保護油氣層生產技術研究

1、山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）1山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）保保護護油油氣氣層層生生產產技技術術研研究究學生姓名學生姓名: : 盧致盧致 學學 號號: : 201011008201011008 專業(yè)班級專業(yè)班級: : 油氣開采油氣開采 10-110-1 指導教師指導教師: : 李燕李燕 20132013 年年 5 5 月月 1717 日日山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）2目錄緒論 . 3 第一章 巖心分析概述 . 4 1.巖心分析的目的. 4 2巖心分析的意義. 4 3.巖心分析的內容. 6 第二章 油氣田開發(fā)生產中的保護油氣層技術 . 8 1.油氣田開發(fā)

2、生產中油氣層損害的特點.8 2.采油過程中的保護油氣層技術. 9 2.1 工作制度不合理造成的油氣層損害. 10 2.2 采油過程中的保護油氣層技術措施. 11 2.3 采油過程中保護油氣層實例 123.酸化作業(yè)中的保護油氣層技術. 12 3.1 酸與油氣層巖石和流體不配伍造成的損害. 12 3.2 不合理施工造成的損害. 12 3.3 典型實例 144.壓裂作業(yè)中的油氣層損害及保護技術. 14 4.1 粘土礦物膨脹和顆粒運移引起的損害. 14 4.2 機械雜質引起的堵塞損害. 14 4.3 原油引起的乳化損害. 14 4.4 支撐裂縫導流能力的損害. 14 4.5 壓裂作業(yè)中保護油氣層技術.

3、 15 第三章 自適應屏蔽暫堵鉆井液保護油氣層 . 16 1.自適應屏蔽暫堵鉆井液保護油層機理. 16 1.1 膠束聚合物的作用原理. 16 1.2 可變形彈性粒子作用原理. 17 1.3 填充加固劑作用原理. 18 山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）32.自適應屏蔽暫堵鉆井液性能評價. 18 2.1 自適應性能. 18 2.2 油層保護性能. 19 2.2.1 堵塞效果. 19 2.2.2 暫堵深度. 20 2.2.3 暫堵強度. 20 2.3 溫度對暫堵效果的影響. 21 2.4 現場試驗. 21 第四章 結 論 . 22 致謝 . 23 參考文獻 . 24 山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）

4、4前言前言 油氣層保護技術的研究是目前國內外油田普遍關注的重要課題,屏蔽暫堵技術作為一種重要的油氣層保護技術, 曾得到廣泛關注。但無論是傳統(tǒng)的屏蔽暫堵技術還是改進的廣譜屏蔽暫堵技術,均采用架橋充填原理來實現屏蔽暫堵作用,都要求暫堵劑粒子尺寸與地層孔喉尺寸嚴格匹配,準確獲取地層孔隙尺寸及分布狀況是成功實施屏蔽暫堵技術的前提和關鍵。關鍵字：關鍵字：保護油氣層；屏蔽暫堵鉆井液；巖心分析山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）5第一章第一章 巖心分析概述巖心分析概述巖心分析是指利用各種儀器設備來觀測和分析巖心一切特性的系列技術。巖心是地下巖石（層）的一部分，所以巖心分析是獲取地下巖石信息十分重要的手段。1.巖

5、心分析的目的巖心分析的目的有三點：（1）全面認識油氣層的巖石物理性質及巖石中敏感性礦物的類型、產狀、含量及分布特點；（2）確定油氣層潛在損害類型、程度及原因；（3）為各項作業(yè)中保護油氣層工程方案設計提供依據和建議。2巖心分析的意義保護油氣層技術的研究與實踐表明，油氣層地質研究是保護油氣技術的基礎工作，而巖心分析在油氣地質研究中具有重要作用。油氣層地質研究的目的是，準確地認識油氣層的初始狀態(tài)及鉆開油氣層后油氣層對環(huán)境變化的響應，即油氣層潛在損害類型及程度。其內容包括六個方面：（1）礦物性質，特別是敏感性礦物的類型、產狀和含量；（2）滲流多孔介質的性質，如孔隙度、滲透率、裂隙發(fā)育程度、孔隙及喉道的

6、大小、形態(tài)、分布和連通性；（3）巖石表面性質，如比表面、潤濕性等；（4）地層流體性質，包括油、氣、水的組成，高壓物性、析蠟點、凝固點、原油酸值等;（5）油氣層所處環(huán)境，考慮內部環(huán)境和外部環(huán)境兩個方面；（6）礦物、滲流介質、地層流體對環(huán)境變化的敏感性及可能的損害趨勢和后果。其中，礦物性質及滲流多孔介質的特性主要是通過巖心分析獲得，從而體現了巖心分析在油氣地質研究中的核心作用。圖 2-1 說明了六項內容之間的相互聯系，最終應指明潛在油氣層損害因素、預測敏感性，并有針對性地提出施工建議。山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）6內 容方 法常規(guī)條件總孔隙度、連通孔隙度氣測法、煤礦油飽和法孔隙度儀孔隙度模擬圍

7、壓總孔隙度CMS-300 全自動巖心分析儀滲透率空氣滲透率、煤油滲透率、地層水滲透率；水平滲透率、垂直滲透率、徑向滲透率、全直徑巖心滲透率；模擬圍壓滲透率滲透率儀CMS-300 全自動巖心分析儀比表面壓汞或等溫吸附法相滲透率氣-水、油-氣、氣-油-水穩(wěn)態(tài)法、不穩(wěn)態(tài)法常規(guī)物性潤濕性油濕、水濕、中間潤濕接觸角測量、阿莫特（自吸人）法、離心機法毛管壓力曲線測定孔隙-喉道類型、大小、形態(tài)、連通性、分布鑄體薄片、圖象分析、SEM、X 射線、CT 掃描、NMR巖石物理性質孔隙結構孔喉大小、分布壓汞法、離心機法毛管壓力曲線測定粒度大小、分布篩析法、薄片粒度圖象分析骨架顆粒石英、長石巖屑、云母接觸關系、成分、

8、含量、成巖變化鑄體薄片、陰極發(fā)光、XRD 全巖分析、紅外光譜產狀鑄體薄片、SEM粘土礦物類型、成分、含量鑄體薄片、XRD、紅外光譜、沉降分離法、電子探針或能譜產狀巖石薄片、SEM巖石結構與礦物填隙物非粘土礦物類型、成分、含量薄片染色、XRD 全巖分析、紅外光譜、碳酸鹽含量測定表 2-1 巖心分析揭示的內容及所用的方法山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）73.巖心分析的內容巖心分析的樣品可以來自全尺寸成形的巖心、也可以是井壁取心或鉆屑。經驗表明，鉆屑的代表性很差，故通常使用成形巖心，而且多個實驗項目可以進行配套分析，便于找出巖石各種參數之間的內在聯系。巖石結構與礦物分析、孔隙結構的測定要在了解油氣層

9、巖性、物性、含油氣性、電性的基礎上，有重點地進行選樣分析。圖 2-1 保護油氣技術中油氣層地質研究的內容及巖心分析的作用巖 心巖石物理性質、k 測定鑄體薄片掃描電鏡壓汞技術圖象分析接觸角法巖石物理性質鑄體薄片X射線衍射掃描電鏡電子探針紅外光譜孔隙度滲透率孔隙結構巖石表面性質巖石的穩(wěn)定性與強度地層微粒和礦物的穩(wěn)定性地層流體化學分析光譜分析色譜分析高壓物性結垢趨勢及類型內部環(huán)境壓力溫度原地應力天然驅動能量外部環(huán)境流速工作液性質外來固相侵入壓差潛在油氣層損害和敏感性保護油氣層技術措施建議山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）8圖 2-2 巖心分析取樣示意圖如圖 2-2 所示，最好在同一段巖心上取足配套分析

10、的柱塞。鑄體薄片、掃描電鏡、壓汞分樣需在同一柱塞上進行，這有利于建立孔隙分布與孔喉分布參數間的關系，以及孔隙結構與巖性、物性、粘土礦物之間的聯系。XRD 分析可以用碎樣，但應清除被泥漿污染的部分，否則會干擾實驗結果。電子探針分析可用其它柱塞端部，這樣在所有分析項目完成后，就能指出潛在的損害類型及原因，預測不同滲透率級別（儲層類型）的油氣層的敏感程度，正確解釋敏感性評價實驗結果。通過對油氣層中巖心取樣的分析，我們可對油氣層進行詳細了解，分析油氣層損害因素、預測油氣層敏感性，并有針對性地對保護該區(qū)域油氣層提出有效地施工建議。山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）9第二章 油氣田開發(fā)生產中的保護油氣層技術

11、1.油氣田開發(fā)生產中油氣層損害的特點油氣田開發(fā)生產過程是油氣層發(fā)生動態(tài)變化的過程。油氣層一旦投入開發(fā)生產，油氣層的壓力、溫度及其儲滲特性都在不斷地發(fā)生變化。同時，各個作業(yè)環(huán)節(jié)帶給油氣層的各類入井流體及固相微粒也參與了以上的變化。這種變化過程主要包括以下幾個方面：（1）在油氣層的儲集空間中，油、氣、水不斷重新分布。例如：注氣、注水引起含水、含氣飽和度改變；（2）油氣層的巖石儲、滲空間不斷改變。例如：粘土礦物遇淡水發(fā)生膨脹，引起儲、滲空間減少，嚴重時堵塞孔道，外來固相微?；蚋鞣N垢的堵塞作用，使儲、滲空間縮小；（3）巖石的潤濕性改變或潤濕反轉。例如：陽離子表面活性劑能改變油層巖石的表面性質；（4）油

12、氣層的水動力學場（壓力、地應力、天然驅動能量）和溫度場不斷破壞和不斷重新平衡。例如：注蒸汽使地層壓力、溫度升高，改善了油的粘度，使油的相對滲透率增加，但是，由于熱蒸汽到地下冷卻后可凝析出淡水，很可能會造成水敏損害。諸如上述多種變化常常表現為固相微粒堵塞、微粒運移、次生礦物沉積、結垢、乳化堵塞、潤濕反轉、細菌堵塞、出砂等等多種損害方式。其本質是不斷地改變油、氣、水的相對滲透率。如果開發(fā)生產中措施得當，避免了損害，保護了油氣層，就可改善油、氣的相對滲透率，可望獲得高的采收率；反之，若措施不當，損害了油氣層，則可能降低油、氣、水的相對滲透率，得到的是一個低的采收率。因此，油氣田開發(fā)生產中油氣層保護技

13、術的核心是防止油氣層的儲、滲空間的堵塞和縮小，控制油、氣、水的分布，使之有利于油、氣的采出。山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）10與鉆井、完井油氣層保護技術相比，油氣層開發(fā)生產中的油氣層損害具有如下特點：（1）損害周期長。幾乎貫穿于油氣田開發(fā)生產的整個生命期；（2）損害范圍寬。涉及到油氣層的深部而不僅僅局限于近井地帶，即由點（一口井）到面（整個油氣層）；（3）更具有復雜性。井的壽命不等，先期損害程度各異，損害類型和程度更為復雜，地面設備多、流程長，工藝措施種類多而復雜，極易造成二次損害；（4）更具疊加性。每一個作業(yè)環(huán)節(jié)都是在前面一系列作業(yè)的基礎上疊加進行的，加之作業(yè)頻率比鉆井、完井次數高，因此，

14、損害的疊加性強。2.采油過程中的保護油氣層技術對于采油過程，雖然沒有外來流體進入油氣層，但是，仍然存在著油氣層被損害的可能性。造成損害的最直接的原因是工作制度不合理。2.1 工作制度不合理造成的油氣層損害采油工作制度不合理是指生產壓差過大或開采速率過高。其損害可歸納為以下四個方面。 應力敏感效應由于生產壓差過大或開采速率過高，使近井壁區(qū)井底帶巖層結構破壞，膠結強度破壞，發(fā)生出砂。采油速度過快，油流在臨界流速以上時，增加了產層流體對砂粒的摩擦力、粘滯力和剪切力，加劇砂粒運動。同時，巖石骨架和膠結物的強度受到破壞，微粒開始運移，砂和固相微粒被油攜帶并不斷地堵塞儲、滲空間，損害地層。 生產壓差由于生

15、產壓差過大或開采速率過高，發(fā)生底水錐進，邊水指進，造成生產井過早出水。從滲流的角度考慮，原來的單相流（油）變?yōu)閮上嗔鳎ㄓ?、水）。油和水由于界面張力以及與巖石潤濕性之間的差異可能形成乳化水滴，增加油流粘度，降低油、氣的有效流動能力。當它們的尺寸大于孔喉大小時，就會堵塞孔隙，降低油、氣的儲、山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）11滲空間，從而使油的相對滲透率降低，油氣層受到損害。從鹽垢生成的機理角度考慮，當注入水突破時，由于注入水與地層水在近井地帶充分混合產生鹽垢，而地層壓力系統(tǒng)的壓力降低更加劇了這種鹽垢的生成，致使油層受到損害。 結垢油氣田一旦投入生產，就有油、氣從油氣層中采出，原有的熱動力學和化學

16、平衡被打破，發(fā)生兩種后果：（i）油氣層溫度、壓力和流體成分的變化會導致無機垢的產生；（ii）由于溫度、壓力、pH 值的變化使瀝青、石蠟從原油中析出，即有機垢產生。結垢堵塞孔喉是發(fā)生在油氣層深部的一種難以消除的損害方式。 脫氣當油氣層壓力降到低于飽和壓力時，氣體不斷地從油中析出，油氣層儲、滲空間的流體由單相變?yōu)橛?、氣兩相流動，必然造成油的相對滲透率下降，影響最終采收率。2.2 采油過程中的保護油氣層技術措施 生產壓差及采油速率的確定根據油氣層的儲量大小、集中程度、地層能量、壓力高低、滲透性、孔隙度、疏松程度、流體粘度、含氣區(qū)與含水區(qū)的范圍，以及生產中的垂向、水平向距離，通過試井和試采及數模方案對

17、比，優(yōu)化得出采油工作制度；然后做室內和室外礦場評價，最終確定應采用的工作制度。值得強調的是：若新區(qū)投產，所采用的基礎數據是投產前取得的數據；若老區(qū)改造，其數據為改造前再認識油氣層的數據。要充分重視采油過程中損害的“動態(tài)”特點。 保持油氣層壓力開采保持油氣層在飽和壓力以上開采，可達到同一產量的油井維持較高的井底壓力，充分延長自噴期，降低生成成本。同時，保持地層壓力可以延緩或減少原油中溶解氣在采油生產中的逸出時間，以及減緩油層的出砂趨勢，提高采收率。保持地層壓力開山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）12采，可避免氣相的出現和壓力降低引起有機垢及無機垢等損害發(fā)生。我國多數油田采用早期注水開發(fā)以保持油氣層

18、壓力，這對保護油氣層是十分有利的措施之一。 對不同的油氣層采用不同的預防損害措施每個油氣層巖性和流體都有自身的特點，應采取的預防損害措施也各有不同，不能一概而論。因此，要盡可能地保持油氣層壓力開采避免出現多相流，防止氣鎖和乳化油滴的封堵損害。當油氣層為中、高滲的疏松砂巖時，應正確地選擇完井方法、防砂措施、合理地生產壓差，以減少油氣層損害；對于碳酸巖地層，要盡量避免在采油過程中產生碳酸鈣沉淀，堵塞孔道。對于中、低滲的稠油層，要盡可能地預防有機垢。2.3 采油過程中油氣田保護的具體運作在某油田的開發(fā)生產中，由于采用了保護油氣層技術，收到了良好的效果。從各井收集的資料和數據來看，采油產量提高了 20

19、%。以前該油田常常會發(fā)生堵塞現象，對油田的產量、油田的綜合利用率產生嚴重的影響，甚至帶來不必要的損失。而由于采用了保護油氣層技術，堅持預防為主，解決了堵塞問題，避免了對石油開采帶來不必要的影響和損失，從而大大的提高了石油開采的綜合效益。3.酸化作業(yè)中的保護油氣層技術酸化作業(yè)中的油氣層損害可歸納為兩個主要方面：一方面是酸與油氣層巖石和流動不配伍造成的；另一方面是由于施工中管線、設備銹蝕物帶入地層造成的堵塞。3.1 酸與油氣層巖石和流體不配伍造成的損害酸化的作用原理是通過向油氣層注入酸液使之與巖石和膠結物的某些成分以及堵塞物質發(fā)生化學溶解反應，并盡可能地將其反應物排出到地面，以此達到溝通地層原有的

20、孔喉和裂縫，擴大油氣儲、滲空間的目的。因此，酸渣沉淀堵塞孔道是主要的損害方式，若酸與油氣層巖石和流體不配伍，必然加劇堵塞損害。 酸液與油氣層巖石不配伍造成的損害：主要包括酸液的沖刷及溶解作用造成的微粒運移及酸液與巖石礦物反應產生二次沉淀。山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）13 酸液與油氣層流體不配伍造成的損害：主要包括酸液與油層原油不配伍產生酸渣、酸液與油氣層中的水不配伍產生沉淀3.2 不合理施工造成的損害 施工管線設備銹蝕物帶入油氣層生成鐵鹽沉淀； 排液不及時造成的損害；綜上所述，酸化作業(yè)中油氣層損害主要由酸渣和二次沉淀物堵塞引起。因此，酸化作業(yè)中的保護油氣層技術要從避免產生上述損害入手。（1

21、）選用與油氣層巖石和流體相配伍的酸液和添加劑在選擇使用與之相配伍的添加劑和酸液時，必須考慮酸液、添加劑、地層水、巖石、地層原油相互之間的配伍性，達到不沉淀，不堵塞，不降低油氣層儲、滲空間，有利于油、氣的采出的目的。同時應盡可能降低成本。（2）使用前置液前置液的作用有以下四個方面： 隔開地層水。一般前置液使用 15%左右濃度的鹽酸，它可以防止氫氟酸（HF）與地層水接觸生成不溶性的氟化鈣（CaF2）沉淀，在砂巖地層中，它可以防止氫氟酸（HF）與之反應生成氟硅酸，然后氟硅酸與地層水中的 K+、Na+等離子反應生成氟硅酸鉀（K2SiF6）、氟硅酸鈉（Na2SiF6）等沉淀； 溶解含鈣、含鐵膠結物，避免

22、浪費昂貴的氫氟酸（HF），并大大地降低氟化鈣沉淀的形成； 使粘土和砂子表面為水潤濕，減少廢氫氟酸乳化的可能性； 保持酸度（低 pH 值）防止生成氫氧化鐵、氫氧化硅沉淀。（3）使用合適的酸液濃度由于酸化作業(yè)本身的工作原理限制，選擇合適的酸液濃度是保護油氣層的重要技術指標之一。山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）14當酸液濃度過高時，會溶解過量的膠結物和巖石的骨架，破壞巖石結構，引起巖石顆粒剝落，引起堵塞。當酸液濃度過低時，不僅達不到酸化的目的，還會產生二次沉淀，因此，當選用與巖石及流體配伍酸液類型后，選用合適的酸液濃度是同等重要的。（4）及時排液殘酸在油層中停留時間過長，會造成二次沉淀，結垢堵塞地層

23、。因此，必須及時排除殘酸。目前采用排液的方法很多，常用的有：抽吸排液、下泵排液、氣舉排液、液氮排液等。3.3 典型實例鹽家油田鹽 22 斜 48 采取先用酸液解除近井地帶表面的污垢和堵塞，降低后續(xù)解水鎖劑擠入地層的壓力，擴大解水鎖劑的處理半徑，解除地層深部的水鎖傷害和堵塞，疏通油流通道，減小油流阻力，利用增效伸油增加油井產能。這種方法，既保護了該井周圍的油氣層，又提升了原油的產量。4.壓裂作業(yè)中的油氣層損害及保護技術壓裂作業(yè)中產生的油氣層損害包括兩個方面：壓裂液與地層巖石和流體不配伍產生的對地層的損害；不良的壓裂液添加劑、支撐劑對支撐裂縫導流能力的損害。4.1 粘土礦物膨脹和顆粒運移引起的損害

24、粘土礦物與水基壓裂液接觸，立即膨脹，使得儲、滲空間減小。松散粘附于孔道壁面的粘土顆粒與壓裂液接觸時分散、剝落、隨壓裂濾液進入油氣層或沿裂縫運動，在孔喉處被卡住，形成橋堵，引起損害。使用以水為基液的壓裂液時，水敏、速敏反應是常常發(fā)生的損害方式。4.2 機械雜質引起的堵塞損害壓裂過程中，機械雜質堵塞孔隙和裂縫通道，縮小儲、滲空間，降低相對滲透率是重要的損害方式。機械雜質包括四個方面的來源： 壓裂液基液攜帶的不溶物； 成膠物質攜帶的固相微粒； 降濾失劑或支撐劑攜帶的固相微粒； 油氣層巖石因壓裂液浸泡，沖刷作用而脫落下來的微粒。它們被統(tǒng)稱為壓裂殘渣。山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）15大顆粒的殘渣在巖

25、石表面形成濾餅，可以降低壓裂液的濾失，并阻止大顆粒繼續(xù)流入油氣層深部。而較小顆粒的殘渣則穿過濾餅隨壓裂液進入油氣層深部，堵塞孔喉及孔隙?？p壁上的殘渣隨壓裂液的注入，沿支撐縫移動，壓裂結束后，這些殘渣返流，堵塞填砂裂縫，降低了裂縫的導流能力，嚴重時使填砂裂縫完全堵塞，致使壓裂失敗。4.3 原油引起的乳化損害原油與水基壓裂液相遇，發(fā)生乳化損害。被壓裂的油氣層中的原油常含有天然乳化劑如膠質、瀝青、蠟等，壓裂時壓裂液的流動具有攪拌作用，在油氣層孔隙中形成油水乳化液。原油中的天然乳化劑附著在水滴上形成保護膜，使乳化液滴具有一定的穩(wěn)定性。這些乳化液滴在毛管、喉道中產生賈敏效應，增加了流體流動阻力，液阻效應

26、有時會疊加產生，有時會聚集造成更嚴重的液堵。4.4 支撐裂縫導流能力的損害一般，支撐劑要滿足：（1）密度低；（2）粒徑均勻；（3）強度高；（4）圓球度好。若支撐劑選擇不當，必然造成損害。上述損害因素，前三者是被壓裂的油氣層巖性和流體所固有的客觀因素，一旦壓裂液進入油氣層，就會誘發(fā)這些損害發(fā)生，而選擇理想的支撐劑、優(yōu)良的壓裂液和添加劑，避免支撐劑層導流能力的損害，是可以人為控制的。4.5 壓裂作業(yè)中保護油氣層技術 選擇與油氣層巖石和流體配伍的壓裂液根據被壓裂的油氣層的特點，有針對性地選用壓裂液，如下表所示。油氣層特點選用壓裂液添加劑及其它水敏性油氣層油基壓裂液泡沫壓裂液防膨劑 低孔低滲油層、無殘

27、渣或低殘渣壓裂液表面活性劑山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）16返排差的油層濾失量低的壓裂液返排能力強的壓裂液高溫油層耐高溫抗剪壓裂液密度大、摩阻低壓裂液滿足經濟成本要求 選擇合理的添加劑在使用添加劑時，應考慮兩點：（）添加劑之間不發(fā)生沉淀反應，以避免生成新的沉淀垢堵塞孔喉和裂縫；（）成本合理。 合理選擇支撐劑支撐劑的要求是粒徑均勻、強度高、雜質含量少、圓球度好。對于淺層，因閉合壓力不大，使用砂子作支撐劑是行之有效的；對于更高閉合壓力的油氣層，只有采用高強度支撐劑，例如使用陶粒?，F場應用表明，陶粒作為支撐劑無論就幾何形狀（圓度、球度）或強度都比較理想，而且耐高溫（可達 200）抗化學作用性能好，

28、用于油氣層壓裂措施可大大減少由于支撐劑性能不好所帶來的油氣層及支撐裂縫的損害。山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）17第三章 自適應屏蔽暫堵鉆井液保護油氣層1.自適應屏蔽暫堵鉆井液保護油層機理自適應屏蔽暫堵鉆井液的主要成分為自適應屏蔽暫堵劑 ZPJ,它的主要成分是聚合物 ,輔助成分為可變形的彈性粒子和填充加固劑。 1.1 膠束聚合物的作用原理聚合物具有油溶和水溶兩親特性 ,加入到水基鉆井液中,能夠在井壁巖石表面迅速大量吸附,當達到臨界濃度時,聚合物在巖石表面發(fā)生締合 ,形成疏水微區(qū),疏水微區(qū)有一個疏水的內核 ,由聚合物的疏水基團構成 ,外層由聚合物的親水鏈段包裹，形成空間網絡結構 ,從而達到穩(wěn)定。

29、隨著聚合物濃度增加,在固液界面(油層井壁)上形成不同尺寸的大量膠束 ,并且聚合物由鏈內締合發(fā)展到鏈間締合 ,從而在巖石表面形成封閉膜(圖 1). 圖 1聚合物膠束封閉膜作用機理示意圖在封閉膜中的膠束也是可變形的,如果壓力升高 ,膠束就會壓縮 ,并進一步降低封閉膜的滲透率,阻緩流體侵入油層。封閉膜具有二維無限性和一維有限性 ,這包含兩重意義:一是聚合物膠束尺寸在平面上可以變化 ,而厚度受成膜分子長度的限制 ,封閉膜厚度不可能大于兩倍分子伸展長度;二是成膜分子在膜面的二維空間內能夠比較自由地運動 ,而在垂直于膜面的第三維空間內受到很大限制。這意味著構成聚合物山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）18膠束

30、的兩個定向單層的分子不容易發(fā)生交換 ,不容易穿過膠束層。這是因為任何分子要從膠束層一側穿到另一側都必須既通過極性區(qū)又通過非極性區(qū),不論極性分子還是非極性分子都難以做到這一點。聚合物的上述特點是其具有自適應封堵孔徑分布范圍較大油層的主要原因。1.2 可變形彈性粒子作用原理 可變形的彈性粒子具有較好的彈性，使其進入漏層后有一定的擴張?zhí)畛浜蛢炔繑D緊壓實的雙重作用，同時具有一定的可變形性，使其能夠適應具有不同形狀和尺寸的孔隙或裂縫?？勺冃蔚膹椥粤Ｗ拥拇嬖谟欣跀U大聚合物膠束的自適應封堵范圍 ,使自適應屏蔽暫堵鉆井液的自適應優(yōu)點更加突出。填充加固劑的引入有利于形成滲透率更低及暫堵強度更大的屏蔽暫堵帶。1

31、.3 填充加固劑作用原理在壓差的作用下，填充加固材料進入由彈性材料和聚合物膠束形成的封堵層微孔隙，有利于進一步降低封堵層的滲透率，增強封堵層的強度，提高封堵層的承壓能力。2.自適應屏蔽暫堵鉆井液性能評價取勝利油田某井井漿,分別加入不同種類和不同數量的屏蔽暫堵劑,形成不同的屏蔽暫堵鉆井液配方(表 1 ),然后分別對各鉆井液體系進行性能評價。復合暫堵劑主要由油溶性樹脂與超細碳酸鈣組成,粒徑為 2100m,是近幾年來油田普遍使用的一種屏蔽暫堵劑。山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）19由表 1 可以看出,加入自適應屏蔽暫堵劑 ZPJ 對鉆井液粘度及動切力影響大,濾失量明顯下降,證明 ZPJ 的加入對鉆井

32、液性能具有一定的改善作用。2.1 自適應性能為了評價自適應屏蔽暫堵鉆井液對不同孔徑分布的油層的封堵作用 ,使用人造巖心、動態(tài)濾失模擬試驗裝置和巖心流動試驗儀 ,按照文獻 10和 11介紹的評價程序 ,采用配方 4 分別對不同滲透率的巖心進行了封堵試驗 ,試驗結果見表 2。由表 2 可以看出 ,自適應屏蔽暫堵鉆井液對不同滲透率的巖心均具有較好的封堵作用 ,封堵后巖心的滲透率堵塞率在 90%以上 ,證明自適應屏蔽暫堵鉆井液能在一定范圍內對不同孔徑分布的油層產生良好的封堵效果 ,克服了傳統(tǒng)屏蔽暫堵技術對地層孔隙尺寸的依賴 ,顯示出較好的自適應特征。山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）202.2 油層保護

33、性能 2.2.1 堵塞效果采用人造巖心 ,用各種鉆井液配方（表 1）對巖心進行污染評價試驗。污染試驗條件為:壓差 3.5MPa,溫度 80 ,剪切速率 100s-1 ,污染時間 60min。測定污染前、后的滲透率時 ,壓力恒定。試驗結果見表 3。由表 3 可以看出,與井漿相比,采用屏蔽暫堵技術后,滲透率堵塞率有明顯提高,即對污染端造成較嚴重的堵塞;含自適應屏蔽暫堵劑 ZPJ 的鉆井液比含復合暫堵劑的鉆山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）21井液堵塞程度更高。此外 ,當體系 ZPJ 的含量達到 3%時 ,滲透率堵塞率達 100%,從而避免了鉆井液濾液進一步侵入油氣層內部。2.2.2 暫堵深度鉆井液對

34、油層的暫堵深度是影響鉆井液屏蔽暫堵效果的重要因素。對上述被鉆井液污染的巖心沿污染端進行切片,3-4測剩余巖心的正向滲透率 ,并計算滲透率恢復率（表 3） 。從表 3 可以看出 ,在切去污染端后 ,各巖樣的滲透率恢復率有了明顯提高 ,其中被自適應屏蔽暫堵鉆井液污染的巖心滲透率恢復率更高 ,表明采用自適應暫堵技術確實可在距污染面很短的距離內形成滲透率極低的屏蔽環(huán) ,充分阻止鉆井液中的固相顆粒和濾液進入油層。結合堵塞程度評價結果 ,可選擇配方 4 作為自適應屏蔽暫堵鉆井液的最優(yōu)配方。2.2.3 暫堵強度暫堵帶強度越大,越能經受激動壓力的沖擊 ,暫堵效果就越好,相反，暫堵帶強度越低 ,在激動壓力的沖擊

35、下,越容易被突破,從而產生新的污染,達不到保護油層的目的。取不同滲透率的人造巖心,用配方 4 進行污染,通過測定不同驅替壓力下的滲透4率來評價暫堵強度,試驗結果見表 4。由表 4 可以看出,隨驅替壓力的增大,巖心的滲透率逐漸降低 ,當驅替壓力達到9MPa ,巖心的滲透率接近或等于零,也就是說 ,當壓力為 9MP 時 ,未見滲透率突然增加 ,說明暫堵帶并沒有受到破壞,在不同滲透率巖心上形成的暫堵帶至少能承受 9MPa的壓力。山東勝利職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）222.3 溫度對暫堵效果的影響為了評價自適應屏蔽暫堵鉆井液在不同溫度下的屏蔽暫堵效果，選取配方 4 進行不同溫度下的屏蔽暫堵效果試驗,結果見表 6。由表可以看出,在所研究的溫度范圍內,滲透率堵塞率都較高,超 95%,證明自適應屏蔽暫堵鉆井液在 50120 均可建立良好的屏蔽暫堵環(huán)在所研究的污染溫度范圍內,切去污染端后各巖樣的滲透率恢復率大于97%。2.4 現場試驗T304 井是本布圖油田的一口采油井,油層主要集中在三工河組,孔隙度為 5% 11%,平均值為 7.14%,滲透率為 0.0040.