保护储层钻井液技术.ppt

,,渤海钻探钻井技术服务公司,保护储层钻井液技术,★钻井过程中储层伤害因素分析★保护储层钻井液体系★保护储层技术★保护储层水平井钻井液技术★储层保护技术规范★典型案例★几点认识,储层损害是指由于外来流体、固相侵入储层或因外部原因致使储层原始状态被破坏，导致储层渗透率、孔隙度降低，从而影响油气藏勘探开发效果。与储层接触的任何流体、与储层有关的任何施工作业都可能造成储层伤害，因此，储层保护是一个系统工程。钻井液是接触储层的第一种外来流体，其液相和固相侵入储层后，都会对储层产生影响，因此，钻井液储层保护是搞好储层保护系统工程的重要环节。,我公司开展保护储层钻井液技术研究始于上世纪八十年代末，经过二十多年的不断探索，取得了十多项储层保护成果，形成了保护储层水包油钻井液体系、无固相钻井液体系、广谱屏蔽暂堵储层保护技术、广谱成膜封堵储层保护技术等特色储层保护技术，满足了不同油藏类型、不同完井方式钻井施工过程的储层保护需要，取得了较好的效果。,★钻井过程中储层伤害因素分析★保护储层钻井液体系★保护储层技术★保护储层水平井钻井液技术★储层保护技术规范★典型案例★几点认识,,,,,,★钻井过程中储层伤害因素分析★保护储层钻井液体系★保护储层技术★保护储层水平井钻井液技术★储层保护技术规范★典型案例★几点认识,甲酸盐与储层流体配伍性好，与储层流体沉淀不会产生；滤液矿化度较高，有利于防止粘土水化；HCOO-离子能够和水分子形成氢键，对自由水具有很强的“束缚”能力。,,具有良好的抑制性，与储层具有良好的配伍性；钻井液组分均易溶于水，均能生物降解；对钻具的腐蚀性小。,,从2002年至2007年，先后在大港、冀东等油田完成了86口井现场应用，获得了良好的储层保护效果，推广井储层平均渗透率恢复值达到91.58，产油量均较邻井有不同程度的提高，其中冀东油田应用井较邻井提高了2.4倍。目前，该钻井液已成为冀东油田陆地水平井储层井段首选钻井液体系。,,有机正电胶钻井液体系,正电胶钻井液作用机理,有机正电胶钻井液优点,现场应用,,,,,正电胶钻井液在毛细管中呈整体流动，不容易进入储层孔喉，很容易反排出来；正电胶钻井液体系在近井壁处形成静止滞流层；正电胶与水分子的亲和力强，抑制了粘土的水化膨胀、分散，从而使粘土活性降低，达到保护储层的目的。,,有机正电胶钻井液体系,正电胶钻井液作用机理,有机正电胶钻井液优点,现场应用,,,,,,有机正电胶具有更强的正电性，能被水润湿，既溶于水又溶于油，并易于与其他处理剂配伍，具有更强的泥页岩抑制性、稳定井壁和储层保护能力，因此，适合于水平井钻井施工。,有机正电胶钻井液体系,正电胶钻井液作用机理,有机正电胶钻井液优点,现场应用,,,,,,2003年在冀东柳赞、高尚堡地区成功应用30余口水平井，之后又在大港油田唐H2、扣H1井、港H1井等5口井进行推广应用。至2007年，采用该体系共完成了79口水平井施工，形成了比较成熟的钻井液体系配方及现场工艺技术，取得了良好的应用效果，较好地解决了水平井的井壁稳定、井眼净化、润滑放卡、保护储层等技术难题。,该钻井液是利用不同的油水比例控制钻井液的密度，配合使用增粘剂、降滤失剂、表明活性剂形成较稳定的乳状液，以满足钻井施工的需要。完成室内研究后，首先在大港油田西G2井目的层井段进行了现场试验，取得了较好的效果，最低钻井液密度达到0.84g/cm3。然后分别在青海油田浅南6-1、吉林梨深1等4口井进行了现场应用，均收到了良好的效果，其中梨深1井完钻井深达到4356.5m，钻井液密度控制在0.89-0.91g/cm3。目前，我公司已研究出抗温能力达180℃的水包油钻井液体系配方。,水包油钻井液体系,稳定泡沫钻井液是针对低压储层研究的低密度钻井液体系，其最低可循环密度为0.70g/cm3、储层损害率小于10、抗温150℃、钻井液半衰期12-24h、密度可调、泥浆泵上水率大于70。在官新10-16井进行了现场试验，收到了预期的效果，掌握了稳定泡沫钻井液配制、维护工艺技术，了解了稳定泡沫钻井液密度随温度、压力的变化规律。2003年成功应用长庆油田，较好地解决了低压气藏储层保护和防漏的难题。,稳定泡沫钻井液体系,★钻井过程中储层伤害因素分析★保护储层钻井液体系★保护储层技术★保护储层水平井钻井液技术★储层保护技术规范★典型案例★几点认识,,●广谱屏蔽暂堵保护储层技术,广谱型屏蔽暂堵保护储层技术是对传统屏蔽暂堵保护储层技术理论的继承与发展，该技术是依据储层的主要d流动50和最大流动孔喉直径来确定不同渗透率段下的暂堵粒子的直径。弥补了传统屏蔽暂堵技术中的缺陷，使得屏蔽暂堵理论更具科学性。,传统屏蔽暂堵保护储层技术在计算储层平均孔喉直径时是将储层所有孔喉都参与了计算，它忽略了两个因素,,我国的绝大多数油田都属于断块型砂岩油气藏，油藏的横向、纵向、层内、层间都存在严重的不均质性，各断块之间油藏特性差异很大，无规律可循。广谱型屏蔽暂堵保护储层技术提出了d流动50和储层渗透率贡献值的概念，在确定暂堵方案时，依据储层的d流动50和最大流动孔喉直径来确定不同渗透率段下的暂堵剂粒子的直径，克服了传统屏蔽暂堵技术确定暂堵剂粒径时存在的不足，较好地解决了非均质砂岩油藏储层保护难题。,广谱型屏蔽暂堵技术与传统屏蔽暂堵技术对比,广谱屏蔽暂堵保护储层技术要点,①分析研究储层渗透率变化规律，采用所研究区块储层岩心实测的渗透率与孔喉特性数据，计算出渗透率贡献值达到97（1）时储层孔喉的平均直径d流动50，以及储层最大孔喉直径dmax。,②依据储层的d流动50和最大流动孔喉直径来确定不同渗透率段下的暂堵剂粒子的直径，按1/2～2/3储层d流动50来选择架桥粒子的d50。,③选用沥青类产品作为可变形粒子添加剂，加量为2，但其软化点应高于储层温度10～50℃。,,,广谱屏蔽暂堵保护储层技术现场应用,2003年在港东一区等四个断块7口井进行了先导性试验，产量比邻井提高了57.64。2004年相继在羊三木等六个油田九个断块的18口井进行了推广应用，产量比邻井提高了37.18。试验表明广谱型屏蔽暂堵保护储层技术适用于非均质砂岩储层的储层保护，优选的复配暂堵剂对各区块非均质砂岩油藏保护效果好，储层渗透率恢复值81.64。,对于保护储层的钻井液，必须加入具有连续粒径分布的暂堵剂颗粒来有效地封堵储层的各种孔喉，才能取得理想的储层保护效果。30的大孔隙对渗透率的贡献大约为85，因此，对大孔隙进行暂堵保护可以减轻储层损害。单一暂堵剂很难取得理想的暂堵效果，只有当暂堵剂颗粒累计体积百分数与d1/2成正比时，可实现颗粒的理想充填，因此，将几种不同粒径的暂堵剂复配使用，比较容易得到给定储层的理想充填暂堵方案。,●理想充填屏蔽暂堵保护储层技术,D90规则是指当暂堵剂颗粒在其粒径累积分布曲线上的d90值与储层的最大孔喉直径或最大裂缝宽度相等时，可取得理想的暂堵效果。目标线是在暂堵剂粒径分布曲线上，以d901/2与坐标原点的连线。主要特点是“复配暂堵”和“广谱暂堵”，与传统架桥规则相比，使用该方法可取得更好的暂堵效果，它充分考虑了暂堵剂对储层大尺寸孔喉的暂堵作用，因此，特别适应于中、高渗储层的储层保护。,获得储层最大孔喉直径（即d90）,,建立不同暂堵剂的粒度分布数据库,对优选方案的有效性进行实验验证,计算最适于理想充填的暂堵剂的复配比例,,,技术要点,冀东油田高104-5区块主要目的层为NgⅢ段8小层和NgⅣ段132小层，根据G206-4井的孔喉资料分析，其储层孔喉半径在4.0～19.19μm之间，NgⅢ段8小层的r50等于4.944μm，NgⅣ段132小层的r50等于6.384μm。于是，我们可以应用D1／2理论作出两条基线，对暂堵剂方案进行优化。按冀东油田公司要求，我们将重点考虑NgⅣ段132小层的储层保护问题。,现场应用,1／22／3架桥规则暂堵剂粒径分布图,广谱屏蔽暂堵剂粒径分布图,理想充填暂堵剂－1粒径分布图,理想充填暂堵剂－2粒径分布图,高104-5区块的储层保护方案为按WC-1C20％＋600目超钙60％＋1000目超钙10％＋10％FB-2比例混配的复配暂堵剂，加量5％。该方案在高104－5区块的18口水平井中得到应用，取得可喜的效果。应用表明试验井渗透率恢复值达平均85，产油量大幅上升。,利用特殊聚合物处理剂，在井壁岩石表面浓集形成胶束，依靠聚合物胶束或胶粒界面吸力及其可变形性，能有效封堵岩石表面较大范围的孔喉，形成致密封堵膜，封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层，钻井液及其滤液完全被隔离，不会渗透到地层中,可以实现近零滤失钻井。它具有承压能力强，防漏堵漏效果明显，保护储层的特点。,●广谱成膜封堵储层保护技术,由于钻井液含有的特殊聚合物聚集成可变形的胶束，这些胶束和复配暂堵剂粒子单独或共同作用，迅速地封堵储层孔隙，在孔喉处形成低渗透性的封堵带，阻止了钻井液的进一步侵入。在近井壁形成致密的非渗透封堵薄层（膜），有效封堵不同渗透性地层和泥页岩地层微裂缝，防止钻井液颗粒向储层运移，钻井液及其滤液完全不会渗透到地层中,实现近零滤失钻井，减小钻井液对储层的损害，从而保护储层。,,储层保护机理,完成机理研究后，从2005年至2007年，我们先后完成了80个断块广谱成膜封堵保护储层方案的个性化研究，现场应用159口井，取得了预期的效果。,,现场应用,★钻井过程中储层伤害因素分析★保护储层钻井液体系★保护储层技术★保护储层水平井钻井液技术★储层保护技术规范★典型案例★几点认识,水平井开发的目的是为了提高油井单井产量，提高油藏采收率，降低开发成本，因此，水平井储层保护工作比普通开发井更为重要。受大港油田公司和冀东油田公司委托，2003-2005年我公司承担了“水平井钻井完井液储层保护技术研究”项目。在两大油田公司的大力支持下，我们开展了储层保护研究，针对不同完井方式采用不同的储层保护技术，现场试验取得了较好的储层保护效果，目前该成果已广泛应用于水平井钻井施工服务中。,★非目的层井段所用钻井液体系必须适应地层特性，目的层井段钻井液体系选择必须兼顾地层特性和水平井完井方式；★钻井液性能稳定，易于维护处理，能满足各种钻井施工工况的要求；★储层保护技术的选择必须依据水平井完井方式需要而定。对于筛管完井，推荐选择无固相钻井液体系配合非渗透储层保护技术；对于射孔完井，建议采用广谱成膜封堵储层保护技术。,钻井液体系及储层保护技术确定原则,在两大油田公司的大力支持下，开展了不同区块、储层的储层保护钻井液技术方案研究，从2003-2007年我公司在大港油田和冀东油田完成了18个区块的个性化储层保护方案研究。针对不同完井方式优选了不同的钻井液体系，对于射孔完井，推荐采用有机正电胶钻井液体系，对于筛管完井，推荐采用无固相甲酸盐钻井液体系、无固相钾盐聚合物体系和无固相有机盐钻井液体系。现场应用135口井，取得了较好的储层保护效果，目前该成果仍广泛应用于两大油田的水平井钻井施工服务中。,,采用石灰石粉等可酸溶材料或可溶盐作为加重剂，以利于完井后采取压裂酸化解堵，从而提高原油产量。,,进入目的层前调整好各项钻井液性能参数，按照室内研究成果在体系中逐渐加入储层保护添加剂，进入储层井段后及时补充，保证其在钻井液中有效含量相对稳定。,储层保护措施,,进入水平井段后控制钻井液API失水在3.0-4.0ml，高温高压失水小于12ml，减少滤液对储层的污染，同时保证固控设备二十四小时连续运转，尽量降低钻井液中的有害固相含量，减少固相侵入。,,钻进过程中及时补充其它处理剂，保证钻井液性能稳定，避免事故复杂的发生，加快钻井速度，从而缩短储层浸泡时间。,1）用原油配合润滑剂解决水平井的润滑问题。定向前混油，钻进时及时补充，保证原油含量达到6-8，根据施工状况补充其它润滑剂，使钻井液的润滑性满足现场施工需要。在大斜度井段滑动钻进时如果发生拖压，可在钻井液中补充膨化石墨或加入塑料微珠。2）采用适当的钻井液密度配合防塌剂解决井壁稳定问题。施工中根据邻井资料和地层坍塌压力控制合理的钻井液密度，保证井壁处于力学稳定。同时根据每口井所用钻井液体系加入相应的防塌材料，提高钻井液的抑制性，防止地层粘土水化膨胀而坍塌。,其它配合措施,3）采用合理的钻井液流变参数配合适当的工程措施解决井眼净化问题。◆在定向井段和水平井段钻井过程中，聚合物钻井液和有机正电胶钻井液体系的粘度控制在50s左右，其它钻井液体系的粘度必须大于50s，钻井液的动切力必须大于8Pa，动塑比大于0.40。◆对于∮215.9mm井眼，泵排量应大于30l/s，降低岩屑床的形成速度。,其它配合措施,◆正常钻进时，每钻进100-200m搞一次短起下钻，如果钻进速度慢，连续钻进24h必须进行一次短起下钻，以便及时破坏和清除岩屑床。◆当钻井速度较快时，接单根前必须进行技术划眼一至两次，以便新钻屑及时离开钻头，防止沉砂卡钻。◆用好四级固控设备，尤其是离心机，保持钻井液中含砂量低于0.3，保证入井钻井液清洁。,其它配合措施,,,广谱型屏蔽暂堵、理想充填和广谱成膜封堵保护储层技术是根据储层孔喉分布特点，选择适当粒径的储层保护添加剂，实现了有效暂堵。现场应用表明储层保护添加剂加入后钻井液的API滤失量非常低，只有3ml左右，高温高压滤失量降到了12ml以下，几乎没有瞬时失水。从井浆的储层保护效果评价看所跟踪的水平井平均储层渗透率恢复值达到85.74。从试油情况看应用井均超过配产指标。这充分说明所研究的保护储层方案针对性强，储层保护效果非常理想。,储层保护效果,★钻井过程中储层伤害因素分析★保护储层钻井液体系★保护储层技术★保护储层水平井钻井液技术★储层保护技术规范★典型案例★几点认识,1、对储层特性和完成井资料进行调研，包括地质分层、岩性描述等，为优选钻井液体系提供依据。2、储层特性分析研究，包括岩矿物征、储层物性、储渗空间、流体性质、储层敏感性分析等，以确定针对储层优选的钻井液体系及复配暂堵剂方案等。3、确定钻井液体系及保护储层技术方案，并对方案进行实验评价，针对评价的结果进行方案调整，直到达到最优保护储层效果。,4、进入目的层前50-100m调整好钻井液各项性能参数，按照室内优选的储层方案逐渐加入与储层配伍的复配暂堵剂，超低渗成膜剂等储层保护添加剂，进入目的层后根据需要及时补充，保证其在钻井液中的有效含量相对稳定。5、对于水平井，在确定入窗后按照室内优选的储层方案逐渐加入油保材料。6、普通井控制API滤失量为5-6ml，HTHP滤失量为小于15ml；水平井控制API滤失量为3-4ml，HTHP滤失量为小于12ml，以减少滤液对储层的污染。,7、保持四级固控设备连续使用，尽量降低钻井液中的有害固相含量，减少固相对储层的伤害。8、钻进过程中及时补充其它钻井液处理剂，保证钻井液性能稳定，使之满足井下施工的需要，避免事故复杂的发生，加快钻井速度，从而缩短储层浸泡时间。,★钻井过程中储层伤害因素分析★保护储层钻井液体系★保护储层技术★保护储层水平井钻井液技术★储层保护技术规范★典型案例★几点认识,自92年以来在板深51区块共完钻47口井，其中事故复杂井有21口井，94年以来仅发生在沙河街地层井漏6井次，井涌4井次，卡钻8井次，有的井甚至集漏、涌、卡等复杂事故于一井，钻井周期一般在6个月左右，所采用钻井液体系主要为抑制性钻井液。主要目的层集中在沙河街组，储层为高压低渗砂层，每口井完井后都必须进行压裂、酸化，自投入开发以来，该区块产能在五千吨左右。由于其开发难度大，2002年由原大港油田集团公司接手，实施合作开发，其单井日产量仍徘徊在10吨左右。为了提高开发效果，集团公司于2004年开展了针对性科研攻关，我们依据其储层特性，将广谱成膜封堵储层保护技术应用于该区块，取得了非常好的效果，第一口试验井试油日产量超过100吨，到2006年，将该区块产量提高到近五万吨。,板深51区块概况,板深51区块在大港油田以“难采”著称，其事故复杂主要包括井漏、井涌及卡钻，分析其原因为该地区存在低压高渗地层，储层属于高压低渗油气藏；存在压力敏感地层；钻井液体系与地层的配伍性较差。,事故复杂分析,,,钻井液体系储层保护方案,室内研究,,板深51断块储层特性,,,方案研究,－－板深51断块储层特性,粘土矿物,X-衍射粘土矿物相对含量分析数据表1,从板深51井取芯的77块岩芯物性分析，储层物性较好，孔隙较发育，但整体连通性差，渗透率较低，局部异常高孔、渗。孔隙度最大为24，最小为9.8，平均18.4；渗透率最高为37610-3μm2，最小为0.0810-3μm2，平均为31.810-3μm2；长25-21井的主力储层位于3627-3677m，其孔隙度最大为38.44，最小为3.56，平均19.37；渗透率最高为14.5210-3μm2，最小为0.9210-3μm2，平均为6.6510-3μm2。,储层物性,－－板深51断块储层特性,孔喉结构,－－板深51断块储层特性,,孔喉结构,－－板深51断块储层特性,,,敏感性分析,◆速敏损害程度中偏弱-中偏强。在开发过程中应控制好开发速度，稳定地层微粒，防止微粒运移堵塞储层；◆属于强水敏。存在潜在的水敏损害问题，临界矿化度为5000-10000mg/l，应加入适量的防膨剂和稳定剂；◆盐酸酸敏损害程度较弱。盐酸酸敏损害程度为1-17，为弱盐酸酸敏；土酸酸敏损害程度16-48，为弱-中等土酸酸敏，土酸酸化配方应进一步筛选。,－－板深51断块储层特性,由有机硅防塌钻井液体系转化为成膜封堵保护储层钻井完井液◑抗温达到150℃；◑砂床滤失量为0，滤失深度6.0cm；◑承压能力有机硅钻井液体系为6.0MPa，而成膜封堵钻井完井液体系为12.5MPa。,钻井完井液体系,－－保护储层方案研究,暂堵剂的确定,依据板深51井储层取心样品压汞实验做回归曲线，通过平均连通流动孔喉直径确定骨架颗粒粒径D流动50为1.28-2.56μm，通过最大连通孔候直径确定最大骨架颗粒粒径为Dmax为2.82－5.64μm，由此初步确定三套储层保护方案，分别为12％GN-YBJ22％GNYBJ＋1％目细目钙Dmax1％目细目钙D5031％目细目钙Dmax2％目细目钙D50,－－保护储层方案研究,对比评价,－－保护储层方案研究,成膜封堵储层保护方案的渗透率恢复值为92.53％；150min动滤失量为4.8ml。,保护效果评价,－－保护储层方案研究,渗透率恢复值,砂床侵入深度,实验配方为有机硅防塌钻井液＋2％复配暂堵剂＋2％超低渗透储层保护剂。,酸化解堵评价,－－保护储层方案研究,●目的层井段所用钻井液体系为有机硅防塌钻井液；●储层保护方案为有机硅防塌钻井液＋2％复配暂堵剂＋2％超低渗透储层保护剂；●复配暂堵剂配比为50％粒径中值为2.82-5.64μm的细目碳酸钙与50％粒径中值为1.28-2.56μm的细目碳酸钙混拌。,室内研究结论,完成室内研究后，于2005年初进行现场试验，截止到2007年底，在大港油田板深51断块进行了13口井现场应用，试验井均为三开井身结构，平均完钻井深为4044m，其中长22-15井最大井斜21.88，井底位移888.18m，完井钻井液密度达1.74g/cm3。从现场取回井浆进行跟踪评价，钻井液的API滤失量均小于5ml，没有瞬时失水，砂床滤失量均为0；平均井径扩大率为6.7％，有效地解决了钻井施工中井漏、卡钻等技术难题，平均储层渗透率恢复值达到89.46。,现场应用,◆试验井三开采用有机硅防塌钻井液体系，钻进过程中按时补充GWJ、GXJ胶液，保证其有效含量，避免钻井液性能大幅度波动；定期补充抗高温降滤失剂，严格控制钻井液固相含量和高温高压失水。◆钻至3611m-3810m时，在调整好钻井液性能后，按照井眼容积和循环罐体积，在两个循环周内加入均匀地加入储层保护材料；钻进过程中，按钻井进尺和钻井液消耗量补充，以确保其在钻井液中的有效含量。◆施工中及时补充其它钻井液处理剂，保证钻井液性能稳定，防止事故复杂发生，加快钻井、完井速度，缩短储层浸泡时间。,－－现场转化与维护,通过在长22-15、长23-17K等井上应用表明有效地解决了该地区井漏、卡钻、保护储层等技术难题，应用效果突出表现在以下两个方面。低压地层承压能力显著提高由于该区块存在压力敏感地层，地层承压能力的提高有效地减少了事故复杂，为现场顺利施工提供了保障。长23-17K井由于老井技术套管未封隔沙一上的低压高渗砂层，在钻穿该地层后，采用该技术进行工艺堵漏，当环空当量密度达1.80g/cm3，地层仍保持稳定。,－－应用效果评价,保护储层效果显著在现场施工过程中，广谱成膜封堵保护储层钻井液的API滤失量非常低，平均2.6ml，没有瞬时失水，砂床滤失量均为0，储层渗透率恢复值平均达到89.46，大大降低了对储层的污染程度，有效地保护了储层。试验井试油结果表明试验井试油施工过程不同于邻井，射孔后未经过压裂、酸化、排液处理，多数井自喷高产，尤其长22-15井射孔后井筒压力迅速恢复，形成自喷油流，日产油96t、产气3600m3；长23-17K井试油自喷日产92t；长22-13井自喷日产高达109t，创该区块单井试采产量最高记录。,－－应用效果评价,★钻井过程中储层伤害因素分析★保护储层钻井液体系★保护储层技术★保护储层水平井钻井液技术★储层保护技术规范★典型案例★几点认识,※储层保护工作是一个系统工程，它贯穿于油藏开发的全过程，只有当涉及油藏开发的各个环节都进行储层保护时，才能取得理想的保护效果。※钻井施工中的储层保护要以保证安全、快速施工为前提，目的层井段钻井液体系的选择应遵循适应地层特性、保障安全钻井、满足完井需要的原则。※钻井过程中储层保护方案必须在取全取准储层各项特性参数、深刻分析其潜在损害因素的基础上通过实验研究来确定。※对于各向异性的断块型油藏，储层保护方案必须依据断块特性进行个性化研究，才能取得较理想的储层保护效果。,谢谢,