储层保护技术.doc

从钻井过程中油气层的损害与保护，浅谈储层保护的目的和意义，以及从中得到的体会和认识在打开油气层后，如果钻井方式、钻井参数、泥浆性能等因素处理不当，可能会对生产层造成多种损害，研究这些损害机理，对保护和开发生产层具有重要意义。同时，使用同地层相配伍的钻井液，采用保护生产层的钻井方式将直接关系到油气井的产量及油气田的开发经济效益。随着勘探开发的不断深入，有越来越多的钻井施工人员已不再片面地强调进尺、追求钻速了，而把目光投向了如何合理开发和保护油气生产层。所以研究这一方面内容尤为重要。钻开油气层后，将破坏地层原有的平衡，若在正压差作用下，钻井液中的固相就会进入油气层而造成孔喉堵塞；而进入油气层中的钻井液，如与油气层岩石不配伍，就会诱发油气层产生水敏、盐敏、碱敏、润湿反转、表面吸附等潜在损害因素；如滤液与油气层流体性质不配伍，就会造成无机盐和处理剂沉淀，发生水锁反应，形成乳化堵塞、细菌堵塞和油气层油水分布的改变等，这些因素最终均可造成油气层渗透率下降。钻井液对油气层损害的严重程度随钻井液液柱压力与油气层孔隙压力之间的正压差增大，钻井液浸泡油气层时间增长，钻井液滤失量增加而加剧，此外，钻井过程中如发生井喷或井漏均会使上述各种损害加剧。1 钻井过程中油气层的损害方式1.1 钻井液中固相颗粒对油层的损害钻井液中不可避免的存在各类固相粒子，有的是工作液的必要组成，有的是有害固相而未除去。它们侵入油气层后必然会在油气层的喉道处发生沉积和架桥，从而造成堵塞。这种堵塞的过程和规律（其物理模型和数学模型）是其机理研究的主要内容，这种堵塞可造成损害的10100%。1.2 钻井液中液相（水溶液相）与岩石相互作用所造成的损害进入油气层的液相必然与岩石孔穴喉道中的敏感性物质尤其是粘土矿物发生种种作用从而带来各类损害，这类损害实际上就是储层敏感性的表现。1.2.1 水敏损害 当进入地层水溶液的矿化度低于地层临界化度，如淡水钻井液钻遇蒙脱石、伊蒙混层水化云母、伊利石、绿泥石、高岭石时，会发生诸如粘土水化、晶格膨胀、分散、运移、脱落等损害。1.2.2 盐敏损害 在某些条件下，进入地层水溶液的矿化度高于地层水，如高矿化工作液钻遇蒙脱石、伊利石、绿泥石、高岭石时，将引起地层中粘土去水化、收缩、破裂、脱落、运移等损害。1.2.3 碱敏损害 当OH-浓度较高的钻井液钻遇各类粘土、长石和石英等地层，或地层流体富含Ca2+、Mg2+、CO2-3、HCO-3、SO2-4时，将引起地层出现硅酸盐沉淀、分散运移、晶格膨胀、无机矿物沉淀等损害。1.2.4 酸敏损害 当含较高浓度HCI的钻井液钻遇绿泥石、蒙脱石、伊蒙混层、高岭石、铁方解石、铁白云石、黑云母、含铁重矿物等地层时，将会发生酸蚀微粒释放、运移等损害。当含较高浓度HF的钻井液钻遇铁方解石、铁白云石、各类粘土、云母、长石、石英等地层时，将会发生氟硅酸盐、氟铝酸盐沉淀而对油气层造成损害。1.2.5 速敏损害 如果钻井液流体流速较高，当钻遇粘土矿物、微晶石英、微晶长石、微晶硅酸盐矿物、纤维状硬石膏、非晶质物地层时，将会对油气层造成分散、运移等损害。1.2.6 微粒运移损害 地层中原有的微粒，工作液带入的微粒，工作液与岩石作用产生的新微粒，地层温度、压力等条件改变而产生的新微粒在水相流动、油相流动，两相和多相流动中可能会对油气层造成运移沉积、堵塞等损害。1.2.7 处理剂吸附损害 钻井液中的高分子处理剂在油层孔喉上吸附将缩小孔喉直径而造成损害，这在低渗地层更加明显。1.3 钻井液中液相与地层流体不配伍而造成的地层损害1.3.1 乳化堵塞 钻井液中水相与油气层中油相在地层中接触能形成乳状液，一般而言在亲水性油层中形成水油型乳状液，反之则为油水型。乳状液粘度高于油或水，而液滴在喉道处的贾敏效应均会对地层造成损害。1.3.2 结垢 钻井液中的无机离子与地层水中的离子可能会形成难溶解物质，混合时即产生无机盐沉淀。钻井液中液相与原油接触可能会引起沥青、腊的析出和沉淀，也包括酸液与原油生成的不溶酸渣。1.3.3 钻井液中处理剂在地层水中沉淀也是造成地层损害的重要原因。1.3.4 另外，钻井液压差越大、浸泡时间越长、环空返速越高，则生产层被损害程度就越严重。1.4 界面现象引起的损害1.4.1 水锁效应 当地层的含水饱和度提高而引起油的相对渗透率下降而引起的地层损害。1.4.2 润湿反转对油层的损害 当钻井液水相中含有表面活性剂时，有可能吸附于油层孔隙内表面，若由此将表面由亲水性反转为亲油性，由界面作用原理将大大降低油相的相对渗透率，一般可达40%以上。1.5 其它类型的地层损害1.5.1 钻井液中如果存在氧气，将会改变水溶液中离子的价数，从而产生沉淀。1.5.2 钻井液中如果存在细菌，这些细菌可能会在地层孔隙中进行繁殖（包括嫌气性细菌和硫酸还原菌等），繁殖的产物将会堵塞油层。1.5.3 不同油气层的地层水互窜且不配伍而引起沉淀所造成的油气损害。2 为保护油气层应注意的事项上述所造成的伤害有时是相当深的，一般可达十几厘米至几十厘米。这个深度用射孔弹射不穿，用降压反排排不出，形成了永久性伤害。所以为了防止储层伤害，在钻井过程中应遵循如下几条原则：（1）钻井液必须同地层岩性、地层流体相配伍，是低伤害的。（2）在保证钻井液性能条件下，钻井液中固相应尽量减少或没有。（3）在保证安全钻进条件下，应尽量减少钻井液密度。（4）钻井施工作业（如起下钻、接单根、划眼、送钻等）应尽量匀速、平缓。（5）可考虑采用比地层压力系数低的钻井液进行欠平衡钻井作业。3 几种保护油气层的钻井技术3.1 选用性能优良的钻井液3.1.1 无固相钻井液 这种钻井液简单说来就是改良的清水或盐水，其原始组成为聚合物和可溶性盐类，不含坂土或其它粘土。聚合物能显著改善清水或盐水的防塌能力和流变性，扩大了使用范围，而盐类的数量和类型可决定钻井液密度。3.1.2 水包油钻井液 这种钻井液是以水（或盐水）为连续相，油为分散相的无固相水包油混合体。其密度可通过调节油水比和可溶性盐的种类来实现，最低密度可达0.89g/cm3。3.1.3 无膨润土或低膨润土聚合物钻井液 这种钻井液中膨润土含量通常<30g/l，其性能可通过加入各种聚合物来控制。3.1.4 改性钻井液 它是利用了钻入油气层前的钻井液，并依据地层岩性和地层流体特点而调制的不诱发或少诱发油气层潜在损害因素的改进后的钻井液。3.1.5 油基钻井液 这种钻井液油为连续相，水为分散相，其滤液为油，能有效防止油气层水敏，其最低密度可达0.80g/cm3。使用上述钻井液的目的主要是使进入油气层的钻井液减少或不与地层岩石、流体发生物理化学反应，保持生产层接近原始状态。3.2 采用屏蔽暂堵技术 在常规钻井液基础上改造的屏蔽暂堵技术是保护储层的一项简单易行，效果显著的好方法，近年在国外得到了广泛应用。它利用了变害为利的思维方法，及一定尺寸的固相颗粒会堵塞孔道的特点，使泥浆中固相颗粒在打开储层后的较短时间内堵死储层，防止固相、液相向储层深部渗透。待完井后通过负压返排解堵、射孔、酸化等措施解放油气层。其措施由三部分组成：（1）良性、配伍的钻井液组份与性质设计；（2）合理的粒度级配及浓度；（3）合理的完井方法。3.3 采用欠平衡钻井技术 欠平衡钻井工艺，就是合理地选用钻井液类型（如低密度泥浆、充气泥浆、雾化、泡沫等），使其密度低于地层压力系数，当钻遇生产层时，油气就会随同钻井液返出地面，这样就大大降低了钻井液侵入地层的机会，从而减少了油气层被污染的可能，达到保护开发油气层的目的。现介绍几种常见的欠平衡钻井技术。3.3.1 泥浆欠平衡钻井 选用同钻井液相配伍的钻井液，调节其密度，使之低于地层压力系数。这样，当较多的地层天然气、油进入环空后，势必会对井口造成危险，这时，就应在井口施加一定的回压。回压如果太大，则会接近设备承压安全值，井壁不稳定因素也会随之加大，这样就增加了施工的危险。反之，回压如果太小，地层油气的返出量可能会加大，同样增加了施工的潜在危险。因此回压的大小应根据地层性质、设备承压能力以及液气分离气处理气量来决定，并通过调节流阀来调节，使地层流体随同钻井液一同均匀、持续的返出，这样就大大降低了对油气层的污染，从而达到了保护和开发油气层的目的。它比其他含气相低压流体使用安全，但其密度一般高于0.86g/cm3，不适用于压力系数更低的地层。3.3.2 充气泥浆钻井 充气泥浆钻井工艺是将空气通过地面设备连续不断地注入井内，使其呈均匀气泡状分散于泥浆中，从而达到降低环空液柱压力，防止井眼漏失和保护油气层之目的。它是以气体为分散相，液体为连续相，并加入稳定剂而形成的气液混合稳定体系，最低密度可达0.68g/cm3。一般可认为充气泥浆为宾汉流体，室内试验表明，随气液比增加，0、s增加；相同气液比时，随温度升高，s下降，0增加。实践表明，充气泥浆钻井具有如下优点：a、充气泥浆密度可在0.451.20g/cm3的范围内调节，因而应用面广。b、可有效的防止钻井液漏失。c、提高机械钻速，延长了钻头寿命。d、对目的层损害小，可提高油气井产量。e、钻遇高压层，可迅速切断气源，建立平衡压力。f、与其它低压钻井技术相比，有较好的经济性和安全性。g、占用人员、设备少，井队附加工作量少，易推广。h、充气钻井完钻后，通过对试验井段的井径测量，井径扩大率小于510%，说明充气钻井对井壁冲蚀作用小，保证了电测的顺利进行。在充气钻井过程中，应严格控制固相含量，各种固控设备都应开动使用，防止因基液密度升高而导致注气量增大。同时，井场还应配备除气器，使返出泥浆经除气器后方可进入泥浆泵，以保证其能正常运转。3.3.3 雾化钻井 所谓雾化钻井就是在注入压缩空气的同时注入一定量的雾化液，由于雾化液的密度很低，所以它的液柱压力和沿程损耗均很小，在井里流速也很高，足以将井底岩屑及其它异物带出。利用密度非常小的雾化液做为钻井循环介质，是一种具有广泛优越性的钻井工艺新技术。由于雾化钻井基本上不存在压持效应，雾状的流体具有更好的悬浮岩屑的能力，所以钻速快、钻头寿命长、成本低，能够较好的控制多孔井漏地区以及最大限度的减少对敏感产层的损害。更为重要的是，由于循环介质的密度很低，可以达到对地层的完全保护，不会对油层造成任何污染；还可立即或连续地监测油气显示，获取准确的地质资料和有关数据，最大限度的提高勘探开发的经济效益。另外，由于雾化液中含有一定的水份，合适的液体注入量可以对井筒进行有效冷却，即使在油气层钻进，也可以有效地防止井下着火和爆炸的产生。3.3.4 泡沫钻井 它是利用相关的设备将一定流量和压力的泡沫基液、气体通过一种特殊的装置（如泡沫发生器）而产生的一种致密、均匀的泡状混合物。这种混合物在压力较高情况下性能稳定，不易破40西部探矿工程 Jan 2001No.1坏，并具有密度低、失水量小、粘度高、携岩效果好等特点，因而广泛应用于地层压力系数低于1.10的低压地层，如：a、固结性差的低压层，如砂岩、砂质泥岩或砾岩层等；b、易发生井下事故的水敏性泥页岩层；c、易发生泥浆漏失、油层污染的溶洞性或裂缝性发育地层；d、钻速对钻井液密度敏感的地层，如凝灰岩、变质岩、石英砂等硬质岩层，利用泡沫在预计的油气层段钻井可收到更好的经济效益。泡沫基液一般是由水、发泡剂和稳泡剂（有时根据需要还要添加一定量坂土）按一定比例配制而成。在钻井过程中，其泡沫质量一般选为55%96%，稳定剂加量为0.1%0.2%时，钻井效果较好。设计泡沫的最低环空返速为0.200.25m/s即可获得满意地清洗井底，携带岩屑，冷却钻头的效果。为保持泡沫的稳定性能，在有较大地层水渗出的地层不能进行泡沫钻井。由于泡沫的可压缩性，随着泡沫的上返，其体积逐渐膨胀，流速迅速增加，这会增加对地层的冲蚀。更重要的是低密度的泡沫对地层的支撑作用减弱，对地层的稳定不利。因此，在井身结构设计上，一般将技术套管下到泡沫钻进层的顶部。泡沫钻进时的裸眼层段，除特别坚硬地层外，一般不应超过500m。4 储层保护的目的和意义，以及从中得到的体会和认识储层保护的目的：全面认识油气层的岩石物理性质及岩石中敏感性矿物的类型、产状、含量及分布特征；确定油气层潜在损害类型、程度及原因；为各项作业中保护油气层工程方案设计提供依据和建议。储层保护的意义：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；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；油田开发生产各项作业中，搞好保护油气层有利于油气井稳产和增产。几点认识：（1）在油气层开采过程中，如果开采方式，钻井参数选择不恰当，就可能会对油气层造成多种损害。因此应针对这些可能出现的损害，优选合适的钻井方式、钻井液体系、钻井参数。从而提高油气井的综合经济效益。（2）在钻入油气层后，应尽量避免钻井液液柱产生较大的压差、较长时间的浸泡、较高的环空返速。否则，将加剧油气层的损害程度。（3）欠平衡钻井技术适用于如下地层：裂缝发育好，基质渗透率低，井壁稳定性好的低压油气层。致密砂岩、泥页岩（含钙较稳定）低压地层。低压低渗地层。低压易漏地层。但对于胶结性质较差、固结性不好、易水化膨胀、易蠕动变形地层，则不适用使用欠平衡钻井。参考文献：1 赵敏、徐同岩.保护油气层技术R.石油工业出版社，1995.2.2 董国昌、何军.低渗低孔低产能油田钻井技术J.石油钻探技术，1999.8.3 罗平亚.勘探钻井中技术发展新动向低压欠平衡钻井R.西南石油学院油井完井技术中心，1997.11.10.4 何更生.油层物理R.石油工业出版社，1994.11