钻开油气层的钻井液

第三节 钻开油气层的钻井液（一）

课名：完井工程 班级：石油工程121 姓名：胡刚刚

一、钻开油气层引起伤害的机理

油气层伤害机理是指油气层伤害产生的原因以及伴随伤害而发生的物理、化学变化过程。对于不同的油气层，其储层特征和导致伤害的外部环境均有较大差别，因此可能发生的伤害机理也不尽相同。对于某一目的层，要想制定某一幼小的保护油气层的技术方案，必须先将其伤害机理认识清楚，油气层伤害机理研究是保护油气层技术中的一项必不可少的基础工作。

为了便于对钻开油气层的钻井液进行优化设计，首先要对各个容易引起伤害的机理进行讨论。

1.油气层的潜在伤害因素

油气层的潜在伤害因素是指导致渗透率低的油气层内在因素，它包括以下几个方面：

1）油气层的储渗空间

从微观角度来看，孔喉类型和孔隙结构参数与油气层伤害关系很大。一般情况下，若孔喉直径较大，则固相颗粒侵入的深度较深，因固相堵塞造成的伤害比较严重，而滤液造成水锁、气阻等上海的可能性较小。此外，如果孔喉的弯曲度较大或连通性越差，则油气层收到的伤害越大。

从宏观角度来看，伤害类型在很大程度上取决于储层的孔隙度和原始渗透率。低于渗透率较高的储层，可推断其孔隙尺寸较大且联通性较好，胶结物含量较低，在这种情况下受固相侵入而造成的伤害较大；而对于低渗油气层，由于其孔喉尺寸小且连通性差，胶结物含量高，因而固相造成的伤害不是主要的，容易发生诸如黏土水化膨胀，，微粒运移和水锁等伤害。

2）油气层的敏感性矿物 敏感性矿物是指油气层中容易与外来流体发生物理和化学作用并导致油气层渗透率下降的矿物。绝大多数敏感性矿物属于自生矿物，其粒径一般小于37μm的微粒级范围内切比表面积大，多数位于孔喉附近，因而总是优先于外来就提相接处并相互作用。敏感矿物的类型结构基本上决定了油气层伤害的类型。按照引起敏感的因素不同，可将敏感性矿物分为速敏，盐敏，酸敏和碱敏等五类，分类情况及主要的伤害形式见表4-4。

表4-4 油气层中常见的敏感矿物及伤害形式 敏感性类型 速敏性 水敏性和盐敏性 敏感性矿物 高岭石、毛发状伊利石、微晶长石、微晶白云母等 蒙脱石、绿蒙混层，伊蒙混石、降解伊利石、降解绿泥石等 晶格膨胀、分散运移 主要伤害形式 分散运移、微粒运移 表4-4 油气层中常见的敏感性矿物及其伤害 敏感性类型 酸敏性 敏感性矿物 主要伤害形式 盐酸酸敏 绿泥石、绿混蒙层、铁方Fe(OH)3沉淀、非晶质SiO2解石，铁白云石、赤铁石、沉淀 黄铁矿等。 氢氟酸酸敏 碱敏性（pH>12） 方解石、白云石、浮石、CaF2沉淀、非晶质SiO2沉钙长石、各种黏土矿物等 淀 钾长石、钠长石、斜长石、硅酸盐沉淀、形成硅凝胶 微晶石英、蛋白石、各种黏土矿物等。 此外，油气伤害的形式还与敏感性矿物的产状有关。一般来讲，敏感性矿物含量越高，油气层伤害越大。尤其它条件相同时，油气层渗透率越低，敏感性矿物造成的伤害的程度越大。因此，通过岩心分析准确测定敏感性矿物的含量对预测伤害的形式和可能造成的伤害程度是十分重要的。

3）油藏岩石的润湿性

润湿性是指油藏岩石最重要的表面特征，一般分为亲水性、亲油性和两性润湿三种情况。其中前两种作用可造成油气的有效渗透率下降和注水过程中水去油效率降低等伤害，而后一作用对微粒运移有较大影响。

4）油气层的流体性质

除油气藏岩石外，油气层流体也是引起伤害的潜在因素，因此在进行钻井液等工作流体设计是必须全面了解地层水、原油和天然气的性质。

（1）地层水性质

地层水性质主要包括矿化度、离子类型与含量、pH值和底层水的谁型等。矿化度表示底层中的总含盐量。如果外来流体的矿化度低于地层水的矿化度，则易引起储层中黏土矿物水化膨胀与分散等问题。此外，若外来流体与地层水的离子组成不配伍，则容易发生结垢等伤害。

（2）原油性质

原油性质主要有粘度、含蜡量、胶质、沥青质含量、析蜡点、凝固点等。以上性质与油气层伤害的形式有较大的关系。若原油中石蜡、胶质和沥青质含量较高或凝固点过高，则可能生成有机垢，从而堵塞孔喉造成伤害。若沥青质含量较高，还会在一定条件下吸附在岩石表面，引起从亲水至亲油的润湿翻转。原油与入井流体不配伍还可能形成高粘度的乳状液，产生如花堵塞。

（3）天然气性质

与油气层伤害有关的天然气性质主要体现在H2S和CO2等腐蚀性气体的含量上。H2S和CO2均为酸性气体，易于一些多价阳离子反应生成化学沉淀。CO2含量过高时，还有形成CaCO3无机垢的可能性。另外，他们腐蚀设备时所产生的一些腐蚀产物，会引起微粒堵塞，如H2S在腐蚀过程中生成FeS沉淀。

以上介绍的潜在伤害因素是油气层固有的特性，若没有外因作用来诱发他

们，则不会造成油气层伤害。下面内容将着重介绍如何诱发内因起作用而造成油气层伤害。

2.固体颗粒堵塞造成的油气层伤害

1）流体中固体颗粒堵塞油气层造成的伤害 当井筒内流体的液注压力大于油气层孔隙压力时，外来流体中的固体颗粒就会随液相一起进入油气层，其结果是堵塞油气层而造成伤害。特别是在泥饼形成之前，固体颗粒侵入的可能性更大。影响外来固体颗粒对油气层的伤害和侵入深度的因素：

（1）固体颗粒粒径与孔喉直径的匹配关系

实验研究表明，只有满足颗粒粒径大于孔喉直径1/3这一条件，颗粒才能通过架桥形成泥饼。显然，越细的颗粒越易进入深部的油气层。为了有效阻止固体颗粒的侵入，大于孔喉直径的1/3的颗粒在工作流体中的含量应少于其固体总体积的5％。

（2）固体颗粒的浓度 工作流体中固体颗粒的浓度越高，颗粒的侵入量就越大，造成的伤害就越大。若使用清洁盐水钻开油气层，则基本上可以避免这种形式的伤害。

（3）施工作业参数 显然较大的正压差对固体颗粒的侵入有利，因此近平衡或欠平衡压力钻井是目前保护油气层的一项重要施工措施。此外，工作流体的剪切效率越大，与油气层的接触时间越长，固体颗粒就会侵入的越深，伤害程度越大。

2）地层中微粒造成的伤害

在各种井下作业过程中都会出现由于微粒运移而造成的油气层伤害。产生微粒运移的原因是储层中含有许多粒度较小的黏土和其他矿物的微粒。在未受到外力作用时，这些微粒附着在岩石表面被想对固定。但在一定外力作用下，他们还在孔壁上分离下来，并岁孔隙内流体一起流动。当他们运移到孔喉位置时，一些微粒便会被铺集而沉积下来，对孔喉造成堵塞。

导致微粒运移的临界流速与岩石和微粒的润湿、岩石与微粒之间的胶结强度、空隙的几何形状、岩石表面的粗糙度、pH值以及界面张力等因素有关。

3.工作液与油气层岩石不配伍造成的伤害 1）水敏性伤害

水敏性伤害的含义是：当进入油气层的外来流体与油气层中的水敏性矿物不配伍时，这类矿物将发生水化膨胀和分散，从而导致油气层的渗透率降低的现象。这种类型的伤害具有以下的特征：

?储层中水敏矿物含量越高，水敏性伤害的程度越大。 ?各类黏土矿物造成水敏性伤害的程度不同，由高到底的顺序为蒙脱石、伊蒙混层、伊利石‘绿泥石和高岭石。

?当油气层中水敏性矿物的含量相似时，低渗油气层的水敏性伤害程度要大于高油气层；

2）碱敏性伤害

当高pH值的外来流体侵入油气层后，与油气层中的碱性矿物发生相互作用，造成油气层渗透率降低的现象称为碱敏性伤害。产生碱敏性伤害的原因主要有以下两点：

?碱性环境下更有利于油气层中黏土矿物的水化膨胀；

?碱可与瘾晶质石英、蛋白石等矿物反应生成硅凝胶而堵塞孔道。

影响碱敏性伤害的程度的因素有：油气层中碱敏性矿物的含量、地层流体的pH值以及外来流体的侵入量。

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