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国外保护油气层钻井液技术新进展
吴诗平 鄢捷年
(石油大学 北京 102200)
在油气钻探过程中,钻井液作为第一种入井流体,在对储层实施保护的过程中起着至关重要的作用。在长期的钻井实践中,我国已总结出三大类、共11种保护油气层的钻井液体系[1],但随着时间的推移和钻井难度的增加,保护油气层钻井液技术正面临着进一步发展和更新。近年来,液技术的研究,并已取得了较大进展和成功应用。
1 暂堵型钻井液、完井液体系的对比评价
由于储层具有高渗、天然裂缝发育等特性以及储层衰竭等原因,许多井在钻井、完井和修井过程中都会出现非常大的滤液漏失。J.Dorman 等人[2]分别对通过调整钻井液组分来控制滤失量的方法进行了研究。实验所用的主要仪器为颗粒堵塞测试仪(简称PPA )。该仪器在选择钻井液组分来降低滤失、评价颗粒堵塞情况方面十分有效。
用于室内评价的暂堵型钻井液、完井液体系有:①含有超细盐粒的聚合物体系(SSPF );②含有超细盐粒并加入合成聚合物的抗高温改性钻井液体系(SSPT ΟHT );③含有超细CaCO 3颗粒的聚合物体系(SCPF );④含有微细纤维素固相的聚合物体系(MCPF );⑤含有微细纤维素固相和抑制膨胀的天然聚合物的聚合物体系(MCPF ΟNDSP );⑥增效型聚合物凝胶体系(P GP );⑦增效型交联聚合物凝胶体系(XP GP );⑧抑制膨胀的稳定聚合物凝胶体系(DSP GP )。其对比评价内容包括高温热滚后钻井液滤失量的变化、用PPA 装置评价钻井液的滤失特性(包括瞬时滤失量以及时间与滤失量的变化关系)、正压差与滤失量的关系、动态滤失量等。
对于MCPF 体系,其组分包括黄原胶生物聚合物、PAC ΟHV 、改性淀粉(降滤失剂)、p H 缓冲剂以及微细纤维素。实验表明,该体系的瞬时失水量相对较高,但当泥饼形成后其滤失量能够有效地得以控制。不同的实验压力对SSPF 和SCPF 体系的动滤失量有很大影响,但泥饼厚度均很小。P GP 、XP GP 以及DSP GP 体系也能在不同压力下表现出良好的控制滤失和储层损害的能力,并且聚合物凝胶几乎可以完全阻止钻井液固相和滤液进入储层而造成损害。
在考虑对钻井液体系进行滤失量控制的同时,还必须考虑其流变性,尤其是高温下的流变性是否满足要求。使用Fan Ο50C 高温高压流变仪对SSPF 、SCPF 以及MCPF 体系在不同温度下的流变特性进行了评价。结果表明,随着温度升高,SSPF 和SCPF 体系比MCPF 体系具有更好的假塑性流体特征和低剪切流变特性。
通过实验研究结果的对比分析,得出以下几点认识:
(1)对于高渗储层,使用含有超细盐粒(作为架桥粒子)的聚合物钻井液以及含有超细CaCO 3颗粒的聚合物钻井液,在静态和动态条件下均能有效地控制滤失;
(2)在上述各种钻井液、完井液体系中,SSPF 和SCPF 体系的动滤失量相对较低;
(3)在135℃(275υ)以上的高温下,建议使用具有良好抗高温性的SSPF ΟHT 体系;
(4)MCPF 体系有较高的瞬时滤失量,但在泥饼形成之后滤失性可得到有效控制,而MCPF ΟNDSP 体系能有效地控制瞬时滤失量和高温高压滤失量;
(5)SSPF 和SCPF 体系对于孔隙性储层能有效地控制滤失量,但对于滤失量很高的裂缝性储层,建议在体系中添加微细纤维素(MC )固相粒子进行改进。
2003年 中国海上油气(地质)
CHINA OFFSHORE OIL AND G AS (GEOLO GY ) 第17卷 第4期
2 盐水钻井液设计及其在油气层保护中的应用
Swartwout 和Pearcy [3]论述了盐水钻井液的设计原理及其在油气层保护中的应用。清洁盐水主要用作完井液、修井液以及封隔液,这主要是因为这类流体不需通过悬浮固相来控制静液压力,其优点在于能够有效抑制粘土膨胀和微粒运移,与储层有很好的配伍性。目前,尽管它直接用作钻井液的情况相对较少,但仍然是保护储层工作液的一种重要体系。
盐水钻井液的主要成分是无机盐。常用的无机盐有:N H 4Cl 、NaCl 、NaBr 、HCOONa 、KCl 、K Br 、HCOO K 、CaCl 2、CaBr 2和ZnBr 2等。盐水钻井液的密度可以通过盐浓度来控制,其密度范围为110～215g/cm 3,选择时应考虑对钻井液密度的要求。除无机盐外,盐水钻井液组分中还包括淀粉和(或)各类聚合物,其作用主要是增加凝胶强度和控制失水,淀粉的加入还有助于形成好的泥饼。
211 细目N aCl 颗粒作为暂堵剂的盐水钻井液体系 这类钻井液体系的组分主要有溶解的NaCl 、黄原胶生物聚合物、淀粉以及细目NaCl 盐粒。随着井下温度的升高,悬浮在钻井液中的NaCl 盐粒量会发生一定变化,但由于NaCl 溶解度随温度升高而增加的幅度很小,因此其变化幅度并不很大。
这类钻井液体系具有良好的触变性,泥饼薄而致密,能有效防止滤液和固相侵入。该钻井液体系一般不使用除NaCl 以外的其它无机盐配制盐水,这是因为NaCl 易溶于水,与其它盐类容易发生相互作用,在钻井过程中形成的泥饼也比较容易通过反排和被酸、氧化剂以及欠饱和盐水去除,但其缺点是钻井液密度范围较小,仅在1125～1156g/cm 3之间。若要求钻井液密度低于1125g/cm 3,则架桥粒子的浓度必须降低,从而可能造成储层损害;若要求钻井液密度大于1156g/cm 3,则架桥粒子的浓度应相应增加,这样泥饼厚度将增加,钻井液的流变性也会受到影响。
212 细目C aCO 3颗粒作为暂堵剂的盐水钻井液体系 与细目NaCl 颗粒作为暂堵剂的盐水钻井液体系相比,这类钻井液体系对无机盐的种类有更多的选择,因为CaCO 3不溶于水,因此不必担心作为架桥粒子的CaCO 3和盐水发生相互作用。另外,这类钻井液体系的密度范围较大,一般在1104～2152g/cm 3之间。对于密度下限,体系中已包含了足够的无机盐,足以与储层矿化度相匹配,从而可保持井壁稳定;而对于密度上限,则需使用CaBr 2或者ZnBr 2等无机盐,配制成本会相应增加。
3 保护油气层的仿油基甲基葡萄糖甙钻井液
甲基葡萄糖甙(M EG )钻井液是近年来发展起来的一类环保型的仿油基钻井液[4]。实验研究表明,M EG 钻井液对页岩具有稳定作用,并具有良好的润滑性和降滤失性,对储层的损害程度小,反排渗透率较高。
M EG 钻井液对储层粘土矿物的水化作用有很强的抑制能力,无论是否有粘土颗粒或暂堵剂存在,它都能快速形成低渗且薄的泥饼,从而能够有效地防止和控制储层损害。由于M EG 钻井液体系的油水界面张力很低,钻井液体系中的不溶物可以充当架桥颗粒,因而不仅可以减轻固相和滤液侵入所引起的损害,而且能够有效地减轻因水锁引起的损害。
4 保护油气层的新型油基钻井液
为了防止因润湿性反转而导致的油气层损害,A.D.Patel 等人[5]研制出了一种可转化为水基钻井液的油基钻井液。除了所使用的乳化剂不同以外,这种新型的油基钻井液在组成和性能方面均与常规油基钻井液十分相似。在碱性环境中(如加入石灰),该钻井液中所选用的表面活性剂会形成稳定的油包水乳化钻井液;而在中性或较弱的酸性环境中,则会形成稳定的水包油乳化钻井液。也就是说,通过控制体系的酸碱性,用这种表面活性剂作为乳化剂的钻井液可以很方便地在油包水乳化钻井液和水包油乳化钻井液之间进行互换(图1)。密度为1144g/cm 3的这种新型油基钻井液的典型组成如表1所示。
182第17卷 第4期 吴诗平等:国外保护油气层钻井液技术新进展
图1 两种乳化钻井液之间的相互转换
这种新型油基钻井液既保持了常规油基钻井液和合成基
钻井液在性能上的各种优点,又可在完钻后及时转化为水包
油乳化钻井液,将油湿的岩石表面重新转变为水湿,从而避免
了油相渗透率的降低,对储层起到了有效的保护作用,同时还
便于对泥饼的清洗和清除。对于海上钻井,使用这种新型油基钻井液不仅可简化对钻屑的处理程序,降低处理费用,而且也有利于对环境的保护。
5 保护储层的水平井钻井液优化设计及应用表1 密度为1144g/cm 3的新型油基钻井液的典型组成
组 成
加 量(g )基油或合成基液
166石灰
1有机土
3～4可转化的乳化剂8～12润湿剂
2流型改进剂
0～125%CaCl 2盐水
71CaCO 3(加重剂)
267150υ条件下钻井液的性能PV ,mPa ?s
25～27Y P ,Pa 12～14
10s 切力,Pa 6～8
10min 切力,Pa 5～7
电稳定性,V 550～600
HTHP 滤失量(9313℃
),ml 2～3511 钻井液引起的储层损害在水平井段的分布 Thomas 和Sharma [6]通过模拟实验研究了钻井液对水平井井眼周围储层的损害程度、损害深度及分布情况,并特别关注了钻进过程中水平段的顶部、侧面及底部的损害程度。实验结果表明,在旋转管柱居中的情况下,水平井段底部的泥饼形成速度较快,且滤失量相对侧面要小,这可能是由于重力作用的结果;提高中间管柱的转速不影响滤失量和泥饼的稳定性;提高轴向流速对滤失量也不产生影响;大部分损害于循环开始后2min 内发生,1h 后滤失量变小且相对稳定,表明在循环第一小时内可形成致密泥饼。图2为钻井液在水平井段所引起的储层损害分布情况,可以看出,水平井段底部的损害最大,且自起始端至水平段末端变化幅度较大。512 防止水平井储层损害的钻井液体系 Shaw 和Chee
等人[7]对如何筛选出防止水平井储层损害的钻井液进行了
图2 钻井液在水平井段所引起的储层损害
分布情况示意图K d —损害后的油相渗透率;K o —原始的油相渗透率实验研究,指出钻井过程导致的储层损害已经成为影响水平井产能的主要因素。表2是从6家钻井液公司获取的11种保护水平
井储层的钻井液体系组成,它们均是针对水平井而设计的,具有
良好的常规性能及保护储层的特性。在这11种保护水平井储层
的钻井液中,水基钻井液大部分用XC (生物聚合物)、PAC (聚阴
离子纤维素)和改性淀粉作为增粘剂和降滤失剂,CaCO 3粉末通
常用作桥堵剂;由于已考虑到膨润土可能对储层造成损害,因此
钻井液组份中膨润土并不多见。
从对这11种保护水平井储层的钻井液的性能、污染评价等方面来看,用膨润土和纤维素作桥堵剂时对岩心渗透率的损害明
显大于用CaCO 3粉末作桥堵剂时的损害,通常使用的增粘剂XC
与PAC 都会对储层造成损害。由于涉及到各种添加剂之间相互作用的影响,这种损害的机理相当复杂,因此必须要进行大量的实验,优化钻井液配方,选择与储层相配伍的钻井液组分。总的来说,保护储层最关键的因素是桥堵剂的尺寸和降滤失剂的特性。
513 高渗、低压和长裸眼水平井的钻井液设计 Conoco 公司针对裸眼完成水平井的钻井液评价和优选
进行了实验研究[8],研究对象为高渗、低压、松散的砂岩储层,其绝对渗透率超过了313μm 2。这种高渗、低压
的储层特点直接造成水平井在钻井、完井过程中出现井壁不稳定、滤失量增大和卡钻等现象。为此,必须要依据其流变性、滤失量、静切力以及储层渗透率的损害程度和反排解堵的难易程度等选择适合的钻井液配2
82 中国海上油气(地质) 2003年
表2 11种保护水平井储层的钻井液组成
钻井液类型
基浆增粘剂及加量降滤失剂及加量桥堵剂及加量粘土及加量A
水PAC 淀粉——B
水—淀粉,6kg/m 3油溶树脂,18kg/m 3—C
水XC ,6kg/m 3/PAC ,3kg/m 3淀粉,5kg/m 3纤维素,1kg/m 3—D
水XC PAC CaCO 3—E
柴油非离子增粘剂———F
水XC ,3kg/m 3PAC ,2kg/m 3—膨润土,25kg/m 3G
水XC ,1143kg/m 3淀粉,23kg/m 3CaCO 3,20kg/m 3—H
柴油粘土增效剂,0172kg/m 3—CaCO 3,100kg/m 3有机土,26kg/m 3I
水MMH ,2185kg/m 3淀粉,17kg/m 3—膨润土,2815kg/m 3J
水XC ,3kg/m 3/PAC ,3kg/m 3淀粉,9kg/m 3CaCO 3,50kg/m 3
—K 矿物油硅基增粘剂——
—方,以减少钻井过程中复杂情况的发生和尽可能减轻对储层的损害。表3中给出了3种经优选的“无损害”钻井液体系配方。通常所说的对储层“无损害”,其实只是通过一些补救(增产)措施来去除泥饼和损害。最常用的补救措施是实施酸化,通常选择HCl 或土酸,有时也加入一些表面活性剂来防止沉淀的生成和对套管、井下设备的腐蚀。
表3 经优选的3种“无损害”钻井液配方
序 号钻井液体系
桥堵剂及加量流变性控制钻井液密度(g/cm 3)A 油基钻井液体系
CaCO 3,194kg/m 3沥青,1711kg/m 3有机土0196B 加入适当尺寸CaCO 3的
水基钻井液
CaCO 3,14216kg/m 3生物聚合物+淀粉1110C
加入适当尺寸盐粒的
水基钻井液NaCl ,13112kg/m 3生物聚合物+淀粉1126以上3种钻井液体系的滤失性、流变性、对储层岩样的潜在损害程度以及预制滤砂管堵塞程度的室内实
验对比表明,由于具有高正压差(1318～2017MPa )、高渗透率(平均气测渗透率为31348
μm 2)以及较大的井眼裸露表面(130m 2),想要控制水平井段的钻井液滤失量是相当困难的。钻井液的API 静滤失量测试结果显示,钻井液A 、B 和C 的API 滤失量分别为210ml 、315ml 和1310ml ;动滤失量测定(是在8718℃和
3145MPa 条件下测定的,滤失面为平均孔径为20μm 的陶瓷片)结果表明,钻井液A 、B 和C 的动滤失量(分
别为1016ml 、1613ml 和3113ml )与静滤失量的大小顺序不变,但动滤失量均高于静滤失量。
通过对以上3种钻井液的滤失性、流变性、酸化处理后渗透率恢复值等一系列测试对比,并考虑其配浆成本,最终将钻井液B 配方作为优选出的水平井钻井液配方。
6 结束语
对保护储层钻井液体系和配方的优选是一项重要而又细致的工作,也是钻井过程中油气层保护技术的核心内容之一。对损害机理进行科学的诊断,是优选低损害或无损害钻井液的前提。所筛选的处理剂与储层的配伍性,合理暂堵方案的确定,对钻井液滤失性、流变性的有效控制,以及在井下实际条件下所形成的泥饼能否容易被清除等,是保护油气层钻井液技术的关键。研制新型、高效的保护储层钻井液,是当前石油钻井工程界所面临的一项重要任务。
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382第17卷 第4期 吴诗平等:国外保护油气层钻井液技术新进展
292 中国海上油气(地质) 2003年
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(编辑:崔护社) AN ANALYSIS OF THE THESES PUB L ISHED
IN CHINA OFFSH ORE OIL AN D GAS(GEOLOG Y)
Cheng Honggang Liu Chiyang Chen Jianjun Fan Jianjun Yan Weihong
(Northwest U niversity,Xi’an)
ABSTRACT
The statistical analyses have indicated that journals with a high average quotation rate may have higher quo2 tation frequencies and effective factors.The evaluation indexes about the influence,status,academic exchange and scientific productivity are statistically calculated for China Offshore Oil and G as(G eology).Under given cir2 cumstances,the influence of a journal is dependent on its average quotation rate,and the quotation frequency will control the influence of journals when their average quotation rates are not very different.The lower quota2 tion may be negative about the journal influence.
K ey w ords:China Offshore Oil and G as(G eology);references;quotation frequency;effective factor;aver2 age quotation rate
(上接第283页)
参考文献
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(编辑:崔护社)
屏蔽暂堵保护油气层钻井液技术(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油气层技术的难题，其原理是利用钻井液液柱压力与油气层孔隙压力之间的压差和钻井液中的固相处理剂，在油气层被钻开的极短时间内在井筒近井壁附近形成渗透率接近零的屏蔽暂堵带，此屏蔽暂堵带能有效地阻止钻井液、水泥浆中的固相和滤液继续侵入油气层，对油气层造成污染，而形成的屏蔽暂堵带能够通过射孔解堵。该技术已广泛应用于钻井实践中，取得了较好的效果。 屏蔽暂堵理论是针对孔隙型砂岩油气层提出的一种保护油气层理论，它的技术要点是：根据储层岩心压汞实验得到储层孔隙直径分布曲线，从而计算出储层平均孔喉直径，按1／2～2／3孔喉直径选择油气层保护添加剂的粒径。在进入油气层前加入油气层保护添加剂，调整钻井液中的固相粒径分布，从而将钻井液转化为保护油气层钻井完井液，达到保护油气层的目的。传统屏蔽暂堵保护油气层技术在计算储层平均孔喉直径时是将储层所有孔喉都参加了计算，它忽略了两个因素，一是不同的孔喉直径对储层渗透率的贡献是不同的，大的储层孔喉数量少，但它对储层渗透率的贡献大，微小孔喉数量大，但对储层渗透率的贡献小；二是由于储层的非均质性，在储层存在孔喉直径极小的微孔隙，这些孔隙中的流体在目前的开采条件下是不流动的，因此，封堵这些孔隙也是没有意义的。如果将这些孔喉用于计算平均孔喉直径，那么理论计算的平均孔喉直径将大大小于储层实际流动的平均孔喉直径，根据这样的计算结果选择的油气层保护剂其封堵效果较差，起不到堵塞主要流通孔道的作用。 广谱型屏蔽暂堵保护油气层技术是对传统屏蔽暂堵保护油气层技术理论的继承与发展，该技术是依据储层的d流动50和最大流动
《油层保护技术》复习题 （2009.4石工二学位） 一、填空题 1.油气层损害类型中，（）损害不仅存在于各个作业环节，而且其损害程度较大；其次是（）和（），再其次是润湿反转和结垢损害。 2.油气层损害存在于钻井、完井和采油等各个作业环节，油气层损害的实质包括（）和（）。 3.当扫描电镜配有（）时，能对矿物提供半定量的元素分析，常用于检测铁元素。 4.（）、（）和（）是保护油气层岩相学分析的三大常规技术。 5.砂岩的四种基本孔隙类型是（）、（）、（）及裂隙，储层中常以前三种为主，裂隙可与其它任何孔隙共生。而碳酸盐岩的孔隙主要有（）、（）和（）三种类型。 6.砂岩的四种常见孔隙喉道类型是（）、（）、（）及（）。 7.孔隙连通程度通常以最小未饱和孔隙体积百分数S min，退汞效率W e和孔喉配位数来表示，一般情况下，S min越（），W e越（），孔喉配位数越（），孔隙连通程度越差。 8.敏感性矿物的产状有四种类型，即（）、（）、（）和（），不同产状对油气层损害的影响不同。 9.孔喉弯曲程度常用结构系数F来表示，F越大，弯曲程度越（），喉道越易受到伤害。 10.岩石的表面积越大，产生油气层损害的可能性就越（）。 11.油田中常见的细菌为（）、（）和（）。 12.按运移方式，微粒运移可分为（）和（）两种情况。 13.若某储层岩心的Dv=0.2，Dw=0.8，则该储层为（）速敏、（）水敏储层。 14.细菌主要以（）、（）和（）三种方式损害油气层。 15.针对不同的分析内容，可选用相应的岩心分析方法。一般情况下，（）适用于定性鉴定或定量测定各物相组成及其含量，特别是粘土矿物的成分和含量；而
环保钻井液技术现状及发展趋势 杨振杰 (西安石油大学石油工程学院,陕西西安) 摘要 综述了环保钻井液技术发展现状,通过分析环保钻井液存在的问题,对环保钻井液的发展趋势提出了认识。环保钻井液应具有:与油基钻井液相当或接近的抑制性能;配制和维护成本与普通水基钻井液相近;满足施工地区的环保排放标准,对农业生产无害,最好是有益于当地的生态环境;保证施工人员的健康和安全;适应于各种复杂井和深井的钻探需要。在今后的环保钻井液技术研究中,应该重视对天然高分子材料和各种环保处理剂的改性和完善以及对无毒无污染的有机盐和无机盐使用技术的攻关,解决环保钻井液抑制性和抗温性问题,开发低成本高性能的无毒环保钻井液。 关键词:钻井液 环境保护 抑制性 生物可降解性 综述 由于对环境保护问题的日益重视,与钻井液有关的环保和安全问题使得高效、低成本和无毒钻井液的研究开发成为发展的重要方向。中国陆上油田由于受钻井液成本等因素的制约,环保钻井液技术发展较慢。本文综述了环保钻井液技术发展现状,通过分析环保钻井液存在的问题,对环保钻井液的发展趋势提出了建议,希望能对环保钻井液的技术进步有所启发。 环保钻井液的发展现状 1.硅酸盐钻井液 硅酸盐钻井液无毒、无荧光、低成本的特性日益受到重视。Barnfather J L等人认为,目前使用的油基钻井液和合成基钻井液并不能真正满足环保、立法和成本控制的要求。研究开发一种既适应复杂地层要求又能满足环保要求的钻井液是目前面临的一个重要问题[1]。硅酸盐钻井液能够稳定各种复杂地层,具有优良的类似于油基钻井液的抑制稳定性能,但也是通过聚合醇和低价无机盐的复配等来强化体系的整体性能。普遍使用的硅酸钠产品溶液模数为2.1,固相含量为42%,密度为1.5g/cm3。典型的硅酸盐钻井液的pH值控制在11.8～12.3之间。硅酸盐钻井液成本比普通水基钻井液高30%左右。 Marquis Fluids公司自1998年起在加拿大西部、英国和哥伦比亚近40口大位移定向水平井、高温高压复杂深井中使用了强抑制性硅酸钠/钾环保钻井液体系,提高了机械钻速,抑制了页岩的水化膨胀,降低了成本,成功地替代了逆乳化钻井液和硫酸钾钻井液。硅酸钾还可以作为化肥,有利于植物的生长发育,只要使用得当对环境完全无害。 Barnfather J L等人将硅酸盐钻井液应用于挪威的海上油田,控制了易膨胀水化的泥页岩。作为油基钻井液和合成基钻井液的替代体系,该体系减少了化学添加剂的排放量,满足了海洋钻井的环保要求[2]。硅酸盐与聚合醇复配,增强了硅酸盐钻井液的整体性能,因为单纯的硅酸盐钻井液难以满足深井和高难度井的钻探需要。新一代硅酸盐聚合物钻井液中液体硅酸盐(固相含量为30%左右)加量为5%～15%[2]。Ward和Chapman J W认为硅酸钠和硅酸钾复配可提高钻井液抑制效果,减少硅酸盐的用量[3],而且具有优良的储层保护性能。 John C U rquhart提出用天然高分子材料复配的无固相硅酸盐钻井液,其组成为30%硅酸钾溶液(有效浓度为30%,模数为2.5,pH值为11)加入3～6kg/m3黄原胶和1～3kg/m3CMC。该体系的滤失量可控制到0,密度可根据需要进行调整[4]。该体系特点为:①真正无毒;②能够防止页岩地层的坍塌,抑制泥岩的水化分散,加固胶结差的地层;③密实的堵塞作用可防止钻井液滤液的侵入。硅酸盐加入钻井液后,提高了钻井液的整体抗温性。 硅酸盐钻井液的开发多数是以聚合物钻井液为基础。硅酸盐钻井液一般都需要与聚合物、盐类、抗高温处理剂等复配来增强抑制能力,由于复配处理剂的影响,这些硅酸盐钻井液难以形成真正的无毒环保钻井液[5～8]。丁锐通过对硅酸盐钻井液稳定井壁机理进行系统研究认为,硅酸盐稳定井壁的机理包括多方面的协同作用:①尺寸分布较宽的硅酸盐粒子通过吸附扩散等途径结合到井壁表面,堵塞缝隙;②侵入地层孔隙内的硅酸根遇到pH值小于9的 第21卷第2期 钻 井 液 与 完 井 液 Vol.21,No.2 2004年3月 DRILLING FLUID&COMPLETION FLUID Mar.2004
保护油气层技术 （徐同台、赵敏、熊友明等编） 目录 第一章绪论……………………………………………………（１） 第一节保护油气层的重要性及主要内容…………………（２） 第二节保护油气层技术的特点与思路……………………（６） 第二章岩心分析……………………………………………（１０） 第一节岩心分析概述……………………………………（１０） 第二节岩心分析技术及应用……………………………（１４） 第三章油气层损害的室内评价……………………………（２９） 第一节概述………………………………………………（２９） 第二节油气层敏感性评价………………………………（３０） 第三节工作液对油气层的损害评价……………………（４０） 第四节储层敏感性预测技术……………………………（４４） 第四章油气层损害机理……………………………………（４９） 第一节油气层潜在损害因素……………………………（５０） 第二节外因作用下引起的油气层损害…………………（５５） 第五章钻井过程中的保护油气层技术……………………（６８） 第一节钻井过程中造成油气层损害原因分析…………（６８） 第二节保护油气层的钻井液技术………………………（７３） 第三节保护油气层的钻井工艺技术……………………（９０） 第四节保护油气层的固井技术……………… ………（１００） 第六章完井过程中的保护油气层技术……………………（１０７） 第一节完井方式概述……………………………………（１０７） 第二节射孔完井的保护油气层技术……………………（１１１） 第三节防砂完井的保护油气层技术……………………（１２５） 第四节试油过程中的保护油气层技术…………………（１４０） 第七章油气田开发生产中的保护油气层技术……………（１４３） 第一节概述………………………………………………（１４３） 第二节采油过程中的保护油气层技术…………………（１４７） 第三节注水中的保护油气层技术………………………（１４９） 第四节增产作业中的保护油气层技术…………………（１５６） 第五节修井作业中保护油气层技术……………………（１６４） 第六节提高采收率中的保护油气层技术………………（１６８） 第八章油气层损害的矿场评价技术………………………（１７５） 第一节油气层损害的矿场评价方法……………………（１７５） 第二节油气层损害的评价参数…………………………（１８１） 第三节油气层损害的测井评价…………………………（１８６） 第九章国外保护油气层技术发展动向……………………（１９８） 参考文献………………………………………………………（２１３） 张绍槐，罗平亚．保护储集层技术．北京：石油工业出 钟松定，张人和，樊世忠．油气层保护技术及其矿场管理实例．北京：石油工业出版社，1999
2002Ο12Ο26收到 2003Ο01Ο16改回 国外保护油气层钻井液技术新进展 吴诗平 鄢捷年 (石油大学 北京 102200) 在油气钻探过程中,钻井液作为第一种入井流体,在对储层实施保护的过程中起着至关重要的作用。在长期的钻井实践中,我国已总结出三大类、共11种保护油气层的钻井液体系[1],但随着时间的推移和钻井难度的增加,保护油气层钻井液技术正面临着进一步发展和更新。近年来,液技术的研究,并已取得了较大进展和成功应用。 1 暂堵型钻井液、完井液体系的对比评价 由于储层具有高渗、天然裂缝发育等特性以及储层衰竭等原因,许多井在钻井、完井和修井过程中都会出现非常大的滤液漏失。J.Dorman 等人[2]分别对通过调整钻井液组分来控制滤失量的方法进行了研究。实验所用的主要仪器为颗粒堵塞测试仪(简称PPA )。该仪器在选择钻井液组分来降低滤失、评价颗粒堵塞情况方面十分有效。 用于室内评价的暂堵型钻井液、完井液体系有:①含有超细盐粒的聚合物体系(SSPF );②含有超细盐粒并加入合成聚合物的抗高温改性钻井液体系(SSPT ΟHT );③含有超细CaCO 3颗粒的聚合物体系(SCPF );④含有微细纤维素固相的聚合物体系(MCPF );⑤含有微细纤维素固相和抑制膨胀的天然聚合物的聚合物体系(MCPF ΟNDSP );⑥增效型聚合物凝胶体系(P GP );⑦增效型交联聚合物凝胶体系(XP GP );⑧抑制膨胀的稳定聚合物凝胶体系(DSP GP )。其对比评价内容包括高温热滚后钻井液滤失量的变化、用PPA 装置评价钻井液的滤失特性(包括瞬时滤失量以及时间与滤失量的变化关系)、正压差与滤失量的关系、动态滤失量等。 对于MCPF 体系,其组分包括黄原胶生物聚合物、PAC ΟHV 、改性淀粉(降滤失剂)、p H 缓冲剂以及微细纤维素。实验表明,该体系的瞬时失水量相对较高,但当泥饼形成后其滤失量能够有效地得以控制。不同的实验压力对SSPF 和SCPF 体系的动滤失量有很大影响,但泥饼厚度均很小。P GP 、XP GP 以及DSP GP 体系也能在不同压力下表现出良好的控制滤失和储层损害的能力,并且聚合物凝胶几乎可以完全阻止钻井液固相和滤液进入储层而造成损害。 在考虑对钻井液体系进行滤失量控制的同时,还必须考虑其流变性,尤其是高温下的流变性是否满足要求。使用Fan Ο50C 高温高压流变仪对SSPF 、SCPF 以及MCPF 体系在不同温度下的流变特性进行了评价。结果表明,随着温度升高,SSPF 和SCPF 体系比MCPF 体系具有更好的假塑性流体特征和低剪切流变特性。 通过实验研究结果的对比分析,得出以下几点认识: (1)对于高渗储层,使用含有超细盐粒(作为架桥粒子)的聚合物钻井液以及含有超细CaCO 3颗粒的聚合物钻井液,在静态和动态条件下均能有效地控制滤失; (2)在上述各种钻井液、完井液体系中,SSPF 和SCPF 体系的动滤失量相对较低; (3)在135℃(275υ)以上的高温下,建议使用具有良好抗高温性的SSPF ΟHT 体系; (4)MCPF 体系有较高的瞬时滤失量,但在泥饼形成之后滤失性可得到有效控制,而MCPF ΟNDSP 体系能有效地控制瞬时滤失量和高温高压滤失量; (5)SSPF 和SCPF 体系对于孔隙性储层能有效地控制滤失量,但对于滤失量很高的裂缝性储层,建议在体系中添加微细纤维素(MC )固相粒子进行改进。 2003年 中国海上油气(地质) CHINA OFFSHORE OIL AND G AS (GEOLO GY ) 第17卷 第4期
第一章绪论 1.如何理解保护油气层技术的系统性、针对性和高效性？ 保护油气层技术是一项涉及多学科、多部门的系统工程技术。认识储集层和保护储集层和开发（含改造）储集层要注意以下四个方面：? 认识储集层、保护储集层和开发改造储集层都是一项系统工程? 各个作业环节都存在地层损害，因此保护油气层技术要互相配合，安系统工程进行整体优化；? 储集层损害的诊断、预防和处理、改造也是一项系统工程；? 保护油气层的技术和经济效益也是一项系统工程。针对性：保护油气层技术的针对性很强。? 储层特征不同（储层岩石、矿物组成、物性特征、流体性质等）? 作业特征及其开发方式不同? 储层产能不同高效性：保护油气层技术是一项少投入、多产出的新技术。? 保护储层单井投入相对较低? 实施保护技术后对于一个高产井每提高１％的产量就意味着巨大的经济效益；? 降低生产井改造成本；? 延长油气井生产寿命；? 提高油气田最终采收率；? 提高注水井注水效益，降低其成本。 2.油气层保护的重要性及特点及主要内容。 ⑴重要性 ①勘探过程中，采用油气层保护技术有利于及时发现油气层、准确评价油气层，直接 关系到勘探目标资源潜力的评估和油气储量评估 ②在开发过程中，实施油气层保护技术有利于充分解放油气层生产能力，有利于提高 油气田开发经济效益。 ③在油气田开发生产各项作业中，搞好保护油气层工作有利于油气井生产或注入能力 的长期高位保持和长寿命安全运行。 ⑵特点 ①涉及多科学、多专业和多部门的系统工程 ②具有很强的针对性 ③在研究方法上采用三个结合：微观研究与宏观研究结合，室内研究与现场实践结合， 理论研究与技术应用相结合。 ⑶油气层保护的主要内容 ①基础资料的收集与储层潜在损害分析 ②储层敏感性与钻井完井液和射孔压井液保护储层效果评价技术 ③钻井完井液和射孔试油损害储层机理研究 ④保护储层射孔压井液所须处理剂研制与评选 ⑤保护储层的射孔压井液技术 ⑥保护储层的射孔试油工艺技术 ⑦油气层损害现场诊断与矿场评价技术 3.保护储集层技术十项原则 (1)以经济效益为中心，以提高油气产能和采收率为目标(2)技术进步、经济效益和环 境保护要统筹考虑(3)任何保护技术都应有利于及时发现、有利于准确评价、有利于高效开发(4)立足以预防损害为主，解除损害为辅(5)各作业环节的保护技术要前后照应，做到系统整体优化(6)在保护中开发油气藏，在开发中保护油气藏(7)不该进入储层的工作液要尽量避免进入，至少要少进入(8)凡进入储层的固相和液相都能够通过物理、化学和生物化学方法予以解除(9)不可避免要进入的工作液，应该与油气层配伍，且不含固相(10)力争减少井下事故，避免各种复杂情况发生，否则前功尽弃 第二章岩心分析
钻井液技术新进展 摘要：钻井液技术的革新对加强石油勘探开发，提高石油采收率具有重要作用。本文介绍了国外钻井液技术的新进展，包括井壁稳定、防漏堵漏、抗高温钻井液、提高机械钻速的钻井液、低密度钻井液流体、储层保护等技术，同时介绍了国内钻井液技术的相关进展，通过分析比较，指出开发新型钻井液技术的关键在于研发新的处理剂，为钻井液技术的发展指明了方向。 关键词：水基钻井液；油基钻井液；钻井液处理剂；纳米技术 油气井工作液指在钻井、完井、增产等作业过程中所使用的工作流体，包括钻井液、钻井完井液、水泥浆、射孔液、隔离液、封隔液、砾石充填液、修井液、压裂液、酸液及驱替液等。近年来，钻井液在保障钻井井下安全、稳定井壁、提高钻速、保护储层等方面的作用日益突出，随着当前复杂地层深井、超深井及特殊工艺井越来越多，对钻井液技术提出了更高的要求。为此，国内外对应用基础理论和新技术方面进行了广泛的研究，取得了一系列的研究成果和应用技术，有效的解决了钻井过程中迫切的难题，并为钻井液技术的进一步发展奠定了基础指明了方向。本文在调研近几年国内外钻井液新技术的基础上，对国外和国内钻井液技术的新进展分别进行阐述[1-3]。 1国外钻井液技术新进展 1.1井壁稳定技术 1.1.1高性能水基钻井液技术 国外各大钻井液公司均研发了一种在性能、费用及环境保护方面能替代油基与合成基钻井液的高性能水基钻井液（HPWM）代表性技术有M-I公司的ULTRADRIL体系、哈利伯顿白劳德公司的HYDRO-GUADRTM体系[4-5]。该钻井液体系中，聚胺盐的胺基易被黏土优先吸附，促使黏土晶层间脱水，减小水化膨胀；铝酸盐络合物进入泥页岩内部后能形成沉淀，与地层矿物基质结合，增强井壁稳定性；钻速提高剂能覆盖在钻屑和金属表面，防止钻头泥包；可变形聚合物封堵剂能与泥页岩微孔隙相匹配，形成紧密填充[6]。 在墨西哥湾、美国大陆、巴西、澳大利亚及中国的冀东、南海等地的现场应用效果表明，高性能水基钻井液具备抑制性强、能提高机械钻速、高温稳定、保护储层及保护环境的特点[7-8]。 1.1.2成膜水基钻井液技术 通过在水基钻井液中加入成膜剂，使钻井液在泥页岩井壁表面形成较高质量的膜，以阻止钻井液滤液进入地层，从而在保护储层和稳定井壁方面发挥类似油基钻井液的作用。
油气田开发新技术论文 学号: 姓名: 何毅 专业: 石油工程 中国地质大学( 北京) 能源学院 12月
油气层保护新技术 摘要: 储层损造成油气井产量下降和注入能力减弱, 当前还没有一种能够解决一切储层损害问题的通用技术。但要保护储层, 首先要选择钻井完井液体系, 其次要采取一系列工程技术措施。针对油气井产量下降、注入能力减弱、注入压力的增加等问题, 采取相应的油气层保护技术是提高油井产量的重要途径。本文主要从钻井液新技术和防砂完井技术两个方面系统介绍当前国内保护油气层新技术。 1.钻井液油气层保护新技术 当前国内对于油田的油气层保护研究与应用, 形成了配套成熟强抑制性纳米封堵钻井液完井液、无固相钻井液完井液、渗透压成膜钻井液完井液、生物酶可解堵钻井液完井液技术。 1) 强抑制性纳米封堵钻井液完井液 此技术屏蔽暂堵技术、钻井液抑制技术、纳米防塌技术、钻井液成膜技术, 主要是由物理作用的惰性材料与化学作用的活性矿物综合作用来保护油气层, 适用地层高、中渗储层及强水敏的油气层。 2) 生物酶可解堵钻井液体系 这种新型解堵钻井液体系能自动降解, 其解堵的速度和时间能够经过配方的调整人为控制, 对地层低污染、低伤害, 地层的渗透性恢复值达到90％以上, 相对于常规钻井液, 能明显地提高油气井
的产量。 其特点是钻进时: 生物酶可解堵钻井液在近井壁形成一个渗透率几乎为零的封堵层, 稳定井壁和保护油气层; 钻进结束后: 钻井液在生物酶催化作用下发生生物降解, 粘度逐渐下降, 先前形成的泥饼自动破除, 产层孔隙中的阻塞物消除, 从而使地下流体通道畅通, 恢复储层渗透率 3) 渗透压成膜钻井液技术 ①渗透压成膜钻井液技术特色 这种技术使钻井液具有半透膜性能, 在井壁的外围形成保护层, 提高泥页岩的膜效率; 阻止水及钻井液进入地层引起水化膨胀, 封堵地层层理裂隙; 防止地层内粘土颗粒的运移; 防止井壁坍塌, 保护油气层。 ②施工技术措施 钻井液在井壁周围形成封闭圈, 防止有害物质侵入油气层, 减少对油气层的污染。严格控制钻井液密度, 实现近平衡钻井, 减少固相损害油气层。储层段控制钻井液的API失水≤3mL, 减少钻井液滤液对油气层损害。全井采用超细碳酸钙、非渗透处理剂等对油层起保护作用的材料, 防止有害物质侵入油气层 4) 无固相钻井液、完井液技术 此类钻井液技术特色主要表现在密度范围宽、页岩抑制能力强、热稳定性好、与地层配伍、不损害产层、无毒无污染根据不同盐类的溶解度和密度, 确定并完善了不同密度下无固
文章编号:100125620(2007)0320074204 国外高性能水基钻井液技术发展现状 张启根 陈馥 刘彝 熊颖 (西南石油大学化学化工学院,四川成都) 摘要 介绍了贝克休斯公司开发的高性能水基钻井液的基本组成、优良性能以及在世界部分油田的现场应用情况。该钻井液具有油基钻井液的各种性能,可有效稳定页岩、提高岩屑整体性和机械钻速、减小扭矩和阻力,且有利于环保,已被广泛应用于各种钻井。从应用效果看,无论是PDC 钻头还是牙轮钻头,机械钻速都达到了27.4 m/h ,实现了较低的稀释率和较高的固相清除率,其摩擦系数与油基钻井液相同,最大程度地减少了钻头泥包和聚 结现象。与油基钻井液相比,可大幅度节省钻井期间的完井时间,解决了高性能钻井与环保要求的协调问题。 关键词 高性能水基钻井液 钻井液性能 钻速 井眼稳定 综述中图分类号:TE254.3 文献标识码:A 随着全世界各油田的开发逐渐进入中后期,钻井作业的难度和油气井开发成本都在急剧地增加。典型的高难度井有超深井、高温井、高压井、大位移井和深水井,在多数情况下,井身剖面设计越复杂,在钻井中遇到的井下复杂情况也越多,经常遇到的问题有扭矩过大、起下钻遇阻、卡钻、机械钻速低、井眼失稳、井漏和地层伤害等。在国外,解决这些问题的传统方法是采用油基和合成基钻井液。但是,随着环保部门对钻井液和钻屑毒性的控制日益严格,油基和合成基钻井液的使用受到了很大程度的限制。因此各国石油工作者做了大量的工作,研制出了一系列的功能独特的新型环保钻井液,它们在解决世界各油田的复杂钻井过程中发挥了各自的作用。其中具有代表性的是美国贝克休斯公司近期开发出的高性能水基钻井液,其性能与油基钻井液相似,且具有环保和低成本的特点。 1 高性能水基钻井液介绍 贝克休斯公司的研究人员从考察油基逆乳化钻井液所具有的特性入手,研究了油基逆乳化钻井液的作用机理,做了大量的基础试验、处理剂的筛选试验、体系配伍性试验,采用了一系列来自于非石油行业领域的技术,研制、筛选、改性以及复配了各种新型处理剂,并使用了一些独特的专利产品,最终开发出了这种高性能水基钻井液。该体系的设计思路采 取了“总体抑制”理念,即在保证页岩、黏土和钻屑稳定性的同时,改善一些关键性能,如提高机械钻速、防止钻具泥包及降低扭矩、起下钻遇阻现象等。开发出的高性能钻井液基本配方为[2]: 25.7kg/m 3膨润土+4.3kg/m 3P HPA +10.0kg/m 3铝络合物+14.3kg/m 3聚胺+3.1kg/m 3 低黏度PAC +2.0kg/m 3常规PAC +11.4kg/m 3沥青颗粒 该体系已在世界范围内得到广泛应用,其应用效果已在墨西哥湾、巴西、利比亚、澳大利亚和沙特阿拉伯等地区的现场试验中得到证实。在中东钻井时测得的钻井液性能[2]如下。 <444.5mm 井眼:密度为1.28g/cm 3,塑性黏度为24mPa ?s ,动切力为104.3Pa ,胶凝强度为28.7Pa/71.8Pa/86.2Pa ,滤失量为4.8mL ,p H 值为10.8,高温高压滤失量为15.0mL ,膨润土含量为64.2g/L ,L GS (低密度固相)为7.49%(V /V )。 <311.1mm 井眼:密度为1.88g/cm 3,塑性黏度为36mPa ?s ,动切力为119.7Pa ,胶凝强度为38.3Pa/71.8Pa/91.0Pa ,滤失量为4.0mL ,p H 值为10.7,高温高压滤失量为12.5mL ,膨润土含量为57.1g/L ,L GS 为6.20%(V /V )。 从以上数据可以看出,高性能钻井液的组成与常规水基钻井液有较大的区别,其性能与油基钻井液相差很小,是性能优良又环保的新型水基钻井液。 第一作者简介:张启根,1981年生,西南石油大学在读研究生,主要从事油田应用化学的研究。地址:四川省成都市西南 石油大学硕05级5班;邮政编码610500;E 2mail :zhangqigen1981@https://www.doczj.com/doc/5c12942089.html, 。 第24卷第3期 钻 井 液 与 完 井 液 Vol.24No.32007年5月 DRILL IN G FL U ID &COMPL ETION FL U ID May 2007
1、油气层损害的定义:在钻井,完井,井下作业及油气田开采全过程中,造成油气层渗透率下降的现象统称为油气层损害。 2、油气层损害的实质：绝对渗透率的下降和相对渗透率的下降。 3、保护油气层的重要性：a.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。b.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。c.油气田开发生产各项作业中,搞好油气层保护有利于油气井的稳产和增产。 4、保护油气层技术的特点： a.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。从钻开油气层、完井、试油、采油、增产、修井、注水、热采的每一项作业过程中均可能使油气层受到损害，而且如果后一项作业没搞好保护油气层工作，就有可能使前面各项作业中的保护油气层所获得的成效部分或者全部丧失。因此保护油气层技术是一项系统工程，此项工程涉及地质、钻井、测井、试油、采油、井下作业等多个部门，只有这些部门密切配合，协同工作，正确对待投入与产出，才能受到良好的效果。 b. 保护油气层技术具有很强的针对性. 保护油气层技术的研究对象是油气层，油气层特性资料是研究此项技术的基础。由于不同的油气层具有不同的特点，因此从油气层特性出发研究出的保护油气层技术也具有很强的针对性。 c. 保护油气层技术在研究方法上采用三个结合. 保护油气层技术在研究方法上采用三个结合：微观研究与宏观研究相结合；机理研究与应用规律相结合；室内研究和现场实践相结合。 5、保护油气层系统工程的技术思路: 保护油气层系统工程的主要技术思路可归纳为五个方面： 1. 分析所研究油气层的岩石和流体特性，以此为依据来研究 该油气层潜在损害因素与机理。 2. 收集现场资料，开展室内试验，分析研究每组油气层在各 项作业过程中潜在损害因素被诱发的原因、过程及防治措 施。 3. 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。 4. 各项作业结束后进行诊断与测试，获取油气层损害程度的 信息，并评价保护油气层的效果和经济效益。然后反馈给
国外深水钻井液技术现状 （一）引言 自1985年以来，随着第一批水深在300 m以上深水油气勘探开发项目的投入建设，国际深水油气勘探开发逐渐增多。最初10年的年平均增长速度为65%，西北欧、巴西、墨西哥湾的勘探开发速度最快，2001年起墨西哥湾深水区的产量已超过浅水区。据统计，截至2000年，水深500 m的深水油气田有162个，遍及世界各海域，其中尤以美洲的墨西哥湾海域、拉丁美洲的巴西海域及西非海域最多，深水油气田探明油气储量为22.6×108t油当量，占海上油气田探明总储量的12%。目前，深水钻井还面临着许多难题，对钻井液技术的要求更高，本文在分析深井钻井存在的主要难题的基础上，详细介绍了国外先进的深水钻井液技术，并对其发展趋势进行了分析。 （二）深水钻井中存在的问题 与浅水区域相比，深水钻井面临的主要问题有：海底页岩的稳定性差、钻井液用量大、井眼清洗难、浅层天然气与形成的气体水合物、低温下钻井液的流变性、地层破裂压力窗口窄等。这些问题给钻井工作带来了诸多困难，同时对钻井液技术提出了更高的要求：在保证钻井安全的前提下，兼顾钻井成本和环境效益。 1.海底页岩的稳定性差 在深水区中，由于沉积速度、压实方式以及含水量的不同，海底页岩的活性大。河水和海水携带细小的沉积物离海岸越来越远，由于缺乏上部压实作用，胶结性较差，易于膨胀、分散，导致过量的固相或细颗粒分散在钻井液中，从而影响钻井液性能。 2.钻井液用量大 在深水环境下的钻井液需求量是很大的。一般隔水管体积就高达159 m3，再加上平台钻井液系统，而且由于井眼直径大，为了钻达设计井深，一般下入的套管也多（常常是4～7层），因此钻井液用量就比其他同样井深的陆上或浅水区的井大得多。 3.井眼清洗难 深水钻井时，由于开孔直径、套管和隔水管的直径都比较大，如果钻井液流速不足就难以达到清洗井眼的目的。因此，对钻井液清洗井眼的能力提出了更高要求。一般采用稠浆清洗、稀浆清洗、联合清洗、增加低剪切速率黏度，以及有规律地短程起下钻等方法，这些方法均有助于清除钻井过程中的钻屑。使用与钻井过程中钻井液黏度不同的清扫液清除钻屑效果较明显，比如使用稀浆钻进,稠浆清洗钻屑。 4.浅层气与气体水合物 深水钻井作业中，气体水合物的形成不仅是一个经济问题，更是一个安全问题。气体水合物类似于冰的结构，主要由气体分子和水分子组成，外观上看起来类似于脏冰，但是它在性质上又不像冰，如果压力足够，它可以在0℃以上形成。海底附近或井中溶解的水合物受到冷却后易在隔水管和压井阻流管线上重新凝结，尤其是在节流管线、钻井隔水导管、防喷器以及海底的井口里，一旦形成气体水合物，就会堵塞气管、导管、隔水管和海底防喷器等，从而造成严重的事故；
第五章钻井过程中的保护油气层技术 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。 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。 钻井液中固相对地层渗透率的影响二、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 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 三、钻开油气层的钻井液类型 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。 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。 按钻井液组分与使用范围分： 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 4)低膨润土聚合物钻井液
油层保护 一、填空题 1、X-射线衍射，（扫描电镜）（薄片分析）是保护油气层岩相学分析的三大常规技术。 2、砂岩的四种常见的孔隙喉道类型是缩径吼道、点状喉道、片状或弯片状喉道及管束状喉道。 3、敏感性矿物的产状有四种类型，即薄膜衬垫式、栉壳式、桥接式、孔隙充填式、不同产状对油气层损害的影响不同。 4、与油气层损害有关的天然气性质主要是硫化氢和二氧化碳等腐蚀性气体的含量，含量越高，对设备的腐蚀越严重，越易造成微粒运移损害。 5、粘土矿物的水化膨胀可分为两个阶段，即表面水化和渗透水化阶段 6、细菌主要以菌落堵塞、粘液堵塞和代谢产物堵塞三种方式损害油气层。 7、针对不同的分析内容，可选用相应的岩心分析方法。一般情况下，（X-射线衍射）适用于定性鉴定或定量测定各物组组成及其含量，特别是粘土矿物的成分和含量，而（扫描电镜）更适于观察孔喉的状态、大小及孔隙的连通关系。 8、宏观上描述油气层特性的两个基本参数是孔隙度和渗透率。 9、敏感性矿物可分为速敏性矿物、水敏和盐敏性矿物、碱敏性矿物和酸敏性矿物五种类型。
10、根据水中主要离子的当量比，可将水划分为氯化钙型、氯化镁型、碳酸氢钠型和硫酸钠型，常见的地层水多为氯化钙型和碳酸氢钠型。 二、名词解释 1、间层矿物：是指有两种或两种以上不同结构层，沿C轴方向相间成层叠积组合而成的晶体结构。 2、乳化堵塞：外来流体中的油（如油基钻井液中的基油）与地层水或外来水与储层原油在表面活性物质的存在下可形成相对稳定、高粘度的乳状液，该乳状液产生两个方面的危害。一方面是比孔喉大的乳状液滴可堵塞孔喉，另一方面是提高流体粘度，增加油流阻力。 3、贾敏损害：是指由于非润湿相液滴对润湿相流体流动产生附加阻力，从而导致油相渗透滤降低的现象，或由于液珠或气泡对通过孔喉的流体造成附加的阻力效应，从而导致流体的渗流能力降低，这种现象称为贾敏损害。 4、临界流速：在生产过程中使油气层微粒开始运移的流体速度。或在速敏实验中，引起渗透率明显下降时的流体流动速度称为该岩石的临界速度，即临界流速。 5、微粒运移的损害：微粒在一定外力作用下，从孔壁上分离下来并随着流体一起运动，当运移至喉道位置时，粒径大于喉道直径的微粒被捕集而沉积下来，对孔喉产生堵塞，造成油气层的绝对渗透率下降，这种现象称为微粒运移损害。
浅谈钻井技术现状及发展趋势 【摘要】随着油田的深入开发，钻井技术有了质的发展，钻井工艺技术研究、破岩机理研究、固控技术研究、钻井仪表技术研究、保护油气层钻井完井液技术研究以及三次采油钻井技术等都取得了科研成果，施工技术逐渐多样化，目前已在水平井、径向水平井、小井眼钻井、套管开窗侧钻井、欠平衡压力钻井等方面获得了突破。一些先进的钻井技术走出国门，走向世界，如：计算机控制下套管技术、套管试压技术、随钻测斜技术、密闭取心技术、固控装备、钻井仪表、钻井液监测技术、MTC固井技术及化学堵漏技术等，本文就国内钻井技术的现状及发展趋势进行分析。 【关键词】钻井技术；发展趋势；油田开发 引言 通过钻井技术及管理人员的不懈努力，钻井硬件设施已经比较完善，很多钻井公司配备了先进的钻井工艺实验室、固控设备实验室、钻井仪表实验室、油田化学实验室、高分子材料试验车间、全尺寸科学实验井等，这些硬件设施满足了各种钻井工程技术开发与应用的需要。钻井技术也有了长足发展，具备了世界先进水平，钻井技术的进步为油田科技事业的发展做出了积极的贡献，并取得了良好的经济效益和社会效益，如TZC系列钻井参数仪作为技术产品曾多次参与
国内重点探井及涉外钻井工程技术服务，并受到外方的认可。多年来，由于不断进行技术攻关研究与新技术的推广应用，水平井钻井技术迅速提高。水平钻进技术是在定向井技术基础上发展起来的一项钻进新技术，其特点是能扩大油气层裸露面积、显著提高油气采收率及单井油气产量。对于薄油层高压低渗油藏以及井间剩余油等特殊油气藏，水平井技术更具有明显的优势。 1、钻井技术发展现状 从世界能源消耗趋势看，还是以油气为主，在未来能源消耗趋势中，天然气的消耗增加较快，但是在我国仍然以石油、煤炭作为主要能源。尽管如此，我国的油气缺口仍然很大，供需矛盾很突出，60%石油需要进口，从钻井的历史看，我国古代钻井创造了辉煌历史，近代钻井由领先沦为落后，现代钻井奋起直追，逐步缩小差距，21世纪钻井技术有希望第二次走向辉煌。随着钻进区域的不断扩大及钻井难度的不断增加，各种新的钻井技术不断出现，目前，水平井钻井技术逐渐成为提高油气勘探开发最有效的手段之一。各种先进的钻井技术在油田开发中显示出了其优越性，新技术、新工艺日益得到重视和推广应用。例如：旋转钻井技术，是目前世界上主要的钻井技术，旋转钻井方式有以下几种：转盘（或顶驱）驱动旋转钻井方式、井下动力与钻柱复合驱动旋转钻井方式（双驱）、井下动力钻具旋转钻井方式、特殊工艺旋
配伍、工艺措施不当。 钻井液与地层岩石不配伍。诱发水敏、盐敏、碱敏、润湿反转、处理剂吸咐。2钻井液与地层流体不配伍,形成无机盐沉淀、处理剂沉淀、发生水锁效应、产生乳化堵塞、细菌堵塞、液相侵入深度。 正压差2负压差3钻井液性能和返速4钻井事故与故障 建立四个压力剖面,为井身结构和钻井液密度设计提供科学根据.2 合理设计井身结构.3 实现近平衡钻井.4 减少浸泡时间.5 搞好中途测试.6 多套压力系统地层保护技术.7 调整井保护技术. 1钻进液密度可调,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的流体相配伍。5钻井液的组分与性能都能满足保护油气层的需要。 1 油基钻井液包括普通油基钻井液和油包水钻井液. 特点:a. 有效防止地层粘土水化,地层损害小;b. 可能产生乳化堵塞或地层润湿反转;c. 易发生火灾或环境污染;d. 成本较高。2 气体类钻井液,特点:a.分散介质为气体,井底压力低;
b.钻速高、地层损害很小; c.携岩能力差、需特殊装备、成本高. 3 水基钻井液, 钻开储层时,利用井底压差,在井壁附近迅速形成渗透率接近于零的屏蔽暂堵带,并可在完井过程中采取措施解堵的技术. 工艺要点:a.测定油气层孔喉分布曲线及孔喉的平均直径;b.按1/2~ 1/3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% ;c.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% ;d.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油气层温度相适应。e.定期检测和维护钻井液中固相的颗粒粒度分布和含量。f.注意防止应力敏感和水锁损害 ①无固相清洁盐水.②水包油钻井液.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。 a环空封固质量不好b固井质量差 a.水泥浆中固相颗粒堵塞油气层 b.水泥浆滤液与油气层岩石作用。c,水泥浆滤液与油气层流体作用
油气井工作液技术进展 摘要 随着石油勘探开发技术的不断发展，对钻井液提出了更高的要求。国外一些公司相继研制并推广了聚合醇钻井液、正电胶钻井液、甲酸盐钻井液、稀硅酸盐钻井液和微泡钻井液等具有国际先进水平的水基防塌钻井液新体系，以及环保性能优良的第二代合成基钻井液和逆乳化钻井液新体系。国内在生产中结合实际情况，借鉴国外新技术，逐步形成了两性离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、硅酸盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、聚合醇钻井液等一系列新技术，并在逐步形成高难度的超高温和超高密度钻井液体系。国内在钻井液整体水平上与国外的差距仍然很明显，特别是国内外在钻井液技术与管理方面存在的认识上的区别，主要表现在目的、设计理念、处理剂、实施过程、对泥浆工程师的要求、创新目标、环境保护等方面，这是制约国内钻井液整体水平和技术进步的主要问题。通过分析得出 了一些认识，即：钻井液技术的发展依赖于新型钻井液处理剂的研制；对钻井液的维护不仅要注重过程控制，还要重视早期维护处理；提高钻井液的抑制性，确保钻井液的清洁有利于保护油气层；要通过“预防+巩固”的井壁稳定思路，进一步提高井壁稳定效果；钻井液无害化处理要从钻井液处理剂研制、生产以及钻井液设计、维护处理等全过程考虑。建议今后钻井液技术工作要注重钻井液处理剂的超前研究，深入开展超高温和超高密度钻井液研究，加大油基钻井液的研究力度，通过认识上的提高来缩小国内在钻井液技术上与国外的差距。 关键词钻井液抑制性钻井液处理剂高温高压油基钻井液环境保护 1前言 近年来，随着石油勘探开发技术的不断发展，特别是深井、超深井及特殊工艺井钻探越来越多，对钻井液提出了更高的要求。“安全、健康、高效”的钻井液技术，标志着钻井液技术研究和应用进入了一个全新的发展阶段。围绕钻井液工程技术和“安全、健康、高效”这一发展主题，国外一些公司相继投入大量的人力和财力，以满足复杂条件的钻探技术油气层保护、油气测录井与评价、环保要求以及提高油气勘探开发综合效益等为目标，开展了大量基础理论和应用技术研究，取得了一系列的研究成果和应用技术。如研制并推广了聚合醇钻井液、正电胶钻井液、甲酸盐钻井液、稀硅酸盐钻井液和微泡钻井液等具有国际先进水平的水基防塌钻井液新体系，以及环保性能优良的第二代合成基钻井液和逆乳化钻井液新体系。这些研究在很大程度上体现出21 世纪钻井液技术发展的方向。就国内来说，在实践经验的基础上，钻井液技术工作始终围绕钻井生产需要，把解决复杂问题、缩短完井周期作为努力方向。特别是近年来，在深井、超深井钻井液方面取得了一系列新成果，解决了一系列生产难题。在生产中结合国内实际，借鉴国外新技术，逐步形成了两性离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、硅酸盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、聚合醇钻井液等一系列新技术，并在逐步形成高难度的超高温和超高密度钻井液体系，为我国钻井液技术的进一步发展奠定了基础。在气体钻井方面，针对普光气田的需要，通过引进、消化、吸收，逐步完善了一套适合普光气田安全施工要求的气体钻井(包括雾化和泡沫)技术。在防漏、堵漏方面，逐步建立了一套从找漏到堵漏，防堵结合的有效堵漏方法，并借助成像测井技术对井漏
国内外钻井液技术发展概述 郭保雨成效华 胜利石油管理局钻井工程技术公司山东东营 摘要：本文主要论述了国内外钻井液的发展状况及发展趋势，介绍了近年来国内外发展起来的16种新型钻井液技术，国内外钻井液技术仍以抗高温、高压、深井复杂地层的钻井液技术为主攻目标，指出了钻井液处理剂的发展方向是高效廉价、一剂多效、保护油气层、尽可能减轻环境污染，并寻求技术更先进、性能更优异、综合效益更佳的钻井液体系及钻井液处理剂。对钻井液技术发展进行了展望，由于深井、复杂井、特殊工艺井以及特殊储藏的开发、环境保护的重视，对钻井液完井液的要求越来越高，所以抗高温、高压、深井复杂地层、油气层保护仍是钻井液完井液技术发展的重要方向。 关键词：钻井液技术发展 一、国内外钻井液技术新发展概述 钻井液作为服务钻井工程的重要手段之一。从90年代后期钻井液的主要功能已从维护井壁稳定，保证安全钻进，发展到如何利用钻井液这一手段来达到保护油气层、多产油的目的。一口井的成功完井及其成本在某种程度上取决于钻井液的类型及性能。因此，适当地选择钻井液及钻井液处理剂以维护钻井液具有适当的性能是非常必要的。钻井液及钻井液处理剂经过80年代的发展高潮以后，逐渐进入稳定期，亦即技术成熟期。可以认为，由于钻井液及钻井液处理剂都有众多的类型及产品可供选择，因此现代钻井液技术已不再研究和开发一般钻井液及钻井液处理剂产品，而是在高效廉价、一剂多效、保护油气层、尽可能减轻环境污染等方面进行深入研究，以寻求技术更先进、性能更优异、综合效益更佳的钻井液及钻井液处理剂。 1．抗高温聚合物水基钻井液 所使用的聚合物在其C-C主链上的侧链上引入具有特殊功能的基团如：酰胺基、羧基、磺酸根（S03H）、季胺基等，以提高其抗高温的能力。不论是其较新的产品，如磺化聚合物Polydrill，或早己生产的产品如S.S.M.A.（磺化苯乙烯与马来酸酐共聚物）均是如此，并采取下列措施： ①利用表面活性剂的两亲作用来改善钻井液的抗温性； ②抗氧化剂可以大幅度提高磺化聚合物抗高温降滤失剂的高温稳定性能。 ③膨润土一直是水基钻井液的基础。但随着温度的升高和污染，它是最难控制和预测其性能的粘土矿物。而皂石和海泡石最重要的特征是随着温度的升高而转变为薄片状结构的富镁蒙脱石，比膨润土能更好的控制流变性和滤失量。 2．强抑制聚合物水基钻井液 随着钻井液的发展，研制成功了阳离子聚合物钻井液。这种抑制能力很强的新型钻井液与原阴离子的聚合物钻井液的本质区别就是在“有机聚合物包被剂”这一主剂上引入了阳离子基团即（-N一）基基团（如阳离子聚丙烯酰胺），另外又添加了一种分子量较小的季胺盐类，（如羟丙基三甲基氯化胺）。 另外，在PAM分子链上引入阳离子基团、疏水基团和AMPS（2-丙烯酰胺基—2—甲基丙磺酸），从而使改性的PAM赋予了新的性能。通过改性，使聚合物分子中的阳离子中和了粘土颗粒上的负电荷而减小静电斥力，使聚合物能在更多位置上与粘土发生桥链，对粘土