保护油气层技术(精)
保护油气层技术
7 Wattability or Water affinity 润湿性
定义:岩石颗粒表面的亲油或亲水特性
Water Drop
90。
亲水
90。
亲油
90。
两性
8 Wattability Alteration 润湿性反转
定义: 使岩石颗粒表面亲油变为亲水或亲水变为亲油的现 象。
局限性：
不易鉴定微量组分矿物； 不能给出矿物的产状和分布； 不能给出孔隙和孔喉的结构和分布；
II. Scanning Electron Micrograph(SEM) 扫描电镜
观测岩心的主要性能…形态观测
孔喉
骨架颗粒
孔面颗粒
孔隙
观测岩石骨架特征 矿物颗粒的大 小、产状和分布；
S
K Kd
1
ln rd
/
rw
K
S 0:近井壁损透率增高；
Kd
S 0:无损害；
S 0:有损害; S越大，损害程度就越高
13 Blocage 堵塞比
定义:理论流量与实际流量之比
Qo RD
Ql
Qo 理论流量；Ql 实际流量
Summary
重点掌握基本术语及有关公式 掌握保护油气层技术的六点主要内容
Section 1.3 Some Technical Terms on
油气层保护
保护油气层技术知识点总结一、名词解释:1.油气层伤害:在油气钻井、完井、修井、增产改造及开发生产过程中，造成流体产出或注入能力显著下降的现象。
2.岩心分析：是指利用各种仪器设备来观测和分析岩心一切特性的系列技术。
3.间层矿物：是由膨胀层与非膨胀层单元相间构成。
4.地层微粒：是指粒径小于37微米（或44微米）的细粒物质。
5.喉道：两个颗粒间连通的狭窄部分，是易受损害的敏感部位。
6.孔隙结构：孔隙和喉道的几何形态、大小、分布及其连通关系。
7.敏感性矿物：成岩过程中形成的少量自生矿物，易与工作液发生物理和化学作用，导致油气层渗透性显著降低的矿物。
8.润湿性：岩石表面被液体润湿的情况。
9.速敏：由于各种作业当中，流速超过零界流速时引起的地层微粒的运移从而导致气层渗流速度下降的现象。
10.水敏：当与储层不配的水进入储层后,引起储层中粘土水化膨胀,分散运移,导致渗透率下降的现象.11.盐敏：地层渗透率随外来液体含盐量下降而降低的现象。
12.碱敏：指在碱性环境下，造成油气层中粘土矿物和硅质胶结的结构破坏及大量氢氧根与二价阳离子结合生成不容物，而造成的油气层堵塞。
13.应力敏感:是考察在施加一定的有效应力时，岩样的物性参数随应力变化而改变的性质.14.温度敏感:由于外来流体进入储层引起温度下降从而导致油气层渗透率发生变化的现象。
15.酸敏:是指酸液进入储层后与储层中的酸敏性矿物发生反应,产生沉淀或释放出微粒,使储层渗透率下降的可能性及其程度。
16.表皮效应:当油从周围油层流向井筒时，产生一个附加压降的现象。
17.流动效率:在相同的产量条件下,油气层实际井的压差与理想井的压差的比值。
ta wf e swf e p p p p p p p FE ∆∆=-∆--= 18.油气层伤害机理: 油气井生产或注入井注入能力显著下降现象的原因及其作用的物理、化学、生物变化过程。
二、简答题：1）简述保护油气层的重要性及其特点。
答： 1.勘探过程中，及时发现油气层、准确评价油气层、准确评价油气储量； 重要性 2.在开发过程中，充分解放油气层生产能力，提高油气田开发经济效益；3.在开发过程中，保证油气井长期稳定高产。
钻井过程中的保护油气层技术
与 使
6)正电胶钻井液
用 范
7)甲酸盐钻井液
围 分
8)聚合醇 (多聚醇)钻井液
9)屏蔽暂堵钻井液
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① 无固相清洁盐水钻井液 密度可在3范围内调整。
表5-1 各类 盐水溶液所 能到达的最 大密度
盐水液
KCl NaCl KBr HCOONa HCOOK HKOOCS CaCl2 NaBr NaCl/ NaBr CaCl2/CaBr2 CaBr2 ZnBr2/ CaBr2 CaCl2/CaBr2/ZnBr2
得的渗透率；
K切为被切后所生岩心用地层水测得的渗透率。
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压差 /MPa 0.10 0.20 0.30
0.40 0.50
压差对屏蔽暂堵效果的影响
暂堵后渗透率Kw2 /10-3μm2
Kw2/ Kw1
51.98
0.044
7.90
0.0067
1.19
0.0010
0.64
0.00054
0.63
0.00053
Ø 对井身结构和钻井工艺无特殊要求
Ø 对油气层损害程度小 Ø 被广泛作为钻开油气层的钻井液
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改性方法：
a. 降低钻井液中膨润土和无用固相含量，调节固相颗
粒级配; b. 按照所钻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;
c. 选用适宜类型的暂堵剂及加量
d. 降低静滤失量、动滤失量和HTHP滤失量，改善 流变性与泥饼质量
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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
冲洗井底和携带岩屑
破岩作用
钻
第5章 钻井过程中的保护油气层技术
变差而增加。钻井过程中起下钻、开泵所产生的激动压力随钻井液的塑性粘度和动切
力增大而增加。此外，井壁坍塌压力随钻井液抑制能力的减弱而增加，维持井壁稳定 所需钻井液密度就要随之增高，若坍塌层与油气层同在一个裸眼井段，且坍塌压力又 高于油气层压力，则钻井液液柱压力与油气层压力之差随之增高，就有可能使损害加 重。 ①固相和液相侵入油气层的深度随钻井液的动、静滤矢量，HTHP滤矢量的增加而增 大，随滤液质量变差而增加。
现场实施方案：
a、进入油气层前处理钻井液，并测定钻井液的粒经分布； b、进入油气层前加入各种暂堵剂；
c、进入油气层后检测钻井液中的颗粒粒经，并视情况补加暂堵剂；
d、加入暂堵剂后，停止使用能清除暂堵剂的地面固控设备。
按2 / 3原则选择暂堵剂的粒经 暂堵深度研究 暂堵强度研究 屏蔽暂堵技术室内研究 反排解堵研究 压差、剪切速率 D、时间对暂堵效果的影 响研究 布测定 暂堵剂和钻井液粒经分
(二)钻开油气层的钻井液类型
类型 种类 一、水 1、无固相清 基钻井 洁盐水 液 2、水包油钻 井液 特点 适用范围 不含膨润土和其它人为的固相，其密 适用于套管下至油气层顶 度靠加入不同种类的可溶性盐调节。 部，油层为单一压力体系的裂 缝性油层或强水敏油气层。 以水(或盐水)为连续相， 油为分散相的 适用于技术套管下至油气层 无固相水包油钻井液，其密度可通过 顶部的低压裂缝性易发生漏 调节油水比和可溶性盐的种类、加量 失的油气层或低压砂岩油气 来实现，最低密度可达 0.89g/cm3。 层。 3、无膨润土 此种钻井液由水相、聚合物和暂堵剂 适用于技术套管下至油气层 暂堵型聚合 固相粒子组成。密度可通过加入不同 顶部，油层为单一压力体系的 物钻井液 种类和加量的可溶性盐来调节，流变 低压力，稠油井和古潜山裂缝 性通过加入低损害聚合物和高价离子 性油层。 来控制，滤失量可通过加入油溶或酸 溶或水溶的暂堵剂来实现。此种钻井 液不含膨润土。 4、低膨润土 膨润土含量通常小于 30g/l，钻井液所 适用于低压、低渗油气层或碳 聚合物钻井 需性能通过加入各种聚合物来控制。 酸盐裂缝性油气层。 液
保护油气层技术
保护油层技术的主要内容： 目前，国内已经形成以下成熟的系列技术： 1、岩心分析技术； 2、储层敏感性评价； 3、地层损害机理研究； 4、保护油层的工艺技术（核心是工作液技术）； 5、保护油层的评价技术：室内评价方法与评价标准、 矿场评价技术； 6、保护油层技术的配套和系列化； 7、保护油层技术的经济评价； 8、保护油层的计算机模拟技术。
特点： 1、将无法消除的造成油层损害的不利因素转化为保护 油层的必要条件，从根本上解决了正压差问题，大大 解放了钻井技术：对正压差大小、固相要求、浸泡时 间……都可不作要求。 2、只与油藏孔喉结构与泥浆中固相粒子级配有关，因 此适合于各类泥浆，多种油藏。 3、不必虑察固井的损害。 4、成本低，操作十分简单：对泥浆性能无大的影响， 且有利。 5、可完全解决钻井、完井过程中油层损害问题。
4、润湿性、毛管现象引起的地层损害 （1）水锁 （2）润湿反转 （3）乳状液堵塞 （4）气泡堵塞 …… 5、地层温度、压力变化引起的地层损害。
由于油层损害机理是油层保护技术的关键，而不同 油层及不同工艺的损害机理都不相同，因此在进行油 层保护技术研究时，必须作针对性的研究实验。
储层损害的评价技术： 室内评价： 模拟工作液体系及工况（地层岩心、温度、压 力……）对具体作业进行损害和保护评价，为现场实 用提供依据。 矿场评价： 试井评价：如表皮系数、损害系数、完善指 数…… 产量递减分析： 测井评价：
1、不该进入油层的工作液的液相、固相组分尽量不进入油层； 2、必须进入油层的工作液，必须与油层组成结构相配伍； 3、有可能则采用暂堵技术； 4、预防为主，但相应的解堵技术还是必要的； 5、必须让保护油层的各种技术措施与原作业环节的技术要求 协调一致； 6、各项保护油层技术应系统优化形成系列； 7、避免井下事故。 工作液是造成油层损害的普遍而主要的原因，但油层保护 又必须通过工作液来实施完成。
保护油气层技术措施
保护油气层技术措施
1、为提高对油气藏的勘探开发水平井和效益，有利于发现和保护油气层，尽量避免对油气层的污染，应采用与施工地区地层相配伍的优质钻井液钻进。
2、钻井液密度要以地质提供的地层孔隙压力梯度和破裂压力梯度为依据，结合随钻压力监测结果，按气层附加（0.01-0.15）g / cm3，油层附加（0.05-0.01 ) g / cm3，浅气附加（0.2-0.25) g /cm3确定。
3、推广应用保护油气层的钻井液体系。
4、采用近平衡压力钻井，加快钻井速度，缩短建井时间，减轻钻井液对油气层的浸泡。
5、发生漏失，堵漏时应采用易解堵的材料。
6、必须配齐和使用好钻井液净化设备，保证含砂量在设计范围内。
7、努力做好保护油气层工作，在打开油气层前，必须调整好钻井液性能，对稠油层和低渗透油层，应采用低固相或无固相钻井液。
8、利用暂堵技术，在油气层部位形成稳定的薄而致密的暂堵层，阻止固相和滤液进一步浸入油层。
9、为保证套管居中，提高顶替效率，要保证入井扶正器的数量足、安放位置准确，要示求主力油层部位每根套管加 1 只，其余油层每两根套管加1 只，以提高固井质量。
10、必须使用合格的油井水泥固井，施工时必须严格控制水泥浆量和失水量。
对于一般油气井，失水量控制在5ml以内。
11、根据地层压力系数，优化固井施工设计，合理选择静液柱压力，推广应用平衡压力固井工艺技术。
12、采取防止泥浆失重引起环空压力降低的固井工艺措施。
13、固井施工设备良好，水泥和添加剂混拌均匀、计量仪器准确，施工一次成功，确保固井质量。
油层保护技术
2)地层水性质与油气层损害的关系
影响无机沉淀损害情况 影响有机沉淀损害情况 影响水敏损害程度
5、油气层流体性质-原油与天然气
原油
1)与油气层损害有关的性质 1)与油气层损害有关的性质 含蜡量，粘度，胶质、沥 青质和硫含量，析蜡点， 凝固点 2) 与油气层损害的关系 影响有机沉淀的堵塞情况 引起酸渣堵塞损害 引起高粘乳状液堵塞损害
3、油气层敏感性矿物-定义与特点 定义与特点
定义：油气层中易与流体发生物理、化学和物理/化 定义 学作用，而导致油气层渗透率下降的矿物，称 之为敏感性矿物。 特点： 特点：(1)粒径很小，一般小于37μm (2)比表面积大 (3)多数位于易与流体作用的部位
3、油气层敏感性矿物-类型
按引起油气层损害类型分为：
其它外因
2、作业或生产压差
微粒运移损害 压力敏感损害 无机沉淀损害 有机沉淀损害 储层出砂和坍塌 压漏地层 增加损害的程度
3、作业流体与地层流体温差
影响有些敏感性损害的程度 影响无机沉淀的生成 影响有机沉淀的生成 影响细菌损害情况
（二）保护油气层的重要性
-有利于提高产能及开发效益
保护储层可减少储层损害，有利于提高储层产 能及勘探开效益
新疆夏子街油田，勘探初期用普通钻井液钻井，日产油仅3-6t； 3 投入开发时，用保护储层钻井液钻开油层，完井后投产，日产油一 般8-9t，最高达每天24t，储层级别从三类 8 24t 三类提高到二类 二类。 24 三类 二类 吐哈温米油田，开发方案设计需压裂投产才能达到所需产能， 但钻167口开发井时，全面推广使用与储层特性配伍的钻井完井保护 20油层技术，射孔后全部井自喷投产，单井产能比设计产量提高2020 30% 30%。使用的保护储层技术每口井多投入10000元，却省掉了压裂工 序，节省费用几十万元。
保护油气层技术--石工1207
5、、油气层敏感性评价包括速敏、水敏、盐敏、碱敏、酸敏、应力敏感、温度敏感等七敏实验。
7、敏感性评价一个流动实验流程中必须包括三个部分：动力部分，岩心夹持器，计量部分。
28、引入有效半径后，当油层未受污染时有re=rw；油层受到污染re＜rw；油层改善时re＞rw。
29、对于均质储层，当表皮系数S>0时，储层受到伤害；S=0时，未受到伤害；S＜0时，储层得到强化或改善。通常当S=0-2时，储层轻微损害；当S=2-10时，损害比较严重；当S＞10时，严重损害。
30、解堵方法：化学解堵、机械解堵
35、高岭石和伊利石是典型的速敏性粘土矿物，蒙脱石是水敏性粘土矿物。
36、了解地层孔喉特征的方法有：压汞曲线、半渗透隔板法和离心法。
37、影响油气层损害程度的工程因素：压差、浸泡时间、环空返速、钻井完井液性能
三、简答
1、保护油气层的重要性：
a.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。b.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。c.油气田开发生产各项作业中,搞好油气层保护有利于油气井的稳产和增产。
3、岩石和微粒的润湿性。4、液体的离子强度和PH值。5、界面张力和流体粘滞力。6、是影响微粒堵塞的主要因素，当微粒尺寸接近于孔隙尺寸的1/3或1/2时，微粒很容易形成堵塞；微粒浓度越大，越容易形成堵塞；（2）孔壁越粗糙，孔道弯曲越大，微粒碰撞孔壁越易发生，微粒堵塞孔道的可能性越大；（3）流体流速越高，不仅越易发生微粒堵塞，而且形成堵塞的强度越大；（4）流速方向不同，对微粒运移堵塞也有影响。
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配伍、工艺措施不当。
钻井液与地层岩石不配伍。
诱发水敏、盐敏、碱敏、润湿反转、处理剂吸咐。
2钻井液与地层流体不配伍,形成无机盐沉淀、处理剂沉淀、发生水锁效应、产生乳化堵塞、细菌堵塞、液相侵入深度。
正压差2负压差3钻井液性能和返速4钻井事故与故障
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根据.2 合理设计井身结构.3 实现近平衡钻井.4 减少浸泡时间.5 搞好中途测试.6 多套压力系统地层保护技术.7 调整井保护技术.
1钻进液密度可调,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的流体相配伍。
5钻井液的组分与性能都能满足保护油气层的需要。
1 油基钻井液包括普通油基钻井液和油包水钻井液.
特点:a. 有效防止地层粘土水化,地层损害小;b. 可能产生乳化堵塞或地层润湿反转;c. 易发生火灾或环境污染;d. 成本较高。
2 气体类钻井液,特点:a.分散介质为气体,井底压力低;
b.钻速高、地层损害很小;
c.携岩能力差、需特殊装备、成本高.
3 水基钻井液,
钻开储层时,利用井底压差,在井壁附近迅速形成渗透率接近于零的屏蔽暂堵带,并可在完井过程中采取措施解堵的技术.
工艺要点:a.测定油气层孔喉分布曲线及孔喉的平均直径;b.按1/2~ 1/3孔喉直径选择架桥粒子(如超细碳酸钙、单向压力暂堵剂的颗粒尺寸,使其在钻井液中含量大于3% ;c.按颗粒直径小于架桥粒子(约1/4孔喉直径选用充填粒子,其加量大于
1.5% ;d.加入可变形的粒子,如磺化沥青、氧化沥青、石蜡、树脂等,加量一般
1%~2%,粒径与充填粒子相当。
变形粒子的软化点应与油气层温度相适应。
e.定期检测和维护钻井液中固相的颗粒粒度分布和含量。
f.注意防止应力敏感和水锁损害
①无固相清洁盐水.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.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。
a环空封固质量不好b固井质量差
a.水泥浆中固相颗粒堵塞油气层
b.水泥浆滤液与油气层岩石作用。
c,水泥浆滤液与油气层流体作用
原因:a.水泥浆组份;b.水泥浆失水性能;c.钻井液泥饼质量 d.井底压差。
程度:a有泥饼存在时,地层损害程度在10~20%;b如泥饼质量差或发生井漏,地层损害将加剧。
a尽量降低水泥浆失水量b采用屏蔽暂堵钻井液技术c提高固井质量
水泥浆在凝结成水泥石的过程中液柱压力逐渐下降的现象。
这一现象曾多次导致固井侯凝时发生井喷
a提高水泥浆密度、减少水泥返高;b关井侯凝、加回压侯凝;c使用套管外封隔器;d采用双凝水泥;e采用分级注水泥;f使用膨胀水泥.e采用双凝水泥.
1裸眼完井:a分为先期裸眼和后期裸眼两种;b渗流面积大,产量高;c只适用于岩性稳定的单一产层。
2射孔完井:能有效分隔油、气、水层,防止层间干扰,可实施分层开采;连通性有限,存在固井和射孔过程的损害;3防砂完井,a最常见的有筛管防砂和衬管砾石充填防砂两种;b适合于胶结疏松、易出砂的砂岩油藏
1成孔过程对油气层的损害;2射孔参数不合理(储层打开程度不
完善;3射孔压差不当;4射孔液对储层的损害;
1正压差射孔的保护油气层技术;2负压差射孔的保护油气层技术;
3合理射孔负压差的确定;4采用保护油气层的射孔液;
5优化射孔参数设计;
a加剧设备磨损,增加产生成本;b堵塞井筒,导致停产;c
井壁垮塌,套管挤毁,a地层岩石胶结强度低; b地应力作用;c开采工艺措施不当(压差过大、流速过大
胶结方式:a基底胶结;b接触胶结;c孔隙胶结
1缝眼的形状2缝口宽度3缝眼的数量
①控制好砾石质量,砾石质量包括:砾石的粒径、砾石尺寸合格程度、砾石的圆球度、砾石的酸溶度、砾石的强度等
②调整好砾石充填液(携砂液的性能。
要求:携砂能力强,与地层配伍,易反排。
①压井液性能不良对油气层损害严重;
②频繁起下管柱,增加压井次数;
③各工序配合不紧凑延长压井时间等。
1采用优质压井液:
2采用采用多功能管柱:
3各工序配合紧凑缩短压井等候的时间
等。
透率。
原油从油层流人井筒时,在这里会产生一个附加压降,这种现象叫做表皮效应。
ΔP无因次化,得到无因次附加压降,称为表皮系数,用S表示。
等于纯损害表皮系数与拟表皮系数之和。
的虚拟井径即为有效半径。