石油钻探完井液技术

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,硕士2002级,现代完井工程,石油钻探完井液技术,1,概述,钻开油气层的完井液实际上就是钻开油气层的工作液，它必须是保证井下平安和钻井工作顺利进行的前提下，具有保护油气层功能。因此，它实际上是钻井液技术与油气层保护技术的综合应用技术，即保护油气层的钻井完井液技术。,2,钻开生产层,是钻井工作的最后一步，也是油井完成的第一道工程工序。是钻井工作中直接影响一口井生产能力的关键一环。,钻开生产层必须做到：保持好油气层、防止事故性井喷发生。,即对钻井液的要求是：,既要压住储层不发生溢流或井喷，又不污染堵塞油层降低渗透率，保证石油和天然气流入井底的通道畅通。,3,作为钻井液它必须具有以下功能：,控制地层流体压力，保证正常钻井。,具有满足钻井工程必须的流变性,稳定井壁。要求钻井完井液的密度、抑制性、滤失造壁性和封堵能力等能满足所钻地层要求，保持井壁稳定。,改善造壁性能，提高泥饼质量，稳定井壁，防止压差卡钻,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。,5,根本要求：,钻井液中的固相含量及固相粒子的级配；,钻井液对粘土水化作用的抑制能力；,钻井液液相与地层流体的配伍性；,各种钻井液处理剂对油层的损害。,6,钻开生产层,一、油气层损害的机理,造成油气层损害的原因，主要是与油气层直接接触的钻井液滤液和固相微粒，在压差作用下侵入油气层孔隙喉道，降低孔隙的渗透率，影响地层的产能。可见，损害的主要因素是,滤液和固相微粒。,因此，钻井液,的损害可分为：,水侵和泥侵。,水侵：,在钻井液液柱压力作用下，钻井液中的水向地层渗透进入岩石孔隙中现象。,泥侵：,在钻井液液柱压力作用下，钻井液中的固相颗粒向地层渗透进入岩石孔隙中现象。,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,油气流通道变窄，甚至封闭,遇水膨胀,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。,9,(3)产生水锁效应，增加油流阻力,水锁效应：油层孔隙内，随水饱和度增加，孔隙对油的相对渗透率下降，而水的相对渗透率那么随之增加的现象。,孔 隙水饱和度20,%80%,水相对渗透率20,%,80%,油相对渗透率80,%,20%,10,滤液中的某些离子或化合物，与地层中的一些物质成分发生作用，生成固体或絮状沉淀物而堵塞地层孔隙。,C,O,3,-2,+Ca,+2,CaCO,3,C,O,3,-2,+Mg,+2,MgCO,3,S,O,4,-2,+Ca,+2,CaSO,4,S,O,4,-2,+Mg,+2,MgSO,4,(4)在地层孔隙内产生沉淀物,11,泥浆内固相颗粒直接侵入产层(泥侵),原因：,(1)侵入的固相颗粒堵塞地层孔隙。,(2)减少地层孔隙的有效直径(与粘土膨胀相似)。,泥侵深度依钻井液性能、孔隙尺寸大小及压差大小等因素而异。,特点：,形成“内泥饼，造成永久性损害。,12,二、地层损害程度分析,1、平均渗透率,由稳定径向流达西公式和任意半径处径向流流量相等，可求得：,r,a,r,w,K,e,K,a,r,e,13,2、损害比DR,未被损害地层对油有效渗透率,K,e,与损害后对油的有效渗透率,K,a,之比。,K,a,K,DR,e,=,14,损害比与地层损害程度的关系如下：,损害比,地层损害成度,DR 1.0 无损害,1.0 DR 2.0 可能损害,2.0 DR 5.0 严重损害,15,3、表皮效应S：,将损害带对井产量的影响集中考虑为井壁附近的一薄层。,S,0 表示,产层有损害,S,0,井壁附近渗透率高于地层内,S=0 表示渗透率无变化,16,4、其它指标,开采比：,损害系数：,完井系数：,1,K,o,K,DR,PR,=,=,17,三、防止和减少生产层损害的方法,(1)针对油气层特点、采用合理的完井方法，以减少钻井液对油气层的浸泡时间；,(2)合理选择钻井液密度、控制压差；,(3)采用平衡、欠平衡或低压钻井方法；,如：充气钻井、泡沫钻井、空气钻井、天然气钻井。,(4)在完井钻井液中参加桥堵剂或暂堵剂，以减少固相颗粒的侵入及其侵入深度；,18,桥堵剂颗粒尺寸的选择原那么：a、桥堵剂中最高百分比的颗粒尺寸要等于或稍大于地层最高百分比孔隙尺寸的1/3。b、该尺寸桥堵剂至少要占总固相含量的5。,研究说明：该原那么下，固相颗粒的侵入深度小于25cm，完井射孔可射穿损害带。,19,(5)提高钻井液矿化度，增加钻井液中二价离子的浓度，使粘土不至于分散和胀裂；,钻开生产层时，最好使用与地层含盐量相同的钻井液，如不可能，那么应慢慢降低，不能一下子就改用含盐量差异很大的钻井液。,20,(6)使用低固相或无固相钻井液，减少固体颗粒侵入；,酸溶性洗井液或酸溶性修井液,油溶树脂无损完井修井液,(7)使用外表活性剂处理钻井液；,(8)采用油基钻井液或油包水乳化钻井液，从根本上防止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,钻井液中的固相含量及固相粒子的级配；,钻井液对粘土水化作用的抑制能力；,钻井液液相与地层流体的配伍性；,各种钻井液处理剂对油层的损害。,22,五、钻油气层所用钻井液类型,水基钻井液,油基钻井液,气体钻井液,23,1、水基钻井液,无固相清洁盐水钻井液无固相损害,可溶性盐聚合物缓腐剂1.02.30g/cm3,用作：射孔液、完井液,缺点：本钱高、工艺复杂、失水量大、不适用盐敏层,水包油钻井液无固相损害，利用毛细管力降低滤液进入量,油水处理剂盐0.89g/cm3,用作：裂缝发育和易漏低压油气层,Warter,oil,oil,oil,oil,oil,oil,oil,oil,24,无膨润土暂堵型聚合物钻井液,通过屏蔽暂堵层，阻止固相颗粒和滤液进入,水聚合物可溶性盐暂堵材料,适用：,裂缝、低压低渗油层,暂堵材料,酸溶型,CaCO,3,、FeCO,3,不适用于酸敏油层,水溶型,氯化钠、硼酸盐、氯化钙、溴化钙、溴化锌,油溶型,油溶性树脂,单向压力型,纤维、果壳、木屑,屏蔽环,单压力型,25,低膨润土聚合物钻井液降低失水、改善流变性,1水膨润土(少量)聚合物暂堵剂,2适用：低压低渗、碳酸盐裂缝油气层,改性钻井液,1降低固相含量；,2提高配伍性调整无机离子种类，提高矿化；,3选择适宜暂堵材料、粒径和含量级配；,4降低失水(动、静、HTHP失水)，改善流变性和 泥饼质量,适用于各种井深结构的油气层,阳离子聚合物钻井液抑制粘土水化膨胀,26,2、油基钻井液防止了水敏损害 缺点：本钱高、环境污染大3、可替代油基钻井液的水基钻井液,有效防止滤液进入油气层，防止粘土水化，性能到达油基泥浆效果。,27,六、保护油气层的低压钻井液,优点,有效保护油气层，发现油气层;,可实现真正负压钻井无固相和无液相进入无损害,防止井漏；,适用于低压油气层(压力系数1),缺点,不适用于井壁不稳定地层,28,空气钻井空气、氮气为钻井流体,特殊设备：空气压缩机、增压器、井口旋转头。,优点：钻速快(310倍)，钻头寿命长，井底压力1Mpa、遇油气立即进入井内。,空气钻井流体,缺点：易出现井下爆炸起火。,氮气为钻井流体,缺点：氮气本钱费用高。,空气钻井缺点：不适宜出水量大的地层。,压风机,增压器,旋转头,出口,氮气,29,雾化钻井液将少量水、发泡剂、防腐剂，以雾状参加气流中，形成雾状流体；,特殊设备：雾化器、空气压缩机、增压器、井口旋转头。,适用于出水量小的地层(23m3/h),充气钻井液将空气、氮气充在钻井液中，形成不稳定气液两相流，以降低液柱压力。,泡沫钻井液由基液水、空气氮气、发泡剂、稳泡剂经泡沫发生器形成的一种均匀、稳定气液两相流。,30,泡沫钻井的特点：,泡沫密度低,(0.0320.064g/cm3)，井底压力低。,携屑能量强,10倍于水、45于泥浆泡沫强度高、粘度大。,液量低,含水量低于25，水被束缚液膜中。,流体中无固相,具有较好的封堵能力,31,七、复杂储层的钻井完井液技术,复杂性表达在两个方面：,一方面在于井下地层对平安正常钻井带来的复杂问题，如钻井过程中的漏、喷、塌、卡事故，也包括由于特殊钻井工艺对钻井提出更高的要求；,另一方面敏感性储层的保护问题将更进一步增加其技术难度，而且往往复杂的钻井问题和储层保护问题交织在一起互相影响而使问题更加复杂，从而成为当前需要角决的主要技术难题之一。实践说明复杂条件下的钻井完井液大多为改性钻井完井液。,32,易漏易塌井的钻井完井液,要求钻井完井液必须具备防塌、防漏护油层的三种功能。,首先，是如何保证平安、正常的钻开油层，即必须防漏、防塌、防喷；,其次，在此根底上实施保护油层技术。,33,调整井的钻井完井液,调整井所钻油层的原始平衡状态已破坏，因此，无论从钻井角度还是从保护油层角度，都应针对这种已发生变化的油层采取相应的措施。,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。,35,定向井、水平井的钻井完井液,定向井、水平井的钻井液，钻开油层时必须解决三大技术难题：一是携带岩屑问题包括解决垂沉现象二是大斜度井段、水平井段的井眼稳定问题，三是润滑降摩阻的问题。,定向井，特别是水平井在对油层损害的因素上与直井的差异主要有：,(1)油层与完井液接触面积比直井大得多，对油层损害的可能性更大，其油层保护的技术难度更大。,(2)油层浸泡时间长。水平井钻速一般较直井慢慢，而且从钻开油层到完钻水平井所用时间比直井长。,(3)对油层压差大。油层中进行水平钻进时，随水平段增长，流动附加压力作用于所钻油层上，使其压差不断增大。,36,谢 谢！,37,