第六章 保护油气层的钻井液完井液技术

油溶性暂堵剂
• 简介：常用的油溶性暂堵剂为油溶性树脂，可被产出的原油
或凝析油自行溶解而得以清除，也可通过注入柴油或亲油的表 面活性剂将其溶解而解堵 。
• 分类与作用：
• 一类是脆性油溶性树脂，在钻井液中主要用于架桥颗粒，如油 溶性的聚苯乙烯、改性酚醛树脂和二聚松香酸等； • 另一类是可塑性油溶性树脂，其微粒在一定压差作用下可以变 形，主要作为充填颗粒。
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 。
6. 屏蔽暂堵钻井液
基本原理
利用正压差，在一个很短的时间内，使钻井液中起 暂堵作用的各种类型和尺寸的固体颗粒进入油气层的 孔喉，在井壁附近形成渗透率接近于零的屏蔽暂堵带 （或称为屏蔽环），从而可以阻止钻井液以及水泥浆 中的固相和滤液继续侵入油气层。 由于屏蔽暂堵带的厚度远远小于油气井的射孔深 度，因此在完井投产时，可通过射孔解堵。
聚合物来控制，常用的聚合物添加剂有高粘 CMC、 HEC、PHP 和 XC 生物聚合物等。暂堵剂也在很大程 度上起降滤失的作用。
暂堵剂 的作用与分类
• 作用： 在一定的正压差作用下，暂堵剂在近井壁地带形成内
泥饼和外泥饼，可阻止钻井液中的固相和滤液继续侵入 。
• 分类：常用的暂堵剂按其不同的溶解性分为以下三类：
2. 水包油钻井液
• 实质： 水包油钻井液是将一定量的油（通常选用柴
油）分散在淡水或不同矿化度的盐水中，形成的一种 以水为连续相、油为分散相的无固相水包油乳状液 。
• 组分： 水、油，水相增粘剂、降滤失剂和乳化剂等。
• 密度调整：改变油水比和加入不同类型、不同浓度
的可溶性无机盐来调节，最低密度可达0.89 g/cm3。
-CaBr2 混合盐水液本身具有较高的粘度（可达 30～100 s / qt），因此只需加入较少量的聚合物。HEC和生物聚合物的一 般加量范围均为0.29～0.72 g /L。
• 适宜pH值范围：7.5～8.5 。
• 注意：当混合液密度接近于1.80 g/cm3时，要防止结晶的析出。
CaCl2 -CaBr2混合盐水体系机械钻速
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% ）。
（4）CaCl2 -CaBr2混合盐水体系
护油气层对钻井液的要求 。
• 调整措施：
（1）废弃一部分钻井液后用水稀释，以降低膨润土和无用固相 含量。 （2）根据需要调整钻井液配方，尽可能提高钻井液与油气层岩 石和流体的配伍性。 （3）选用适合的暂堵剂，并确定其加量。 （4）降低钻井液的API和HTHP滤失量，改善其流变性和泥饼 质量。
• 优点：应用方便，对井身结构和钻井工艺无特殊要求，而且
• 典型配方：发泡剂（1%），稳定剂（0.4～0.5%），增粘
CaCl2 -CaBr2混合盐水体系配制
• 一般用密度为1.70 g/cm3的CaBr2溶液作为基液。
• 如果所需密度在 1.70 g/cm3 以下，就用密度为 1.38g/cm3的 CaCl2溶液加入上述基液内进行调整； • 如果需将密度增至 1.70 g/cm3以上，则需加入适 量的固体CaCl2，然后充分搅拌直至CaCl2完全溶 解。
• 优点： 钻速快、钻时短、钻井成本较低等特点，还可有效
地防止由于井漏对油气层造成的损害
• 缺点：
① 受到井壁不稳定和地层出水等问题的限制。 ② 需在井场配备大排量的空气压缩机等专用设备。
wk.baidu.com 雾
• 特点：由空气、发泡剂、防腐剂和少量水混合组成
的循环流体。空气作为分散介质，液体为分散相，液 体中可加入3～5%的KCl和适量聚合物以利于防塌。
• 特点：钻井液密度在1.4～1.8
g/cm3范围内。在相同钻压下，使用密度 为1.56 g/ cm3的CaCl2-CaBr2-聚合物清洁盐水液钻Berea砂岩的机械钻速， 是使用密度相同的常规水基和油基钻井液的 5～10 倍（见图1），对砂岩 渗透率的损害程度却比常规水基和油基钻井液小得多。
• 添加剂 ： 由于 CaCl2
1. 无固相清洁盐水钻井液
• 特点：该类钻井液不含膨润土及其它任何固相，流变参数和
滤失量通过添加对油气层无损害的聚合物来进行控制，密度 通过加入不同类型和数量的可溶性无机盐进行调节。
• 无 机盐 ： NaCl、CaCl2、KCl、NaBr、KBr、CaBr2 和 ZnBr2 等 。
• 防腐：加入适量缓蚀剂。
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（Bridging agent）
固相颗粒组成 。
• 密度调整：依据油气层孔隙压力，通过加入NaCl、
CaCl2 等可溶性盐进行调节，但也不排除在某些情况 下（地层压力系数较高或易坍塌的油气层）仍然使用 重晶石等加重材料 。
• 滤失量和流变性能： 选用各种与油气层相配伍的
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 。
无固相清洁盐水钻井液优缺点
• 优点：
① 可避免因固相颗粒堵塞而造成的油气层损害； ② 可在一定程度上增强钻井液对粘土矿物水化作用的抑 制性，减轻水敏性损害； ③ 由于无固相存在，机械钻速可显著提高。
• 缺点：
① 配制成本高、工艺较复杂，对固控要求严格。 ② 对钻具、套管腐蚀较严重。 ③ 易发生漏失等问题。
无膨润土暂堵型聚合物钻井液优缺点
• 优点：机械钻速高、保护油气层效果好。 • 缺点： 配制成本高，使用条件较为苛刻，特别对固
控的要求很高 。
• 适用条件：只适于在技术套管下至油气层顶部，并
且油气层为单一压力层系的油气井中使用 。
4. 低膨润土暂堵型聚合物钻井液
• 特点： 在组成上尽可能减少膨润土的含量，使之既
• 常用的添加剂： HEC（羟乙基纤维素）和 XC 生物聚合物。
• pH 值控制剂： NaOH 或石灰，若遇到地层中的 H2S，需提
高pH值至11.0左右 。
（2）KCl盐水体系
• 特点：由于K+ 对粘土晶格的固定作用，KCl盐水液被认为是
对付水敏性地层最为理想的无固相清洁盐水钻井液体系。KCl 与聚合物的复配使用使该体系对粘土水化的抑制作用更为增 强。
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第六章 保护油气层的钻井完井 液技术
第一节 保护油气层的水基钻井液 第二节 保护油气层的油基钻井液 第三节 保护油气层的气基钻井液 第四节 新型双保（油保、环保）钻井液体系
第一节 保护油气层的水基钻井液
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. 低膨润土暂堵型聚合物钻井液 5. 改性钻井液 6. 屏蔽暂堵钻井液
油基钻井液组分对岩石润湿性的影响﹡
四、气体类钻井液 第三节 保护油气层的气体类钻井流体
• 空气
• 雾 • 泡沫 • 充气钻井液
空气
• 特点：空气钻井流体是由大气中的空气（有时亦使用天然
气）、缓蚀剂和干燥剂等组成的一种循环介质。此种流体密 度最低，可以在负压下钻进，本身又不含固相和液相，因而 可最大限度地减轻对油气层的损害。
能使钻井液获得安全钻进所必须的性能，又能够对油 气层不造成较大的损害，膨润土的含量一般不得超过 50 g/L 。
• 滤失量和流变性能： 选用各种与油气层相配伍的
聚合物来控制。
• 应用情况：与无膨润土暂堵型聚合物钻井液相比，
在我国各油田得到广泛应用。
5. 改性钻井液
• 改性： 将原钻井液从组成和性能上加以适当调整，以满足保
酸溶性暂堵剂 水溶性暂堵剂 油溶性暂堵剂
酸溶性暂堵剂
• 简介：理想的酸溶性暂堵剂CaCO3极易溶于酸，化学性质稳
定，价格便宜，颗粒有较宽的粒度范围。当油井投产时，可通 过酸化而实现解堵，恢复油气层的原始渗透率。但不宜在酸敏 性油气层中使用。
• 粒径选择：三分之一架桥规则
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一般使用200目的CaCO3颗粒，其平均粒径为60 mm，最大粒径 为160 mm。加量：3~5%。
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。
• 优点： 抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好、
保护油气层。
• 缺点：
① 因润湿反转和乳化堵塞引起损害，同时钻井液中过多的固 相颗粒可能侵入储层。 ② 配制成本高。 ③ 不利于环保和地质荧光录井。
• 常用的添加剂： HEC（羟乙基纤维素）和 XC 生物聚合物。 • 不足之处：单独使用KCl盐水液配制成本高，且溶液密度较
小。
• 解决办法：KCl与NaCl、CaCl2复配，组成混合盐水体系。
只要 KCl 浓度保持在 3 ～ 7%，其抑制作用就足以得到充分的 发挥。
（3）CaCl2盐水体系
• 特点：CaCl2盐水基液的最大密度可达1.39 g/cm3。为降低成
• 滤失量和流变性能： 可通过在水相或油相中加入
各种与储层相配伍的处理剂来调整。
水包油钻井液优缺点
• 特点：
① 特别适用于技术套管下至油气层顶部的低压、裂缝 发育、易发生漏失的油气层 ； ② 是欠平衡钻井中的一种常用钻井液体系。
• 缺点：
① 配制成本高； ② 机械钻速低，对固控的要求较高，维护处理也有一定 难度 ； ③ 不利于环保，影响地质荧光录井。
6. 屏蔽暂堵钻井液
技术要点
• •
用压汞法测出油气层孔喉分布曲线及孔喉的平均直径。 按平均孔喉直径的1/2～2/3选择架桥颗粒（通常用细目CaCO3） 的粒径，并使这类颗粒在钻井液中的含量大于3%。 • 选择粒径更小的颗粒（大约为平均孔喉直径的 1/4）作为充填 颗粒，其加量应大于1.5%。 • 再加入 1 ～ 2%可变形的颗粒，其粒径应与充填颗粒相当，其 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。﹡
各类盐水基液所能达到的最大密度
盐水基液
NaCl KCl
21℃时饱和溶液密度/g· cm-3
1.18 1.17
NaBr
CaCl2 KBr
1.39
1.40 1.20
NaCl / CaCl2
CaBr2 CaCl2 / CaBr2
1.32
1.81 1.80
CaCl2 / CaBr2 / ZnBr2
2.30
• 适用条件：适用于钻开低压、易漏失和强水敏性的
油气藏。注入压力不得低于 2.5 MPa，环空返速应保 持在 15 m/s 以上，其空气需要量应比空气钻井时高 15%～50%。
泡沫
• 分类：按其中水量不同可分为干泡沫、湿泡沫和稳定泡沫。 • 稳定泡沫：在地面形成泡沫后再泵入井，又称作预制稳定
泡沫。其液相（分散介质）是发泡剂和水，气相是空气。形成 稳定泡沫的气液体积比范围为（75～98）/（25～2），即含液 量2%～25%。
水溶性暂堵剂
• 简介： 常用的水溶性暂堵剂有细目氯化钠和复合硼酸盐
（NaCaB5O9 ·8H2O）等。这类暂堵剂可在油井投产时，用低 矿化度水溶解盐粒而解堵。正是由于投产时储层会与低矿化度 的水接触，故该类暂堵剂不宜在强水敏性的储层中使用。
• 粒径选择：三分之一架桥规则
• 使用水溶性暂堵剂的钻井液通常称为悬浮盐粒钻井液体系。它 主要由饱和盐水、聚合物、固体盐粒和缓蚀剂等组成，密度范 围为1.04～2.30 g / cm3。
（5）CaBr2- ZnBr2与CaCl2- CaBr2-ZnBr2 混合盐水体系
• 两种混合盐水体系的密度均可高达 2.30 g/cm3，专门 用于某些超深井和异常高压井。 • 配制时应注意溶质组分之间的相互影响（如密度、互 溶性、结晶点和腐蚀性等）。 • 对于 CaCl2-CaBr2-ZnBr2 体系，增加 CaBr2 和 ZnBr2 的 浓度可以提高密度，降低结晶点，然而成本也相应增 加；而增加 CaCl2 的浓度，则会降低密度，使结晶点 上升，配制成本却相应降低。