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。

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

特点：大大降低固相和水敏损害

缺点：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；

②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。

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继续侵入

缺点：成本高、使用

条件苛刻、使用不多

使用范围：套管下至

油层顶部、单一压力体系

的油层

④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

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。

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

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

⑥正电胶钻井液

这是一类用混合层状金属氢氧化物(Mixed Metal Hydroxide，简称MME)处理的钻井液。

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

⑦甲酸盐钻井液

组成：以甲酸钾、甲酸钠、甲酸盐为主要材料+ 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：

a.高密度下易实现低固相、低粘度；

b.高矿化度盐水能预防粘土水化膨胀、分散运移；

c.盐水不含卤化物，不需缓蚀剂，腐蚀速率极低；

d.储层伤害小，是目前发展较快的一种钻井液体系。

⑧聚合醇(多聚醇)钻井液

用聚合醇为主要材料配置的钻井液。

保护油气层的机理：

a.在浊点温度以下，聚合醇与水完全互容，呈溶解态;

b.高于浊点温度时，聚合醇以游离态分散在水中，这种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。

⑨屏蔽暂堵钻井液

当长裸眼井段中存在多套压力层系时，如：a.上部井段存在高孔隙压力或处于强地应力作用下的易坍塌泥岩层或易发生塑性变形的盐膏层和含盐膏泥岩层，下部为低压油气层；b.多套低压油气层之间有高孔隙压力的易坍塌泥岩互层；c.老油区因采油或注水而形成的过高压差而引起的油气层损害。

为了顺利钻井，钻井液密度必须按裸眼井段中的最高孔隙压力来确定。

2.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

3.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