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对钻井中油气层保护的认识摘要:本文通过对现代钻井中油气层保护重要性的重新认识,逐次从微观角度中孔隙类型与孔隙结构参数对油气层的损害和宏观方面孔隙度与原始渗透率对油气层损害的较大影响两方面的分析,得出了油气层保护的解决途径:即采用平衡钻井解决正压差问题和对钻井液设计要求的提出,以及固井期间提高固井质量的认识,从而达到保护油气层,提高钻速、缩短油气层浸泡时间,降低钻井成本的目的,对大庆油田地区油田合理开发有一定借鉴价值。
关键词:孔隙类型孔隙结构参数孔隙度渗透率固井质量1 引言油气层保护技术(又称储集层保护技术),就是防止储集层损害的技术。
油气层保护技术(以下简称油层保护)是最近二、三十年发展起来的一个新的技术领域和一项新兴系列技术,70年代以后由于油价下跌,原油生产对科技进步的要求日益突出,特别是大量中、低渗透油层的开发提到了议事日程,油气层损害日益成为石油工业必须认真解决的技术难题。
而且,70年代以后,石油工程技术取得了重大进步,原有的技术难题大部分得到了较好的解决,油层保护发展有了较好的解决,油层保护有了较好的基础,例如:油层保护必须从微观机理研究入手,再者,此项技术必须用电子显微镜和微粒粒度分析,因此现在油层保护得到了迅速发展。
油气层损害的主要形式为油气层渗透率的降低,包括油藏岩石绝对渗透率和油气相对渗透率的降低,渗透层降低越多,油气层损害越严重。
一方面,油气层损害是不可避免的,在钻井、完井等作业环节中,均可能由于流体与储层之间物理的、化学的或生物的相互作用而破坏储层原来的平衡状态,从而增大油气流动的阻力,油气层保护的重要性也就更突出了。
2 油气层保护的重要性油层保护对石油工业的作用和意义是显而易见的,其重要性体现在以下几面:(1)在油气勘探过程中,保护油气层工作的好坏直接关系到能否及时发现油气层和对储量的正确估量。
(2)保护油气层有利于油气井产量和油气田开发经济效益的提高。
(3)提高油气层最终采收率。
1．钻井液中分散相颗粒堵塞油气层1）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。
钻井液中小于油气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之间形成的压差作用下，进入油气层孔喉和裂缝中形成堵塞，造成油气层损害。
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。
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。
2）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-水段塞；连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。
2．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pH值滤液进入碱敏油气层, 引起碱敏矿物分散、运移堵塞及溶蚀结垢。
4）涧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。
3．钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损害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。
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5)改性钻井液表5-1 各类盐水溶液所能达到的最大密度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①无固相清洁盐水钻井液密度可在1.0~2.30g/cm3范围内调整。
油气层损害机理当探井落空、油气井产量快速递减、注入井注入能力下降，人们首先想到的是油气层可能被损害。
随着勘探开发的地质对象越来越复杂（规模变小，储层致密、深层高温高压、老油气田压力严重衰竭），探井成功率降低，开发作业成本增加，使得油气层损害研究更加倍受关注。
油气层被钻开之前，在油气藏温度压力环境下，岩石矿物和地层流体处于一种物理、化学的平衡状态。
钻井、完井、修井、注水和增产等作业或生产过程都能改变原来的环境条件，使平衡状态发生改变，这就可能造成油气井产能下降，导致油气层损害。
为了揭示油气层损害机理，不仅要研究油气层固有的工程地质特征和油气藏环境（损害内因），而且还应研究这些内因在各种作业条件下（损害外因）产生损害的具体过程。
损害机理研究以岩心分析、敏感性评价、工作液损害模拟实验和矿场评价为依托，通过综合分析，诊断油气层损害发生的具体环节、主要类型及作用过程，最后要提出有针对性的保护技术和解除损害的措施建议。
第一节油气层损害类型油气井生产或注入井注入能力下降现象的原因及其作用的物理、化学、生物变化过程称为油气层损害机理。
通常所说的油气层损害，其实质就是储层孔隙结构变化导致的渗透率下降。
渗透率下降包括绝对渗透率的下降（即渗流空间的改变，孔隙结构变差）和相对渗透率的下降。
外来固相侵入、水敏性损害、酸敏性损害、碱敏性损害、微粒运移、结垢、细菌堵塞和应力敏感损害等都改变渗流空间；引起相对渗透率下降的因素包括水锁（流体饱和度变化）、贾敏、润湿反转和乳化堵塞。
油气层损害主要发生在井筒附近区，因为该区是工作液与油气层直接接触带，也是温度、压力、流体流速剧烈变化带。
钻井完井过程的损害一般限于井筒附近，而增产改造、开发中的损害可以发生在井间任何部位。
对于某一油气藏和具体作业环节到底如何有效地把握主要的损害呢？大量研究工作和现有的评价手段已能清楚地说明主要损害原因。
目前比较普遍接受的分类方案见表4―1，首先分成四大类：（1）机械损害；（2）化学损害；（3）生物损害；（4）热力损害，然后再进行细分。
1、油气层损害：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通称为油气层损害。
2、岩心分析：是指利用能揭示岩石本性的各种仪器来观测和分析岩石一切特性的一类技术。
3、粘土矿物：细分散的晶质含水层状硅酸盐矿物和含水非晶质硅酸盐矿物的总称。
4、速敏性：流体在油气层中流动时，因流体流动速度变化引起储层岩石中微粒运移、堵塞喉道，导致岩石渗透率或有效渗透率下降的现象。
5、临界流速：岩石渗透率或有效渗透率随着流速的增加开始有较大幅度下降时所对应前一个点的流速。
6、水敏性：因流体盐度变化(储层岩石与淡水接触后)引起储层岩石中粘土水化膨胀、分散、运移，导致渗透率或有效渗透率下降的现象。
7、水敏指数：岩石损害前后的渗透率或有效渗透率之差与损害前渗透率或有效渗透率之比。
8、临界盐度：岩石的渗透率或有效渗透率随着注入流体粘度的下降开始有较大幅度下降（或上升）时所对应前一个点的盐度。
9、盐敏性：当高于地层水矿化度的工作液进入油气层后，将可能引起粘土的收缩、失落、脱落;当低于地层水矿化度的工作液进入油气层后，则可能引起粘土的膨胀和分散,导致岩石渗透率或有效渗透率下降的现象。
10、碱敏性：碱性液体与储层矿物或流体接触发生反应，产生沉淀或释放出颗粒，导致岩石渗透率或有效渗透率下降的现象。
11、碱敏指数：岩石接触碱性液体前后的渗透率或有效渗透率之差与接触碱性液体前的渗透率或有效渗透率之比。
12、临界 pH：随着注入液pH 值的不断上升（pH=6~14），岩石的渗透率或有效渗透率开始有较大幅度下降时所对应前一个点的 pH 值。
13、酸敏性：酸液与储层矿物或流体接触发生反应，产生沉淀或释放出颗粒，导致岩石渗透率或有效渗透率下降的现象。
13、酸敏指数：岩石接触酸液前后的渗透率或有效渗透率之差与接触酸液前的渗透率或有效渗透率之比。
14、净围压：岩石所受围压与上游压力的差值。
15、临界应力：随着应力的变化，所对应的岩石渗透率损害系数出现明显拐点(下降)时所对应的应力值。
油气层受到伤害的原因及钻井完井液的保护对策刘志良1,张建强2,钟方3(1.新疆钻井工艺研究院,新疆克拉玛依834000;2.新疆采油工艺研究院,新疆克拉玛依834000;3.新疆石油管理局甲醇厂,新疆克拉玛依834000)摘要:钻井的目的是更好地发现和解放油气层,保护好油气层是根本。
而保护油气层首先要明白油气层受到伤害的原因,才能有的放矢地予以有效保护。
分析了油气层受到伤害的原因,指出了储层对钻井完井液的要求,从钻井完井液角度考虑如何对储层实施保护,并对新疆油田储层保护提出了建议。
关键词:油气层;伤害;钻井完井液;油气层保护中图分类号:TE254文献标识码:B文章编号:1004)5716(2009)01)0089)03在钻井、完井、开采、增产、修井等各种作业中,由于油气层本身原有平衡状态被打破以及各种作业因素的影响,往往使外来工作液与油气层岩石及流体之间发生物理、化学等作用,从而导致油气层受到到不同程度的伤害。
油气层保护与油气井的产能息息相关。
保护油气层的工作是一项涉及多学科、多专业、多部门,贯穿油田勘探开发生产整个过程的系统工程。
1油气层受到伤害的原因1.1钻进过程中对储层的伤害(1)钻井完井液体系与储层不配伍,造成储层受到伤害。
(2)钻井完井液滤液侵入地层导致泥页岩水化分散、吸水膨胀和岩石颗粒的运移等。
(3)钻井完井液中固相微粒、微生物等进入地层的空隙和裂缝堵塞地层。
(4)钻进速度越慢,钻井周期越长,钻井液对油气层的浸泡时间越长,油气层受到伤害越大。
(5)钻井完井液与地层压差越大,进入产层的微粒和滤液越多,造成的伤害越大。
(6)循环时的剪切速率、起下钻引起的压力激动和钻具对井壁的刮削等,对储层也有较大的损害。
(7)钻井过程中出现复杂事故,对储层造成伤害。
1.2固井过程中水泥浆对储层的伤害水泥浆的密度比钻井完井液大得多,水泥浆的失水量也比钻井完井液大得多。
水泥浆中的自由水是强碱性的。
因此水泥浆对油气层伤害非常严重。
钻井对油气层的损害
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。
1．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依据地层孔隙压力、破裂压力、地应力和坍塌压力是钻井工程设计和施工的基础参数，依据上述四个压力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。
如果不采用技术套管封隔，裸眼井段仍处于多压力层系。
当下部储层压力大大低于上部地层孔隙压力或坍塌压力时，如果用依据下部储层压力系数确定的钻井液密度来钻进上部地层，则钻井中可能出现井喷、坍塌、卡钻等井下复杂情况，使钻井作业无法继续进行；如果依据上部裸眼段最高孔隙压力或坍塌压力来确定钻井液密度，尽管上部地层钻井工作进展顺利，但钻至下部低压储层时，就可能因压差过高而发生卡钻、井漏等事故，并且因高压差而给储层造成严重损害。
综上所述，选用合理的井身结构是实现近平衡钻进储层的前提。
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平衡压力钻井是指钻井时井内钻井液柱有效压力pd等于所钻地层孔隙压力pp，即压差
p=pd-pp=0。
此时，钻井液对油层损害程度最小。
为了尽可能将压差降至安全的最低限，对一般井来说，钻进时努力改善钻井液流变性和优选环空返速，降低环空流动阻力与钻屑浓度；起下钻时，调整钻井液触变性，控制起钻速度，降低抽吸压力。
对于地层孔隙压力系数小于0.8的低压储层，可依据实际的地层孔隙压力，分别选用充气钻井、泡沫流体钻井、雾流体或空气钻井，降低压差，甚至可采用负压差钻井，减少对储层的损害。
4．降低浸泡时间钻井过程中，储层浸泡时间从钻开储层开始直至固井结束，包括纯钻进时间、起下钻接单根时间、处理事故与井下复杂情况时间、辅助工作与非生产时间、完井电测、下套管及固井时间。
为了缩短浸泡时间，减少对储层的损害，可从以下几方面着手。
（1）采用优选参数钻井，并依据地层岩石可钻性选用合适类型的牙轮钻头或PDC 钻头及喷咀，提高机械钻速。
（2）采用与地层特性相匹配的钻井液，加强钻井工艺技术措施及井控工作，防止井喷、井漏、卡钻、坍塌等井下复杂情况或事故的发生。
（3）提高测井一次成功率，缩短完井时间。
（4）加强管理，降低机修、组停、辅助工作和其它非生产时间。
5．搞好中途测试为了早期及时发现储层，准确认识储层的特性，正确评价储层产能。
中途测试是一项最有效打开新区勘探局面，指导下一步勘探工作部署的技术手段。
大量事实表明，只要在钻井中采用与储层特性相匹配的优质钻井液，中途测试就有可能获得储层真实的自然产能。
表9-10列举某油田部分探井中途测试结果，除26井因钻井液选配不妥，油层受到损害外，其它各井储层基本上
没有受到损害。
1988~1994年，塔里木盆地29口重大油气发现井中，有20口井是中途测试发现的。
6．搞好井控、防止井喷井漏对储层的损害钻井过程中一旦发生井喷就会诱发出大量储层潜在损害因素，如因微粒运移产生速敏损害、有机垢或无机垢堵塞、应力敏感损害、油气水分布发生变化而引起相渗透率下降等，使储层遭受严重损害。
如压井措施不妥更加剧损害程度。
因而钻井过程应严格搞好井控工作。
钻进储层过程中，一旦发生井漏，大量钻井液进入储层，造成固相堵塞，其液相与岩石或流体作用，诱发潜在损害因素。
因而钻进易发生漏失的储层时，尽可能采用较低密度的钻井液保持近平衡压力钻进。
亦可预先在钻井液中加入能解堵的各种暂堵剂和堵漏剂来防漏，一旦发生漏失，尽量采用在完井投产时能用物理或化学解堵的堵漏剂进行堵漏。
7．钻进多套压力层系地层所采用的保护储层钻井技术前面已经阐述我国许多裸眼井段仍然存在多套压力层系，由于受到各种条件的制约，已不可能再下套管封隔储层以上地层。
因而在钻开储层时难以实行近平衡压力钻井，压差所造成的储层损害难以控制。
对此类地层中采取以下几种方法减轻储层的损害，这些方法不一定是最佳的保护储层技术方案，但往往在经济效益上是可行的。
（1）储层为低压层，其上部存在大段易坍塌高压泥岩层。
对此类地层可依据上部地层坍塌压力确定钻井液密度，以确保井壁稳定。
为了减少对下部储层的损害，可在进入储层之前，转用与储层相匹配的屏蔽暂堵钻井液。
（2）裸眼井段上部为低压漏失层或破裂压力低的地层；下部为高压储层，其孔隙压力超过上部地层的破裂压力。
对此类地层，可在进入高压储层之前进行堵漏，提高地层承压能力，堵漏结束后进行试压，证明上部地层承受的压力系数与下部地层相当时，再钻开下部储层。
否则一旦用高密度钻井液钻开储层就可能发生井漏，诱发井喷，对储层产生损害。
（3）多层组高坍塌压力泥页岩与多层组低压易漏失储层相间。
应提高钻井液抑制性，降低坍塌压力，按此值确定钻井液密度。
为了减少对储层损害，应尽可能提高钻井液与储层配伍性，采用屏蔽暂堵保护储层钻井液技术。
多压力层系地层有多种多样，可参考上述原则来确定技术措施。
