油气层保护第五章

钻井液滤液组分必须与油气层中流体相配伍
滤液中所含的无机离子和处理剂不与地层中流体发生沉淀反应； 滤液与地层中流体不发生乳化堵塞作用； 滤液表面张力低，以防发生水锁作用； 滤液中所含细菌在油气层所处环境中不会繁殖生长。
第二节 保护油气层钻井完井液技术
钻井液的组分和性能都能满足保护油气层的需要。
继续侵入
第二节 保护油气层钻井完井液技术
酸溶性暂堵剂 暂 堵 剂 种 类 和 作 用 原 理 不宜用于酸敏性地 细目或超细目碳酸钙、 层 碳酸铁等 细目或超细目 氯化钠、硼酸 盐等 树脂、石蜡、沥青 类产品等
水溶性暂堵剂
脆性油溶性树脂-架桥 粒子。聚苯乙烯、酚醛 树脂、二聚松香酸等。 塑性油溶性树脂-填充 粒子。乙烯-醋酸乙烯树 脂、乙烯-丙烯酸脂、石 蜡、磺化沥青、氧化沥 青
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
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
第二节 保护油气层钻井完井液技术
无固相清洁盐水钻井液
滤失量和粘度控制： 加入对油气层无（低）伤害的聚合物来控制
腐蚀控制： 加入缓蚀剂 特 缺 点： 大大降低固相和水敏损害 点： 成本高、工艺复杂、对处理剂和固控设备要求高、腐蚀 较严重、易发生漏失，很少用做钻井液； 使用范围： 套管下至油层顶部的单一压力体系的裂缝性油层或强 水敏油层；广泛作为射孔液、压井液、修井液。
表面吸附 滤液中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。
一、钻井过程中油气层损害原因
钻井液滤液与油气层流体不配伍
无机盐沉淀 滤液中所含无机离子与地层中无机离子作用形成不溶于 水的盐类。 HCO3- H++ CO32Ca2+（地层） + CO32- （滤液） CaCO3 形成处理剂不溶物 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，处理剂会盐析而产生沉淀 NaHm+ Ca2+ CaHm+Na+ 水锁、贾敏效应 低孔、低渗气层优为严重 乳化堵塞 油基钻井液、乳化钻井液中含有多种乳化剂的滤液与地 层中原油或水发生乳化而造成堵塞。 细菌堵塞 滤液中含有细菌，进入地层遇到适合其繁殖的环境，造成 孔喉堵塞。
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 第二节 保护油气层钻井液技术 第三节 保护油气层的钻井工艺技术 第四节 保护油气层的固井技术
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
钻井液中分散相颗粒侵入地层
固相颗粒堵塞油气层孔隙(膨润土、加重剂、堵漏剂、暂堵剂、钻屑
钻井液中分散相 颗粒堵塞油气层 钻 井 过 程 中 油 气 层 损 害 原 因
固相颗粒堵塞油气层
乳化液滴堵塞油气层
钻井液滤液与油气层岩 石不配伍引起的损害
水敏 盐敏 碱敏 润湿反转 表面吸附
Байду номын сангаас
无机盐沉淀 形成处理剂不溶物 发生水锁效应 形成乳化堵塞 细菌堵塞
钻井液滤液与储层流体不配伍引起的损害
相渗透率变化引起的损害— 气层产生“液相圈闭” 负压差急剧变化造 成的油气层损害 中途测试或负压差钻井时，负压差 过大可诱发油气层速敏、引起裂缝 闭合产生应力敏感、诱发有机垢
尽可能降低钻井液处于各种状态下的滤失量及泥饼渗透率，改善 流变性，降低当量钻井液密度和起下管柱或开泵时的激动压力。 钻井液的组分还必须有效地控制处于多套压力层系裸眼井段中的 油气层可能发生的损害。
第二节 保护油气层钻井完井液技术
钻完井液类型
水基钻井液(WBM)
—连续相为水的钻井液为水基钻井完井液清洁无固相盐水，无粘土 相钻井液，暂堵性完井液 油基钻井液(OBM) —连续相为油的钻井液为油基钻井完井液 气体型钻井流体(GBM) —气体、雾、泡沫及充气钻井完井流体
1.8 1.6
初始滤失区
1。D =250 S -1 2。D=200 S -1 3。D=150 S -1 4。D=100 S -1 5。D= 50 S-1
动滤失速率，mL/cm2· h
1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
稳定滤失区 滤饼形成区
0
50
时间，min
100
150
不同流速梯度下动滤失速率与时间的关系曲线
80 60 40 20 0 3 6 9 12 15 18 21 24 岩心长度，cm（截面损害位置）
有机垢的形成
地层渗透率的损害比与压差的关系 1—Δp=0.7MPa； 2—Δp=9MPa； T=70℃， Vf=0.8m/s，t=1h
二、钻井过程中影响油气层损害程度的工程因素
浸泡时间
钻井液固相或液相在压差作用下进入油气层的数量和深度及对 油气层的损害随浸泡时间的增长而增加。
甲酸盐钻井液
以甲酸钾、甲酸钠、甲酸铯为主要材料 + 盐水 配制的钻井完井液。 密度调节：通过加入的盐酸盐来调节。基液的最高密度可达2.3g/cm3。
可根据油气层的压力和钻井完井液的设计要求予以调节。
特点：高密度下易实现低固相、低粘度； 高矿化度盐水能预防粘土水化膨胀、分散运移；
盐水不含卤化物，不需缓蚀剂，腐蚀速率极低；
除保持必需的膨润土、加重剂、暂堵剂等外，应尽可能降低钻井液
中膨润土和无用固相的含量。 依据所钻油气层的孔喉直径，选择匹配的固相颗粒尺寸大小、级配
和数量，用以控制固相侵入油气层的数量与深度。
第二节 保护油气层钻井完井液技术
钻井液必须与油气层岩石相配伍；

中、强水敏性油气层:应采用不引起粘土水化膨胀的强抑制性钻 井液;
油溶性暂堵剂
单向压力暂堵剂
改性纤维素、果 壳、木屑等
第二节 保护油气层钻井完井液技术
低膨润土聚合物钻井液
使用膨润土的优点:流变性易控制、滤失量低、处理剂用量少、 钻井液成本低 体系特点：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
使用范围：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。
第二节 保护油气层钻井完井液技术
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。 滤失量控制：通过加入各种与油气层孔喉直径相匹配的暂堵剂来控 制，这些暂堵剂在油气层中形成内泥饼，阻止钻井液中固相或滤液
聚合物和暂堵剂来达到。
第二节 保护油气层钻井完井液技术
改性钻井液
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。
优点：成本低、应用工艺简单、对井身结构和钻井工艺无特殊要 求、对油气层损害程度小、被广泛作为钻开油气层的钻井液。
储层伤害小，是目前发展较快的一种钻井液体系。
第二节 保护油气层钻井完井液技术
聚合醇 (多聚醇)钻井液
机理：在浊点温度以下，聚合醇与水完全互容，呈溶解态;高于浊 点温度时，聚合醇以游离态分散在水中，分散相就可作为油溶性 可变形粒子起封堵作用。 聚合醇的浊点温度与体系的矿化度、聚合醇分子量有关，将浊
第二节 保护油气层钻井完井液技术
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. 选用合适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
第二节 保护油气层钻井完井液技术
第二节 保护油气层钻井完井液技术
气体类钻井液
对于低压裂缝油气田、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，必须降低钻井液的密度。
气体类钻井液 是以气体为主 要组分实现低 种 类 密度。
一、钻井过程中油气层损害原因
相渗透率变化
滤液进入地层，改变井壁附近地带的油气水分布，导致油相渗透率下降 气层中，侵入液相在储层渗流通道的表面吸附而减小气体渗流通道，严重 时可产生“液相圈闭”。
负压差急剧变化造成油气层损害
中途测试或负压钻井时的负压差过大，诱发油气层速敏，引起出砂或微粒 运移。 过大负压在裂缝地层引起井壁表面裂缝闭合，产生应力敏感损害。 诱发地层中原油组分形成有机垢。
和处理剂的不溶物及高聚物鱼眼等 )
受损害渗透率 初始渗透率
乳化液滴堵塞油气层
细固相含量，%
一、钻井过程中油气层损害原因
钻井液滤液与油气层岩石不配伍 水敏 盐敏 造成微粒运移损害 造成分散运移和微粒堵塞
碱敏
引起碱敏矿物分散运移和溶蚀结垢
润湿反转 滤液中含有亲油性表面活性剂吸附在亲水性岩石表 面，造成油气层油相渗透率下降。
正电胶钻井液
用混合层状金属氢氧化物 处理的钻井液，具备“固液”两相性 正电胶钻井液保护油气层的机理为:
a. 正电胶钻井液特殊的结构与流变学性质-亚微粒子很少，
向“豆腐块”一样整体流动 b. 正电胶对岩心中粘土颗粒膨胀的强烈抑制作用 c. 整个钻井液体系中分散相粒子的负电性减弱
第二节 保护油气层钻井完井液技术
二、钻井过程中影响油气层损害程度的工程因素
压差 正压差：钻井液的滤失量随压差增大而增加，故钻井液进入油气层的深 度和损害程度均随正压差的增大而增加。 负压差：可以阻止钻井液进入油气层，减少对油气层损害。
但过大的负压差会引起：
油气层出砂 裂缝性地层的应力敏感
120 100
截面损害比， %
砂岩 1 2
合成基钻井液(SBM)
—合成人工有机体为连续相的钻井完井液
第二节 保护油气层钻井完井液技术
水基钻井液
目前国内外使用最广泛、首选的一大类钻井完井液 配制成本低 所需处理剂来源广 可供选择类型多 性能比较容易控制
1)无固相清洁盐水钻井液
按 钻 井 液 组 分 与 使 用 范 围 分
点温度调节到低于油气层的温度，借助聚合醇在水中有浊点的
特点实现保护油气层的目的。
第二节 保护油气层钻井完井液技术
油基钻井液
种类：油包水型钻井液、全油基钻井液。 优点：能有效地避免油层的水敏作用、对油气层损害程度低
缺点：成本高、对环境易产生污染、容易发生火灾、可能
使油层润湿反转，降低油相渗透率、与地层水可能形成乳 状液堵塞油层
第二节 保护油气层钻井完井液技术
水包油钻井液
定义： 水包油钻井液是将一定量油分散于水或不同矿化度盐水中， 形成以水为分散介质、油为分散相的无固相水包油钻井液。 组成： 油、水；水相增粘剂；主、辅乳化剂。 密度控制方法： 调节油水比、加入不同数量和种类的盐、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 特 点：大大降低固相损害；可以实现低密度。

盐敏性油气层:钻井液的矿化度应控制在两个临界矿化度之间。 碱敏性油气层:钻井液的pH值应尽可能控制在7～8；
非酸敏油气层:可选用酸溶处理剂或暂堵剂;
速敏性油气层:应尽量降低压差和严防井漏。 采用油基或油包水钻井液、水包油钻井液时，最好选用非离子型
乳化剂，以免发生润湿反转等。
第二节 保护油气层钻井完井液技术
第二节 保护油气层钻井完井液技术
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 井 液 的 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
第二节 保护油气层钻井完井液技术
保护油气层对钻井液的要求
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求。 压力系数：0.4～2.87 钻井液密度：空气～3.0g/cm3 钻井液中固相颗粒与油气层渗流通道匹配；
120 100 80 60 40 20 0
损害比，%
砂岩
0
2
4
损害时间，h
6
8
地层损害比与浸泡时间的关系 Δp=5MPa； T=70℃， Vf=0.8m/s
二、钻井过程中影响油气层损害程度的工程因素
环空返速：环空返速越大，液流对井壁泥饼冲蚀越严重。
钻井液性能
钻井液固相和液相进入油气层的深度及损害程度均随钻井液静滤失量、动 滤失量的增大和泥饼质量变差而增加。