保护油气层钻井完井液技术2010-0902
钻井完井过程中的油气层保护技术
钻井完井过程中的油气层保护技术姓名：班级：序号：学号：摘要：钻井完井过程中降低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。
本文对钻井完井过程中油气层损害原因以及相应的油气层保护技术进行了简单的总结。
关键词：渗透率、近平衡、固井、保护油气层一、钻井完井过程中油气层损害原因当在油气层中钻进时，在正压差和毛管力的作用下，钻井完井液的固相进入油气层孔喉堵塞，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，造成渗透率下降。
钻井过程中油气层损害原因可以归纳为四个方面：1、钻井完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完井液中存在多种固相颗粒，如膨润土、加重剂、堵漏剂、钻屑和处理剂的不容物及高聚物鱼眼等。
钻井完井液中小于油气层孔喉直径或裂缝宽度的固相颗粒，在钻井完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。
2）乳化液滴堵塞油气层2、钻井完井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害水敏损害、盐敏损害、碱敏损害、润湿反转、表面吸附3、相渗透率变化引起的损害钻井完井液滤液进入油气层，改变了井壁附近地带的油气层分布，导致油相渗透率下降，增加了油流阻力。
对于气层，液相侵入（油或水）能在储层渗流通道的表面吸附而减少气体渗流截面积，甚至使气体的渗流完全丧失，即导致“液相圈闭”。
4、负压差急剧变化造成的油气层损害中途测试或负压差钻进时，如选用的负压差过大，可诱发油气层速敏，引起油气层出砂。
对于裂缝性储层，过大的负压差还可能引起井壁附近的裂缝闭合，产生应力敏感损害。
此外，还会诱发有机垢、无机垢沉积。
二、保护油气层钻井完井液钻井完井液是石油工程中最先与油气层接触的工作液，其类型和性能好坏直接关系到对油气层的损害程度，因而保护油气层钻井完井液是搞好保护油气层工作的首要技术环节。
保护储层钻井完井液技术
第五章钻井过程中的保护油气层技术重要性第一个工程环节油气层的损害具有叠加性主要内容钻井过程中造成油气层损害的原因保护油气层的钻井液技术保护油气层的钻井工艺技术保护油气层的固井技术1.钻井过程中造成油气层损害的原因钻开产层对近井壁地层的影响近井壁岩石应力变化、井壁岩石失稳，应力重新分布井眼形状、岩石物性、强度变化井筒液柱压力的影响钻井液：①平衡孔隙压力、循环钻屑；②抵消岩石侧向变形的作用；③作用于井底及周围岩石。
静液柱压力不能完全消除岩石的变形，使储层岩石力学性质产生变化，降低某些岩石的强度；密度过大，岩石被压裂，造成井漏。
孔隙压力大于液柱总压力，地层流体会涌入井筒，产生井涌，井喷事故液柱压力大于孔隙压力，流体和固相进入岩石孔隙，对产层造成污染。
岩石被压破，液体漏失。
1.钻井过程中造成油气层损害的原因钻井液与地层流体相互作用钻井液与地层流体接触，固/液相原始平衡破坏：化学组分不平衡：钻井液无法与原地层中流体化学性质配伍而产生化学变化，Ca++、M計+、Fe++、Fe+++等离子产生沉淀。
酸、碱物质对胶结物造成侵蚀，粘土脱落，堵塞孔道，产层出砂。
浓度不平衡：化学物质相互间的渗透，产生渗透压力，对岩石造成污染或伤害。
储层岩石性质的变化固、液两相物质进入产层：孔隙变形、孔隙度、渗透率、强度、产能下降两种液体间的化学反应结垢钻井液液相浸泡使胶结物破坏，强度降低，引起出砂。
（1）钻井过程中油气层损害的原因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（大小、含量、压差）②乳化液滴堵塞油气层（压差、润湿性）2）钻井液滤液与岩石不配伍水敏、盐敏、碱敏、润湿反转、表面吸附3）钻井液滤液与油气层流体不配伍无机盐沉淀、形成处理剂不溶物、水锁、乳化堵塞、细菌堵塞4）相渗透率变化（液相圈闭）5）负压差急剧变化（速敏、裂缝闭合、有机垢）（2）钻井过程中影响油气层损害的工程因素l）压差在一定压差下，钻井液中的滤液和固相会渗入地层内，造成固相堵塞和粘土水化和水膜厚度增加等许多问题。
保护油气层钻井和完井液现状与发展趋势
保护油气层钻井和完井液现状与发展趋势摘要：石油钻探的目的就是发现大油田，合理开发油气藏资源，最大程度上将地下储层中的石油有效开采出来。
然而，油气钻井的过程中会对地层造成一些不可逆的损害，也就是常说的油气储层伤害，这就在一定程度上造成储层油气资源无法完全释放，使油气生产单位不能最大效率的利用油气资源，导致这部分油气资源不具备开发价值，造成实际可采储量低于实际储量的情况发生，给油气生产单位造成决策上的困难。
本文重点介绍了油气储层钻完井的过程和完井液的开发现状，综述了现有的钻完井技术体系和完井液对于储层的保护情况，及各种方法的优缺点。
在此基础上，提出了不同钻完井工艺及完井液的使用、搭配和未来的发展方向。
关键词：钻井液；完井液；油层保护引言：石油企业既是国家的经济命脉也是国家重点监管的企业，尤其是国家油气改革政策实施以后，石油企业更应该在新时代里做好必要的表率工作，应以环境保护、节约资源为切入点。
钻井和完井液作为油层保护的起始端通过了解钻完井体系和完井液的现状，总结现有技术的特点、适用范围以及优缺点，了解钻完井过程中添加剂、油层保护系统的应用实践，分析并研究油气层钻完井的未来发展趋势，主动承担社会责任，力求绿色生产、节约发展，推进环境保护、节能减排工作，真正地实现石油企业的“效益最大化”、“安全环保最大化”，从而成为全球瞩目、备受尊敬的优秀石油企业，具有重要意义。
1.钻井和完井液的优缺点及适用性1.1水基钻井和完井液体系水基钻井和完井液方法是目前国内应用最为广泛的油气钻完井工艺之一。
它所具有的特点是配方中水的比重占绝对的优势，这就使整个钻完井成本得到有效的降低，同时设备的使用较为简单方便，设备的维护性较好，添加剂的种类较多，选择的余地较大。
该种配方具有价格低廉、性能优异的特点，非常适合常规非敏感储层的钻完井施工。
第一，改造后的钻井和完井液。
针对常规钻完井工艺，在打开油气层之前，对于常规钻井液通过添加保护性添加剂成分，使得常规钻井液具有一定的油层保护成分。
油层保护钻井液技术方案
保护油气层的钻完井液技术方案钻井与完井的最终目的在于钻开储层并形成油气流动的通道，建立油气井的良好的生产关系。
油气层损害将极大地影响油气井的产能。
主要表现为油气层渗透率的降低。
在钻完井过程中通过在钻完井液方面来减少对油气层的伤害，提高油气井的产量。
渤海油田已开发多年，随着开发的不断深入，油田各主力区块的储层物性及温度压力系统发生了变化，因此针对储层特性，进行钻井液油层保护现场实施性能优化研究，制定适合各区块开发井储层特性的钻井液油层保护现场实施技术措施。
针对国内外钻完井液技术特点，我们开发了CBF成膜封堵钻井液技术，CBF 成膜封堵钻井液技术是将超低渗透钻井液技术与广谱型屏蔽暂堵保护油气层技术进行有机融合，是根据储层孔喉分布特点，选择适当粒径的油气层保护添加剂，调整钻井液的固相粒度分布，使之与油气层孔喉直径分布相符，实现有效暂堵。
同时利用成膜剂的膜结构特性，即参与油层孔喉的封堵，又堵塞刚性颗粒间的微孔隙，从而提高了封堵效果。
提高地层承压能力，扩大安全密度窗口，实现近零滤失保护油气层。
一、钻井液方面1．钻井液密度方面：钻油气层的过程中，在平衡地层压力的情况下，尽可能地降低钻井液的密度，控制泥浆密度在设计下限，降低泥浆正向液柱压差，降低固相、液相对储层的损害。
2. 泥浆失水方面：进入油气层之前，保持低的泥浆失水和高温高压失水，加入高效复合降失水剂ZJ-04，使之保持在4ml之内。
3. 井壁质量方面：在改善泥饼质量角度方面加入ZJ-01，来提高泥浆的整体造壁性，维护了良好的井壁质量，提高泥浆抗压强度。
改善压差粘卡情况的发生。
4．固相含量方面：最大限度应用好固控设备，保持泥浆中低的固相含量和搬土含量，降低泥浆中有害固相对储层的损害。
5．抑制和防塌方面：通过加入聚合醇ZJ-02和防塌剂ZJ-01增强泥浆体系的防塌和抑制能力，防之泥岩的水化分散。
且聚和醇具有一定的表面活性，能降低钻井液滤液的滤失量，并增加其抑制性，具有浊点效应，即当温度高于浊点时，吸附在井壁上形成油膜，减少进入储层的侵入量，保护油气层，具有排水作用，它的加入可使地层泥页岩中的水排出，页岩硬度增加，减少对储层的损害。
保护油气层的修井液技术
２、地层压力预测
地层孔隙压力、井壁坍塌压力、地层破裂压力等 为确定合理的钻完井液密度和井身结构设计等提供依据。
贾敏效应 毛细管中非润湿相流体液滴对润湿相液体运动产生的 附加阻力的现象，即润湿相驱动非润湿相时，会出现 贾敏效应。 A. 油滴在毛细管中 Case 1 毛细管附加阻力
Pc Pc 2 (cos 2 cos1) / r
Water
1
Oil
2
Pc
Pc
1 2
311.7 234.3
3
312.8 239.2
4
321.0 231.6
5
324.0 231.6
％
-19 4.2
注：前一块岩心为过滤海水＋1.5％KCS－18；后一块为过滤海水＋2.0％CPCS－1。
保护储层的修井液技术
1．粘土稳定剂种类的筛选
Hale Waihona Puke 所选用的粘土稳定剂除能防止粘土矿物的膨胀和分散，还应能控制敏感 性矿物的运移，所以选用的粘土稳定剂是聚季胺和短链聚合物类的产品 加量1%的KCS－28的损害程度最大，达到32～34％ 1%KHC－0l的效果也不太理想，使用后会产生10.7%～13.6%的弱损害 BC-51加量达到1％以后，其损害率为8.75~17.3% KCS-18 浓度达到 1%后，效果较好，储层岩心的损害范围在 -2.0~16.0% 之间 而CPCS－1在加量达到1%以后，与秦皇岛32－6油田的矿物的配伍性最 好，损害范围为-0.3~5.54% 从效果上看可排序为：CPCS-1>KCS-18>BC-51>KHC-01>KCS-18。 据此选用KCS－18和CPCS－1为主选粘土稳定剂
第六讲保护油气层的钻井液完井液技术
软化点应与油气层温度相适应。这类颗粒通常从磺化沥青、氧 化沥青、石蜡、树脂等物质中进行选择。﹡
第二节 保护油气层的油基钻井液
• 特点：油为连续相，水为分散相，其滤液为油，能有效地
防止油气层水敏，对油气层损害程度低，此类钻井液最低密 度可达到0.80g/cm3。
各类盐水基液所能达到的最大密度
盐水基液 NaCl KCl NaBr CaCl2 KBr
NaCl / CaCl2 CaBr2
CaCl2 / CaBr2 CaCl2 / CaBr2 / ZnBr2
21℃时饱和溶液密度/g·cm-3 1.18 1.17 1.39 1.40 1.20 1.32 1.81 1.80 2.30
本 ， 可 与 NaCl 配 合 使 用 ， 所 组 成 的 混 合 盐 水 的 密 度 范 围 为 1.20～1.32 g/cm3。
• 常用的添加剂：HEC（羟乙基纤维素）和XC生物聚合物。
• CaCl2：极易吸水的化合物。有两种，其纯度分别为94～
97%（粒状，含水约5%）和77～80%（片状，含水约 20% ）。
无固相清洁盐水钻井液类型
（1）NaCl盐水体系 （2）KCl盐水体系 （3）CaCl2盐水体系 （4）CaCl2-CaBr2混合盐水体系 （5）CaBr2-ZnBr2与CaCl2-CaBr2-ZnBr2
混合盐水体系
（1）NaCl盐水体系
• 特点：NaCl的来源最广，成本最低。其溶液的最大密度可
达1.18 g / cm3左右 。
原钻井液可得到充分利用，配制成本较低。
• 应用情况：在国内外均得到广泛的应用 。
保护油气层钻井完井技术
概述
国外从30年代就提出并开始进行防止油气层污染的研究。 过去的研究主要集中于钻井液的类型及特性，没有对钻井 过程中由于钻井技术问题对储集层的损害进行研究。实际 上，在油井工程的各个环节中，如钻井、固井、射孔、试 油修井等都将不同程度地产生近井地带储集层的污染问题。 在钻井过程中钻开储集层时，由于破坏了储集层的原有环 境状态，井筒内的固相、液相侵入储集层内与地层内的固 相和液相发生固一固，固一液，液-液的物理和化学变化， 使储集层的有效渗透率受到不同程度的损害，这将严重影 响油井的产量和寿命，而且在勘探钻井中还会失去发现油 气层的机会。油气层一旦受到伤害，恢复到原有水平就相 当困难，因此在钻井作业过程中，采取有效保护储集层的 钻井技术及预防措施是防止油气层污染的第一关。
地层损害
所有作业（钻井、固井、完井、酸化、压裂、 射孔、采油、采气等）都有可能损害储层； 可以处理的
乳化、可以溶解的固相侵入
永久性伤害
化学反映, 非溶解性的固相侵入 （重晶石、钻
屑等
钻井过程对储层的损害
钻井液 压力激动 （下套管与下钻杆）
过量的滤失液
可能会压裂地层。
钻屑
射孔
钻井中，环空流速设计不合理，也将损害储集层的渗透率。 环空流速对储集层损害的原因可归纳为以下两点：①高的环 空流速，即环空流态为紊流时，井壁被冲刷，使井眼扩大， 造成井内固相含量增加。有关研究资料表明井眼扩大对地层 渗透率的影响随井眼的逐渐扩大而减小。而井眼扩大的问题 是一个涉及地层、钻井液性能和钻井液环空流态的复杂问题。 对于泥岩水化后发生剥蚀掉块垮塌引起的井眼扩大和盐岩、 玄武岩等不稳定地层的井眼扩大，一般采取钻井液柱压力与 地层压力平衡，抑制水化，保持渗透压力平衡，控制失水， 改善造壁性能等措施。另一个重要的措施是控制环空流为层 流状态，层流对井壁避免了冲刷冲蚀作用，在一定条件下， 对井壁稳定起主导作用。②高环空流速在环空产生的循环压 降将增大钻井液对井底的有效液柱压力，即增大对井底压差。
钻井过程中的保护油气层技术
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。
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。
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。 成本低 应用工艺简单
最低密度可达0.89g/cm3
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。
③无膨润土暂堵型聚合物钻井液 组成：由水相、聚合物和暂堵剂固相粒子配制而成。 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。
0.30
0.40 0.50
1.19
0.64 0.63
0.0010
0.00054 0.00053
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。
盐水液
KCl NaCl
浓度/重量百分比 密度g/cm3 (21℃) 26 26 39 45 76 83 1.07 1.17 1.20 1.34 1.60 2.37
表5-1 各类 盐水溶液所 能达到的最 大密度
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1.2.2 油气层敏感性评价
指通过岩心流动实验对油气层的速敏、水敏、 盐敏、碱敏和酸敏性强弱及其所引起的油气层损 害程度进行评价，通常简称为五敏实验。
A.速敏评价实验
B.水敏评价实验 C.盐敏评价实验 D.碱敏评价实验 E.酸敏评价实验
Ａ 速敏评价实验
在钻井、完井、试油、注水、开采和实施增产措施等作业或 生产过程中，流体的流动引起油气层中的微粒发生运移，致
用不当，经常会影响测井资料与试油结果对储层物性参数
的正确解释； 在钻井完井作业中应用保护油气层配套技术，可以使油气 井产量得到明显提高，同时可以大大减少试油、酸化、压 裂和修井等井下作业的工作量，降低生产成本；
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；
有利于油气井的增产和稳产，在油气开采的漫长时期，
–油藏类型、储层特点 –钻井液完井液类型及参数 –屏蔽暂堵剂规格要求及加量 –油气层保护施工技术措施
1.2油气层损害的评价方法
岩心分析 油气层敏感性评价 工作液对油气层的损害评价 油气层损害的矿场评价技术简介
1.2.1 岩心分析
岩心分析——认识油气层地质特征的必要手段，保护油气
层技术中不可缺少的基础工作。油气层的敏感性评价、损害
现象均称为对油气层的损害。
表现形式：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 。渗透率降低越多， 油气层损害越严重。
保护油气层：主要是指尽可能防止近井壁带的油气
层受到不应有的损害。
1.1.2保护油气层的重要性
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算； 在探井的钻井完井过程中，如果钻井液完井液的设计和使
油藏物性
完井设计 污染模拟实验 可选择
钻 井 油 层 保 护 工 作 程 序
伤害机理 模拟分析
初步确定钻井液体系
资料充实
钻井要求
确定处理剂 体系确定 岩心评价试验
录井要求 环保要求
可清除泥饼 /流体优选
配方优化 效果评价 现场实验
《保护油气层钻井液完井液技术标准》
11个采油厂
62个油田 92个勘探开发区块（层位） 内容:
（3）油气层损害机理研究和保护油气层技术系统方案设计；
（4）钻井过程中的油气层损害因素和保护油气层技术； （5）完井过程中的油气层损害因素和保护油气层技术； （6）油气田开发生产中的油气层损害因素和保护油气层技术； （7）油气层损害现场诊断和矿场评价技术；
（8）保护油气层总体效果评价和经济效益综合分析技术。
化膨胀、分散和运移，进而导致渗透率下降的现象。
目的：对油藏岩石水敏性的强弱作出评价，并测定最终
使储层渗透率降低的程度。 测定步骤：首先用地层水或模拟地层水测得岩心的渗透 率 Kf，然后用次地层水（将地层水与蒸馏水按 1 ∶ 1 的比 例相混合而得到）测得岩心的渗透率 Ksf，最后用蒸馏水 测出渗透率Kw，通常用Kw和Kf的比值来判断水敏程度。
机理的研究、对油气层损害的综合诊断和保护油气层技术方
案的制定等都必须建立在岩心分析的基础之上。
主要目的——全面认识油藏岩石的物理性质及岩石中敏感
性矿物的类型、产状、含量及分布特点，确定油气层潜在损 害的类型、程度及原因，从而为各项作业中保护油气层工程 方案的设计射 (XRD) 分析 ② 薄片分析 ③ 扫描电镜 (SEM) 分析 ④ 其它：毛管压力曲线\红外光谱法，CT扫描和 核磁共振 (NMR)等
使一部分孔喉被堵塞而导致油气层渗透率下降的现象。
目的：确定导致微粒运移开始发生的临界流速；为后面将要 进行的水敏、盐敏、碱敏和酸敏实验以及其它各种损害评价 实验提供合理的实验流速。 速敏评价实验是需要首先进行的，后面所有评价实验的流速
应低于临界流速，一般控制在临界流速的0.8倍。
B 水敏评价实验
矿化度较低的钻井液等外来流体进入地层后引起粘土水
保护储层的钻井完井液技术
内容提纲
第一部分：保护油气层技术概论 第二部分：保护油气层的钻井液类型及其应用 第三部分： 保护油气层技术新进展
1.1保护油气层的重要性与涉及的技术范围
油气层损害的基本概念 保护油气层的重要性 保护油气层所涉及的技术范围
1.1.1油气层损害的基本概念
油气层损害：任何阻碍流体从井眼周围流入井底的
搞好保护油气层工作仍然非常重要。①工作制度不合 理和注入水的水质不合乎要求，都可能对油气层造成 严重损害。②结垢、结蜡、出砂、细菌堵塞以及润湿 反转等是油气开采阶段的主要损害形式。只有采取有
效措施防止这些损害，才能保证油气井的增产和稳产。
1.1.3保护油气层涉及的技术范围
（1）岩心分析、油气水分析和测试技术； （2）油气层敏感性和工作液损害室内评价技术；
水敏程度评价指标
Kw Kf
水敏 程度 0.3 强 0.3 0.7 中等 0.7 弱
C 盐敏评价实验
测定当注入流体的矿化度逐渐降低时岩石渗透率的变化， 从而确定导致渗透率明显下降时的临界矿化度（Cc）。
意义：在进行钻井液、完井液等工作流体设计时，应将其
矿化度保持在Cc1值以上、Cc2值以下，才能避免因粘土矿物 水化膨胀、分散而对油气层造成损害。 测定步骤：首先用模拟地层水测定岩样的盐水渗透率，然 后依次降低（或升高）地层水的矿化度，再分别测定盐水
Cc≥30000mg/L
D 碱敏评价实验
高pH值的工作流体进入储层后，将促进储层中粘土矿物的水
化膨胀与分散，并使硅质胶结物结构破坏，促进微粒的释放，
从而造成堵塞损害。
目的：确定临界pH值以及由碱敏引起油气层损害的程度。显
然，在设计各类工作液时，其pH值应控制在临界pH值以下。
测定步骤：首先以地层水实际pH值为基础，通过添加NaOH溶
渗透率，直至找出Cc值时为止。
盐敏程度评价指标
•无盐敏或弱盐敏 •中等偏弱盐敏 •中等盐敏 •中等偏强盐敏 Cc≤1000mg/L 1000mg/L < Cc<2500mg/L 2500mg/L ≤ Cc≤5000mg/L 5000mg/L < Cc<10000mg/L
•强盐敏
•极强盐敏
10000mg/L ≤ Cc<30000mg/L