C10 钻油层用泥浆.doc

第10章 钻油层用泥浆前言从钻头进入产层到油井开始生产。产层将会经历一系列作业和外来流体的作用，这将降低其产能。这个产能降低被称为地层伤害。本章力图找到一些措施，它们尽管只是从评价井或生产井中得出的概念性的东西，但是普遍适用，即是说它们可以用来控制任何井的地层伤害，包括边远井在内。大多数情况下采取这些措施不会增加太多费用。值得庆幸的是，由于它们本身是概括性的，故没有必要在每一口井中都套用这里的措施。但是我们需要对地层伤害有深入的了解，能够提前发现在某些特定情况下不适用的措施。同理，就算遵照执行了各措施也并不能保证不会发生伤害，在那种情况下伤害会比不采用推荐的措施要少一些。对这些概念进行讨论超出了本文范围；真正遇到了特殊的“难题”时(如尽管遵照执行了各措施仍存在伤害，或者经验或岩性表明遇到了一个敏感地层时)，应寻找进一步的指导。有时可以从本地泥浆专家得到帮助，但是Sunbery 的BPX有一个地层伤害专家小组。在钻进中减少伤害 图10-1 各泥浆体系的相对优点及潜在的伤害性高 3 参见油基泥浆 总体上伤害性小 油基泥浆 常常增加钻速 能引起润湿反转/乳化封堵KCl/聚合物/乙二醇体系 环保限制 PHP/聚合物体系 5KCl能抑制粘土水化/分散 费 5许多聚合物容易热降解 用 5 加入丙烯酰胺能增强泥岩抑制性 5 比标准的KCl/聚合物体系伤害性大一些 海水/聚合物体系 7总体上伤害严重淡水/分散型体系 7分散使细颗粒运移更容易 低矿化度时泥岩可能发生分散 7无泥岩抑制性淡水/般土体系 海水与许多地层流体相遇 会产生沉淀 5 总体上伤害性大 5 允许粘土膨胀分散 低 5 无泥岩抑制性 低 伤害程度 高 合成基泥浆泥浆是进入接触储层的第一种流体。为某一储层选择恰当的泥浆类型非常关键。图10-1对不同泥浆类型可能存在的伤害特性进行了概括性排列。与泥浆体系有关的四种地层伤害机理有； 泥浆与储层岩石不配伍引起伤害； 泥浆与储层流体不配伍引起伤害； 非射孔完井时由于泥饼未清洗掉或者被绕过后形成的伤害； 泥浆中细颗粒固相侵入储层孔隙引起的伤害。泥浆引起产能衰减的两个主要因素为：(1) 滤液侵入储层的深度；(2) 滤液侵入引起伤害(失去渗透性)的程度。因此，为了尽量减少钻进中的伤害，必须尽量缩短滤液侵入深度及减小滤液的伤害能力。基于这个原因，在钻进中可采取下面的措施来减少地层伤害：尽量减少滤液侵入缩短裸井浸泡时间泥浆滤液的侵入量随时间增加而增加；应该尽量加快钻速，只要不会反过来影响井眼清洗就行。起下钻的时间也应该尽可能地短，但不要引起太大的抽吸和激动压力。控制泥浆滤失泥浆的滤失量取决于泥浆的滤失性-通常是通过测定泥浆的静滤失量来评价。主要要考虑两个参数：(1) 瞬时滤失量不能太大；(2) 泥饼要薄(才不容易受冲蚀)。有可能需要加入专门筛选的桥堵颗粒以将瞬时滤失量降低到可以接受的程度。控制泥浆体系的水力特性过大的循环速度会冲蚀泥饼从而加快滤失，因此使用最大泵速并不总是明智之举。但是循环排量应该足以保证有效地清洗井眼。采用低的静水正压为了尽量减少滤液侵入，有必要采用满足安全井控条件的最小正压，即要求泥浆比重只要是安全的则越低越好。开发井和生产井的压力剖面熟知了，保持一个低而安全的正压是可能的。在BP的大多数作业区内，安全的正压范围为200300psi。保证低的动态正压除了控制静水正压外，当量循环密度也要考虑到。控制泥浆流变性和排量，保证当量循环泥浆比重在可以接受的范围内。尽量减少滤液的不配伍性使用配伍性好的泥浆确认滤液与地层流体之间不会发生不利的反应。见表10-1。预测泥浆滤液可能引起伤害的程度，(通过做流体配伍性和岩芯驱替试验)评价滤液与地层与流体/岩石的不配伍性。这些试验可以由XTP Sunbery进行或某些时候让泥浆承包商来做。如果观察到或者预计存在严重的不配伍性，必须重新设计泥浆配方。如果储层基岩中有粘土则应避免使用淡水基泥浆-淡水滤液会导致水敏性隙间粘土膨胀、运移，可能引起孔喉堵塞。见图10-2。泥浆具有一定抑制性总是有利的。K+离子(来自KCl或KAc)对此的抑制效果很好。 表10-1 典型的北海地层水分析 图10-2 砂岩中的粘土避免在水基泥浆中使用分散剂有一条总的规律，非分散水基泥浆比分散型水基泥浆伤害能力弱一些。这是因为泥浆中的分散剂同时能够有效地分散地层中的粘土，因而有较大趋势化学诱发微粒运移。典型的分散剂是木质素磺酸盐，但是烧碱(特别是氢氧根离子)对于粘土也是分散剂。因此，分散剂和高PH值的泥浆都不能使用。在油基泥浆中控制使用表面活性剂油基泥浆滤液中大量的表面活性剂能改变水湿储层的润湿性，结果地层中释放出来的残余水会造成水锁。该现象可以通过降低表面活性剂浓度来控制，而这可以通过添加处理剂改变泥浆性能即可实现。如果不考虑泥浆性能时不要作日常添加，实际上钻产层时应当尽量避免加入新的表面活性剂，抗剪切的表面活性剂会作为滤液滤失掉。然而保持要求的泥浆性能参数也同等重要，尤其是要控制滤失量。油基泥浆的包括自由水和乳状液的高温高压滤液将严重影响储层产能。也许这有一条捷径：一个优秀的泥浆工程师通过仔细计划而不用添加表面活性剂就可以保持泥浆“健康”直到钻达最长的储层段为止。当不可避免地需要添加某些处理剂时(如钻水平井的长储层段)，应该在添加进循环泥浆体系之前把处理剂在储备池中搅拌匀。遇到敏感性地层时，需要现场监测泥浆滤液中的表面活性剂浓度。一般准则使用桥堵材料减少固相侵入在低比重泥浆中加入桥堵固相颗粒可以降低瞬时滤失，有利于在井壁上形成泥饼。尽管颗粒的中值直径要与平均直径相近，但是颗粒大小分布范围大一点较好。本方法的现场运用需要测定地层孔隙大小分布。然而即使使用了正确的尺寸进行桥堵也不能防止裸眼完井方式下的地层伤害。辨认天然裂缝天然裂缝中充填了泥浆固相后产能也会衰减。如果没有记录到裂缝存在，那么井的最终产能很可能会被忽略掉。天然裂缝可以通过记录所有井下漏失量来识别，其漏失通常不同于其它原因的漏失。当预计砂层会产生漏失时，应当使用酸溶、水溶或油溶的堵漏材料，选择哪一种取决于储层类型(是油还是气)以及泥浆的类型。若可能发生漏失时建议先取点样，一旦真发生漏失了就可以用来评价以后将用的地层抑制剂的性能。一定不要超过破裂压力梯度千万别超过地层的破裂压力梯度，因为那样将产生裂缝或开启一套天然裂缝，进而使得泥浆大量进入储层。有一个错误看法认为，储层的破裂压力梯度值与上层套管鞋附近做的漏失试验值相同。岩性改变也会引起破裂压力梯度的改变。砂岩储层的破裂压力梯度比泥岩中漏失试验低一些，这是一个普遍的现象。破裂压力在衰竭性地层中也会减小-必须小心避免钻进过程中偶然地压裂地层。在严重衰竭的地层中，一旦地层破裂就很难控制住漏失-裂缝的传播压力可能比静水压力还要低。钻储层用泥浆常见的做法(尤其是在敏感性地层中)是在储层上部停钻，替换成一套低污染性泥浆体系。储层取芯时要求可以微调泥浆性能。但这些泥浆(低钻屑固相含量)使用的总原则是应该能保护大多数储层。常见的钻储层用泥浆有:油基和合成基泥浆大多数情况下油基泥浆是良好的低污染泥浆体系。实际上这正是它起初能发展起来的原因。油基泥浆的瞬时滤失量低减少了微粒侵入，而且其油性滤液不会引起水锁或让水敏性粘土颗粒运移。前面曾讨论过水基泥浆中大量表面活性剂会引起润湿反转，同样地，油基泥浆也要小心使用表活剂(即必须经过实验室测试)，在干气储层更应特别注意。用油基泥浆钻储层时高质量的桥堵也很重要，因为整个泥浆漏失会深入储层，其含有的水相将引起乳化堵塞。无机盐泥浆体系如果是通过加盐来达到所需的泥浆比重，固相侵入就会大大降低。但是若没有任何固相则可能在钻进过程中有大量的泥浆会渗入地层-因此需要一定的桥堵剂，通常使用分级的CaCO3(可酸溶)、分级的NaCl(可水溶)或树脂及石蜡(可油溶)。NaCl的使用限于密度大于1.2sg的泥浆而且载体要经过盐(NaCl)饱和过。最常见的钻储层泥浆使用KCl盐及分级的CaCO3组合来达到需要的密度和桥堵性能。K+离子能有效地“固定”孔隙内可能运移的粘土。CaCl2绝对不能用来钻储层，因为二价阳离子与地层水中的碳酸盐或硫酸盐作用产生沉淀而伤害地层。新近引入钻井的一价甲酸盐拓展了低污染性盐水泥浆的密度范围达到了1.02.2sg。完井/作业中减少伤害在没有产生严重污染的情况下钻穿了储层之后，不要在完井阶段发生污染也非常重要。有一些基本原则需要遵守：2使用质量认证过的化学剂配制完井/作业用液。有一点非常重要，配完井/作业用液的化学剂质量必须要足以保证后续作业及生产的需要。例如，某个实验室推荐值要求使用纯NaCl来防止结垢沉淀，如果使用的是低纯度的盐配制的盐水，其中含有的大量杂质本身就会结垢。2不要用海水配完井/作业用液尽管海水常常是垂手可得，但是它并不总是适合用来作配盐水的溶剂。比如，许多地层水遇到海水会产生无机硫酸盐沉淀。CaCl2与海水混合会产生硫酸钙沉淀-这一点否定了使用清洁流体应有的好处。后者这种情况下，过滤盐水清除固相的费用远比使用淡水正确地配制盐水来得高。2确认加入了足量稠化剂用于完井/作业用液典型的稠化剂是有机聚合物。它们有时很难分散，尤其是盐水矿化度高的时候。用液的PH值也会影响聚合物分散的难易程度。有必要用高剪切速率来避免形成小团胶体“鱼眼睛”。如果要配制高矿化度稠化盐水，先在低矿化度、低PH值的盐水中预水化较为有利。2如果用无固相/无污染完井或作业，应该花时间清洗管线和泥浆池。在装或配盐水之前要洗干净泥浆池。如果过滤过的盐水储存于或者流过脏泥浆池，那么花钱过滤就变得毫无意义了。使用完井/作业液之前，所有地面设备和入井管线都要清洗干净。最后的清洗液要与后面的干净盐水配伍。清洗及过滤的严格程度要基于操作因素的考虑之上。比如当某一口井准备负压钻进，则地层中大的漏失就不会存在，因而对盐的标准就可以放宽。2避免在完井/作业中使用刷过漆的工具据报导，入井工具上的油漆在井内流体浸泡或高温下会起泡、剥落。油漆剥片能有效地堵塞射孔孔眼却在大多数流体中不溶，一旦出现在井筒壁上就很难清除。2保证盐水密度是在某个确定的温度下测定的盐水密度对温度非常敏感，因而在确定的温度下测其密度显得极其重要。通常定的是环境温度(确认密度提供者记录了测量时的温度)，这在配制盐水的过程中当盐溶解引起较大温度变化时尤其重要。举例来说，CaCl2的溶解是放热反应(盐水可升到50。C)，而溶解NaCl是放热反应(盐水可能降低到5。C以下)。2不要用淡水作完井/作业液当需要使用接近于淡水的密度时，仍需要加入一定的抑制剂阻止泥岩水化、分散。我们建议使用KCl，其最小质量百分浓度为3%。2对射孔完井的井眼应使用清洁的作业液干净的无固相作业液在改造射孔完井或者射孔完井压井过程中特别重要。这是因为只需要较少量的固相就可以堵塞住射孔孔眼通道。套管润滑油、油管内的灰尘或腐蚀物一旦经流体携带沉积或泵入地层就可能堵塞住射孔孔眼。一旦部分孔眼受堵，在流动情况下就会出现大问题，因为清洗具有选择性。如果钻的口袋不够长，积累起来的碎屑也可能填住射孔孔眼，妨碍生产。2在任何可能的时候通过循环压井除非万不得已，压井时油管内的流体不要挤回地层去。回挤油管内流体的压井方法可能因为原来悬浮的固相颗粒而引起堵塞，这在那些易于