第十章保護油氣層的鉆井液技術

概述第一節儲層損害的室內評價技術第二節鉆井過程中的儲層保護技術第三節完井過程中的儲層保護技術概述儲層損害：在鉆井、完井井下作業及油氣田開采全過程中，造成儲層滲透率下降的現象。儲層保護技術：認識和診斷儲層損害原因及損害過程的各種手段，防止和解除儲層損害的各種技術措施。儲層保護的核心是有針對性地控制各種外因，使儲層的內因不發生改變或改變小，從而達到保護儲層的目的。

概述儲層損害原因：凡是受外界條件影響而導致儲層滲透性降低的儲層內在因素，均屬儲層潛在損害因素（內因）。它包括儲層孔隙結構、敏感性礦物、巖石表面性質和地層流體性質等。在施工作業時，任何能夠引起儲層微觀結構或流體原始狀態發生改變，并使油氣井產能降低的外部作業條件，均為儲層損害的外因。它包括入井流體性質、壓差、溫度和作業時間等可控因素。概述Ks<KK-未損害區儲層滲透率；Ks-損害區儲層滲透率。井筒附近儲層損害示意圖

未損害區損害區井筒損害區未損害區

KKsKsK概述儲層保護重要性儲層保護是一項涉及多學科、多專業、多部門并貫穿整個油氣生產過程中的系統工程，是石油勘探開發過程中的重要技術措施之一。保護儲層工作的好壞直接關系到能否及時發現新的儲層、油氣田和對儲量的正確評價，直接關系到油氣井的穩產和增產，對油氣田的經濟效益有舉足輕重的影響。在油氣田開發生產的每一項作業中，尤其是鉆井完井過程中，必須認真做好儲層保護工作。

保護油氣層技術的一些術語1.FormationDamage油層損害(地層損害)定義:由于油氣層巖石孔道被縮小或被堵塞而造成滲透率降低的現象。2.Porosity孔隙度定義:巖石孔隙體積與巖石視體積之比孔隙體積骨架顆粒3.SpecificSurfaceAreaofRock

巖石比表面積定義:單位體積巖石內孔隙的內表面積孔隙內表面骨架顆粒4.PoreThroat孔喉定義:孔隙空間的狹窄部位或兩個較大顆粒間的收縮部分骨架顆粒孔隙孔喉5.Saturation飽和度定義:油氣層流體充滿孔隙空間的程度,用某相流體所占孔隙空間的份數來度量。6.Permeability滲透率定義:在一定壓差作用下，孔隙巖石允許流體通過的能力大小度量。LAQP1QP2ΔP根據達西滲流定律：6-1AbsolutePermeability：絕對滲透率定義:單相流體在不與巖石發生任何物理和化學作用下的滲透率(ExampleGas,Water,Oil)LAQP1QP2ForGas

氣體狀態方程6-2KlinkenbergPermeability

克氏滲透率(等效液體滲透率)定義:對同一巖心，任何氣體當平均壓力趨于無窮大時，其氣體滲透率趨于同一巖心的液體滲透率。用克氏方程表示312K不同氣體不同壓力下的滲透率GasFlowpaternLiquidFlowpaternb--克氏系數6-3EffectivePermeability

有效滲透率（相滲透率)定義:巖石中有多相流體共存時，允許其中單項流體通過的能力大小的度量。例如，油水兩相共存的有效滲透率為：6-4RelativePermeability：相對滲透率定義:巖石有效滲透率與絕對滲透率的比值7WattabilityorWateraffinity：潤濕性定義:巖石顆粒表面的親油或親水特性WaterDrop親水q親油q兩性q8WattabilityAlteration：潤濕性反轉定義:使巖石顆粒表面親油變為親水或親水變為親油的現象。親水q親油q處理劑9CapillaryPressure：毛細管力定義:毛細管中彎液面兩側非潤濕相和潤濕相間的壓力差,它指向液面凹方向，即指向非潤濕相一方。Pcr10WaterBlocking：水鎖定義:當水進入油層后由毛細管阻力引起的液體堵塞水鎖效應WaterPcOil11JaminEffect：賈敏效應定義:毛細管中非潤濕相流體液滴對潤濕相液體運動產生的附加阻力的現象。Case1WaterOilPcPc毛細管附加阻力OilOilOilOilOilOilOilr2s/r2s/rt2s/rp油滴通過孔喉處的附加阻力Case211JaminEffect：賈敏效應12SkinEffect：表皮系數定義:表征地層損害程度的參數，將地層損害集中在井眼附近的一個薄層內，其值與損害帶滲透率kd損害帶半徑rd有關。13Blocage：堵塞比定義:理論流量與實際流量之比第一節儲層損害的室內評價技術儲層損害的室內評價-緒論儲層損害室內評價：借助于各種儀器設備測定儲層巖石與外來工作液作用前后滲透率的變化，或者測定儲層物理和化學化環境發生變化前后滲透率的改變，是認識和評價儲層損害的一種重要手段。它是儲層巖心分析的一部分，其目的是弄清儲層潛在的損害因素和損害程度，并為損害機理分析提供依據，或者在施工之前比較準確地評價工作液對儲層的損害。儲層損害的室內評價內容包括：（1）儲層敏感性評價；（2）工作液對儲層的損害評價。儲層損害的室內評價-緒論實驗巖心的選擇步驟：（1）巖樣的準備。從井場取回的巖芯，須先進行如下幾步準備工作；①對井場或庫房中保存的巖芯進行選取；②實驗室巖樣的接交；③巖心檢測；④巖樣鉆取；⑤巖樣的清洗（洗油、洗鹽）；⑥巖樣烘干；⑦測定各個巖樣的孔隙度和氣體滲透率k，并求出每塊巖心的克氏滲透率K。井底取出巖心薄片分析掃描電鏡分析油氣層室內評價實驗巖樣鉆取X-射線衍射分析儲層損害的室內評價-緒論實驗巖心的選擇步驟：（2）巖樣的選取。對已測K、的各個巖樣作K-關系圖，畫出回歸曲線，在曲線上標出要用的巖心樣品號碼。再根據測井和試井資料求出的K、值，選出具有代表性的巖心備用，登記好每塊巖心的出處（油田、區塊、層位、井深）、號碼、長度、直徑、干重及K、值。滲透率，m2孔隙度，%實驗流體準備驅替流體準備—實驗用蒸餾水、地層水、模擬地層水、標準鹽水—不同礦化度級別的水、不同pH的水實驗用油—白油、煤油、混和油氮氣、或氦氣地層水分析離子種類、含量和總礦化度，確定采用化學滴定方法、離子色譜方法pH值測定：采用pH值試紙、pH計水型判斷一般用蘇林分類法主要用于配制實驗用水及研究各種入井流體的配伍性實驗儀器準備備齊所用儀表、管線、夾持器、驅替泵檢查、校準儀表，清洗管線、泵等連接管線，檢查管線密封情況準備實驗平流泵中間容器過濾器巖心流動實驗流程圖圍壓表流壓表手壓泵巖心夾持器六通閥電子天平12122熱Sasssassas線形流達西公式Q = RateofFlow,cm3/sP = PressureDifferential,MPaA = Area,cm2 = FluidViscosity,mPa.sL = Length,cmK = Permeability,um2儲層損害的室內評價-緒論儲層損害的室內評價實驗流程框圖儲層巖心分析巖樣的準備和選取儲層敏感性評價工作液對儲層的損害評價速敏評價水敏評價鹽敏評價堿敏評價酸敏評價評價各類工作液對儲層的損害程度優化設計儲層保護的技術方案和作業措施1．儲層敏感性評價速敏分析水敏分析鹽敏分析酸敏分析堿敏分析應力敏感分析1．儲層敏感性評價儲層敏感性評價包括速敏、水敏、鹽敏、堿敏、酸敏等五敏實驗，具體實驗方法基本按“砂巖儲層巖心流動實驗評價程序”部頒標準執行，其目的在于找出儲層發生敏感的條件和由敏感引起的儲層損害程度，為各類工作液的設計、儲層損害機理分析和制定系統的儲層保護技術方案提供科學依據。

（1）速敏評價實驗儲層的速敏性：是指在鉆井、測試、試油、采油、增產作業、注水等作業或生產過程中，當流體在儲層中流動時，引起儲層中微粒運移并堵塞喉道造成儲層滲透率下降的現象。速敏評價實驗的目的①找出由于流速作用導致微粒運移從而發生損害的臨界流速，以及找出由速度敏感引起的儲層損害程度；②為以下的水敏、鹽敏、堿敏、酸敏四種實驗及其它的各種損害評價實驗確定合理的實驗流速提供依據。一般來說，由速敏實驗求出臨界流速后，可將其它各類評價實驗的實驗流速定為0.8倍臨界流速，因此速敏評價實驗必須要先于其它實驗；③為確定合理的注采速度提供科學依據。1．儲層敏感性評價（1）速敏評價實驗原理及作法以不同的注入速度向巖心中注入實驗流體（煤油或地層水）測定各個注入速度下巖心的滲透率繪制注入速度~滲透率關系曲線確定臨界流速:從注入速度與滲透率的變化關系上，判斷儲層巖心對流速的敏感性，并找出滲透率明顯下降的臨界流速。如果流量Qi-1對應的滲透率Ki-1與流量Qi對應的滲透率Ki滿足下式：說明已發生速度敏感，流量Qi-1即為臨界流量。

1．儲層敏感性評價地層水速敏評價流程油速敏評價程序速敏實驗原理與評價指標LAQiP1QiP2sPi++++++++KQ巖心速敏實驗曲線Vc00.51.01.52.03.06.0滲透率10-3m27654321

Ki-1KiQiQi-1流量（ml/min)

臨界流速VcQi-1Vc速敏損害機理作用在巖石孔隙表面顆粒上的沖擊力和剪切力，隨孔隙中流速而增加。當流速達到一定值時，作用在顆粒上的沖擊力和剪切力達到其抗剪切強度（膠結強度），顆粒就會脫落，然后隨流體一起運移，并在孔喉處堆積，使流道縮小或部分流道堵塞，從而導致滲透率下降。速敏損害機理示意圖Q（1）速敏評價實驗原理及作法損害程度的計算實驗中要注意的是：對于采油井，要用煤油作為實驗流體，并要求將煤油先用白土除去其中的極性物質，然后用G5砂心漏斗過濾。對于注水井，應使用經過過濾處理的地層水（或模擬地層水）作為實驗流體。

1．儲層敏感性評價（1）速敏評價實驗原理及作法速敏程度評價標準見下表所示。敏感程度評價指標

1．儲層敏感性評價損害程度30%3070%70%敏感程度弱中等強（1）速敏評價實驗速敏實驗結果的應用：確定其它幾種敏感性實驗（水敏，鹽敏，酸敏，堿敏）的實驗流速。確定油井不發生速敏損害的臨界流量。確定注水井不發生速敏損害的臨界注入速率，如果臨界注入速太小，不能滿足配注要求，應考慮增注措施。1．儲層敏感性評價（2）水敏評價實驗水敏概念水敏：儲層中的粘土礦物在原始的地層條件下處在一定礦化度的環境中，當淡水進入地層時，某些粘土礦物就會發生膨脹、分散、運移，從而減小或堵塞地層孔隙和喉道，造成滲透率的降低的現象，稱為水敏。水敏實驗目的：了解粘土礦物遇淡水后的膨脹、分散、運移過程，找出發生水敏的條件及水敏引起的儲層損害程度，為各類工作液的設計提供依據。1．儲層敏感性評價（2）水敏評價實驗水敏實驗概念和目的及損害機理概念油氣層水敏性－由于油氣層遇淡水后引起滲透率降低的現象。次地層水－礦化度為地層水一半的鹽水水敏實驗目的找出水敏損害程度；為鹽敏實驗提供實驗鹽度范圍。（2）水敏評價實驗原理首先用地層水測定巖心的滲透率Kf，然后再用次地層水測定巖心的滲透率，最后用淡水測定巖心的滲透率Kw，從而確定淡水引起巖心中粘土礦物的水化膨脹及造成的損害程度。水敏損害機理淡水進入油氣層后，破壞了孔隙內地層水的活度平衡，導致孔隙內的粘土礦物水化膨脹、分散、運移，致使孔喉縮小或堵塞，從而造成透率下降。水敏實驗原理與評價指標地層水QP1QP2Kf次地層水QP1QP2K1/2蒸餾水QP1QP2KW水敏損害評價程序（2）水敏評價實驗評價指標見下表1．儲層敏感性評價Kw/Kf0.30.3~0.70.7水敏程度強中等弱水敏程度0.3蒸餾水過后地層的滲透率為原始滲透率的30%（2）水敏評價實驗水敏評價實驗：如無水敏，進入地層的工作液的礦化度只要小于地層水礦化度即可，不作嚴格要求。如果有水敏，則必須控制工作液的礦化度大于Ccl(降低礦化度試驗確定的臨界礦化度)。如果水敏性較強，在工作液中要考慮使用粘土穩定劑。

1．儲層敏感性評價（3）鹽敏評價實驗鹽敏概念及實驗目的鹽敏：在鉆井、完井及其它作業中，各種工作液具有不同的礦化度，有的低于地層水礦化度，有的高于地層水礦化度。當高于地層水礦化度的工作液濾液進入儲層后，將可能引起粘土的收縮、失穩、脫落，當低于地層水礦化度的工作液濾液進入儲層后，則可能引起粘土的膨脹和分散。這些都將導致儲層孔隙空間和喉道的縮小及堵塞，引起滲透率的下降從而損害儲層。鹽敏評價實驗的目的：找出鹽敏發生的條件，以及由鹽敏引起的儲層損害程度，為各類工作液的設計提供依據1．儲層敏感性評價（3）鹽敏評價實驗原理及評價指標通過向巖心注入不同礦化度等級的鹽水(按地層水的化學組成配制)并測定各礦化度下巖心對鹽水的滲透率,根據滲透率隨礦化度的變化來評價鹽敏損害程度,找出鹽敏損害發生的條件。根據實際情況,一般要作升高礦化度和降低礦化度兩種鹽敏評價實驗。對于升高礦化度的鹽敏評價實驗。第一級鹽水為地層水，將鹽水按一定的濃度差逐級升高礦化度，直至找出臨界礦化度Cc2或達到工作液的最高礦化度為止。對于降低礦化度的鹽敏評價試驗，第一級鹽水仍為地層水，將鹽水按一定的濃度差逐級降低礦化度，直至注入液的礦化度接近零為止，求出的臨界礦化度為Cc1。1．儲層敏感性評價降低礦化度的鹽敏實驗升高礦化度的鹽敏實驗Ci1C31C21C11

C0

C12C22C32C42Ci2K鹽敏實驗種類鹽敏損害評價程序鹽敏實驗原理與評價指標++++++++K礦化度Cppm巖心鹽敏實驗曲線（升高）Cc臨界礦化度CcKi-1Cc（3）鹽敏評價實驗原理及評價指標如果礦化度Ci-1對應的滲透率Ki-1與礦化度Ci對應的滲透率Ki之間滿足下述關系：說明已發生鹽敏，并且礦化度Ci-1即為臨界礦化度Cc。按此標準，在升高礦化度實驗時可以確定臨界礦化度Cc2，而在降低礦化度實驗時可以確定臨界礦化度Cc1。1．儲層敏感性評價損害程度鹽敏程度評價指標鹽敏實驗原理與評價指標鹽敏損害實質粘土礦物水化膨脹物理化學變化；鹽敏實驗是水敏實驗的延續，水敏實驗是鹽敏實驗的特例。（3）鹽敏評價實驗鹽敏實驗結果的應用對于進入地層的各類工作液都必須控制其礦化度在兩個臨界礦化度之間，即Cc1<工作液礦化度<Cc2。如果是注水開發的油田，當注入水的礦化度比Cc1要小時，為了避免發生水敏損害，一定要在注入水中加入合適的粘土穩定劑，或對注水井進行周期性的粘土穩定劑處理。1．儲層敏感性評價（4）堿敏評價實驗堿敏概念及實驗目的堿敏概念：當高pH值流體進入儲層后，造成儲層中粘土礦物和硅質膠結的結構破壞（主要是粘土礦物解理和膠結物溶解后釋放微粒），且大量的氫氧根與某些二價陽離子結合會生成不溶物，造成儲層的堵塞損害現象。堿敏實驗目的：找出堿敏發生的條件，主要是臨界pH值，以及由堿敏引起的儲層損害程度，為各類工作液的設計提供依據。1．儲層敏感性評價（4）堿敏評價實驗原理及評價指標通過注入不同pH值的地層水并測定其滲透率，根據滲透率的變化來評價堿敏損害程度，找出堿敏損害發生的條件。a.不同pH值鹽水的制備，根據實際情況，一般要從地層水的pH值開始，逐級升高pH值，最后一級鹽水的pH值可定為12。b.將選好的巖心抽真空飽和第一級鹽水，并浸泡2024小時，在低于臨界流速的條件下，用第一級鹽水測出巖心穩定的滲透率K1。c.注入第二級鹽水，浸泡2024小時，在低于臨界流速的條件下，用第二級鹽水測出巖心穩定的滲透率K2。d.改變注入鹽水的級別，重復第c步，直到測出最后一級鹽水處理后的巖心的穩定滲透率Kn。1．儲層敏感性評價（4）堿敏評價實驗原理及評價指標如果pHi-1鹽水的滲透率Ki-1，與pHi鹽水的滲透率Ki之間滿足式某一條件時，說明已發生堿敏，則pHi-1即為臨界pH值。1．儲層敏感性評價堿敏實驗原理與評價指標++++++++K12巖心堿敏實驗曲線PHc地層PHPHKminKmax臨界HPcKi-1PHc損害程度堿敏程度評價指標堿敏實驗原理與評價指標堿敏損害實質油氣層中粘土礦物遇到高PH值液分散和溶解形成微粒以及氫氧根離子與二價陽離子生成微粒沉淀堵塞孔喉，化學作用；（4）堿敏評價實驗

堿敏實驗結果的應用對于進入地層的各類工作液都必須控制其pH值在臨界pH值以下。如果是強堿敏地層，由于無法控制水泥漿的pH值在臨界pH值之下，為了防止儲層損害，建議采用屏蔽式暫堵技術。對于存在堿敏性的地層，在今后的三次采油作業中，要避免使用強堿性的驅油流體（如堿水驅油）。1．儲層敏感性評價（5）酸敏評價實驗酸敏概念及實驗目的酸敏概念：酸化酸液進入儲層后，一方面可改善儲層的滲透率，另一方面又與儲層中的礦物及地層流體反應產生沉淀并堵塞儲層的孔喉。指儲層與酸作用后引起滲透率降低的現象。酸敏實驗目的：是研究各種酸液的酸敏程度，其本質是研究酸液與儲層的配伍性，為儲層基質酸化和酸化解堵設計提供依據。1．儲層敏感性評價（5）酸敏評價實驗原理及評價指標酸敏實驗包括鮮酸（一定濃度的鹽酸、氫氟酸、土酸）和殘酸（可用鮮酸與另一塊巖心反應后制備）的敏感實驗，具體作法：①用地層水測基礎滲透率K1（正向）；②反向注入0.51.0倍孔隙體積的酸液，關閉閥門反應13小時；③用地層水正向測出恢復滲透率K2。1．儲層敏感性評價酸敏實驗原理與評價指標地層水QoQoK1酸1~3hr.Qo地層水QoK2（5）酸敏評價實驗原理及評價指標推薦做法（用煤油做試驗流體）：①用地層水測基礎滲透率，再用煤油測出酸作用前的滲透率K1（正向）；②反向注入0.51.0倍孔隙體積的酸液；③用煤油正向測出恢復滲透率K2。

1．儲層敏感性評價（5）酸敏評價實驗原理及評價指標用實驗所測的兩個滲透率K1和K2，計算K2/K1的比值來評價酸敏程度.酸敏實驗應用為基質酸化設計提供科學依據。為確定合理的解堵方法和增產措施提供依據。1．儲層敏感性評價K2/K10.30.3~0.70.7酸敏程度強中等弱所述的工作液，包括鉆井液、水泥漿、完井液、壓井液、洗井液、修井液、射孔液和壓裂液等。工作液對儲層的損害評價主要是借助于各種儀器設備，預先在室內評價工作液對儲層的損害程度，達到優選工作液配方和施工工藝參數的目的。2．工作液對儲層的損害評價（1）工作液的靜態損害評價該法主要利用各種靜濾失實驗裝置測定工作液濾入巖心前后滲透率的變化，來評價工作液對儲層的損害程度并優選工作液配方。實驗時，要盡可能模擬地層的溫度和壓力條件。用下式來計算工作液的損害程度。

式中：Rs——損害程度，百分數；

Kop——損害后巖心的油相有效滲透率，m2；

Ko——損害前巖心的油相有效滲透率，m2。Rs值越大，損害越嚴重。2．工作液對儲層的損害評價（2）工作液的動態損害評價在盡量模擬地層實際工況條件下，評價工作液對儲層的綜合損害（包括液相和固相及添加劑對儲層的損害），為優選損害最小的工作液和最優施工工藝參數提供科學的依據。動態損害評價與靜態損害評價相比能更真實地模擬井下實際工況條件下工作液對儲層的損害過程，兩者的最大差別在于工作液損害巖心時狀態不同，靜態評價時，工作液為靜止的，動態評價時，工作液處于循環或攪動的運動狀態，動態評價損害過程更接近現場實際，其實驗結果對現場更具有指導意義。2．工作液對儲層的損害評價（3）用多點滲透率儀測量損害深度和損害程度多點滲透率儀來測量工作液侵入巖心的損害深度和損害程度，它的工作原理：將數塊巖心裝入多點滲透率儀的夾持器內組成長巖心，測量損害前的基線滲透率曲線，然后用工作液損害巖心，再測量損害后的恢復滲透率曲線，利用損害前后滲透率曲線對比求損害深度和分段損害程度。損害深度=分段污染程度式中i=1,2,6。利用此實驗結果與試井數據對比，可以更準確地確定儲層損害深度和損害程度。2．工作液對儲層的損害評價多點滲透率儀示意圖

液體進入壓力傳感器引線液體流出L6Y7L5L4L3L2L1Y6Y5Y4Y3Y2Y1濾液出口長巖心（200~500mm）圍壓圍壓2．工作液對儲層的損害評價利用損害前后滲透率曲線對比求損害深度Koi——損害前滲透率曲線；

Kopi——損害后恢復滲透率曲線

巖心長度滲透率L6L5L4L3L2L1KopiKoi2．工作液對儲層的損害評價（4）其它評價實驗簡介實驗項目實驗目的及用途正反向流動實驗觀察巖心中微粒受流體流動方向的影響及運移產生的滲透率損害情況體積流量評價實驗在低于臨界流速的情況下，用大量的工作液流過巖心，考察巖心膠結的穩定性；用注入水作實驗可評價油層巖心對注入水量的敏感性系列流體評價實驗了解儲層巖心按實際工程施工順序與各種外來工作液接觸后所造成的總的損害及其程度酸液評價實驗按酸化施工注液工序向巖心注入酸液，在室內預先評價和篩選保護儲層的酸液配方潤濕性評價實驗通過測定注入工作液前后儲層巖石的潤濕性，觀察工作液對儲層巖石潤濕性的改變情況相對滲透率曲線評價實驗測定儲層巖石的相對滲透率曲線，觀察水鎖損害的程度；測定注入工作液前后儲層巖石的相對滲透率曲線，觀察工作液對儲層巖石相對滲透率的改變及由此發生的損害程度膨脹率評價實驗測定工作液進入巖心后的膨脹率，評價工作液與儲層巖石（特別是粘土礦物）的配伍性離心法測毛管壓力快速評價實驗用離心法測定工作液進入儲層巖心前后毛管壓力的變化情況，快速評價儲層的損害2．工作液對儲層的損害評價小結儲層損害的室內評價結果可以為各個作業環節保護儲層技術方案的制定提供依據。也就是說，從打開儲層開始到油田開發全過程中的每一個作業環節的儲層保護技術方案的確定都要利用室內評價結果。隨著技術的不斷進步，儲層損害的室內評價技術也在向前發展，目前已形成了如下幾個發展方向：1）全模擬實驗，模擬井下實際工況，如溫度、壓力（回壓、地層壓力）、剪切條件下的儲層損害評價；2）多點滲透率儀的應用，由短巖心向長巖心發展；3）小尺寸巖心向大尺寸巖心發展；4）實驗的自動化，廣泛引入計算機數據采集；5）計算機數學模擬與室內物理模擬的結合。第二節鉆井過程中的儲層保護技術

緒論

鉆井過程中防止儲層損害是保護儲層系統工程的第一個工程環節。其目的是交給試油或采油部門一口無損害或低損害、固井質量優良的油氣井。儲層損害具有累加性，鉆井中對儲層的損害不僅影響儲層的發現和油氣井的初期產量，還會對今后各項作業損害儲層的程度以及作業效果帶來影響。因此搞好鉆井過程中的保護儲層工作，對提高勘探、開發經濟效益至關重要，必須把好這一關。一、鉆井過程中造成儲層損害原因分析1．鉆井過程中儲層損害原因鉆開儲層時，在正壓差的作用下，鉆井液的固相進入儲層造成孔喉堵塞，其液相進入儲層與儲層巖石和流體作用，破壞儲層原有的平衡，從而誘發儲層潛在損害因素，造成滲透率下降。鉆井過程中儲層損害原因有五個方面:(1）鉆井液中固相顆粒堵塞儲層:鉆井液中存在多種固相顆粒，如膨潤土、加重劑、堵漏劑、暫堵劑、鉆屑和處理劑的不溶物等。鉆井液中小于儲層孔喉直徑或裂縫寬度的固相顆粒，在鉆井液有效液柱壓力與地層孔隙壓力的壓差作用下，進入儲層孔喉和裂縫中形成堵塞，造成儲層損害。損害的嚴重程度隨鉆井液中固相含量的增加而加劇，特別是分散得十分細的膨潤土的含量影響最大。1．鉆井過程中儲層損害原因（2）鉆井液濾液與儲層巖石不配伍引起的損害1）水敏：低抑制性鉆井液濾液進入水敏儲層，引起粘土礦物水化、膨脹、分散，導致產生微粒運移的損害源。2）鹽敏：如果濾液礦化度低于鹽敏的低限臨界礦化度，引起粘土礦物水化、膨脹、分散和運移。如濾液礦化度高于鹽敏的高限臨界礦化度，亦有可能引起粘土礦物去水化收縮破裂，造成微粒堵塞。3）堿敏：高PH值濾液進入堿敏儲層，引起堿敏礦物分散、運移堵塞及溶蝕結垢。4）潤濕反轉：當濾液含有表面活性劑時，這些表面活性劑就有可能被親水巖石表面吸附，引起儲層孔喉表面潤濕反轉，造成儲層油相滲透率降低。5）表面吸附：濾液中所含的部分處理劑被儲層孔隙或裂縫表面吸附，縮小孔喉或孔隙尺寸。一、鉆井過程中造成儲層損害原因分析1．鉆井過程中儲層損害原因（3）鉆井液濾液與儲層流體不配伍引起的損害1）無機鹽沉淀：濾液中所含無機離子與地層水中無機離子作用形成不溶于水的鹽類，例如含有大量碳酸根、碳酸氫根的濾液遇到高含鈣離子的地層水時，形成碳酸鈣沉淀。2）形成處理劑不溶物:當地層水的礦化度和鈣、鎂離子濃度超過濾液中處理劑的抗鹽和抗鈣鎂能力時,處理劑就會鹽析而產生沉淀。例如腐植酸鈉遇到地層水中鈣離子，就會形成腐植酸鈣沉淀。3）發生水鎖效應:特別是在低孔低滲氣層中最為嚴重。4）形成乳化堵塞:特別是使用油基鉆井液、油包水鉆井液、水包油鉆井液時，含有多種乳化劑的濾液與地層中原油或水發生乳化，可造成孔道堵塞。5）細菌堵塞:濾液中所含的細菌進入儲層，如儲層環境適合其繁殖生長，就有可能造成喉道堵塞。一、鉆井過程中造成儲層損害原因分析1．鉆井過程中儲層損害原因（4）油相滲透率變化引起的損害鉆井液濾液進入儲層，改變了井壁附近地帶的油氣水分布，導致油相滲透率下降，增加油流阻力。（5）負壓差急劇變化造成的儲層損害中途測試或負壓差鉆井時，如選用的負壓差過大，可誘發儲層速敏，引起儲層出砂及微粒運移。此外，還會誘發地層中原有組分形成有機垢和產生應力敏感損害。一、鉆井過程中造成儲層損害原因分析2．鉆井過程中影響儲層損害程度的工程因素鉆井過程損害儲層的嚴重程度不僅與鉆井液類型和組分有關，而且隨鉆井液固相和液相與巖石、地層流體的作用時間和侵入深度的增加而加劇。影響作用時間和侵入深度主要是工程因素，這些因素可歸納為以下四個方面:（1）壓差壓差是造成儲層損害的主要因素之一。通常鉆井液的濾失量隨壓差的增大而增加，因而鉆井液進入儲層的深度和損害儲層的嚴重程度均隨正壓差的增加而增大。此外，當鉆井液有效液柱壓力超過地層破裂壓力或鉆井液在儲層裂縫中的流動阻力時，鉆井液就有可能漏失至儲層深部，加劇對儲層的損害。一、鉆井過程中造成儲層損害原因分析2．鉆井過程中影響儲層損害程度的工程因素（2）浸泡時間當儲層被鉆開時，鉆井液固相或濾液在壓差作用下進入儲層，其進入數量和深度及對儲層損害的程度均隨鉆井液浸泡儲層時間的增長而增加，浸泡時間對儲層損害程度的影響不可忽視。（3）環空返速環空返速越大，鉆井液對井壁泥餅的沖蝕越嚴重，因此，鉆井液的動濾失量隨環空返速的增高而增加，鉆井液固相和濾液對儲層侵入深度及損害程度亦隨之增加。此外，鉆井液等效循環密度隨環空返速增高而增加，因而鉆井液對儲層的壓差亦隨之增高，損害加劇。一、鉆井過程中造成儲層損害原因分析2．鉆井過程中影響儲層損害程度的工程因素（4）鉆井液性能鉆井液性能好壞與儲層損害程度緊密相關。因為鉆井液固相和液相進入儲層的深度及損害程度均隨鉆井液靜濾失量、動濾失量、HTHP濾失量的增大和泥餅質量變差而增加。鉆井過程中起下鉆、開泵所產生的激動壓力隨鉆井液的塑性粘度和動切力增大而增加。此外，井壁坍塌壓力隨鉆井液抑制能力的減弱而增加，維持井壁穩定所需鉆井液密度隨之增高，若坍塌層與儲層同在一個裸眼井段，且坍塌壓力又高于儲層壓力，則鉆井液液柱壓力與儲層壓力之差隨之增高，就有可能使損害加重。一、鉆井過程中造成儲層損害原因分析二、保護儲層的鉆井液技術

鉆井液是石油工程中最先與儲層相接觸的工作液，其類型和性能好壞直接關系到對儲層的損害程度，因而保護儲層鉆井液技術是搞好保護儲層工作的首要技術環節。1．保護儲層對鉆井液的要求鉆開儲層鉆井液不僅要滿足安全、快速、優質、高效的鉆井工程施工需要，而且要滿足保護儲層的技術要求:（1）鉆井液密度可調，滿足不同壓力儲層近平衡壓力鉆井的需要;（2）降低鉆井液中固相顆粒對儲層的損害;（3）鉆井液必須與儲層巖石相配伍;（4）鉆井液濾液組分必須與儲層中流體相配伍;（5）鉆井液的組分與性能都能滿足保護儲層的需要二、保護儲層的鉆井液技術1．保護儲層對鉆井液的要求（1）鉆井液密度可調，滿足不同壓力儲層近平衡壓力鉆井的需要;儲層壓力系數0.4-2.87開發不同類型的打開儲層的鉆井液體系（2）降低鉆井液中固相顆粒對儲層的損害;保持一定的有用固相（膨潤土、加重劑、暫堵劑）有用固相的大小、級配、數量盡量降低無用固相含量（鉆屑）二、保護儲層的鉆井液技術1．保護儲層對鉆井液的要求（3）鉆井液必須與儲層巖石相配伍;水敏性儲層：加強鉆井液的抑制性，鹽敏性儲層：控制鉆井液的礦化度在兩臨界礦化度之間堿敏性儲層：控制PH=7-8，最好不用燒堿。非酸敏性儲層：使用酸溶處理劑或暫堵劑速敏性儲層：降低壓差、防止漏失二、保護儲層的鉆井液技術1．保護儲層對鉆井液的要求（4）鉆井液濾液組分必須與儲層中流體相配伍;濾液所含的無機離子不與地層流體形成沉淀物濾液所含的處理劑不與地層流體形成沉淀物濾液與地層中的流體不發生乳化堵塞濾液表面張力低，避免發生水鎖作用濾液中所含的細菌在儲層所處的環境中不繁殖二、保護儲層的鉆井液技術1．保護儲層對鉆井液的要求（5）鉆井液的組分與性能都能滿足保護儲層的需要流變性失水造壁性控制多套壓力層系裸眼儲層井段二、保護儲層的鉆井液技術2．鉆開儲層的鉆井液類型為了達到上述對保護儲層的鉆井液要求，減少對儲層的損害。通過多年努力，我國已形成三大類十一種用于鉆開儲層的鉆井液:（1）水基鉆井液（2）油基鉆井液（3）氣體類流體（或鉆井液）二、保護儲層的鉆井液技術2．鉆開儲層的鉆井液類型（1）水基鉆井液1）無固相清潔鹽水鉆井液2）水包油鉆井液3）無膨潤土暫堵型聚合物鉆井液a.酸溶性暫堵劑、b.水溶性暫堵劑、c.油溶性暫堵劑、d.單向壓力暫堵劑4）低膨潤土聚合物鉆井液5）改性鉆井液6）屏蔽暫堵鉆井液二、保護儲層的鉆井液技術2．鉆開儲層的鉆井液類型（2）油基鉆井液油基鉆井液包括油包水鉆井液。該類鉆井液以油為連續相，其濾液為油，能有效地避免油層的水敏作用，對儲層損害程度低，并具備鉆井工程對鉆井液所要求的各項性能，是一種較好的鉆井液。但由于其成本高，對環境易造成污染，容易發生火災等原因，使其在我國現場使用受到限制。油基鉆井液對儲層仍然可能發生以下幾方面損害；使油層潤濕反轉，降低油相滲透率；與地層水形成乳狀液堵塞油層；儲層中固相顆粒運移和油基鉆井液中固相顆粒侵入等。因而在使用油基鉆井液時，應通過優選組分來降低上述損害。二、保護儲層的鉆井液技術2．鉆開儲層的鉆井液類型（3）氣體類流體（或鉆井液）1）空氣空氣流體是由空氣或天然氣、防腐劑、干燥劑等組成的循環流體。由于空氣密度最低，常用來鉆已下過技術套管的下部漏失地層，強敏感性儲層和低壓儲層。此種流體密度低、無固相和液相，從而減少對儲層的損害。使用空氣鉆井，機械鉆速高，并通過有效預防井漏對儲層的損害。但該類流體的使用，受到井壁不穩定，地層出水、井深等問題的限制。二、保護儲層的鉆井液技術（3）氣體類流體（或鉆井液）2）霧 霧是由空氣、發泡劑、防腐劑和少量水混合組成的流體，是空氣鉆井中的一種過渡性工藝。即當鉆遇地層流體進入井中（其流量小于23.85m3/h）而不能再繼續采用空氣作為循環流體鉆進時，可向井內注入少量發泡液，使返出巖屑、空氣和液體呈霧狀，其壓力低，對儲層損害程度低。與空氣一樣，霧化鉆井液的使用范圍受限制。二、保護儲層的鉆井液技術（3）氣體類流體（或鉆井液）3）泡沫流體泡沫流體是由空氣（或氮氣或天然氣等）、淡水或咸水、發泡劑和穩泡劑等組成的密集細小氣泡，氣泡外表為強度較大的液膜包圍而成的一種氣——水型分散體系。在較低速度梯度下，泡沫流體有較高的表觀粘度，因而具有較好攜屑能力。使用泡沫流體鉆井，機械鉆速高，儲層浸泡時間短，泡沫流體無固相，密度低（常壓下為0.032~0.065g/cm3），因而對儲層損害程度低。適用于低壓易發生漏失且井壁穩定的儲層。二、保護儲層的鉆井液技術2．鉆開儲層的鉆井液類型（3）氣體類流體（或鉆井液）充氣鉆井液充氣鉆井液以氣體為分散相、液相為連續相，并加入穩定劑使之成為氣液混合均勻而穩定的體系。充氣鉆井液密度低，最低可達0.6g/cm3，攜砂能力好，可用來鉆進低壓易發生漏失的儲層，實現近平衡壓力鉆井，減少壓差對儲層的損害。二、保護儲層的鉆井液技術3．屏蔽暫堵保護儲層鉆井液技術屏蔽暫堵保護儲層鉆井液技術（簡稱屏蔽暫堵技術）主要用來解決裸眼井段多壓力層系地層保護儲層技術難題。即利用鉆進儲層過程中對儲層發生損害的兩個不利因素（壓差和鉆井液中固相顆粒），將其轉變為保護儲層的有利因素，達到減少鉆井液、水泥漿、壓差和浸泡時間對儲層損害的目的。屏蔽暫堵技術的技術構思是利用儲層被鉆開時，鉆井液液柱壓力與儲層壓力之間形成的壓差，在極短時間內，迫使鉆井液中人為加入的各種類型和尺寸的固相粒子進入儲層孔喉，在井壁附近形成滲透率接近于零的屏蔽暫堵帶。此帶能有效地阻止鉆井液、水泥漿中的固相和濾液繼續侵入儲層，其厚度必須大大小于射孔彈射入深度，以便在完井投產時，通過射孔解堵。二、保護儲層的鉆井液技術3．屏蔽暫堵保護儲層鉆井液技術形成滲透率接近零的薄屏蔽暫堵帶的技術要點：（1）測定儲層孔喉分布曲線及孔喉的平均直徑。（2）按1/2~2/3孔喉直徑選擇架橋粒子（如超細碳酸鈣、單向壓力暫堵劑）的顆粒尺寸，使其在鉆井液中含量大于3%（可用粒度計檢測鉆井液中固相的顆粒粒徑分布和含量）。（3）按顆粒直徑小于架橋粒子（約1/4孔喉直徑）選用充填粒子，其加量大于1.5%。（4）加入可變形的粒子，如磺化瀝青、氧化瀝青、石蠟、樹脂等，加量一般1%~2%，粒徑與充填粒子相當。變形粒子的軟化點應與儲層溫度相適應。二、保護儲層的鉆井液技術

鉆井過程中，針對鉆井工藝技術措施中影響儲層損害因素，可以采取降低壓差，實現近平衡壓力鉆井，減少鉆井液浸泡時間，優選環空返速，防止井噴井漏等措施來減少對儲層的損害。二、保護儲層的鉆井工藝技術三、保護儲層的鉆井工藝技術1.建立三個壓力剖面，為井身結構和鉆井液密度設計提供科學依據地層孔隙壓力、破裂壓力和坍塌壓力是鉆井工程設計和施工的基礎參數，依據上述三個壓力剖面才有可能進行合理的井身結構設計，確定出合理的鉆井液密度，實現近平衡壓力鉆井，從而減少壓差對儲層所產生的損害。2．確定合理井身結構是實現近平衡壓力鉆井的基本保證井身結構設計原則有許多，其中最重要的一條是滿足保護儲層實現近平衡壓力鉆井的需要，因為我國大部分油氣田均屬于多壓力層系地層，只有將儲層上部的不同孔隙壓力或破裂壓力地層用套管封隔，才有可能采用近平衡壓力鉆進儲層。3．實現近平衡壓力鉆井，控制儲層的壓差處于安全的最低值三、保護儲層的鉆井工藝技術4．降低浸泡時間提高機械鉆速避免發生井下事故提高測井一次成功率，縮短完井時間加強管理，降低機修、組停、輔助工作或其它非生產時間5．搞好中途測試6．搞好井控、防止井噴井漏對儲層的損害7．鉆進多套壓力層系地層所采用的保護儲層鉆井技術8．調整井保護儲層鉆井技術參見：P385-P388三、保護儲層的鉆井工藝技術第三節完井過程中的儲層保護技術緒論完井作業是油氣田開發總體工程的重要組成部分。和鉆井作業一樣，在完井作業過程中也會造成對儲層的損害。如果完井作業處理不當，就有可能嚴重降低油氣井的產能，使鉆井過程中的保護儲層措施功虧一簣。因此，了解完井過程對儲層損害的特點，了解各種保護儲層的完井技術。一、保護儲層的固井技術1．固井質量和保護儲層之間的關系環空的封固質量直接影響儲層在今后各項作業中是否會受到損害，其原因有以下幾點。（1）環空封固質量不好，不同壓力系統的油氣水層相互干擾和竄流，易誘發儲層中潛在損害因素，如形成有機垢、無機垢、發生水鎖作用、乳化堵塞、細菌堵塞、微粒運移、相滲透率變化等，從而對投產的儲層產生損害，影響產量。1．固井質量和保護儲層之間的關系（2）環空封固質量不好，當油井進行增產作業、注水、熱采等作業時，各種工作液就會在井下各層中竄流，對儲層產生損害。如酸化壓裂液竄入未投產儲層，而沒能及時反排，就會對該儲層產生損害，注入水竄進入未投產的水敏儲層，就會使該層中巖石發生水化膨脹分散，從而影響有效滲透率，水的進入亦改變了該層相滲透率等。（3）環空封固質量不好，會使油氣上竄至非產層，引起油氣資源損失。（4）固井質量不好易發生套管損壞和腐蝕，引起油氣水互竄，造成對儲層的損害。一、保護儲層的固井技術2．水泥漿對儲層損害原因分析固井作業中，在鉆井液和水泥漿有效液柱壓力與儲層孔隙壓力之間產生的壓差作用下，水泥漿通過井壁破壞的泥餅而進入儲層，對儲層產生損害。水泥漿對儲層產生損害的原因可歸納為以下三個方面：（1）水泥漿中固相顆粒堵塞儲層（2）水泥漿濾液與儲層巖石和流體作用而引起的損害（3）水泥漿中無機鹽結晶沉淀對儲層的損害水泥漿對儲層損害程度與水泥漿組分、失水量大小、鉆井液泥餅質量及外泥餅消除情況、壓差大小和固井過程在儲層是否發生過漏失等因素有關。室內試驗結果表明,在有泥餅存在的情況下,水泥漿可能使儲層滲透率下降10~20%。水泥漿對儲層的損害程度隨鉆井液泥餅質量變差而加劇,隨井漏的發生而趨于惡化。一、保護儲層的固井技術3．保護儲層的固井技術（1）提高固井質量是固井作業中保護儲層主要措施,為確保固井質量，可采取以下主要技術措施:1）改善水泥漿性能2）合理壓差固井3）提高頂替效率4）防止水泥漿失重引起環空竄流

（2）降低水泥漿失水量（3）采用屏蔽暫堵鉆井液技術一、保護儲層的固井技術二、射孔完井的保護儲層技術

射孔完井工藝對油氣井產能的高低有很大影響。如果射孔工藝和射孔參數選擇恰當，可以使射孔對儲層的損害程度減到最小，而且還可以在一定程度上緩解鉆井對儲層的損害，從而使油井產能恢復甚至達到天然生產能力。如果射孔工藝和射孔參數選擇不當，射孔本身就會對儲層造成極大的損害，甚至超過鉆井損害，從而使油井產能很低。有些井的產能只是天然生產能力的20%~30%，甚至完全喪失產能。1．射孔對儲層的損害分析射孔對儲層的損害，有以下幾個主要方面：（1）射孔過程對儲層的損害（2）射孔參數不合理或儲層打開程度不完善對儲層的損害（3）射孔壓差不當對儲層的損害（4）射孔液對儲層的損害二、射孔完井的保護儲層技術

2．保護儲層的射孔完井技術射孔完井的產能效果取決于射孔工藝和射孔參數的優化配合。射孔工藝包括射孔方法、射孔壓差和射孔液。具體技術：（1）正壓差射孔的保護儲層技術（2）負壓差射孔的保護儲層技術（3）合理射孔負壓差值的確定（4）射孔參數優化設計二、射孔完井的保護儲層技術2．保護儲層的射孔完井技術具體技術：（5）保護儲層的射孔液：1）無固相清潔鹽水2）陽離子聚合物粘土穩定劑射孔液3）無固相聚合物鹽水射孔液4）暫堵性聚合物射孔液5）油基射孔液6）酸基射孔液。二、射孔完井的保護儲層技術復習思考----思考題1.儲層損害和儲層保護技術的概念?2.儲層敏感性評價包括哪些實驗？其目的是什么？3.鉆井液濾液與儲層巖石不配伍引起的五種損害是什么？

4.什么叫速敏、水敏、鹽敏、堿敏、酸敏?五敏評價實驗的目的是什么?如何評價及評價指標是什么?5.鉆井過程中儲層損害原因有哪五個方面?鉆井液濾液與儲層巖石不配伍會引起哪些損害?鉆井液濾液與儲層流體不配伍會引起哪些損害?

保護儲層的完井液技術一、完井液的種類清潔鹽水體系

KCl體系：1.17以下

NaCl體系：1.20以下

CaCl2體系：1.39以下

CaBr2體系：1.40以上

ZnBr2體系：1.80以上保護儲層的完井液技術有固相鹽水完井液體系

水溶性體系：聚合物飽和鹽水＋鹽粒 酸溶性體系：聚合物鹽水＋酸溶性顆粒 油溶性體系：聚合物鹽水＋油溶性顆粒保護儲層的完井液技術氣基完井液體系 空氣、霧、泡沫、充氣液用于低壓井的完井和修井需專用的地面設備油基完井液體系 合成基、油包水和水包油乳狀液保護儲層的完井液技術

二、完井液基液的篩選海水的礦化度大于地層水的總礦化度，用海水后如存在損害則屬于升高礦化度引起的敏感性損害海水浸泡后巖心的滲透率存在12.5~27%的損害，按損害程度分類為弱損害要用過濾后的海水作為完井液的基液，必須篩選使用與產層配伍的粘土穩定劑推薦采用兩級過濾，將海水中大于2mm的固相去掉保護儲層的完井液技術三、粘土穩定劑的篩選保護儲層的完井液技術1．粘土穩定劑種類的篩選所選用的粘土穩定劑除能防止粘土礦物的膨脹和分散，還應能控制敏感性礦物的運移，所以選用的粘土穩定劑是聚季胺和短鏈聚合物類的產品加量1%的KCS－28的損害程度最大，達到32～34％1%KHC－0l的效果也不太理想，使用后會產生10.7%～13.6%的弱損害BC-51加量達到1％以后，其損害率為8.75~17.3%KCS-18濃度達到1%后，效果較好，儲層巖心的損害范圍在-2.0~16.0%之間而CPC