1、碩士2019級 現(xiàn)代完井工程石油鉆探完井屏蔽暫堵技術(shù)1碩士2019級 現(xiàn)代完井工程石油鉆探完井屏蔽暫堵技術(shù)一、概述 保護油層系列技術(shù)是近二、三十年發(fā)展起來的。 產(chǎn)生巨大的社會、經(jīng)濟效益，受到國內(nèi)外重視。 鉆井完井過程中的油層保護技術(shù)是關(guān)鍵部分。 “七五”已取得突出成果，基本形成了系列技術(shù)。 “七五”后繼續(xù)深入研究，取得了突破。 研究采用提出思路，室內(nèi)分析，現(xiàn)場試驗，推廣應用。2一、概述 保護油層系列技術(shù)是近二、三十年發(fā)展起來的。2鉆井完井過程中地層損害示意圖3鉆井完井過程中地層損害示意圖31、鉆井完井過程中油層保護的意義（1）造成損害的原因和地層損害類型 國內(nèi)外90以上的井都是正壓差打開油氣層

2、； 泥漿的固相對地層孔喉的堵塞（可達100）； 泥漿、水泥漿的液相（主要是水相損害（可達100）。41、鉆井完井過程中油層保護的意義4（2）造成的嚴重后果 產(chǎn)層滲透率下降10100； 油氣井產(chǎn)能減少10100； 每口井恢復產(chǎn)能的投入增加幾萬幾十萬元； 使可供開發(fā)的油層失去工業(yè)生產(chǎn)價值。 地層損害在中低滲透油氣田特別突出，而我國70以上的油藏都為中低滲透油氣藏。5（2）造成的嚴重后果52、“七五”后的技術(shù)現(xiàn)狀 經(jīng)“七五”后，防止鉆井完井過程的油層損害形成了成套的實用技術(shù)。 （1）氣體類鉆井完井液（空氣、霧、泡沫、充氣液等）：負壓差 消除正壓差，基本防止了固相和液相的損害。 由于井壁穩(wěn)定、產(chǎn)水、井

3、下安全和成本等因素，其應用領域較窄，無法普遍推廣（即大部分井必須采用正壓差）。62、“七五”后的技術(shù)現(xiàn)狀 經(jīng)“七五”后，防止鉆井（2）油基類鉆井完井液（正壓差） 消除了水相損害； 但無法消除固相損害，并帶來油相損害； 由于成本、工藝、環(huán)保等原因，推廣受限制。7（2）油基類鉆井完井液（正壓差）7（3）水基類鉆井完井液（正壓差） 清潔鹽水體系 可消除固相損害，但無法消除水相損害（水鎖、鹽敏），提高漿體密度和控制失水困難、成本很高、工藝復雜，除研究和特殊井外，一般不采用。 主要原因： 油氣層上部有有未被套管封隔的坍塌層，為保持該井段井眼的穩(wěn)定，必須使鉆井液具有較高的密度，這樣鉆開油層必然對油層產(chǎn)生一

4、個較大的正壓差； 所鉆油層本身就是坍塌層，鉆井完井液必須具有良好的防塌性能； 深井深部油層高溫作用等，是專用完井液難以解決的技術(shù)難題； 鉆遇多套含油層系，各層組之間是含粘土質(zhì)的泥頁巖夾層，這時專用完井液在使用中很難一直維持其原有組成和特性，仍將成為含有粘土粒子的鉆井液體系，失去專用完井液的優(yōu)勢。 8（3）水基類鉆井完井液（正壓差）8 有固相無粘土鉆井液體系 在清潔鹽水的基礎上加入可溶性（酸溶、水溶、油溶）固相，可控制失水，而且固相損害可通過投產(chǎn)措施加以解除。但這類體系高溫不穩(wěn)定問題突出，而且存在一定程度的損害，成本更高。 特點： 體系由水相和可解除的固體粒子所構(gòu)成； 水相一般是與地層配伍的水溶

5、液，顯然不會是淡水，而是與地層相適應的加有各種無機鹽和抑制的溶液； 固相部分（即暫堵劑）的作用除對體系加重外，是在井壁上形成后期可以降低去的內(nèi)外泥餅，以減少失水，具有合理的級配，與油層孔喉相適應，實現(xiàn)在井壁表面上形成致密的外泥餅和在油層內(nèi)的孔喉上架橋，并形成致密的內(nèi)泥餅。這種固體粒子自身可以溶解于酸或溶解于油或溶解于水。 以上兩種體系必須在井下情況簡單，或多下一層套管的條件下才能使用。9 有固相無粘土鉆井液體系9 改性鉆井液體系 由于技術(shù)和經(jīng)濟的原因，大多數(shù)井采用這種體系。它是在原用鉆井液的基礎上加入與產(chǎn)層孔喉匹配的可溶性固相，同時調(diào)整液相對產(chǎn)層的抑制性和配伍性，盡可能減少地層損害，但不能完全

6、避免。 改性途徑： （1）調(diào)整無機離子種類與地層水的相似，并提高礦化度達地層的臨界知值； （2）降低鉆井液的固相含量； （3）根據(jù)孔喉直徑，調(diào)整固相粒子級配（盡量減少1m的壓微粒子數(shù)量）； （4）用酸溶或油溶的固相材料； （5）改善泥餅質(zhì)量，降低鉆井液高溫高壓失水； （6）選用對油氣層損害小的處理劑。10 改性鉆井液體系103、屏蔽式暫堵技術(shù)的提出及其創(chuàng)新技術(shù)思路（1）技術(shù)提出的背景 “七五”前提出的技術(shù)無法完全解決鉆井完井過程中油層保護問題； 由于技術(shù)和經(jīng)濟原因，90以上的井是在正壓差被打開； 固井水泥漿的損害無法避免； 多套產(chǎn)層的保護無法實現(xiàn)； 現(xiàn)有的技術(shù)或技術(shù)路線不能作到對油層的完全保護

7、，這是石油工程急需解決，又無法真正解決的技術(shù)難題。113、屏蔽式暫堵技術(shù)的提出及其創(chuàng)新技術(shù)思路（1）技術(shù)提出的背景（2）該技術(shù)的創(chuàng)新技術(shù)思路 條件：泥漿中固相粒子不可消除，對地層正壓差不可避免，對地層的損害堵塞客觀存在。 設想：利用固相微粒對油層孔喉的堵塞機理和規(guī)律，人為地在打開油層時，在油層井壁上快速、淺層、有效地形成一個損害堵塞帶。 快速：幾分鐘到十幾分鐘內(nèi)形成； 淺層：堵塞深度在十厘米以內(nèi)； 有效：損害堵塞帶滲透率極低，甚至為零。 結(jié)果：阻止泥漿對油層的繼續(xù)損害，消除浸泡時間的影響，并消除水泥漿的損害12（2）該技術(shù)的創(chuàng)新技術(shù)思路12 解除措施：由于損害帶很薄，可通過射孔解除。 目 的：

8、損害帶的滲透率隨溫度和壓力的增加而進一步減小，從而把造成地層損害的兩個無法消除的因素：正壓差和固相粒子，轉(zhuǎn)換成實現(xiàn)這一技術(shù)的必要條件和有利因素，從而從根本上（機理上）解決這個國內(nèi)外一直未解決的技術(shù)難題。 這個損害帶的作用相當于阻止進一步損害的“屏蔽帶”，故將此技術(shù)稱為改性鉆井液的屏蔽式暫堵技術(shù)。13 解除措施：由于損害帶很薄，可通過射孔解除。13二、屏蔽式暫堵技術(shù)的機理研究和實驗驗證1、屏蔽式暫堵技術(shù)的機理研究（1）固相顆粒對孔喉堵塞的物理模型“單粒架橋后，逐級填充” 架橋粒子的架橋單個顆粒隨泥漿液相進入油層，在流經(jīng)孔喉時：若： d粒d孔，則沉積在孔喉外; d粒與d孔相當（大小、尺寸，則在孔喉

9、處卡住，稱為架橋。14二、屏蔽式暫堵技術(shù)的機理研究和實驗驗證1、屏蔽式暫堵技術(shù)的機 填充粒子的填充架橋粒子架橋后，孔喉孔隙大量減小，泥漿中更小一級粒子卡在更小喉道處，這一過程不斷重復，這一過程叫單粒逐級填充。這時堵塞帶的滲透率取決于泥漿中最小一級粒子的粒級，但滲透率不會為零。 變形粒子的作用當最小粒級的粒子是可變形時，則堵塞帶滲透率可達到零。 地層孔喉尺寸和泥漿中固相粒級的匹配15 填充粒子的填充15固相微粒在孔喉處堵塞示意圖16固相微粒在孔喉處堵塞示意圖16（2）壓差、孔喉與粒徑比、屏蔽層厚度間的關(guān)系 屏蔽暫堵應用示意圖易塌層高壓層低壓層屏蔽層17（2）壓差、孔喉與粒徑比、屏蔽層厚度間的關(guān)系

10、易塌層高壓層低壓 壓差、孔喉與粒徑比、屏蔽層厚度間的關(guān)系sPsPsPrw暫堵層rwrara18 壓差、孔喉與粒徑比、屏蔽層厚度間的關(guān)系sPsPsPrw暫 屏蔽暫堵的技術(shù)要點測定孔喉分布和孔喉平均值；選擇橋架離子材料、顆粒尺寸、含量；選擇充填離子材料、顆粒尺寸、含量；選擇可變形離子材料、顆粒尺寸、含量；采用合適壓差。19 屏蔽暫堵的技術(shù)要點測定孔喉分布和孔喉平均值；192、堵塞物理模型的驗證（1）產(chǎn)層孔喉結(jié)構(gòu)分析202、堵塞物理模型的驗證20（2）粒子的堵塞和充填規(guī)律1/22/3橋架離子3%1/4充填離子1.5%可變形離子=12%21（2）粒子的堵塞和充填規(guī)律1/22/3橋架離子3%1/4架橋粒

11、子的堵塞規(guī)律 粒喉徑比為2/3是形成穩(wěn)定架橋的匹配條件；ki/kw滲流速度1/31/22/3粒喉徑比22架橋粒子的堵塞規(guī)律ki/kw滲流速度1/31/22/3粒喉架橋粒子的臨界濃度為3左右；ki/kw粒子濃度3%23架橋粒子的臨界濃度為3左右；ki/kw粒子濃度3%23架橋粒子的堵塞深度在23厘米之內(nèi)；架橋作用在10分鐘內(nèi)即可完成。 這個規(guī)律揭示了如泥漿中的粒子與產(chǎn)層孔喉匹配得當，可在淺層快速地獲得穩(wěn)定的橋堵。24架橋粒子的堵塞深度在23厘米之內(nèi)；24填充粒子的填充規(guī)律 級配合理的填充粒子可進一步降低橋堵的滲透率 填充粒子濃度應大于1ki/kw孔隙體積倍數(shù)2/31/21/4粒喉徑比25填充粒子

12、的填充規(guī)律ki/kw孔隙體積倍數(shù)2/31/21/4軟化變形粒子的填充規(guī)律 可變形粒子的粒徑應比剛性粒子更細（小于1/5孔隙尺寸； 在一定溫度條件下，其外形可變； 可變形粒子的濃度一般為13； 可變形粒子填充后，可使堵塞帶滲透率趨于零。變形粒子濃度 Ki/Kw 00.0051 0.860.0028 1.6 0.00091 2.4 0.0004726軟化變形粒子的填充規(guī)律26（3）影響因素 正壓差的影響 正壓差越大，屏蔽環(huán)堵塞效果越好，一般油藏，正壓差應大于3.5MPa。 時間的影響 10min內(nèi)形成屏蔽環(huán)，延長時間無影響。 溫度的影響 溫度的影響取決于變形粒子的軟化點； 應根據(jù)地層溫度選用不同軟

13、化點的變形粒子。 屏蔽環(huán)形成后，可防止水泥漿對產(chǎn)層的損害 負壓條件下，屏蔽環(huán)的反排解堵可達到70以上27（3）影響因素273、屏蔽式暫堵技術(shù)的技術(shù)方案（1）準確掌握油層孔喉和鉆井液中固相顆粒的尺寸及其分布；（2）根據(jù)固相顆粒堵塞模型和規(guī)律、定量關(guān)系和專用軟件確定泥漿中必要的架橋、填充和變形粒子的種類、尺寸和含量；（3）按要求用專門研制的暫堵劑調(diào)整鉆井液中固相顆粒尺寸及含量；283、屏蔽式暫堵技術(shù)的技術(shù)方案28（4）用專用評價裝置及評價方法來評價實際暫堵后屏蔽環(huán)的有效性、強度、深度和反排效果；（5）選擇合理的正壓差和上返速度，不應造成泥漿性能的變化；（6）必須采用與之配套的優(yōu)化射孔技術(shù)。29（4

14、）用專用評價裝置及評價方法來評價實際暫堵后屏蔽環(huán)的有效性4、屏蔽式暫堵技術(shù)的創(chuàng)新點及特點（1）該項成果技術(shù)路線構(gòu)思新穎、巧妙，在此技術(shù)路線下的作用機理、物理模型及相關(guān)理論成果均有其獨特創(chuàng)新之處。（2）從理論到實踐獲得了解決用鉆井液在正壓差下打開油層時保護油層的有效辦法，使得完全防止鉆井完井過程中的油層損害成為可能，解決了國內(nèi)外同類技術(shù)都未能解決的重大技術(shù)問題。304、屏蔽式暫堵技術(shù)的創(chuàng)新點及特點30（3）該項技術(shù)有以下獨特優(yōu)點： 適用于各類孔隙性油藏和各種鉆井液； 高壓差和鉆井液中無法消除的固相是技術(shù)實施的必要條件，從而使對油層的不利因素轉(zhuǎn)化為有利因素，首次解決了鉆井工程和油層保護要求難以調(diào)和的矛盾，利于推廣； 工藝簡單，使用方便，成本低廉； 可消除浸泡時間和水泥漿對油層損害的影響。31（3）該項技術(shù)有以下獨特優(yōu)點：31三、屏蔽式暫堵技術(shù)的推廣應用效果（1）據(jù)96年底統(tǒng)計，在全國各大油田推廣應用已達3000多口井，平均單井增產(chǎn)原油1020，據(jù)3個油田的不完全統(tǒng)計，年直接經(jīng)濟效益為1.52億元；（2）該技術(shù)的推廣應用省去了部分地區(qū)必須進行的投產(chǎn)作業(yè)的投入（每口井幾萬幾十萬，如溫米油田）；研制開發(fā)了新型專用暫堵劑，3種處理劑年產(chǎn)10002000噸；（3）中國石油天然氣總公司將此項技術(shù)列入“九五”優(yōu)秀成果八大示范工程之中