钻井过程中保护油气层技术.pptx

钻井过程中防止油气层损害是保护油气层系统工程的第一个工程环节。其目的是交给试油或采油部门一口无损害或低损害、固井质量优良的油气井。油气层损害具有累加性。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初期产量,还会对今后各项作业损害油层的程度以及作业效果带来影响。因此搞好钻井过程中的保护油气层工作,对提高勘探、开发经济效益至关重要,必须把好这一关。第1页/共55页1.1 与钻井液有关的油气层损害钻开油气层时，在正压差的作用下，钻井液的固相进入油气层造成孔喉堵塞，其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。第一节 钻井过程中造成油气层损害的原因第2页/共55页(1)(1)钻井液中固相颗粒堵塞油气层固相颗粒：膨润土、加重剂、堵漏剂、暂堵剂、钻 屑和处理剂的不溶物等。损害机理：堵塞油气层孔喉和裂缝。影响因素：固相含量；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。第3页/共55页 水敏；盐敏；碱敏；润湿反转；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）。(2)(2)(2)(2)钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害损害第4页/共55页1)形成无机垢和有机垢2)形成处理剂不溶物 当地层水的矿化度和钙、镁离子浓度超过滤液中处理剂的抗盐和抗钙、镁能力时,处理剂就会盐析而产生沉淀。例如腐殖酸 钠遇到地层水中钙离子,就会形成腐殖酸钙沉淀。(3)(3)(3)(3)钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损害害害害第5页/共55页3)发生水锁效应 特别是在低孔、低渗气层中最为严重。4)形成乳化堵塞5）细菌堵塞 滤液中所含的细菌进入油气层,如油气层环境适合其繁殖生长,就有可能造成喉道堵塞。第6页/共55页 钻井液滤液进入油气层,改变了井壁附近地带的油气水分布,导致油相渗透率下降,增加油流阻力。对于气层,液相(油或水)侵入能在油气层渗流通道的表面吸附而减小气体渗流截面,甚至使气体的渗流完全丧失,即导致“液相圈闭”。(4)(4)相渗透率变化引起的损害第7页/共55页1）诱发油气层速敏,引起油气层出砂及微粒运移。2）对于裂缝性地层,过大的负压差还可能引起井壁表面的裂缝闭合,产生应力敏感损害。3）诱发地层中原油组分形成有机垢。(5)(5)负压差急剧变化造成的油气层损害第8页/共55页(1)(1)压差 1）压差的增大钻井液的滤失量增加 钻井液进入油气层的深度和损害油气层的严重程度增大。2）当钻井液有效液柱压力超过地层破裂压力,钻井液就有可能漏失至油气层深部,加剧对油气层的损害。1.2 钻井过程中影响油气层损害程度的工程因素第9页/共55页3）负压差可以阻止钻井液进入油气层,减少对油气层损害,但过高的负压差会引起油气层出砂、裂缝性地层的应力敏感和有机垢的形成,反而会对油气层产生损害。第10页/共55页(2)浸泡时间浸泡油气层时间油气层损害的程度。第11页/共55页(3)(3)环空返速环空返速环空返速越大对泥饼的冲蚀越严重钻井液的动滤失量增高油气层侵入深度及损害程度增加。第12页/共55页第二节 保护油气层的钻井液类型第13页/共55页 为了达到保护油气层的钻井液要求,减少对油气层的损害,已形成多种用于钻开油气层的钻井液。第14页/共55页2.1 2.1 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，因此是国内外钻开油气层常用的钻井液体系。按其组分与使用范围又可分为如下九种。第15页/共55页 (1)无固相清洁盐水钻井液无固相清洁盐水钻井液 1）特点 不含膨润土和其它人为加入的固相。密度靠加入可溶性盐进行调节。使用对油气层无损害(或低损害)的聚合 物来控制其滤失量和粘度。使用对油气层无损害或损害程度低的缓蚀剂防腐。2）适用范围 套管下至油气层顶部,油气层为单一压力体系的裂缝性油层或强水敏油层。第16页/共55页第17页/共55页(2)(2)水包油钻井液水包油钻井液 1）特点：以水或不同矿化度盐水为分散介质、油为分散相的无固相水包油钻井液。其密度可通过调节油水比以及加入可溶性盐来调节,最低密度可达0.89cm3。2）适用范围：技术套管下至油气层顶部的低压、裂缝发育、易发生漏失的油气层。第18页/共55页(3)(3)无膨润土暂堵型聚合物钻井液1）特点：此种钻井液由水相、聚合物和暂堵剂固相粒子组成。密度采用可溶性盐来调节；流变性能通过加入低损害聚合物来调控；滤失量可通过加入各种与油气层孔喉直径相匹配的暂堵剂来控制。第19页/共55页2)暂堵剂 酸溶性暂堵剂:碳酸钙、碳酸铁等。水溶性暂堵剂:氯化钠、硼酸盐、氯化钙、溴化钙和溴化锌。油溶性暂堵剂:油溶性树脂、石蜡、沥青类产品等。单向压力暂堵剂:改性纤维素、改性果壳、改性木屑等。3）使用范围：在技术套管下至油气层顶部,而且油气层为单一压力系统的井。第20页/共55页特点：膨润土含量通常30g/L,钻井液必须的流变性能与滤失性能可通过选用聚合物和暂堵剂来达到。使用范围：低压、低渗油气层或碳酸盐裂缝性油气层。(4)低膨润土聚合物钻井液第21页/共55页特点：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。改性途径:1)降低钻井液中膨润土和无用固相含量,调节固相颗粒级配。2)按照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。3)选用合适类型的暂堵剂及加量。4)降低滤失量,改善流变性与泥饼质量。(5)5)改性钻井液第22页/共55页(6)(6)甲酸盐钻井液甲酸盐：甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯 特点：在高密度条件下,能有效地实现低固相、低粘度、低油气层损害、低腐蚀速率和低环境污染。第23页/共55页(7)(7)聚合醇(多聚醇)钻井液保护机理：1）浊点效应 当温度超出其浊点后，聚合醇从水中析出，形成乳状油滴，封堵裂缝，降低滤失量。2）抑制作用 吸附在粘土颗粒表面，形成憎水的吸附膜，抑制粘土的水化膨胀分散。3）与盐的协同作用第24页/共55页 2.2 油基钻井液类型：油基钻井液和油包水钻井液。特点：以油为连续相,其滤液为油,能有效地避免油层的水敏作用,对油气层损害程度低,但成本高,对环境易产生污染。使用范围：水敏性和低压油层。第25页/共55页 对于低压裂缝油气田、稠油油田、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，需实现近平衡压力钻井或负压差钻井。但上述两大类钻井液密度均难以满足要求。气体类流体以气体为主要组分来实现低密度。该类流体可分为四种。(1)气体类流体的类型 2.3 气体类流体第26页/共55页1 1）空气：由空气或天然气、防腐剂、干燥剂等组成。2)2)雾：由空气、发泡剂、防腐剂和少量水混合组成。3)3)泡沫流体：由空气(或氮气或天然气等)、淡水或咸水、发泡剂和稳泡剂等组成的密集细小气泡。4)4)充气钻井液：气体为分散相,液相为连续相,并加入稳定剂使之成为气液混合均匀而稳定的体系。第27页/共55页四川普光气田空气钻井钻井施工现场第28页/共55页 普光气田是迄今为止我国规模最大、丰度最高的特大型整装海相气田，已探明储量3560亿m3。普光气田在前期常规钻井液钻井施工中，主要存在如下技术难题：岩石硬度高、研磨性强、可钻性差，钻井速度低、周期长；构造高陡，地层倾角大，井身质量控制困难；在陆相和海相地层均存在严重漏失；地层坍塌掉块严重，井壁不稳定，易发生卡钻等井下复杂情况。第29页/共55页常规钻井液1.6m/h120天32只第30页/共55页 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。2.4 合成基钻井液合成基钻井液 合成基钻井液具有油基钻井液许多优点,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,解决了测井和试油资料解释等问题。此类钻井液已用来钻水平井和大位移井等,但成本高。第31页/共55页2.5 钻井完井液要求现场改造的钻井完井液储层渗透率恢复值大70%，新配制的钻井完井液储层渗透率恢复值大于80%。钻井完井液密度在满足钻井和其他工程要求前提下尽可能低，高限不超过储层段最高压力系数与密度附加值之和，油层附加值0.05g/cm30.1g/cm3，气层附加值0.10g/cm30.15 g/cm3。尽量减少膨润土用量，膨润土含量不高于4%(w/v)。充分发挥固控设备工作效率，尽量降低钻井完井液中的钻屑含量，钻屑含量不高于6%(v/v)钻井完井液应具有较低滤失量和良好造壁性能，API滤失量小于5ml，HTHP滤失量小于20ml。第32页/共55页钻井完井液pH值必须低于碱敏损害的临界pH值。保证堵塞比(孔喉半径中值与钻井液固相半径中值比)要小，堵塞比在12，固相损害程度小；堵塞比超过6，固相损害储层严重。暂堵剂在钻进中不断消耗并越磨越细，应及时补充，特别要补充粒径较大的暂堵剂，降低堵塞比，减少固相侵入，保证屏蔽暂堵效果。在钻进中，应及时补充抑制剂，保证滤液有足够的抑制剂，防止滤液对储层的水敏和颗粒运移造成的损害。采用合理的钻井完井液体系、井身结构及先进的钻井工艺技术，缩短钻井和其他作业时间，缩短钻井完井液浸泡储层段的时间。第33页/共55页第三节 特殊的钻井工艺技术3.1 欠平衡钻井技术(1)定义 在设计条件下,钻井液液柱静压力对井底所施加的压力低于要钻地层的压力时所进行的钻井。(2)欠平衡钻井的分类流钻（边喷边钻）人工诱导的欠平衡第34页/共55页1)流钻 流钻是指在使用普通密度钻井液的条件下，由于地层的压力较高而达到欠平衡条件。当孔隙压力小于1.0g/cm3时用气体完井液，地层孔隙压力大于1.0g/cm3时用水基或油基完井液，保持液柱有效压力小于所钻地层孔隙压力，使井底压力处于欠平衡状态。此时往往形成边喷（原油）边钻。第35页/共55页2)人工诱导的欠平衡 人工诱导的欠平衡是指由于地层压力太低，在不往钻井液中注入密度降低剂的情况下，不能形成欠平衡条件。因此在钻井过程中，必须往钻井液中加入密度降低剂（包括氮气、空气、天然气等）使井底压力处于欠平衡状态，也可以直接应用各种低密度流体。第36页/共55页(3)目前广泛使用的主要欠平衡钻井工艺1）泡沫钻井；2）空气钻井；3）雾化钻井；4）充气钻井液钻井；5）井下注气钻井。第37页/共55页 3.2 3.2 欠平衡钻井保护油气层的原理欠平衡钻井保护油气层的原理 1)可避免因钻井液滤失速度高造成的细颗粒和粘土颗粒运移；2)可避免钻井液中加入的固相和地层产生的固相侵入地层；3)在高渗层中可避免钻井液侵入；4)可避免对水相或油相敏感的地层在与钻井液接触时产生影响地层渗透率的反应；第38页/共55页5)可避免粘土膨胀、化学吸附、润湿性反转等一系列物理、化学反应；6)不会产生沉淀、结垢等不利的物理化学反应；7)不存在旨在抑制侵入深度的低渗滤饼的设计问题。第39页/共55页第40页/共55页3.3 适合欠平衡钻井的地层1)高渗、固结良好的砂岩和碳酸岩;2)高渗、胶结差的地层;3)微裂缝地层;4)负压和枯竭地层;5)对水基钻井液敏感,以及地层流体与钻井液不相容和脱水地层。第41页/共55页4.1 固井目的 在套管与井壁之间形成均匀完整封固良好的水泥环,封隔各油气水层及夹层,防止油气水上窜,为各层组油气层分别投产或进行各项井下作业创造条件。向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业称之为固井。包括下套管和注水泥。第四节 保护油气层的固井技术第42页/共55页工艺介绍 (1)在钻井到设计套管下入深度后，下入套管(下套管)(2)在套管和裸眼之间注入满足一定性能要求的水泥浆(注水泥)(3)候凝，使得套管和裸眼之间的水泥石具有一定的强度(候凝)(4)检测评价第43页/共55页(1)固井质量和保护油气层之间的关系固井质量的主要技术指标是环空封固质量。1)环空封固质量不好，不同压力系统的油气水层相互干扰和窜流，易诱发油气层中潜在损害因素。例如形成有机垢、无机垢、发生水锁作用、乳化堵塞、细菌堵塞、微粒运移、相渗透率变化等，从而对投产的油气层产生损害，影响产量。4.2 固井作业对油气层的损害 主要反映在两个方面：固井质量和水泥浆对油气层损害程度第44页/共55页 2)环空封固质量不好,当油井进行增产作业,注水、热采等作业时,各种工作液就会在井下各层中窜流,对油气层产生损害。例：若酸化压裂液窜入未投产油气层,而没能及时反排,就会对该油气层产生损害,注入水窜入未投产的水敏油气层,就会使该层中岩石发生水化膨胀分散,从而影响有效渗透率,水的进入亦改变了该层相渗透率等。第45页/共55页3)环空封固质量不好,会使油气上窜至非产层，引起油气资源损失。4)固井质量不好易发生套管损坏和腐蚀,引起油气水互窜,造成对油气层的损害。综上所述，固井质量不好是对油气层的最大损害，而且还会影响到油气井生产全过程。第46页/共55页(2)(2)水泥浆对油气层损害原因分析水泥浆对油气层损害原因分析 固井作业中,在钻井液和水泥浆有效液柱压力与油气层孔隙压力之间产生的压差作用下,水泥浆通过井壁被破坏的泥饼而进入油气层,对油气层产生损害。水泥浆对油气层产生损害的原因可归纳为以下三个方面。第47页/共55页1 1）水泥浆中固相颗粒堵塞油气层 粒径530微米的颗粒占15%左右。钻井液内泥饼可以阻止水泥浆固相的侵入（水泥浆固相颗粒侵入深度约为 2cm）。如果固井中发生井漏，则水泥浆中固相颗粒就有可能进入油气层深部，造成严重损害。第48页/共55页2 2）水泥浆滤液与油气层岩石和流体作水泥浆滤液与油气层岩石和流体作用而引起的损害用而引起的损害 OH-离子会诱发碱敏矿物分散运移 与地层流体作用形成无机垢 发生水锁作用与乳化堵塞 使岩石发生润湿反转 第49页/共55页3 3）水泥浆中无机盐结晶沉淀对油气层的损害 水泥浆在水化过程中游离和溶解出大量无机离子，在静止状态下，由于水泥浆液相 pH 值高，这些离子以过饱和状态存在于液相中。但在固井过程中，液相中无机离子随滤液进入油气层，由于条件的变化，这些无机离子将以结晶析出或沉淀出 Ca(OH)2、CaSO4、CaCO3 等，堵塞孔喉，降低油气层渗透率。第50页/共55页4.3 4.3 保护油气层的固井技术保护油气层的固井技术(1)提高固井质量1)改善水泥浆性能 采用各种外加剂（减阻、降失水、调凝、增强、抗腐蚀、防止强度衰退等外加剂），合理调配水泥浆各项性能指标。加入减阻剂的目的是为了改善水泥浆的流动性能、降低流动摩阻。第51页/共55页n降失水剂的作用是降低水泥浆的失水量，防止水泥浆脱水。在井下有低压易漏失层时，为了防止注水泥时发生井漏，常加入本身密度低的减轻材料（如硅藻土、漂珠）以降低水泥浆的密度。n缓凝剂和速凝剂用来调节水泥浆的稠化时间，有的速凝剂还能提高水泥石的早期强度。2)合理压差固井 保证注水泥过程中不发生水泥浆漏失。第52页/共55页3)3)提高顶替效率提高顶替效率 注水泥前，使钻井液具备流动性好,触变性合理,失水造壁性好的特点；采用优质冲洗液和隔离液、合理安放旋流扶正器位置。4)防止水泥浆失重引起环空窜流 采用特殊外加剂通过改变水泥浆自身物理、化学特性以弥补失重造成的压力降低。最有效的方法是采用可压缩水泥、不渗透水泥、触变性水泥、直角稠化水泥及多凝水泥等。5)推广应用注水泥计算机辅助设计软件第53页/共55页(2)(2)降低水泥浆失水量降低水泥浆失水量 为了减少水泥浆固相颗粒及滤液对油气层的损害,需在水泥浆中加入降失水剂 控制失水量小于250ml(尾管固井时,控制失水量小于 50ml)。(3)采用屏蔽暂堵钻井液技术 钻开油气层时采用屏蔽暂堵钻井液技术,在井壁附近形成屏蔽环,此环带亦可在固井作业中阻止水泥浆固相颗粒和滤液进入油气层。第54页/共55页感谢您的观看！第55页/共55页