少钻井液滤液的侵入量。降低这类储层损害的主要途径是:第38页，共49页，2023年，2月20日，星期日(3)砂岩、石灰岩气藏

一旦液相在近井壁周围形成阻止储层流体进入井筒的液体屏障(即水锁效应，又称“液相圈闭”)，储层损害将很难消除。对这类储层的保护重点是降低水锁效应、减少钻井液滤液的侵入，即在使用屏蔽暂堵技术的同时，用表面活性剂降低气-液-固界面的表面张力。第39页，共49页，2023年，2月20日，星期日(4)疏松砂岩稠油油藏疏松砂岩稠油油藏的特殊性在于储层岩石胶结性差，存在比较显著的应力敏感性。在实施屏蔽暂堵技术时，不仅要将钻井液的分散相粒度分布调整到与储层的孔喉分布相匹配，而且所使用的压差应尽量避免引起疏松储层砂岩变化而导致应力敏感在暂堵颗粒的选择上，由于疏松砂岩的孔喉尺寸比较大，按2/3架桥原理设计的钻井液固相粒度难于控制储层揭开时大量钻井液的侵入(现场表现为进入储层时会有少量的渗漏)，即使架桥时间同样为10~30s，而高渗地层将使侵入液体的总量会增加，因此架桥粒子的选择应该大于2/3。第40页，共49页，2023年，2月20日，星期日第41页，共49页，2023年，2月20日，星期日第三节保护油气层的钻井工艺技术降低压差，实现近平衡压力钻井减少钻井液浸泡时间优选环空返速搞好中途测试可采取的工程措施建立四个压力剖面-科学依据确定合理井身结构-基本保证控制油气层压差-最低安全值优选钻井参数、钻头及喷嘴-提高钻速防止井下复杂情况或事故发生提高测井一次成功率，缩短完井时间降低辅助工作和其它非生产时间负压差不宜过大，防止微粒运移或泥岩夹层坍塌井喷会诱发速敏、有机垢或无机垢、应力敏感损害。井漏后用暂堵剂堵漏。防止井喷井漏复杂事故第42页，共49页，2023年，2月20日，星期日多套压力层系的保护油气层钻井技术油气层为低压，上部存在大段易坍塌高压泥岩层

上部为低压漏失层或低破裂压力层;下部为高压油气层多层组高坍塌压力泥页岩与低压易漏失油气层相间屏蔽暂堵钻井液先堵漏，提高上层承压能力，再钻油气层。提高钻井液抑制性、与油气层配伍性，降低坍塌压力，采用屏蔽暂堵第43页，共49页，2023年，2月20日，星期日调整井保护油气层钻井技术地层特点和主要损害原因同一井简中形成多套压力层系或低压层储层孔隙结构、岩石组成等已发生变化油气水分布规律和相渗透率发生了改变调整井保护油气层钻井技术建立调整井区地层孔隙压力和破裂压力曲线低压层选用低密度钻井液，必要时加入单封和暂堵剂多压力层系，高压层是注水引起，钻前停注泄压或控制注水量或停注停采原始高压油气层和低压层共存，设计合理井身结构，或钻开低压层后，进行预防性堵漏(暂堵)，提高地层承压能力第44页，