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油气田开发新技术论文

学号:
姓名: 何毅
专业: 石油工程
中国地质大学( 北京) 能源学院
12月

油气层保护新技术
摘要: 储层损造成油气井产量下降和注入能力减弱, 当前还没有一种能够解决一切储层损害问题的通用技术。但要保护储层, 首先要选择钻井完井液体系, 其次要采取一系列工程技术措施。针对油气井产量下降、 注入能力减弱、 注入压力的增加等问题, 采取相应的油气层保护技术是提高油井产量的重要途径。本文主要从钻井液新技术和防砂完井技术两个方面系统介绍当前国内保护油气层新技术。

1. 钻井液油气层保护新技术
当前国内对于油田的油气层保护研究与应用, 形成了配套成熟强抑制性纳米封堵钻井液完井液、 无固相钻井液完井液、 渗透压成膜钻井液完井液、 生物酶可解堵钻井液完井液技术。
1) 强抑制性纳米封堵钻井液完井液
此技术屏蔽暂堵技术、 钻井液抑制技术、 纳米防塌技术、 钻井液成膜技术, 主要是由物理作用的惰性材料与化学作用的活性矿物综合作用来保护油气层, 适用地层高、 中渗储层及强水敏的油气层。
2) 生物酶可解堵钻井液体系
这种新型解堵钻井液体系能自动降解, 其解堵的速度和时间能够经过配方的调整人为控制, 对地层低污染、 低伤害, 地层的渗透性恢复值达到90％以上, 相对于常规钻井液, 能明显地提高油气井的产量。
其特点是钻进时: 生物酶可解堵钻井液在近井壁形成一个渗透率几乎为零的封堵层, 稳定井壁和保护油气层; 钻进结束后: 钻井液在生物酶催化作用下发生生物降解, 粘度逐渐下降, 先前形成的泥饼自动破除, 产层孔隙中的阻塞物消除, 从而使地下流体通道畅通, 恢复储层渗透率
3) 渗透压成膜钻井液技术
①渗透压成膜钻井液技术特色
这种技术使钻井液具有半透膜性能, 在井壁的外围形成保护层, 提高泥页岩的膜效率; 阻止水及钻井液进入地层引起水化膨胀, 封堵地层层理裂隙; 防止地层内粘土颗粒的运移; 防止井壁坍塌, 保护油气层。
②施工技术措施
钻井液在井壁周围形成封闭圈, 防止有害物质侵入油气层, 减少对油气层的污染。 严格控制钻井液密度, 实现近平衡钻井, 减少固相损害油气层。 储层段控制钻井液的API失水≤3mL, 减少钻井液滤液对油气层损害。 全井采用超细碳酸钙、 非渗透处理剂等对油层起保护作用的材料, 防止有害物质侵入油气层
4) 无固相钻井液、 完井液技术
此类钻井液技术特色主要表现在密度范围宽、 页岩抑制能力强、 热稳定性好、 与地层配伍、 不损害产层、 无毒无污染
根据不同盐类的溶解度和密度, 确定并完善了不同密度下无固相钻井液的配置工艺, 形成了等多套无固相钻井液完井液体系配方;
表1 不同盐的密度范围
盐的种类
密度范围
盐的种类
密度范围
氯化钠
1.00～1.20
有机盐
1.00～1.80
氯化钾
1.00～1.16
溴化钠
1.00～1.53
甲酸钠
1.00～1.34
氯化钠+溴化钠
1.21～1.49
甲酸钾
1.00～1.60
溴化钙
1.00～1.84
氯化钙
1.00～1.39
溴化锌
1.00～2.60
氯化钠+氯化钙
1.20～1.39
氯化钙+溴化钙
1.40～1.81
混合氯盐
1.20～1.72
溴化钙+溴化锌
1.70～2.30

2.保护油气层的防砂完井技术
1) 地层是否出砂的判断
按岩石力学观点, 地层出砂是由于井壁岩石结构被破坏所引起的。而井壁岩石的应力状态和岩石的抗张强度( 主要受岩石的胶结强度——也就是压实程度低、 胶结疏松的影响) 是地层出砂与否的内因。开采过程中生产压差的大小及地层流体压力的变化是地层出砂与否的外因。如果井壁岩石所受的最大张应力超过岩石的抗张强度, 则会发生张性断裂或张性破坏, 其具体表现在井壁岩石不坚固, 在开发开采过程中将造成地层出骨架砂。
  生产过程中地层出砂的判断就是要解决油井是否需要采用防砂完井的问题。其判断方法主要有现场观测法、 经验法及力学计算方法等。
2) 砾石充填防砂保护油气层技术
充填在井底的砾石层起着滤砂器的作用, 它只允许油层流体经过, 而不允许油层砂粒经过。其防砂的关键是必须选择与油层岩石颗粒组成相匹配的砾石尺寸。其选择原则是: 既要能阻挡油层出砂, 又要使砾石充填层具有较高的渗透性能。因此, 砾石的尺寸、 砾石的质量、 充填液的性能是砾石充填防砂的技术关键。
① 砾石质量要求
砾石质量直接影响防砂效果及完井产能。因此, 砾石的质量控制十分重要。砾石质量包括: 砾石粒径的选择、 砾石尺寸合格程度、 砾石的圆球度、 砾石的酸溶度、 砾石的强度等。
a．砾石粒径的选择
国内外通用的砾石粒径Dg是油层砂粒度中值d50的5～6倍, 即: Dg=( 5～6) d50。
Dg确定后, 再根据工业砾石参数表, 选择一种其粒度中值大致与Dg相等的工业砾石。
b．砾石尺寸合格程度
砾石尺寸合格程度的标准是: 大于要求尺寸的砾石重量不得超过砂样总重量的0.1%, 小于要求尺寸的砾石重量不得超过砂样总重量的2％。
c．砾石的强度
砾石强度的标准是: 抗破碎试验所测出的破碎砂重量含量不得超过表2-1所示的数值:
d．砾石的圆度和球度
砾石圆球度的标准是: 砾石的球度应大于0.6, 砾石的圆度也应大于0.6。图6-9, 图6-10是评估砾石圆球度的视觉对比图。
e．砾石的酸溶度
砾石酸溶度的标准是: 在标准土酸( 3％HF＋12％HCI) 中, 砾石的溶解重量百分数不得超过l％。
表2-1 砾石抗破碎推荐标准
充填砂粒度, 目
破碎砂市量百分含量, ％
8～16
8
12～20
4
16～30
2
20～40
2
30～50
2
40～60
2
②砾石充填液对油气层的影响及其保护技术
砾石充填液也称为携砂液, 是将砾石携带到筛管和井壁( 或筛管和套管) 环形空间的液体。又因为在砾石充填过程中部分充填液将进入油层, 因此对充填液的性能应严格要求。
从携带砾石的角度考虑, 要求它的携砂能力强, 即含砂比高以节省用量。并希望砾石在充填液中不沉降, 使之形成紧密的砾石充填层, 避免在砾石层内产生洞穴, 以至在生产过程中发生砾石的再沉降, 而使筛管出露失去防砂作用。还要求充填液在井底温度的影响下, 或在某些添加剂的影响下, 能自动降粘稀释而与砾石分离, 以免在砾石表面包裹一层较厚的胶膜, 使砾石堆积不实而影响填砂质量。
    从保护油层的角度考虑。要求充填液无固相颗粒, 并尽可能防止液相侵入后引起油层粘土的水化膨胀、 或收缩剥落。因此, 理想的充填液应具备下列性能:
    a．粘度适当( 约500～700mPa·S) , 有较强的携砂能力。
    b．有较强的悬浮能力, 使砾石在其中的沉降速度小。
    c．可经过某些添加剂或受井底温度的影响而自动降粘稀释。
    d．无固相颗粒, 对油层损害小。
    e．与油层岩石相配伍, 不诱发水敏、 盐敏、 碱敏;
    f．与油层中流体相配伍, 不发生结垢, 乳化堵塞;
    g．来源广泛, 配制方便, 可回收重复使用。
当前国内外在砾石充填作业中主要使用的携砂液有以下几种。
①清盐水或过滤海水, 其中加入适当的粘土稳定剂及其它添加剂, 施工时的携砂比为50~100 kg/m3。
②低粘度携砂液, 粘度为50~100mPa·s, 由清盐水或过滤海水中加入适当的水基聚合物和粘土稳定剂及其它添加剂组成。施工时的携砂比为200~400 kg/m3。
③中粘度携砂液, 粘度为300~400mPa·s, 由清盐水或过滤海水中加入适当的水基聚合物和粘土稳定剂及其它添加剂组成。施工时的携砂比为400~500 kg/m3。
④高粘度携砂液, 粘度为500~700mPa·s, 由清盐水或过滤海水中加入适当的水基聚合物和粘土稳定剂及其它添加剂组成。施工时的携砂比可达1000~1800 kg/m3。
所采用的水基聚合物如甲叉基聚丙烯酚胺凝胶, 羟乙基纤维素和锆金属离子交链凝胶等。
⑤泡沫液, 泡沫携砂液可用于低压井。由于泡沫液中气相体积分数占80~95%, 含液量少, 不存在低压漏失问题。泡沫液的携砂能力强, 充填后砾石沉降少, 筛缝不容易被堵塞, 对地层造成的损害小。携砂液的选用可参见表2-2。
表2-2 携砂液的选用

3) 压裂砾石充填防砂保护油气层技术
在砾石充填工艺上的突破主要是将砾石充填与水力压裂结合起来, 称为压裂砾石充填技术, 包括清水压裂充填、 端部脱砂压裂充填、 胶液压裂充填等三种。其原理就是在射孔井上砾石充填之前, 利用水力压裂在地层中造出短裂缝, 然后在裂缝中填满砾石, 最后再在筛管与套管环空充填砾石, 见表2-3。根据对某油田的研究, 压裂充填与常规砾石充填的产能对比见表2-4。
  为了搞好压裂砾石充填防砂保护油气层技术, 需按以下几个要点实施:
  ①在能够进行压裂充填的层段, 压裂充填的效果很好, 与常规砾石充填相比, 虽然成本增加, 但压裂充填的增产作用明显。这主要是形成了裂缝、 改进了渗流方式, 消除了( 或部分消除了) 钻井、 固井损害, 同时也破坏了射孔所形成的压实带等原因所致。同时, 压裂砾石充填的防砂效果还好于常规砾石充填的防砂效果。
  ②在清水压裂充填、 端部脱砂压裂充填、 胶液压裂充填这三种方式中, 清水压裂充填、 端部脱砂压裂充填的增产效果相当, 这是因为两者形成的裂缝较短; 而胶液压裂充填的增产效果最为明显, 主要原因是胶液压裂充填能形成三者之中最长的裂缝, 但成本最高。
  ③在采用了屏蔽式暂堵技术的井中, 由于钻井污染深度浅, 建议采用清水压裂充填或端部脱砂压裂充填来解堵和增产; 而在未采用屏蔽式暂堵技术的井中, 特别是表皮系数较高的井, 由于钻井污染深度深, 建议采用胶液压裂充填来解堵和增产。
④综合增产效果、 施工成本、 施工难易程度多方面来看, 凡是已证明能用清水将地层压开的井, 应尽量使用清水压裂充填或端部脱砂压裂充填来解堵和增产; 否则, 采用胶液压裂充填来解堵和增产。
 表6—7 清水压裂充填、 端部脱砂压裂充填、 胶液压裂充填对比

表6—8   某油田压裂充填与常规砾石充填的产能对比

3.结论:
尽管这几年研究开发了一些钻井液完井液新技术, 解决了油田勘探开发中的一些难题, 在保证钻井施工的顺利、 提高钻井速度, 保护油气层等方面都发挥了重要作用。但随着油田勘探开发的不断深入, 施工难度也将更大, 特别是深井、 复杂井、 特殊工艺井以及特殊储藏的开发, 对钻井液完井液保护油气曾提出了的更高要求, 因此要进一步加大钻井液完井液技术的研究与推广应用, 充分发挥各种新技术新工艺的优势, 提高钻井速度, 降低综合成本, 提高经济效益, 为油田勘探开发整体水平的进一步提高发挥应有的作用。
经过分析研究出砂机理和防砂措施, 提高了油层防砂工作的合理性和针对性, 在油气产生中得到较好的应用效果。
油层防砂是涉及到钻井、 试采和采油多个工序的系统工程; 施工过程中各个环节的协调适配, 也是保障油层正常生产的重要因素。

参考文献:
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