国外无伤害钻井液技术研究进展

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2 0 0 4年 l 2月

刘保双等 .国外无伤害钻井液技术研究进展

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国外无伤害钻井液技术研究进展刘保双曹胜利(胜利石油管理局钻井工艺研究院油化所，东营 2 5 7 0 1 7 )

摘

要

概括了国外无伤害钻井技术的发展过程，简要介绍了钻井过程中储层伤害机理和钻

井液暂堵理论和方法的新进展，重点介绍了国外最新的无伤害钻井液体系，总结了国外储层保护钻井液的发展方向。 关键词钻井液储层伤害保护储层无伤害

钻井过程中的储层保护工作是储层保护系统工程中第一个环节，其目的是交给采油部门一口

积引起渗透率下降的过程包括：表面沉降、孔隙桥堵、内滤饼和外滤饼的形成，其机理可分为表面沉

无伤害、固井质量优良的油气井。储层伤害具有累加性，钻井过程中对储层的伤害不但影响着油井的初期产量，而且还影响后续作业的伤害程度和作业效果。因此，钻井过程中储层保护工作至关重要，一直深受重视。 钻井过程中储层保护技术在国外起步较早，

积和孔隙架桥。在以上工作的基础上，建立了定量预测固相颗粒沉积导致储层渗透率下降的数学模型。但是该模型仅适用于稳定的固体颗粒，对

于那些实际上更为常见的不稳定颗粒，其沉积规律有待于进一步研究。1 . 2粘土矿物水化膨胀和分散运移引起的伤害

2 0世纪 3 0年代，储层伤害问题就引起了美国等一

T c h i s t i a k o v 3 依据胶体化学原理，系统地阐述了粘土矿物所引起的储层伤害，特别是对各种物理/化学因素影响粘土颗粒稳定性、运移及砂岩储

些产油大国石油公司的注意， 5 0年代开始研究

储层伤害机理。1 9 7 4年，美国石油工程师学会召开了第一届控制地层伤害国际会议，此后每两年一

层渗透率的规律进行了理论分析。主要影响因素包括储层流体的流速、化学组成、 p H值和温度以及粘土矿物组成、微观结构、可交换阳离子组成

次，国际油气层保护工作纳入了正规化发展轨

道。对储层保护钻井液技术的发展起了很大的推动作用。近年来，储层保护钻井液技术不断成熟， 不断完善。无论在钻井液储层伤害机理还是在防止储层伤害方法以及储层保护钻井液技术方面均取得了很大进展。

等。研究表明，粘土引起的储层伤害不仅取决于其粘土总含量，还取决于其组成、微观结构和形态。

在油层物理和石油地质分析中，当储层岩石

孔隙中含有高岭石颗粒时，往往认为储层伤害的 1 国外钻井液对储层伤害机理研究的新进展1 . 1 固相侵入引起储层伤害的研究

机理是微粒运移。然而， H a y a t d a v o u d i等L 4 发现，

在低温下并不是微粒运移，而是高岭石被过氧化钠氧化，氧化反应的过程是地层微粒从高岭石母

近年来，国外学者研究了钻井液中固相颗粒的平均粒径、固相浓度、储层渗透率和压差等因素

体上被逐渐分散和解离的过程。最终产物包含埃洛石的小螺旋结构，假定大部分粘土矿物可溶解于氢氧化钠，在钠离子充足及适当的压力条件下， 高岭石会转化为蒙脱石，高岭石族的其他矿物还可能转化为珍珠石和埃洛石。根据渗透率恢复值试验结果及扫描电镜、 x一射线衍射的分析结果，收稿日期： 2 0 0 4 . 0 9 . 2 1。 作者简介：刘保双，高级工程师，现主要从事油层保护研究工作，已发表论文 2 O多篇。

对渗透率伤害程度和有效伤害深度的影响…。结果表明，钻井液中固相颗粒的粒径、储层渗透率、 压差等因素严重影响着储层伤害程度和深度。并

且研究了固相颗粒堵塞造成渗透率下降的机理， 发现固相颗粒在储层沉积是造成储层渗透率下降的一个重要原因。 C h a u v e t e a u等详细地分析了各种不同沉积过程中的伤害机理，特别是对导致

颗粒沉积的各种作用力进行了定量分析。颗粒沉

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第5卷第 l 2期

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高岭石

在室温以及 p H值达 1 2的条件下，短时间内就可能引起储层伤害。减轻高岭石伤害的有效方法是将高岭石接触的流体 p H值控制在 8以内， 以防止过氧化钠等强氧化剂的形成。1 . 3聚合物吸附引起的油层伤害

计含量为 9 0%时所对应的粒径 )约等于储层的孔径时，可获得较理想的暂堵效果。2 0 0 1年 S u r i 等…对固相颗粒造成的储层伤害的机理进行了理论和实验研究，并提出了一种具有实用价值的固相颗粒多组分滤失模型。利用该模型，一方面可以分别预测储层岩芯受钻井液污染和返排后的伤害程度和深度，另一方面可用于对钻井液固相 (包括暂堵剂 )的颗粒分布状况进行优化设计，最大限度地减轻固相对储层的伤害。 2 . 2关于暂堵方法的研究进展

钻井液中的聚合物处理剂侵入储层后，其链状分子在孔喉处形成多点吸附，其结果对渗透率下降有很大影响。A u d i b e r t等]对此进行了专门研究，聚合物可通过对滤饼的堵孔作用降低滤失。 采用 C T扫描技术进行测定，结果表明，聚合物会对岩芯造成伤害。大多数聚合物通过堵塞孔喉和

传统的钻井液暂堵技术主要使用酸溶性、水溶性和油溶性的暂堵剂，特别是酸溶性超细碳酸钙的应用最为普遍。但是最近的研究认为，尽管使用超细碳酸钙具有酸化解堵的优点，但是由于它是一种质脆且几乎不可压缩的无机矿物， m]: 因而在正压差作用下，其颗粒在孔喉或裂缝处仅能起架桥作用，难以通过变形起到有效封堵作用：

提高剩余水饱和度对储层造成伤害，其伤害程度与聚合物的结构、相对分子质量及吸附量等因素有关。为了减轻聚合物的伤害，必须控制随滤液侵入储层的那部分聚合物所占比例，尽量通过调整其结构使大多数分子链沉积在滤饼上而参与对滤饼的封堵作用。1 . 4 井壁应力状态导致的井壁失稳与储层伤害的关系[ 6 J

同时，碳酸钙颗粒的脆性使其在长时间循环过程中易被磨细而侵入深部地层，

并且只有在钻井液固相含量较高的情况下，才能起到暂堵作用。因

N i k o l a e v s k i l y等【 7]通过建立模型阐述了井壁

失稳与储层伤害的关系。对于胶结疏松的储层， 传统的岩石弹性模型不能很好地描述井壁岩石伤害程度与岩石应力状态、不断变化的孔隙压力以及岩石物性之间的关系，该研究应用大量的实验数据建立了能够反映以上关系的弹塑性模型。利用该模型可对井壁的应力状态进行预测，输入的

此目前国外提出了可变形材料的暂堵技术，如纤维状材料、微泡沫、微液珠、微胶束材料等。 另外，对于水平井经常采用非射孔完井，实施酸化作业费用较高。因此，在实施钻井液暂堵技

术后，主要靠返排将形成的内外滤饼清除，这就要求形成的暂堵层既要容易解堵，又要防止堵塞筛管和井下装置。

参数包括初始孔隙度、孔隙压力、渗透率、岩石弹性模量、粘聚力、摩擦系数和膨胀系数。论文还阐述了地应力各向异性和孔隙结构破坏对近井壁储层伤害的影响，以及井眼轨迹和断层对伤害的影响。由于井壁失稳，岩石结构破坏，当达到一定程

3国外储层保护钻井液新技术 3 . 1美国 E D T I公司的无渗透钻井液体系3 . 1 . 1技术背景油气井钻井过程中的油层伤害问题是石油工业上的一个重要问题。为了克服钻井过程中油层

度时，便会引起出砂，从而影响油井产量。即使不出砂，靠近井壁处也会形成一个范围不等的塑性带，从而导致永久性伤害。2国外暂堵机理和暂堵方法的研 …… 此处隐藏：8392字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……