保护油气层钻井完井技术
保护油气层钻井完井液技术2010-0902
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
1、涉及多学科、多专业和多部门的系统工程 由于油气层损害的普遍性和相互联系性，使
钻开油层、测试、完井、试油、增产、投产等每 一个生产作业过程均可能使油气层受到损害，而 且，前一过程的油气层损害会影响后一过程的生 产作业效果，后一过程没有搞好保护油气层工作， 就有可能使前面各项作业中获得的保护油气层成 效部分或全部丧失。所以，保护油气层技术是一 项系统工程。
盐水液
KCl NaCl KBr HCOONa HCOOK HKOOCS CaCl2 NaBr NaCl/ NaBr CaCl2/CaBr2 CaBr2 ZnBr2/ CaBr2 CaCl2/CaBr2/ZnBr2
浓度/重量百分比 密度g/cm3 (21℃)
26
1.07
26
1.17
39
1.20
45
1.34
完善推广
（三）试油保护油气层技术的思路与原则
试油保护油气层应遵循的原则
1、解除钻井损害，减少试油损害原则 2、针对性原则 3、配伍性原则 4、效果与效益结合原则
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。
(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。
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。
第五章 钻井过程中的保护油气层技术
第五章钻井过程中的保护油气层技术第一节钻井过程中造成油气层损害原因分析一、钻井过程中油气层损害原因钻井的目的是交给试油或采油部门一口无损害或低损害的油气井。
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产量。
钻开油气层时，在正压差、毛管力作用下，钻井液固相进入油气层造成孔喉堵塞，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。
钻井液中固相对地层渗透率的影响二、钻井过程中影响油气层损害程度的工程因素影响油气层损害程度的工程因素：压差、浸泡时间、环空返速、钻井液性能（与固相、滤液和泥饼质量密切相关）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钻井液的作用：冲洗井底和携带岩屑；破岩作用；平衡地层压力；冷却与润滑钻头；稳定井壁；保护油气层；获取地层信息；传递功率二、保护油气层对钻井液的要求1.钻井液密度可调，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三、钻开油气层的钻井液类型目前保护油气层钻井液技术已从初级阶段(仅控制钻井液密度、滤失量和浸泡时间)进入到比较高级的阶段。
针对不同类型油气藏形成了系列的保护油气层钻井液技术。
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，是国内外钻开油气层常用的钻井液体系。
按钻井液组分与使用范围分：1)无固相清洁盐水钻井液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)改性钻井液表5-1 各类盐水溶液所能达到的最大密度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①无固相清洁盐水钻井液密度可在1.0~2.30g/cm3范围内调整。
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。
钻井完井液技术
7
钻井液滤液对地层的损害(水侵)
钻井液滤液对地层的损害作用主要有4个方面： (1)使油层中粘土成分膨胀 造成油流通道缩小，而降低出油能力。
油砂颗粒 上的粘土 质薄层
遇水膨胀
油气流通 道变窄， 甚至封闭
8
(2)破坏孔隙内油流的连续性：
☆ 使单相油流动变成油水两相流动，增加了流动阻力。
☆ 当水相增加而使水变成连续相时，会带走孔道壁的 松散微粒，并在适当位置发生堆积，堵塞流动孔隙， 降低渗透率。
相应的措施。
34
深井、超深井的钻井完井液
深井、超深井的钻井完井液的最大特点是应用于高
温高压条件下，而且深井、超深井经常使用高密度钻井
液（有时密度超过2.00g/cm3）会对油层产生高压差。
因此，作为深井、超深井钻井首先必须考虑高温的影响，
这包括高温改变和破坏钻井液性能两个方面。 由于高温的复杂作用使深井钻井液的井下高温性能 及热稳定性变得十分复杂，需要专门的评价方法和专用 的耐温处理剂，从而形成了一项特殊的技术。
卡钻
其它钻井液所必须具备的功能。
4
另一方面，它又必须能较好的防止对所钻油气层的 损害： 不同类型的油气层遇到不同类型的完井液都有 不同的损害。其损害情况随油气层特性和完井液性
质不同而不同。
因此，根据不同的油藏，认清其损害机理，找
出其损害原因，筛选与之相适应的完井液体系和确
定相应的应用工艺，是保护油气层完井液技术的核 心内容。
(7) 使用表面活性剂处理钻井液；
(8) 采用油基钻井液或油包水乳化钻井液， 从
根本上避免水侵和泥侵对油气层的危害；
(9) 采用挤酸解堵的措施。
21
四、 保护油气层对钻井液的要求
MTZ
３ ２口井 ， 取得 了较 好 的经 济效益 和社 会效 益 。
定 钻井 液 密度 ， 以确 保 井壁 稳 定 并进 一 步 减轻对 储 层 的损害 。在钻 进储 层 之前 改用 与储 层配伍 的屏蔽 哲 堵 钻 井液 ， 即在 两性 离 子 聚 合 物钻 井 液 中加人 超 细 碳 酸钙 （ 为架桥 粒 子 ） 磺 化沥 青或 沥 青粉 （ 作 和 作
剂和 Ｃ １ ４防气章膨胀 剂等外 加剂 ｆ Ｐ Ｃ 四刮刀 钻头， Ｏ一２ 用 Ｄ 加快钻建 ， 缩短浸 泡时问； 加有 ３ 最季胺 的晡膨 液作为射 用 孔液 、 压井液 在 ＭＴ Ｚ油田推广 应用 ３ ２口井， 取得 了较好 的
经 济鼓 益 和 杜 台鼓 益 。 平 均 每 口井 浸 泡 时 间 缩短 ８ １ ， ． ５ｄ 平 均 机械 钻速 提 高 ３． ， 井 合 格 率 为 １０ ， 井 电爱 一 ２４ 固 ０ 完 『 班 成 琦 率 由 ６ 提 高 至 ７ ， 均 完 井 作 业 时 间 缩 短 ４ｄ Ｏ ２ 平 ；
射 孔参 数 ， 用 ＹＤ １ ２深 穿 透 射孔 枪 、 采 －０ 防膨 射 孔液 体 系及 配方“ 。针对上 部 地层 孔 隙压力较 高 、 层 ’ 储 等 ， 得 了明显 的效 果 。随后 在 ＭＴ 取 Ｚ油 田推广 应用 孔 隙 压力 较低 的情 况 ， 依据 上 部 地层 的坍 塌压 力 确
４ Ｏ ２ ６℃ 。 高， 储层 孔脓 压 力较低 （ 压力 系数小 于 １ ， ）且水 敏 性 为 ７ ． ～ ８ ．
较 强 。因此如 何在钻 井 完井过 程 中肪止 和减 少油 气 层损害 ， 施系统保护油气层技 术显得尤为重要。 实
“ 五” 九 以来 ， 完 成各 项 室 内试 验 基 础上 ， Ｚ — 在 在 ２１
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 。
精选完井过程中的油气层保护技术课件
合理负压差值的确定
美国岩心公司经验公式（针对油层）： Ln(Dpmin) = 5.471 – 0.3688 ln(K)式中，Dpmin —— 射孔最小负压（10-1MPa) K —— 油层渗透率，10-3mm2
负压射孔示意图
保护储层的射孔完井技术
三、保护储层的射孔液射孔液：既是射孔作业中井筒的工作液，也是射孔作业完成后，进行生产测试的压井液。对射孔液的基本要求：与储层岩石、流体相配伍满足射孔及后续作业的要求（具有合适的密度，以及适当的流变性以满足循环清洗炮眼的需要）
射孔完井的保护油气层技术
损害因素分析：二、射孔参数不合理或储层打开程度不完善射孔参数：孔密、孔深、孔径、步孔相位角、步孔格式等。当径向流→非径向流时，流动阻力增大，产生附加压降。 如果以上参数选择不合理，产生附加压降。如果油层有气顶和底水，油层段不能全部射开，增大附加阻力。
射孔完井的保护油气层技术
建立合理的工作制度（生产压差、采油速率的确定）保持能量开采（在原油饱和压力以上）针对不同储层采取相应预防措施低渗油气藏——保持能量开采，避免气锁、液锁和乳化堵塞，防止出现多相流中、高渗疏松砂岩——选择合理生产压差和采取有效的防砂措施碳酸盐岩油气藏——防CaCO3垢稠油油藏——防有机垢生成
采油过程中解除损害的方法
保护油气层的防砂完井技术
——割缝衬管
四、缝眼数量：缝眼开口总面积 ＝ 2％﹡(衬管外表面积)缝眼长度 ＝ 50～300mm缝眼数量：n = (a F)/(e l) 式中：n —— 缝眼数量 a —— 缝眼总面积占衬管外表面积的百分数 (＝2％) F —— 衬管外表面积，(mm)2 e —— 缝口宽度，mm l —— 缝眼长度，mm
常用的射孔液体系
五、油基射孔液1、组成：柴油 ＋ 添加剂，可以是w/o乳化射孔液，也可以是纯油基射孔液2、特点：可避免水敏、盐敏损害但配制成本高、因而较少使用应注意防止润湿反转、乳化堵塞及有机垢堵塞
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。
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保护油气层钻井完井技术
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
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。
保护油气层钻井完井技术
第一节 钻井过程中造成油气层损害的 原因及保护油气层的钻井技术
三、保护油气层的钻井工艺技术
（2）发生水锁、乳化堵塞；高pH值滤液可促使原油中的沥青絮 凝、沉积。
（3）滤液含表面活性剂时可引起岩石润湿反转。
3、水泥浆中无机盐结晶沉淀对油气层的损害。
第二节
保护油气层的固井技术
三、保护油气层的固井技术
为了减少固井作业中对油气层的损害，可采取以下措施：
1、提高固井质量
①推广API标准油井水泥和各种优质水泥添加剂，改善水泥 浆性能，提高顶替效率； ②依据地层孔隙压力和破裂压力，选择合理的水泥浆密度， 控制合理固井压差，严防固井过程发生油气侵和井漏； ③防止水泥浆失重引起环空窜流；
第三节
射孔完井的保护油气层技术
二、保护油气层的射孔完井技术
1、正压差射孔的保护油气层技术 （1）采用与油气层相配伍的无固相射孔液 （2）控制正压差不超过2MPa 2、负压差射孔的保护油气层技术 （1）采用与油气层相配伍的无固相射孔液 （2）科学合理地确定负压差值
第三节
射孔完井的保护油气层技术
①若负压差值偏低，便不能保证孔眼完全清洁畅通。若过 高则可能引起其它复杂问题，如地层出砂，挤毁套管；地层 岩石发生应力变形使已有的裂缝闭合或孔隙变小，降低了近 井壁地带的渗透率。
4、固井质量不好，易发生套管损坏和腐蚀，引起油气 水互窜，造成对油气层损害。
第二节
保护油气层的固井技术
二、水泥浆对油气层的损害
保护油气层技术
绪论
案例 某低压、低渗油田，勘探初期，钻9口
探井，仅5口获工业油流，日产仅4～6吨 所钻地层属多压力层系，上部地层压力
系数1.15～1.20；下部0.95～1.0 为搞清该构造的产能和储量，技套下至
低压油层顶部；换用密度1.03g/cm3优质无膨 润土生物聚合物钻井液，并加入暂堵剂
绪论
钻开油层后中途测试，日产油69.9m3， 表皮系数-0.31，证明油层未受损害
岩石油层物理性质
◇当有一长度为L ，横截面积为A的岩心，使 其充满粘度为µ的流体，并在压力p1下流过岩 心，若出口压力为p2，对应的流量为Q。由 达西定律，有
Q K A p1 p2 L
岩石油层物理性质
或
QL
K
A(p1 p2)
◇若粘度为1mPa·s的流体，在105Pa的压力降
下，通过横截面积为1cm2、长度为1cm的岩心， 当流量为1cm3/s时，岩心渗透率为1 µm2， 称为达西；常用10-3 µm2表示
要参数
岩心分析 岩心分析概述
岩心分析概述
▪ 岩心分析的目的
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
hK
Pe - Pa Q ln(Re/ Ra)
(3)
hK
Pa - Pwf Q ln(Ra / Rw)
(4)
hKa
岩石油层物理性质
其中，K 为地层受到损害后的平均有效渗透 率将（2）、（3）、（4）式代入（1）式，有
Q ln(Re/ Rw) Q ln(Re/ Ra)
K
K
Q ln(Ra / Rw)
Pe Pwf Pe Pa Pa Pwf (1)
式中 Pe － 供给边界压力 Pa － 损害区与未损害区界面处地层压力 Pwf －井眼周围损害后井底流动压力 （未损害时为P/wf ）
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。
完井过程中的保护油气层技术
完井过程中的保护油气层技术完井过程中的保护油气层技术完井作业是油气田开发总体工程的重要组成部分。
和钻井作业一样，在完井作业过程中也会造成对油气层的损害。
如果完井作业处理不当，就有可能严重降低油气井的产能。
使钻井过程中的保护油气层措施功亏一篑。
因此，了解完井过程对油气层损害的特点，了解各种保护油气层的完井技术，了解如何根据油气藏的类型和特性选择最适宜的完井方式显得十分重要。
第一节完井方式概述一、各种完井方式的特点及其适用条件目前国内外主要采用的完井方式有：射孔完井、裸眼完井、砾石充填完井等，由于各种完井方式都有其各自的适用条件和局限性，因此应根据所在地区油气藏的特性慎重地加以选择。
许多的油气井在生产过程中要出砂，为了保证生产的顺利，必须实施防砂完井。
目前，不论是在裸眼井内还是在射孔套管内均可实施有效的防砂，所以按照完井方式是否具备防砂的功能来分，可分成防砂型完井和非防砂型完井两大类，见表6-1。
表6-1 完井方式按防砂型完井和非防砂型完井分类表*注：在砂岩地层中，割缝衬管完井也具备一定的防砂能力。
**注：管内井下砾石充填完井包括常规井下砾石充填完井、高速水井下砾石充填完井和压裂砾石充填完井等三类。
下面介绍几种主要的完井方式。
1．射孔完井射孔完井方式能有效地封隔含水夹层，易塌夹层、气顶和底水；能完全分隔和选择性地射开不同压力、不同物性的油气层，避免层间干扰；能具备实施分层注、采和选择性增产措施的条件，此外也可防止井壁垮塌。
由于我国主要是陆相沉积的层状油气藏，其特点是层系多、薄互层多、层间差异大，加之油层压力普遍偏低，大多采用早期分层注水开发和多套层系同井开采。
因此，一般都采用射孔完井方式。
需要注意的是，采用射孔完井方式时，油气层除了受钻井过程中的钻井液和水泥浆损害以外，还将蒙受射孔作业本身对油气层的损害。
因此，应采用保护油气层的射孔完井技术以提高油气井的产能。
2．裸眼完井裸眼完井最主要的特点是油气层完全裸露，因而具有最大的渗流面积，油气井的产能较高，但这种完井方式不能阻挡油层出砂、不能避免层间干扰、也不能有效地实施分层注水和分层措施等作业。
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Assumption/basis
Can successfully perforate and stimulate beyond zone of mud and solids damage (regain same reservoir exposure?)
基质渗透率
Damage from mud particle entry into the formation Concerns
Production - for insoluble solids Remedial action -possible problems spotting fluids
Acid wash - calcium carbonate Water/brine wash for sized salt Oxidation wash for polymers
减少损害
减少滤液侵入； 使滤液兼容性最大
地层岩石； 地层流体。
控制性能
滤饼质量
粒子桥堵
加厚； 可移去；
滤失控制。
滤液化学性。
内部和外部粒子桥堵 限制并堵塞了油藏渗透率
粘土 •External particle bridges plug pore
•Naturally impaired pore
保护油气层钻井完井技术
汪海阁
中国石油勘探开发研究院.钻井所
2002.7
保护油气层钻井完井技术提纲
一、概述
二、钻井过程中造成储集层损害的因素
三、保护储集层的钻井技术
平衡压力钻井技术 欠平衡钻井技术
四、保护储集层的固井技术 五、保护储集层的完井技术 六、保护储集层的射孔技术
•Internal particle bridges plug pore 井眼 •Partially bridged pore channel
•Open pore channel
•Formation grain
基质渗透率
Poor Bridging Mud Invasion
Filter Cake
Good Bridging No Mud Invasion
储层损害（物理类型）
常规的泥饼； 固相侵入； 井眼冲刷； 温度的影响；
压裂；
岩屑床。
储层损害（物理类型）
压差（增加钻井的当量循环密度） 钻柱与井壁的机械相互作用；
钻柱在井眼的低边研磨岩屑；
对泥饼的机械破坏。
储层损害（化学类型）
地层润湿性变化； 流变性变化； 由于化学剂或者聚合物的作用而产生乳化和沉淀； 粘土水化； 盐度变化； 进行简单的兼容性实验； 生物作用等。
裂缝具有渗透性的页岩
水与页岩起化学反应可能会关闭裂缝；
油基泥浆；
抑制性水基泥浆；
空气；
泡沫
裂缝具有渗透性的石灰岩
胶凝泥浆、泥饼或者钻屑可能会冲填裂缝造 成损害
清水； 非常低固相的钻井液； 加入聚合物添加剂来控制性能； 减少过平衡； 采用欠平衡钻井。
渗透性基质--一般为砂岩
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
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。
环空流速对储集层的损害
产生高环空流速一般情况由以下原因引起：①水
力参数设计中未考虑井壁冲蚀条件，致使排量设
浸泡时间对储集层的损害
在钻井过程中，储集层的浸泡时间包括从钻入储 集层开始至完井电测、下套管、注水泥和替钻井 液终这一段时间。因此这段时间包括以下正常作 业程序：
①纯钻进时间；
②辅助工作时间（起下钻，接单根，设备检修保养，循 环钻井液等）； ③完井电测； ④下套管前通井处理钻井液；
压差对储集层的损害
钻井过程中，造成井内压差增大的原因：
①采用过平衡钻井液密度；
②管柱在充有流体的井内运动产生的激动压力； ③地层压力检测不准确；
④水力参数设计不合理；
⑤井身结构不合理； ⑥钻井液流变参数设计不合理； ⑦井喷及井控方法不合理； ⑧井内钻屑浓度； ⑨开泵引起的井内压力激动。
压差对储集层的损害
压差是造成储集层损害最主要的因素之一。在一定压差下， 钻井液中的滤液和固相就会渗入地层内，造成固相堵塞和粘 土水化等问题。井底压差越大，对储集层损害的深度越深， 对储集层渗透率的影响也更为严重。 不能低估压差对储集层的损害程度。国外某油田在钻开油层 时，如压差小于103MPa，产量接近636m3/d；如压差大于 103MPa，则产量仅为318m3/d。美国阿拉斯加普鲁德霍湾油田 针对油井产量递减问题进行三年的调查研究，分析了多个环 节对储集层损害的影响，其结论是，在钻井过程中，由于过 平衡压力条件下钻井促使液相与固相侵入地层，储集层的渗 透率降低10～75%。薄片鉴定和扫描电镜分析也证明，微粒侵 人储集层将是储集层损害的主要原因之一。由此可见压差是 造成储集层损害的主要原因之一，降低压差是保护储集层的 重要技术措施。
地层渗透率的损害比与压差的关系 1 压差为0.7Mpa 2 压差为9Mpa
浸泡时间对储集层的损害
在钻开储集层过程中，钻井液滤失到储集层中的
数量随钻井液浸泡时间的延长而增加。
浸泡过程中除滤液进入地层外，钻井液中的固相
在压差作用下也逐步侵入地层，其侵入地层的数
量及深度随时间增加，浸泡时间越长侵入越多。
Ability to remove filtercake Ability to place remedial fluids
Requires good particle bridging - fibrous, plate-like, and/or silt-sized components
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。
Barite (bad - insoluble, poor QC) Hematite (?) Bentonite (so-so) Sized salt (good) Calcium carbonate (good)
基质渗透率
Ability to remove filtercake
Typical Return Permeability, K/Ki
to 0% 20%-100% 40%-60% 5%-95% 50%-100% 50%-70% to 0%
保护油气层钻井完井技术提纲
一、概述
二、钻井过程中造成储集层损害的因素
三、保护储集层的钻井技术
平衡压力钻井技术
欠平衡钻井技术
概述
在钻开生产层过程中，由于必然与生产层相接触，钻井液 在压差、浸泡时间、环空返速等因素作用下，储集层渗透 率势必不同程度地受到损害。为了把好防止储集层损害的 第一关，将油气层损害降低到最低限度，国外从60年代末 在压力差理论的基础上采用了平衡压力钻井技术。国内在 80年代广泛研究了以平衡压力为核心的一套保护储集层的 钻井方法，即地层压力检测技术、井身结构设计、井内波 动压力分析、合理钻井液密度的确定、安全起下钻速度及 井控技术。为了有效保护欠平衡低渗透储集层，近年来在 不同油气田还应用了空气钻井、泡沫钻井、充气钻井液钻 井等欠平衡钻井技术。
基质渗透率
Problem - keep filtercake solids from damaging the prepacked liner Requirement - soluble filtercake solids
Calcium carbonate - acid soluble Sized salt - water and brine soluble
地层类型与钻井液
裂缝性石灰岩
清水, 聚合物/水/盐，很低的固相 含量
裂缝性页岩
砂岩
油基泥浆
抑制性水基泥浆 常规水基泥浆或油基泥浆， 桥堵固相， 易于移去的滤饼。
影响钻井液选择的因素
对地层渗透率没有损害；
滤失控制 井眼应力。
井眼稳定性 井眼净化 扭矩和摩阻 适合于所选择的完井方法