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保护油气层钻井完井技术

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保护 油气 钻井 技术
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保护油气层钻井完井技术 中国石油勘探开发研究院 二 00 四年十月 一、油气层损害概念、保护油气层重要性及原则 (一)油气层损害概念 储层中造成的减少油气藏产能或降低注气、注液效果的各种阻碍。各个作业过程都可能损害储层 :钻井、完井、试油等,固相 /滤液进入储层发生作用,不适当工艺,引起有效渗透率降低 ,损害储层 ,储层损害的危害性 : 降低产出或注入能力及采收率,损失宝贵的油气资源,增加勘探开发成本 。 保护储层的作用与意义:是加快勘探速度、提高油气采收率和增储上产的重要技术组成部 份,是保护油气资源的重要战略措施,对促进石油工业、少投入、多产出、和贯彻股份公司以效益为中心的方针都具有十分重要的作用 。 ( 二)保护油气层的重要性 井损害储层,可将有希望的储层被误判为干层或不具开采价值 ,搞好钻井、完井、试油保护油气层有利于发现油气层和正确评价油气层 。 辽河荣兴油田: 1980 年之前钻 9 口探井,均因储层损害判为没有工业价值;1989 年,采用保护储层配套技术重新钻探 17 口井,均获工业油流,新增含油气面积 明原油储量上千万吨,天然气几十亿立方米。华北岔 37 井第 16 和 19 层,钻井污染,电测解释为水层,射孔试油分别排出 59 37井液滤液后,都基本出纯油,d 和 d。保护储层可减少储层损害,有利于提高储层产能及勘探开发效益 。 新疆夏子街油田,勘探初期用普通钻井液钻井,日产油仅 3~ 6t;投入开发时,用保护储层钻井液钻开油层,完井后投产,日产油一般 8~ 9t,最高达每天 24t,储层级别从三类提高到二类。 吐哈温米油田,开发方案保护储层可减少储层损害,有利于提高储层产能及勘探开发效益 探初期用普通钻井液钻井,日产油仅 3~ 6t;投入开发时,用保护储层钻井液钻开油层,完井后投产,日产油一般 8~ 9t,最高达每天 24t,储层级别从三类提高到二类。吐哈温米油田,开发方案设计需压裂投产才能达到所需产能,但钻 167 口开发井时,全面推广使用与储层特性配伍的钻井完井保护油层技术,射孔后全部井自喷投产,单井产能比设计产量提高 20使用的保护储层技术每口井多投入 10000 元,却省掉了压裂工序,节省费用几十万元。设计需压裂投产才能达到所需产能,但钻 167 口开发井时,全面推广使用与储层特性配伍的钻井完井保护油层技术,射孔后全部井自喷投产 ,单井产能比设计产量提高 20使用的保护储层技术每口井多投入 10000 元,却省掉了压裂工序,节省费用几十万元。 ( 三 ) 保护油气层技术的原则 1、保护为主,解除为辅原则 2、针对性原则 3、配伍性原则 4、效果与效益结合原则 。 油气层损害的原因 、 过程和结果原因 :什么因素引起油气层损害 过程: 怎样发生的油气层损害 纯物理作用 纯化学作用 物理 /化学共同作用 生物作用 物理-化学-生物共同作用 。 结果: 油气层损害会产生什么后果内因 +外因 。 有效渗透率下降 内因 :油气层潜在损害因素 油气藏类型 油 气层敏感性矿物 油气层储渗空间特性 油气层岩石表面性质 。 油气层流体性质 外因: 引起油气层损害的条件 工作液的性质 生产或作业压差 、 温度 生产或作业时间 环空返速 。 有效渗透率下降: 渗流空间缩小 绝对渗透率降低 、 流动阻力增加 相对渗透率降低 4、油气层损害类型 。 缩小或堵塞渗流空间的损害 : 外界固相颗粒侵入堵塞 储层微粒水化膨胀 /分散 微粒运移 出砂 无机沉淀 (包括二次沉淀 ) 、 有机沉淀 应力敏感压缩岩石 细菌堵塞 射孔压实 增加流动阻力的损害 水锁效应 贾敏效 应 乳化堵塞 高粘液体损害 润湿性反转 流体分布状态改变 1、油气藏类型 )按岩性分为 : 碎屑岩 (主要为砂岩 )油气藏 碳酸岩油气藏 砾岩油气藏 2)按储集空间特点分为: 粒间孔隙型,如砂岩油气藏 裂缝孔隙型,如碳酸岩油气藏 裂缝性油气藏,如变质岩、火成岩 3)按储层渗透性分为: 特高渗油气藏 : K>2000 高渗油气藏: 500)岩石的比表面与油气层损害的关系 比表面越大,岩石孔道越小,岩石与流体接触面积越大,作用越充分,引起的油气层损害越大 2)油层岩石的润湿性 油层岩石的润湿变化很大 : 有水润湿 (亲水 )油层:亲水为主,也亲油 有油润湿 (亲油 )油层:亲油为主,也亲水 有中间润湿 (中性 )油层:亲油亲水程度相近 3)影响油气 层岩石润湿性的因素 岩石矿物成分 流体成分 岩石表面粗糙程度 温度及压力 4)润湿性与油气层损害的关系 影响油水的微观分布 影响相对渗透率大小 影响油层的采收率 影响毛细管力的大小和方向 影响微粒的运移情况 1)与油气层损害有关的地层水性质 矿化度 :地层水中的含盐量 范围:几千~几十万 离子成分: 阳离子: K+、 +、 阴离子: 水型: 2)地层水性质与油气层损害的关系 影响无机沉淀损害情况 影响有机沉淀损害情况 影响水敏损害程度原油 1)与油气层损害有关的性质 含蜡量,粘度,胶质、沥 青质和硫含量,析蜡点, 凝固点 2) 与油气层损害的关系 影响有机沉淀的堵塞情况 引起酸渣堵塞损害 引起高粘乳状液堵塞损害天然气性质 1)与油气层损害有关的性质 含量 2) 与油气层损害的关系 腐蚀产物引起损害 生成无机沉淀 1) 固相颗粒的大小和 分布 影响固相堵塞的损害情况 2) 流体的 影响下列损害情况: 无机沉淀 碱敏损害 乳化损害 3)流体的矿化度和抑制性 影响水敏损害的程度 4)流体中离子成分 影响无机沉淀损害情况 5)流体的粘度 增加流动阻力 6)表面活性剂类型和含量 影响油层岩石的润湿性 影响油水界面张力 2、作业或生产压差 微粒运移损害 压力敏感损害 无机沉淀损害 有机沉淀损害 储层出砂和坍塌 压漏地层 增加损害的 程度 3、作业流体与地层流体温差 影响有些敏感性损害的程度 影响无机沉淀的生成 影响有机沉淀的生成 影响细菌损害情况 4、作业或生产时间 影响损害的程度 5、作业流体的环空返速 影响损害的程度 1、外界流体进入油气层引起的损害 固相颗粒的侵入与堵塞 与岩石不配伍造成的损害 敏、碱敏、润湿反转 与流体不配伍造成的损害 化、细菌 影响油水分布造成的损害 敏 2、工程因素和环境条件变化造成的损害 压差太大引起的损害 力敏、结垢等 温度变化引起的损害 垢等 作业或生产时间对损害的影响 3、气藏特殊损害 液锁损害 气层压力敏感性 气层流速敏感性 气层盐结晶损害 井壁釉化与抛光对储层的损害 固相析出损害 普遍存在性 存在于各个生产和作业环节 存在于油井的整个寿命周期原因多样性 同一生产或作业过程 ,存在多种损害相互联系性 一种损害可加重或引起另一种损害具有动态性 一种损害发生后会引起内因变化 随生产的进行 ,内因不断变化, 内因变化 ,损害机理变化不可逆性 油气层发生损害后 ,要完全解除损害很难 • 钻井液中分散颗粒堵塞油气层 • 固相颗粒堵塞油气层(膨润土、加重剂、堵漏剂、暂堵剂、钻屑等); • 乳化液滴堵塞油气层(水包油或油包水体系); • 钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起损害 • 水敏、盐敏、碱敏、润湿反转及表面吸附 • 钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损害 • 无机盐沉淀、处理剂不溶物、水锁效应、乳化堵塞、细菌堵塞 • 相渗透率变化引起的损害 • 改变近井地带油气水分布,导致油相渗透率降低、对于气层可能形成“液相圈闭 • 负压差 急剧变化造成的油气层损害 • 负压过大可诱发油气层速敏、引发微粒运移,对于裂缝性储层可能导致裂缝闭合,产生压力敏感,还可能诱发原油组分形成有机垢。 • 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; • 钻井液中固相与油气层渗流通道匹配; • 钻井液必须与油气层岩石相配伍; • 钻井液中滤液成分必须与油气层中流体相配伍。 • 压差 • 正压差过大,滤失量增加,侵入深度及损害储层程度增加,超过地层破裂压力时,导致钻井液漏失,加重油气层损害; • 负压差过大,引起油气层出砂、裂缝性地层压力敏感和有机垢形成,损害储层。 • 浸泡时间 • 钻井 液进入储层的液相和固相的量随浸泡时间的增长而增加。 • 环空返速 • 环空返速高,对井壁泥饼冲刷越严重,动滤失量增加,固液相侵入深度增加。 • 钻井液性能 • 静滤失量、动滤失量、 失量增加及泥饼质量变差损害程度增加;钻井起下钻、开泵所产生的激动压力随钻井液的塑性粘度和动切力增大而增加; • 水基钻井液 • 1)无固相清洁盐水钻井液(降低固相及水敏损害,成本高、工艺复杂、对处理剂要求苛刻,固控设备要求严格); • 2)水包油钻井液(适合于低压、裂缝性发育、易发生漏失的油气层); • 3)无膨润土暂堵型聚合物钻井液(分酸溶、水溶、油 溶及单向压力暂堵剂); • 4)正电胶钻井液; • 5)甲酸盐钻井液(高抑制性、低腐蚀速率和低环境污染); • 6)聚合醇钻井液(高抑制性、良好的流变性和润滑性); • 油基钻井液 • 1)全油钻井液(滤失量小,对环境有污染); • 2)油包水钻井液 (滤失量低,易形成乳状液堵塞); • 气体类钻井液 • 1)空气(用于强敏感性低压地层,受井壁不稳定、地层出水、井深等问题限制); • 2)雾(压力低,损害小); 3)泡沫流体(损害小、用于低压易发生漏失地层); 4)充气钻井液(低压易漏失地层、成本高、工艺复杂); • 合成基钻井液 • 抑制性强、润滑性好 、携屑能力强、成本高。 • 应用目的: • 解决裸眼井段多压力层系地层保护油气层技术难题; • 屏蔽暂堵原理: • 利用油气层被钻开时,钻井液液柱压力和地层压力之间形成的压差,在极短时间内,迫使钻井液中加入的各种类型和尺寸的固相粒子进入油气层孔喉,在近井地带形成渗透率接近于零的屏蔽暂堵带。 • 屏蔽暂堵技术要点 • 测定油气层孔喉分布曲线和孔喉的平均直径; • 按 1/2~ 2/3 孔喉直径选择架桥粒子的颗粒尺寸; • 按颗粒小于架桥粒子(约 1/4 孔喉直径)选用充填粒子; • 加入可变形的粒子(磺化沥青、氧化沥青树脂等); • 建立四个压力 剖面,为井深结构和钻井液密度设计提供科学依据(地层孔隙压力、破裂压力、地应力和坍塌压力); • 确定合理井深结构是实现近平衡钻井的基本保证; • 实现近平衡钻井,控制油气层的压差处于安全的最低值; • 搞好中途测试; • 搞好井控、防止井喷井漏对油气层的损害 • 油气层为低压层,上部存在大段易坍塌高压泥岩层 • 根据上部地层坍塌压力确定钻井液密度,确保井壁稳定,在进入油气层之前转用与油气层相匹配的屏蔽暂堵钻井液。 • 裸眼井段上部为低压漏失层或破裂压力低的地层,下部为高压油气层,其孔隙压力超过上部地层的破裂压力 • 进入高压油气层前进行堵 漏,提高地层承压能力,堵漏结束后进行试压,证明上部地层承受的压力系数与下部地层相当时,钻开下部油气层; • 多层组高坍塌压力泥页岩与多层组低压易漏失油气层相间 • 提高钻井液抑制性,降低坍塌压力,按此值确定钻井液密度,为了减少对油气层损害,可采用屏蔽暂堵钻井液。 • 采用 石密度测井、长源距声波测井或地层测试、电子压力计测压等方法,搞清调整井地区孔隙压力、建立孔隙压力和破裂压力曲线; • 对于裸眼井段均为低压层的井,可根据地层压力选用与油气层特性相配伍的各类低密度钻井液,实现近平衡钻井,防止井漏; • 裸眼井段为多压力 层系,高压层是长期注水引起的,则应在钻调整井之前,停注泄压或控制注水量或停注停采。 • 高压层为原始高压油气层,且裸眼段存在压力系数相差较大的低压层,或高压层的孔隙压力超过其它地层破裂压力,则应通过设计合理井深结构来解决,或者在钻开低压地层后防漏堵漏,提高地层承压能力,防止在钻进高压层时因提高钻井液密度而发生井漏;或在钻高压层后,进入低压层之前,往钻井液中加入各种暂堵剂或堵漏剂,采取预防性的循环堵漏。 • 欠平衡钻井保护油气层原理及优点 • 欠平衡钻井保护油气层将近平衡和过平衡造成的油气层损害原因排除。 • 优点: • 1)避 免因钻井液滤失速度高而造成的细颗粒和粘土颗粒运移; • 2)避免钻井液中加入的固相和地层产生的固相侵入地层; • 3)在高渗层中可避免钻井液侵入; • 4)避免对水相或油相敏感的地层与钻井液接触时产生影响地层渗透率的反应; • 5)避免粘土水化膨胀、化学吸附、润湿性反转等一系列的物理化学反应; • 6)不会产生沉淀结垢等不利的物理化学反应; • 7)不存在抑制侵入深度的低渗滤饼设计问题; • 适合欠平衡钻井的地层 • 1)低渗、固结良好的砂岩和碳酸岩; • 2)高渗、胶结差地层; • 3)微裂缝地层; • 4)负压和枯竭地层; • 5)对水基钻井液敏感。 • 欠平衡钻井液的选择 • 钻井液与地层流体的相溶性; • 产出液对钻井液的稀释问题; • 钻井液的粘度; • 选择合适的钻井液密度,以便形成合理的负压差。
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