国外保护油气层钻井液技术新进展
国内外油气层保护技术发展及现状
护 油气 层 的意 义 比钻 井 中保 护 油气 层 更 防砂 更 好 的效 果 。 埕 东 油 田确 立 的 大 如
（） 来 液 体 与 油 气 层 岩 石矿 物 不 为重 要 、 １外 更有 必要 。开发过 程 中的 油层 保 部 分 出砂 井 以携 砂 生 产 为 主 的 方针 。 在 配 伍 造 成 的损 害 ；（ ） 来 液体 与 油 气 护工作是 长 期性 和经 常性 的。 ２外 与钻 完井 中 控 制大 量 出砂 的前 提 下 ， 部 分 砂 子 随 一 层 流 体 不 配 伍 造 成 的 损 害 ； （ ） 细 现 油 气 层 损 害 比较 ， ３ 毛 开发 过 程 中的 油 气 层 产 液 采 出。主 要 的 控 砂 措 施 为 ： 级 放 逐
象 造 成 的损 害 ；（）固相 颗 粒堵塞 引起 的 损 害 有 如 下 特 点 ： ４
损 害。
大排 量 ． 止 地 层激 动 出砂 ； 用双 单流 防 采
Hale Waihona Puke （） 害周 期长 几乎贯 穿 于油 田开 阀 （ 泵 上端 及 泵 上３ ０ １损 在 ５ ｍ两 处 安 装单流
无 论 哪一 种 损 害 ， 层 本 身 的 内在 发 的 全 过 程 ： （） 害 范 围 宽 。 仅 发 生 阀 ） 储 ２ 损 不 防止停 机 时 出砂 。 大部 分井 措 施 后效 条 件 均 是 主要 因素 。 开发 过 程 中 衡 状 在 近 井 地带 而 且可 能 涉及 到 油 层 的深 果较 好。 平 态 可能被 破 坏 ． 向着另一 平衡 状 态转 化 ， 部 （） 害更 具 复 杂 性 。 面 设备 多、 ３损 地 而 油 气 层本 身又不 能适 应 这 些 外 界 条 件 流 程 长 、 工艺 措 施 种 类 和 入 井 液 体 种 类 的渗 透 率 明显 降低 。因此 ． 了解油 气 层 次 损 害 。 要 损 害 机 理 和 损 害 程 度 ， 先要 弄 清 油 气 首
国外保护油气层技术发展动向(泥浆侵入)
第九章国外保护油气层技术发展动向保护油气层技术是提高石油勘探开发效益进程中带有战略性意义的关键技术之一。
国外各油公司十分重视此项技术的发展，近年来仍然投入大量资金从事此项技术深层次的研究。
我国保护油气层技术尽管已取得较大发展，但与国外相比仍有较大差距。
现将国外保护油气层技术研究现状归纳为以下几个方面。
一、岩心分析技术的发展新技术的应用主要表现在以下几个方面。
1．傅里叶变换红外光谱分析采用傅里叶变换红外光谱仪，测定矿物的基团、官能矿物的基团、官能团来识别和量化常见矿物，分析迅速，精度与XRD相似，能定量分析的矿物有石英、斜长石、钾长石、方解石、白云石、菱铁矿、黄铁矿、硬石膏、重晶石、绿泥石、高岭石、伊利石和蒙皂石总和，以及粘土总量，对非晶质物、间层粘土矿物的构造特性分析有独到之处，国外已将其用于井场岩石矿物剖面分析图的快速建立，国内亦逐渐成为分析敏感性矿物，尤其是油气层粘土矿物的有力手段，但由于其对鉴定间层粘土矿物的局限性，要完全代替XRD是不可能的。
2.CT扫描技术将医学上应用的CT扫描技术引人到岩心分析中，主要原理是用X 射线照射岩心，得到岩心断面上岩石颗粒密度的信息，经计算机处理转换成岩心剖面图，它可以在不改变岩石形态及内部结构的条件下观察岩石的裂缝和孔隙分布。
当固相物侵入岩心时，能够对固相侵入深度及其在孔喉中的状态进行监测，也可以观察岩样与工作液作用后的孔隙空间变化。
目前这项技术主要用于高渗透疏松砂岩和裂缝性储层的损害研究中，如出砂机理、稠油蚯蚓孔道的形成、侵入裂缝的固相分布、岩心内泥饼的分布形态等。
3.核磁共振成象技术简称NMRI，它能够观测孔隙或裂缝中流体分布与流动情况，因此对于流体与流体之间，流体与岩石之间的相互作用，以及润湿性和润湿反转问题的研究有特殊意义，是研究油气损害的最新手段之一。
NMRI测井技术发展很快，主要用于剩余油的分布探测，已成为提高采收率的重要评价技术。
4.扫描电镜技术扫描电镜技术在制样和配件方面发展较快，在SEM上配置能谱仪（EDS）可以对矿物提供半定量元素分析，对敏感性矿物的识别及损害机理研究有很大的帮助。
国外页岩气钻井液技术新进展_邸伟娜
将 2# 配方在 204 ℃下静态老化 48 h，测量其流 变和滤失性能，结果见表 3[10]。作为定制过程中的关 键部分，用于研究的 LGS 是由 Haynesville 和 Bossier 页岩的钻屑制成的，D50 小于 10 µm。用于以上研究 的是 50%Haynesville 钻屑和 50%Bossier 钻屑的混合 物。表 3 中数据表明，定制的钻井液能很好地解决 高温问题，没有样品出现凝胶问题，甚至是含有 CO2 的样品 ；考虑到钻井液的老化效应和固体含量，钻 井液的塑性黏度和剪切强度仍然非常低 ；在含有高 达 12% 的 LGS 时，钻井液仍然保持有功能特性 ；而 且钻井液的 API 和高温高压滤失量非常低。证明通 过定制化方法能够研发形成一种热力学稳定、抗 CO2 污染、且具有高低固相容量的水基钻井液。
近年，非常规页岩气储层钻井活动急剧增加。页 岩气储层钻井液的选择经常是油基钻井液（NAF）。 虽然 NAF 具有页岩稳定性和润滑性好及抗污染等优 点，但是在环境影响和附带成本方面存在严重问题， 使作业者寻求用水基钻井液（WBM）进行非常规页 岩气储层钻井。哈里伯顿的 Jay P. Deville 等人利用页 岩矿物学和井底温度等非常规页岩气储层中的关键因 素，打破“用一种水基钻井液来实现全球页岩气开发” 的思想，提出基于给定页岩参数详细分析的客制化服 务 [9]。分析不仅包括页岩形态和岩性，还包括钻井方 案、环境因素和其它储层专用考虑因素。
钻井液技术新进展
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]。
我国油气保护发展过程及国外保护油气层发展现状
浅谈我国油气保护的发展过程及国外保护油气层发展现状摘要：本文探讨了我国在油气层保护技术方面的发展过程，国外保护油气层技术发展动向，使用计算机处理和管理大量油气层信息，建立各种保护油气层模型。
进行油气层损害的识别、诊断、评价、预防及处理，形成了油气层损害与控制智能化计算机软件系统。
关键词：油气保护；发展；国外；智能化；系统一、我国在油气层保护技术方面的发展过程50年代我国石油工作者就开始注意到保护油气层的问题，川中会战时，就提出钻井液密度不宜过高，以免压死油气层。
60年代大庆会战时，为了减少对近井地带的油气层损害，对钻开油气层钻井液的密度和滤失量也提出了严格要求。
70年代开始从分析油气层岩心入手来研究油气损害的机理和防治措施，并将试验室研究成果应用于油气田钻井、完井和开发方案的设计及生产实践中，形成了保护油气层的系列技术。
70年代开始长庆油田就开始进行了岩心分析和敏感性分析，但由于受到仪器与技术条件限制，再进一步深入下去有困难。
直到80年代，在引进国外保护油气层技术的基础上，我国才全面开展了保护油气层技术的研究工作，并在”七五”期间将保护油气层钻井完井技术列为国家重点攻关项目。
原中国石油工业部科技司、开发司、钻井司共同组织辽河、华北、长庆、四川、中原等五个油田和石油大学、西南石油学院、江汉石油学院、石油勘探开发科学研究院、工程技术研究所等单位共同进行攻关，使我国保护油气层技术不仅在理论研究上，而且在生产实践中均取得较大进展，形成了适合我国的保护油气层系列技术在”八五”期间，此项技术得到进一步推广应用和发展，并取得较好的效果。
二、国外保护油气层技术发展动向保护油气层技术是在石油勘探开发过程中对提高产能具有战略性意义的关键技术之一。
国外油公司十分重视此项技术的发展，近年来仍然投入大量资金从事此项技术深层次的研究而我国保护油气层技术尽管己取得较大发展，但与国外相比仍有较大差距。
现将国外保护油气层技术研究现状归纳为以下几个方面:1、油气层损害机理的研究继续深入近年来，外国专家对油气层损害机理进行了更为深入的系统研究， giorgi把引起油气层损害机理归纳为二十二项:(1)润湿性改变;(2 )水锁;(3)凝析气层液锁;(4 )气锥或水柱;(5)毛管压力的改变;(6 )粘土膨胀;(7 )微粒运移;(8 )伊利石、云母破碎解体;(9 )无机盐沉淀;(10)注c02导致无机盐沉淀;(11 )酸化引起的沉淀;(12 )碳酸盐溶解沉淀;(13 )外来固相的堵塞;(14 )油气层固相颗粒堵塞;(15 )力学方面的损害;(16 )酸渣;(17 )蜡堵;(18 )乳状液堵塞(19 )细菌损害;(20)沥青质沉积;(21 )增加水的饱和度;(22 )气井增加油的饱和度。
国外钻井技术研究新动态
国外钻井技术研发新动向钻井的目的不止是构建油气通道，更重要的是发现更多的油气资源和尽量提高油气产量和采收率。
钻井工程面临的问题始终是如何确保“优，快，省，HSE”。
钻井技术的研发一直是针对这些问题展开的。
自上世纪80年代以来，钻井技术发展很快，极大地推动了钻井的实时化、信息化、数字化、可视化、集成化、自动化、智能化，使钻井变得“更聪明”。
从国外钻井前沿技术和在研技术判断，当前钻井技术的研发在这四个方面出现一些值得关注的新动向。
一、优“优”指优质，也就是如何提高工程质量，更好地保护油气层，准确地监控井眼轨迹。
1.提高井下数据传输速率，完善双向通讯钻井目标复杂化对井眼轨迹的控制精度提出了越来越高的要求。
近些年，国外一直在探索新的数据传输方式，包括声波、光纤和有缆钻杆。
目前，声波信道和用于常规钻杆的光纤信道尚在研究中。
在有缆钻杆领域，目前投入商业应用的只有美国Intelliserv公司的“软连接”有缆钻杆，即所谓的智能钻杆。
智能钻杆的主要特点是：(1)数据传输高速、大容量、实时：数据传输速率高达5.76×104 bit/s；(2)真正实现双向通讯；(3)适用于包括欠平衡钻井、气体钻井在内的任何井况下的数据传输。
智能钻杆是钻井井下信号传输技术的一个重大突破和重要里程碑，应用前景乐观。
下一步是开发数据传输速率高达1×105 bit/s的智能钻杆。
2.发展随钻前视功能，完善地质导向地质导向是MWD和LWD技术的重大突破，但目前的地质导向仪离钻头的距离在0.91m以上，不能探测钻头前方的地质情况。
为此，需要发展随钻地震等具有随钻前视功能的技术，更好地进行地质导向和储层导向。
二、快“快”指高效，也就是如何提高钻井效率。
“快”是油公司、钻井承包商和技术服务公司一贯追求的重要目标。
近两三年，钻井日费暴涨，提高钻速尤为重要，对深井钻井和深水钻井来说更是如此。
1.探索新的破岩方式，以期在破岩技术上取得突破近几年，国外还在探索中的破岩技术主要是激光钻井、等离子体通道钻井(Plasma Channel Drilling)。
国外钻井完井技术新进展
国外钻井完井技术新进展1 水平井钻井技术1.1 水平井应用的油藏和地区目前，水平井已作为常规钻井技术应用于几乎所有类型的油藏，如枯竭油藏、致密气藏、低渗油藏、边际油藏、高渗油藏等。
除了传统意义的水平钻井之外，近年来，水平井又有了许多新的应用：•水平井作为注入井，提高产量•分支水平井开采多个产层•开采老油田剩余油•多目标开发产层•开采气藏或疏松砂岩油藏•水平井资料用于油藏描述•薄层油藏、注水剖面修正、持续增产1.2 水平井的效益近年来，水平井钻井成本已降至直井的1.5~2倍，甚至有的水平井成本只是直井的1.2倍，而水平井的产量是直井的4~8倍。
1.3 国外水平井钻井技术指标•水平井最大水平段达6118m；•水平井最大垂深6062m；•水平井最大单井进尺10172m；•双侧向水平井总水平段长度达到4550.1m（该井垂深1389.9m）；•多分支水平井总水平段长度达到11342m。
1.4 国外水平井钻井新技术1.4.1国外水平井钻井技术正在向集成系统发展以提高成功率和综合经济效益为目的，结合地质、地球物理、油层物理和各工程技术，对地质评价和油气藏筛选、水平井设计和施工进行综合优化。
兰德马克图形公司开发出一种名为决策空间（DecisionSpace™）的新一代定向井设计软件包，可显著降低油田开发中井眼轨迹的设计周期。
这个集成软件包由三部分组成：资产设计师（Asset- Planner™）、轨迹跟踪设计师（TracPlanner™）和精确定位（PrecisionTarget™）。
利用该软件包，可以迅速地为新老油田开发方案提供多井平台下的油田开发井眼轨迹设计方案，借助先进的井眼轨迹设计技术和工作流程技术缩短井眼轨迹设计周期。
“资产设计师”可以根据储层模型自动生成储层靶区目标。
应用该软件在储层模型内对储层特性进行筛选，从而产生储层油藏目标，使用者可以根据自己的泄油要求优化现场设计。
“轨迹跟踪设计师”可以快速有效地以人机对话的方式建立并显示多种勘探或油田开发方案，在详细的计划实施前，就可以得到可靠的估计。
国内外钻井液技术的研究进展
1.4 环保型钻井液技术的有效应用此种钻井液技术在美国、欧洲等地区的利用率很高，能够发挥出环保的作用，降低了环境污染事故产生率，达到绿色钻井施工的目的[2]。
2 国内钻井液技术的发展状况说明相较于国外，国内在钻井液技术方面的发展时间较晚，与其存在着一定的差距。
近些年来，国内钻井技术得以不断发展，促使水平井和大位移井钻探数量与日俱增，针对钻井液技术的研究工作开始增多，其中阳离子水基钻井液和油包水钻井液的科学运用，能够达到一些结构特殊井筒进行钻井作业处理的需求。
尽管国内的钻井液技术较为落后，不过随着钻井技术开发速度的加快以及各类试验研究的数量不断变多，在部分技术方面在全球范围内处于领先的地位，非常值得大范围运用。
进行渗透膜钻井液技术的开发与研究，能够产生合成基钻井液与聚合醇类钻井液等等，而国外全新水基钻井液技术的出现，能够满足质量方面的需要，进行钻井现场运用时，能发挥出一定的作用。
我国所研发的成膜剂表现出半透明的状态，能对泥页岩出现的吸水膨胀情况加以有效抑制，成效非常明显[3]。
我国在超高温水基钻井液技术方面目前处于全球的领先地位，在研发出PAMS 磺酸盐聚合物之后，又开发出能在超高温钻井中运用的钻井液处理剂，获取良好的运用效果。
而有机盐盐水钻井液主要被应用到塔里木油田的试验中。
在欠平衡钻井液技术方面，对比国外，国内呈现出严重的滞后性。
基于泡沫与充气钻井液的前提下，国内加快了对低密度钻井液的研究速度，达到欠平衡钻井技术的需要。
而气体钻井液主要把氮气当成相应的循环流体，应用气体钻井液，使井筒相应的生产压差下降，减少了钻井作业的周期，达到对成本控制的效果。
3 针对钻井液相关认识的分析通过分析上述几类钻井液技术之后，能够了解钻井液技术的很多特征，形成了具体的认识：第一，必须对钻井液相应的油气层保护性能十分关注与重视。
探究钻井液技术的同时，要明确钻井液和钻井效率之间的关联，凸显出钻井效率的重要性。
第二，必须实现钻井液技术和有关学科之间的融合。
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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 ・s25～27Y P ,Pa 12～1410s 切力,Pa 6～810min 切力,Pa 5～7电稳定性,V 550～600HTHP 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。