石油钻探完井屏蔽暂堵技术.ppt

1,硕士2002级 现代完井工程,石油钻探完井屏蔽暂堵技术,2,一、概述, 保护油层系列技术是近二、三十年发展起来的。 产生巨大的社会、经济效益，受到国内外重视。 钻井完井过程中的油层保护技术是关键部分。 “七五”已取得突出成果，基本形成了系列技术。 “七五”后继续深入研究，取得了突破。 研究采用提出思路，室内分析，现场试验，推广应用。,3,钻井完井过程中地层损害示意图,4,1、钻井完井过程中油层保护的意义 （1）造成损害的原因和地层损害类型 国内外90以上的井都是正压差打开油气层； 泥浆的固相对地层孔喉的堵塞（可达100）； 泥浆、水泥浆的液相（主要是水相损害（可达100）。,5,（2）造成的严重后果 产层渗透率下降10100； 油气井产能减少10100； 每口井恢复产能的投入增加几万几十万元； 使可供开发的油层失去工业生产价值。 地层损害在中低渗透油气田特别突出，而我国70以上的油藏都为中低渗透油气藏。,2、“七五”后的技术现状,经“七五”后，防止钻井完井过程的油层损害形成了成套的实用技术。 （1）气体类钻井完井液（空气、雾、泡沫、充气液等）：负压差 消除正压差，基本防止了固相和液相的损害。 由于井壁稳定、产水、井下安全和成本等因素，其应用领域较窄，无法普遍推广（即大部分井必须采用正压差）。,7,（2）油基类钻井完井液（正压差） 消除了水相损害； 但无法消除固相损害，并带来油相损害； 由于成本、工艺、环保等原因，推广受限制。,8,（3）水基类钻井完井液（正压差） 清洁盐水体系 可消除固相损害，但无法消除水相损害（水锁、盐敏），提高浆体密度和控制失水困难、成本很高、工艺复杂，除研究和特殊井外，一般不采用。 主要原因： 油气层上部有有未被套管封隔的坍塌层，为保持该井段井眼的稳定，必须使钻井液具有较高的密度，这样钻开油层必然对油层产生一个较大的正压差； 所钻油层本身就是坍塌层，钻井完井液必须具有良好的防塌性能； 深井深部油层高温作用等，是专用完井液难以解决的技术难题； 钻遇多套含油层系，各层组之间是含粘土质的泥页岩夹层，这时专用完井液在使用中很难一直维持其原有组成和特性，仍将成为含有粘土粒子的钻井液体系，失去专用完井液的优势。,9, 有固相无粘土钻井液体系 在清洁盐水的基础上加入可溶性（酸溶、水溶、油溶）固相，可控制失水，而且固相损害可通过投产措施加以解除。但这类体系高温不稳定问题突出，而且存在一定程度的损害，成本更高。 特点： 体系由水相和可解除的固体粒子所构成； 水相一般是与地层配伍的水溶液，显然不会是淡水，而是与地层相适应的加有各种无机盐和抑制的溶液； 固相部分（即暂堵剂）的作用除对体系加重外，是在井壁上形成后期可以降低去的内外泥饼，以减少失水，具有合理的级配，与油层孔喉相适应，实现在井壁表面上形成致密的外泥饼和在油层内的孔喉上架桥，并形成致密的内泥饼。这种固体粒子自身可以溶解于酸或溶解于油或溶解于水。 以上两种体系必须在井下情况简单，或多下一层套管的条件下才能使用。,10, 改性钻井液体系 由于技术和经济的原因，大多数井采用这种体系。它是在原用钻井液的基础上加入与产层孔喉匹配的可溶性固相，同时调整液相对产层的抑制性和配伍性，尽可能减少地层损害，但不能完全避免。 改性途径： （1）调整无机离子种类与地层水的相似，并提高矿化度达地层的临界知值； （2）降低钻井液的固相含量； （3）根据孔喉直径，调整固相粒子级配（尽量减少1m的压微粒子数量）； （4）用酸溶或油溶的固相材料； （5）改善泥饼质量，降低钻井液高温高压失水； （6）选用对油气层损害小的处理剂。,11,3、屏蔽式暂堵技术的提出及其创新技术思路,（1）技术提出的背景 “七五”前提出的技术无法完全解决钻井完井过程中油层保护问题； 由于技术和经济原因，90以上的井是在正压差被打开； 固井水泥浆的损害无法避免； 多套产层的保护无法实现； 现有的技术或技术路线不能作到对油层的完全保护，这是石油工程急需解决，又无法真正解决的技术难题。,12,（2）该技术的创新技术思路 条件：泥浆中固相粒子不可消除，对地层正压差不可避免，对地层的损害堵塞客观存在。 设想：利用固相微粒对油层孔喉的堵塞机理和规律，人为地在打开油层时，在油层井壁上快速、浅层、有效地形成一个损害堵塞带。 快速：几分钟到十几分钟内形成； 浅层：堵塞深度在十厘米以内； 有效：损害堵塞带渗透率极低，甚至为零。 结果：阻止泥浆对油层的继续损害，消除浸泡时间的影响，并消除水泥浆的损害,13,解除措施：由于损害带很薄，可通过射孔解除。 目 的：损害带的渗透率随温度和压力的增加而进一步减小，从而把造成地层损害的两个无法消除的因素：正压差和固相粒子，转换成实现这一技术的必要条件和有利因素，从而从根本上（机理上）解决这个国内外一直未解决的技术难题。 这个损害带的作用相当于阻止进一步损害的“屏蔽带”，故将此技术称为改性钻井液的屏蔽式暂堵技术。,14,二、屏蔽式暂堵技术的机理研究和实验验证,1、屏蔽式暂堵技术的机理研究 （1）固相颗粒对孔喉堵塞的物理模型 “单粒架桥后，逐级填充” 架桥粒子的架桥 单个颗粒随泥浆液相进入油层，在流经孔喉时： 若： d粒d孔，则沉积在孔喉外; d粒与d孔相当（大小、尺寸，则在孔喉处卡住，称为架桥。,15, 填充粒子的填充 架桥粒子架桥后，孔喉孔隙大量减小，泥浆中更小一级粒子卡在更小喉道处，这一过程不断重复，这一过程叫单粒逐级填充。这时堵塞带的渗透率取决于泥浆中最小一级粒子的粒级，但渗透率不会为零。 变形粒子的作用 当最小粒级的粒子是可变形时，则堵塞带渗透率可达到零。 地层孔喉尺寸和泥浆中固相粒级的匹配,16,固相微粒在孔喉处堵塞示意图,17,（2）压差、孔喉与粒径比、屏蔽层厚度间的关系 屏蔽暂堵应用示意图,18, 压差、孔喉与粒径比、屏蔽层厚度间的关系,19, 屏蔽暂堵的技术要点,测定孔喉分布和孔喉平均值； 选择桥架离子材料、颗粒尺寸、含量； 选择充填离子材料、颗粒尺寸、含量； 选择可变形离子材料、颗粒尺寸、含量； 采用合适压差。,20,2、堵塞物理模型的验证 （1）产层孔喉结构分析,21,（2）粒子的堵塞和充填规律,22,架桥粒子的堵塞规律 粒喉径比为2/3是形成稳定架桥的匹配条件；,23,架桥粒子的临界浓度为3左右；,24,架桥粒子的堵塞深度在23厘米之内； 架桥作用在10分钟内即可完成。 这个规律揭示了如泥浆中的粒子与产层孔喉匹配得当，可在浅层快速地获得稳定的桥堵。,25,填充粒子的填充规律 级配合理的填充粒子可进一步降低桥堵的渗透率 填充粒子浓度应大于1,26,软化变形粒子的填充规律 可变形粒子的粒径应比刚性粒子更细（小于1/5孔隙尺寸； 在一定温度条件下，其外形可变； 可变形粒子的浓度一般为13； 可变形粒子填充后，可使堵塞带渗透率趋于零。 变形粒子浓度 Ki/Kw 0 0.0051 0.86 0.0028 1.6 0.00091 2.4 0.00047,27,（3）影响因素 正压差的影响 正压差越大，屏蔽环堵塞效果越好，一般油藏，正压差应大于3.5MPa。 时间的影响 10min内形成屏蔽环，延长时间无影响。 温度的影响 温度的影响取决于变形粒子的软化点； 应根据地层温度选用不同软化点的变形粒子。 屏蔽环形成后，可防止水泥浆对产层的损害 负压条件下，屏蔽环的反排解堵可达到70以上,28,3、屏蔽式暂堵技术的技术方案 （1）准确掌握油层孔喉和钻井液中固相颗粒的尺寸及其分布； （2）根据固相颗粒堵塞模型和规律、定量关系和专用软件确定泥浆中必要的架桥、填充和变形粒子的种类、尺寸和含量； （3）按要求用专门研制的暂堵剂调整钻井液中固相颗粒尺寸及含量；,29,（4）用专用评价装置及评价方法来评价实际暂堵后屏蔽环的有效性、强度、深度和反排效果； （5）选择合理的正压差和上返速度，不应造成泥浆性能的变化； （6）必须采用与之配套的优化射孔技术。,30,4、屏蔽式暂堵技术的创新点及特点 （1）该项成果技术路线构思新颖、巧妙，在此技术路线下的作用机理、物理模型及相关理论成果均有其独特创新之处。 （2）从理论到实践获得了解决用钻井液在正压差下打开油层时保护油层的有效办法，使得完全防止钻井完井过程中的油层损害成为可能，解决了国内外同类技术都未能解决的重大技术问题。,31,（3）该项技术有以下独特优点： 适用于各类孔隙性油藏和各种钻井液； 高压差和钻井液中无法消除的固相是技术实施的必要条件，从而使对油层的不利因素转化为有利因素，首次解决了钻井工程和油层保护要求难以调和的矛盾，利于推广； 工艺简单，使用方便，成本低廉； 可消除浸泡时间和水泥浆对油层损害的影响。,32,三、屏蔽式暂堵技术的推广应用效果,（1）据96年底统计，在全国各大油田推广应用已达3000多口井，平均单井增产原油1020，据3个油田的不完全统计，年直接经济效益为1.52亿元； （2）该技术的推广应用省去了部分地区必须进行的投产作业的投入（每口井几万几十万，如温米油田）； 研制开发了新型专用暂堵剂，3种处理剂年产10002000吨； （3）中国石油天然