保護(hù)油氣層生產(chǎn)技術(shù)研究

1、山東勝利職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）保護(hù)油氣層生產(chǎn)技術(shù)研究學(xué)生姓名:盧致學(xué) 號(hào)：201011008專業(yè)班級(jí)： 油氣開采10-1指導(dǎo)教師：李燕2013年5月17日目錄緒論 3第一章 巖心分析概述51 .巖心分析的目的 52 巖心分析的意義53 . 巖心分析的內(nèi)容7第二章 油氣田開發(fā)生產(chǎn)中的保護(hù)油氣層技術(shù)91. 油氣田開發(fā)生產(chǎn)中油氣層損害的特點(diǎn) 92. 采油過(guò)程中的保護(hù)油氣層技術(shù)102.1 工作制度不合理造成的油氣層損害 102.2 采油過(guò)程中的保護(hù)油氣層技術(shù)措施112.3 采油過(guò)程中保護(hù)油氣層實(shí)例 123. 酸化作業(yè)中的保護(hù)油氣層技術(shù)123.1 酸與油氣層巖石和流體不配伍造成的損害 123.2 不合

2、理施工造成的損害 123.3 典型實(shí)例 144. 壓裂作業(yè)中的油氣層損害及保護(hù)技術(shù)144.1 粘土礦物膨脹和顆粒運(yùn)移引起的損害 144.2 機(jī)械雜質(zhì)引起的堵塞損害 144.3 原油引起的乳化損害 144.4 支撐裂縫導(dǎo)流能力的損害 154.5 壓裂作業(yè)中保護(hù)油氣層技術(shù)15第三章 自適應(yīng)屏蔽暫堵鉆井液保護(hù)油氣層171. 自適應(yīng)屏蔽暫堵鉆井液保護(hù)油層機(jī)理171.1 膠束聚合物的作用原理171.2 可變形彈性粒子作用原理181.3 填充加固劑作用原理182. 自適應(yīng)屏蔽暫堵鉆井液性能評(píng)價(jià)182.1 自適應(yīng)性能192.2 油層保護(hù)性能20堵塞效果 20暫堵深度 21暫堵強(qiáng)度 212.3 溫度對(duì)暫堵效果

3、的影響 222.4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) 22錯(cuò)誤 ! 未定義書簽。第四章 結(jié) 論 24致謝 參考文獻(xiàn) 25刖百油氣層保護(hù)技術(shù)的研究是目前國(guó)內(nèi)外油田普遍關(guān)注的重要課題 , 屏蔽暫堵技術(shù)作為一種重要的油氣層保護(hù)技術(shù), 曾得到廣泛關(guān)注。但無(wú)論是傳統(tǒng)的屏蔽暫堵技術(shù)還是改進(jìn)的廣譜屏蔽暫堵技術(shù), 均采用架橋充填原理來(lái)實(shí)現(xiàn)屏蔽暫堵作用 , 都要求暫堵劑粒子尺寸與地層孔喉尺寸嚴(yán)格匹配, 準(zhǔn)確獲取地層孔隙尺寸及分布狀況是成功實(shí)施屏蔽暫堵技術(shù)的前提和關(guān)鍵。關(guān)鍵字： 保護(hù)油氣層；屏蔽暫堵鉆井液；巖心分析第一章 巖心分析概述巖心分析是指利用各種儀器設(shè)備來(lái)觀測(cè)和分析巖心一切特性的系列技術(shù)。巖心是地下巖石（層）的一部分，所以巖心分

4、析是獲取地下巖石信息十分重要的手段。1 .巖心分析的目的巖心分析的目的有三點(diǎn)：（ 1）全面認(rèn)識(shí)油氣層的巖石物理性質(zhì)及巖石中敏感性礦物的類型、產(chǎn)狀、含量及分布特點(diǎn)；（ 2）確定油氣層潛在損害類型、程度及原因；（ 3）為各項(xiàng)作業(yè)中保護(hù)油氣層工程方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)和建議。2巖心分析的意義保護(hù)油氣層技術(shù)的研究與實(shí)踐表明， 油氣層地質(zhì)研究是保護(hù)油氣技術(shù)的基礎(chǔ)工作，而巖心分析在油氣地質(zhì)研究中具有重要作用。油氣層地質(zhì)研究的目的是，準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)油氣層的初始狀態(tài)及鉆開油氣層后油氣層對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)，即油氣層潛在損害類型及程度。其內(nèi)容包括六個(gè)方面：（ 1）礦物性質(zhì)，特別是敏感性礦物的類型、產(chǎn)狀和含量；（ 2）滲流多孔

5、介質(zhì)的性質(zhì)，如孔隙度、滲透率、裂隙發(fā)育程度、孔隙及喉道的大小、形態(tài)、分布和連通性；（ 3）巖石表面性質(zhì)，如比表面、潤(rùn)濕性等；（ 4）地層流體性質(zhì)，包括油、氣、水的組成，高壓物性、析蠟點(diǎn)、凝固點(diǎn)、原油酸值等 ;（ 5）油氣層所處環(huán)境，考慮內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境兩個(gè)方面；（ 6）礦物、滲流介質(zhì)、地層流體對(duì)環(huán)境變化的敏感性及可能的損害趨勢(shì)和后果。其中，礦物性質(zhì)及滲流多孔介質(zhì)的特性主要是通過(guò)巖心分析獲得，從而體現(xiàn)了巖心分析在油氣地質(zhì)研究中的核心作用。圖 2-1 說(shuō)明了六項(xiàng)內(nèi)容之間的相互聯(lián)系，最終 應(yīng)指明潛在油氣層損害因素、預(yù)測(cè)敏感性，并有針對(duì)性地提出施工建議。內(nèi)容方法孔隙度常規(guī)條件總孔隙度、連通孔隙度氣測(cè)

6、法、煤礦油飽和法孔隙度儀模擬圍壓總孔隙度CMS-30Qir自動(dòng)巖心分析儀空氣滲透率、煤油滲透率、石常規(guī)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；滲透率儀CMS-3QQir自動(dòng)巖心分析儀石物物性模擬圍壓滲透率比表面壓汞或等溫吸附法理性質(zhì)相滲透率氣-水、油-氣、氣-油-水穩(wěn)態(tài)法、不穩(wěn)態(tài)法潤(rùn)濕性油濕、水濕、中間潤(rùn)濕接觸角測(cè)量、阿莫特（自吸人） 法、離心機(jī)法毛管壓力曲線測(cè)定孔孔隙-喉類型、大小、形態(tài)、連通鑄體薄片、圖象分析、SEM X射隙道性、分布線、CT掃描、NMR結(jié)構(gòu)孔喉大小、分布?jí)汗?、離心機(jī)法毛管壓力曲線測(cè)定骨粒度人小、分布篩析法、薄片粒度圖象分析后央、長(zhǎng)石

7、巖屑、石架顆接觸關(guān)系、成分、含量、鑄體薄片、陰極發(fā)光、XRD巖分石粒成巖變化析、紅外光譜弟 構(gòu)與 礦 物粘土礦物產(chǎn)狀鑄體薄片、SEM填 隙 物類型、成分、含量鑄體薄片、XRD紅外光譜、沉降 分離法、電子探針或能譜非粘土 礦物產(chǎn)狀巖石薄片、SEM類型、成分、含量薄片染色、XRDir巖分析、紅外光譜、碳酸鹽含量測(cè)定表2-1巖心分析揭示的內(nèi)容及所用的方法3.巖心分析的內(nèi)容巖心分析的樣品可以來(lái)自全尺寸成形的巖心、也可以是井壁取心或鉆屑。經(jīng)驗(yàn)表 明，鉆屑的代表性很差，故通常使用成形巖心，而且多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以進(jìn)行配套分析, 便于找出巖石各種參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系巖石結(jié)構(gòu)與礦物分析、孔隙結(jié)構(gòu)的測(cè)定要在了解油氣層

8、巖性、物性、含油氣性、電性的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地進(jìn)行選樣分析圖2-1保護(hù)油氣技術(shù)中油氣層地質(zhì)研究的內(nèi)容及巖心分析的作用圖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的柱塞。鑄體薄片、掃描電鏡、 壓汞分樣需在同一柱塞上進(jìn)行，這有利于建立孔隙分布與孔喉分布參數(shù)間的關(guān)系，以 及孔隙結(jié)構(gòu)與巖性、物性、粘土礦物之間的聯(lián)系。 XR防析可以用碎樣，但應(yīng)清除被泥 漿污染的部分，否則會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。電子探針?lè)治隹捎闷渌瞬浚@樣在所有 分析項(xiàng)目完成后，就能指出潛在的損害類型及原因，預(yù)測(cè)不同滲透率級(jí)別（儲(chǔ)層類型） 的油氣層的敏感程度，正確解釋敏感性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)對(duì)油氣層中巖心取樣的分

9、析，我們可對(duì)油氣層進(jìn)行詳細(xì)了解，分析油氣層損 害因素、預(yù)測(cè)油氣層敏感性，并有針對(duì)性地對(duì)保護(hù)該區(qū)域油氣層提出有效地施工建議。第二章 油氣田開發(fā)生產(chǎn)中的保護(hù)油氣層技術(shù)1.油氣田開發(fā)生產(chǎn)中油氣層損害的特點(diǎn)油氣田開發(fā)生產(chǎn)過(guò)程是油氣層發(fā)生動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程。油氣層一旦投入開發(fā)生產(chǎn)，油氣層的壓力、溫度及其儲(chǔ)滲特性都在不斷地發(fā)生變化。同時(shí)，各個(gè)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(guò)程主要包括以下幾個(gè)方面：（ 1）在油氣層的儲(chǔ)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(chǔ)、滲空間不斷改變。例如：粘土礦物遇淡水發(fā)生膨脹，引起 儲(chǔ)

10、、滲空間減少，嚴(yán)重時(shí)堵塞孔道，外來(lái)固相微?；蚋鞣N垢的堵塞作用，使儲(chǔ)、滲空間縮?。唬?3）巖石的潤(rùn)濕性改變或潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)。例如：陽(yáng)離子表面活性劑能改變油層巖石的 表面性質(zhì)；（ 4）油氣層的水動(dòng)力學(xué)場(chǎng)（壓力、地應(yīng)力、天然驅(qū)動(dòng)能量）和溫度場(chǎng)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(duì)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(huì)造成水敏損害。諸如上述多種變化常常表現(xiàn)為固相微粒堵塞、微粒運(yùn)移、次生礦物沉積、結(jié)垢、乳化堵塞、潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)、細(xì)菌堵塞、出砂等等多種損害方式。其本質(zhì)是不斷地改變油、氣、水的相對(duì)滲透率。如果開發(fā)生產(chǎn)中措施得當(dāng)，避免了損害，保護(hù)了油

11、氣層，就可改善油、氣的相對(duì)滲透率，可望獲得高的采收率；反之，若措施不當(dāng)，損害了油氣層，則可能降低油、氣、水的相對(duì)滲透率，得到的是一個(gè)低的采收率。因此，油氣田開發(fā)生產(chǎn)中油氣層保護(hù)技術(shù)的核心是防止油氣層的儲(chǔ)、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。與鉆井、完井油氣層保護(hù)技術(shù)相比，油氣層開發(fā)生產(chǎn)中的油氣層損害具有如下特（ 1）損害周期長(zhǎng)。幾乎貫穿于油氣田開發(fā)生產(chǎn)的整個(gè)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(diǎn)（一口 井）到面（整個(gè)油氣層）；（ 3）更具有復(fù)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(fù) 雜，地面設(shè)備多、流程長(zhǎng)，工

12、藝措施種類多而復(fù)雜，極易造成二次損害；（ 4）更具疊加性。每一個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)都是在前面一系列作業(yè)的基礎(chǔ)上疊加進(jìn)行的， 加之作業(yè)頻率比鉆井、完井次數(shù)高，因此，損害的疊加性強(qiáng)。2. 采油過(guò)程中的保護(hù)油氣層技術(shù)對(duì)于采油過(guò)程，雖然沒有外來(lái)流體進(jìn)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(chǎn)壓差過(guò)大或開采速率過(guò)高。其損害可歸納為以下四個(gè)方面。 應(yīng)力敏感效應(yīng)由于生產(chǎn)壓差過(guò)大或開采速率過(guò)高，使近井壁區(qū)井底帶巖層結(jié)構(gòu)破壞，膠結(jié)強(qiáng)度破壞，發(fā)生出砂。采油速度過(guò)快，油流在臨界流速以上時(shí)，增加了產(chǎn)層流體對(duì)砂粒的摩擦力

13、、粘滯力和剪切力，加劇砂粒運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，巖石骨架和膠結(jié)物的強(qiáng)度受到破壞，微粒開始運(yùn)移，砂和固相微粒被油攜帶并不斷地堵塞儲(chǔ)、滲空間，損害地層。 生產(chǎn)壓差由于生產(chǎn)壓差過(guò)大或開采速率過(guò)高，發(fā)生底水錐進(jìn)，邊水指進(jìn)，造成生產(chǎn)井過(guò)早出水。從滲流的角度考慮，原來(lái)的單相流（油）變?yōu)閮上嗔鳎ㄓ汀⑺?。油和水由于界面張力以及與巖石潤(rùn)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(dòng)能力。當(dāng)它們的尺寸大于孔喉大小時(shí)，就會(huì)堵塞孔隙，降低油、氣的儲(chǔ)、滲空間，從而使油的相對(duì)滲透率降低，油氣層受到損害。從鹽垢生成的機(jī)理角度考慮，當(dāng)注入水突破時(shí)，由于注入水與地層水在近井地帶充分混合產(chǎn)生鹽垢，而地層壓力系統(tǒng)的壓力

14、降低更加劇了這種鹽垢的生成，致使油層受到損害。 結(jié)垢油氣田一旦投入生產(chǎn)，就有油、氣從油氣層中采出，原有的熱動(dòng)力學(xué)和化學(xué)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(huì)導(dǎo)致無(wú)機(jī)垢的產(chǎn)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(jī)垢產(chǎn)生。 結(jié)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(dāng)油氣層壓力降到低于飽和壓力時(shí)，氣體不斷地從油中析出，油氣層儲(chǔ)、滲空間的流體由單相變?yōu)橛?、氣兩相流?dòng)，必然造成油的相對(duì)滲透率下降，影響最終采收率。2.2 采油過(guò)程中的保護(hù)油氣層技術(shù)措施 生產(chǎn)壓差及采油速率的確定根據(jù)油氣層的儲(chǔ)量大小、集中程度、地層能量、

15、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(chǎn)中的垂向、水平向距離，通過(guò)試井和試采及數(shù)模方案對(duì)比，優(yōu)化得出采油工作制度；然后做室內(nèi)和室外礦場(chǎng)評(píng)價(jià)，最終確定應(yīng)采用的工作制度。值得強(qiáng)調(diào)的是：若新區(qū)投產(chǎn)，所采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是投產(chǎn)前取得的數(shù)據(jù)；若老區(qū)改造，其數(shù)據(jù)為改造前再認(rèn)識(shí)油氣層的數(shù)據(jù)。要充分重視采油過(guò)程中損害的“動(dòng)態(tài)”特點(diǎn)。 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(dá)到同一產(chǎn)量的油井維持較高的井底壓力，充分延長(zhǎng)自噴期，降低生成成本。同時(shí)，保持地層壓力可以延緩或減少原油中溶解氣在采油生產(chǎn)中的逸出時(shí)間，以及減緩油層的出砂趨勢(shì)，提高采收率。保持地層壓力開采，可避免氣

16、相的出現(xiàn)和壓力降低引起有機(jī)垢及無(wú)機(jī)垢等損害發(fā)生。我國(guó)多數(shù)油田采用早期注水開發(fā)以保持油氣層壓力，這對(duì)保護(hù)油氣層是十分有利的措施之一。 對(duì)不同的油氣層采用不同的預(yù)防損害措施每個(gè)油氣層巖性和流體都有自身的特點(diǎn)，應(yīng)采取的預(yù)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(xiàn)多相流，防止氣鎖和乳化油滴的封堵?lián)p害。當(dāng)油氣層為中、高滲的疏松砂巖時(shí)，應(yīng)正確地選擇完井方法、防砂措施、合理地生產(chǎn)壓差，以減少油氣層損害；對(duì)于碳酸巖地層，要盡量避免在采油過(guò)程中產(chǎn)生碳酸鈣沉淀，堵塞孔道。對(duì)于中、低滲的稠油層，要盡可能地預(yù)防有機(jī)垢。2.3 采油過(guò)程中油氣田保護(hù)的具體運(yùn)作在某油田的開發(fā)生產(chǎn)中，由于

17、采用了保護(hù)油氣層技術(shù)，收到了良好的效果。從各井收集的資料和數(shù)據(jù)來(lái)看， 采油產(chǎn)量提高了20%。 以前該油田常常會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象， 對(duì)油田的產(chǎn)量、油田的綜合利用率產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，甚至帶來(lái)不必要的損失。而由于采用了保護(hù)油氣層技術(shù)，堅(jiān)持預(yù)防為主，解決了堵塞問(wèn)題，避免了對(duì)石油開采帶來(lái)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(hù)油氣層技術(shù)酸化作業(yè)中的油氣層損害可歸納為兩個(gè)主要方面：一方面是酸與油氣層巖石和流動(dòng)不配伍造成的；另一方面是由于施工中管線、設(shè)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(guò)向油氣層注入酸液使之與巖石和膠結(jié)物

18、的某些成分以及堵塞物質(zhì)發(fā)生化學(xué)溶解反應(yīng)，并盡可能地將其反應(yīng)物排出到地面，以此達(dá)到溝通地層原有的孔喉和裂縫，擴(kuò)大油氣儲(chǔ)、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(yùn)移及酸液與巖石礦物反應(yīng)產(chǎn)生二次沉淀。 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(chǎn)生酸渣、酸液與油氣層中的水不配伍產(chǎn)生沉淀3.2 不合理施工造成的損害 施工管線設(shè)備銹蝕物帶入油氣層生成鐵鹽沉淀； 排液不及時(shí)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

19、，酸化作業(yè)中的保護(hù)油氣層技術(shù)要從避免產(chǎn)生上述損害入手。（ 1）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(shí)，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(dá)到不沉淀，不堵塞，不降低油氣層儲(chǔ)、滲空間，有利于油、氣的采出的目的。同時(shí)應(yīng)盡可能降低成本。（ 2）使用前置液前置液的作用有以下四個(gè)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(yīng)生成氟硅酸，然后氟硅酸與地層水中的K+、Na將離子反應(yīng)生成氟硅酸鉀（K2SiF6

20、）、氟硅酸鈉（NaSiFe）等沉淀； 溶解含鈣、含鐵膠結(jié)物，避免浪費(fèi)昂貴的氫氟酸（ HFF ,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(rùn)濕，減少?gòu)U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(hù)油氣層的重要技術(shù)指標(biāo)之一。當(dāng)酸液濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)溶解過(guò)量的膠結(jié)物和巖石的骨架，破壞巖石結(jié)構(gòu)，引起巖石顆粒剝落，引起堵塞。當(dāng)酸液濃度過(guò)低時(shí)，不僅達(dá)不到酸化的目的，還會(huì)產(chǎn)生二次沉淀，因此，當(dāng)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(shí)排液殘酸在油層中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)

21、，會(huì)造成二次沉淀，結(jié)垢堵塞地層。因此，必須及時(shí)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(shí)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(kuò)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(chǎn)能。這種方法，既保護(hù)了該井周圍的油氣層，又提升了原油的產(chǎn)量。4. 壓裂作業(yè)中的油氣層損害及保護(hù)技術(shù)壓裂作業(yè)中產(chǎn)生的油氣層損害包括兩個(gè)方面：壓裂液與地層巖石和流體不配伍產(chǎn)生的對(duì)地層的損害；不良的壓裂液添加劑、支撐劑對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力的損害。4.1

22、粘土礦物膨脹和顆粒運(yùn)移引起的損害粘土礦物與水基壓裂液接觸，立即膨脹，使得儲(chǔ)、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(shí)分散、剝落、隨壓裂濾液進(jìn)入油氣層或沿裂縫運(yùn)動(dòng)，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(shí)，水敏、速敏反應(yīng)是常常發(fā)生的損害方式。4.2 機(jī)械雜質(zhì)引起的堵塞損害壓裂過(guò)程中，機(jī)械雜質(zhì)堵塞孔隙和裂縫通道，縮小儲(chǔ)、滲空間，降低相對(duì)滲透率是重要的損害方式。機(jī)械雜質(zhì)包括四個(gè)方面的來(lái)源：壓裂液基液攜帶的不溶物；成膠物質(zhì)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(lái)的微粒。它們被統(tǒng)稱為壓裂殘?jiān)?。大顆粒的殘?jiān)趲r石表面

23、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?jiān)鼊t穿過(guò)濾餅隨壓裂液進(jìn)入油氣層深部，堵塞孔喉及孔隙?？p壁上的殘?jiān)S壓裂液的注入，沿支撐縫移動(dòng)，壓裂結(jié)束后，這些殘?jiān)盗?，堵塞填砂裂縫，降低了裂縫的導(dǎo)流能力，嚴(yán)重時(shí)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(zhì)、瀝青、蠟等，壓裂時(shí)壓裂液的流動(dòng)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(hù)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(chǎn)生賈敏效應(yīng)，增加了流體流動(dòng)阻力，液阻效

24、應(yīng)有時(shí)會(huì)疊加產(chǎn)生，有時(shí)會(huì)聚集造成更嚴(yán)重的液堵。4.4 支撐裂縫導(dǎo)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(qiáng)度高；（4）圓球 度好。若支撐劑選擇不當(dāng)，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(jìn)入油氣層，就會(huì)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(dǎo)流能力的損害，是可以人為控制的。4.5 壓裂作業(yè)中保護(hù)油氣層技術(shù)選擇與油氣層巖石和流體配伍的壓裂液根據(jù)被壓裂的油氣層的特點(diǎn)，有針對(duì)性地選用壓裂液，如下表所示油氣層特點(diǎn)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、返

25、排差的油層無(wú)殘?jiān)虻蜌堅(jiān)鼔毫?液濾失量低的壓裂液返排能力強(qiáng)的壓裂液表面活性劑高溫油層耐高溫抗男壓裂液密度大、摩阻低壓裂液滿足經(jīng)濟(jì)成本要求 選擇合理的添加劑在使用添加劑時(shí)，應(yīng)考慮兩點(diǎn)：（I）添加劑之間不發(fā)生沉淀反應(yīng)，以避免生成 新的沉淀垢堵塞孔喉和裂縫；（n）成本合理。 合理選擇支撐劑支撐劑的要求是粒徑均勻、強(qiáng)度高、雜質(zhì)含量少、圓球度好。對(duì)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(duì)于更高閉合壓力的油氣層，只有采用高強(qiáng)度支撐劑，例如使用陶?！，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，陶粒作為支撐劑無(wú)論就幾何形狀（圓度、球度）或強(qiáng)度都比較理想，而且耐高溫（可達(dá)200）抗化學(xué)作用性能好，用于油氣層壓裂措施可大大減少

26、由于支撐劑性能不好所帶來(lái)的油氣層及支撐裂縫的損害。第三章自適應(yīng)屏蔽暫堵鉆井液保護(hù)油氣層1 .自適應(yīng)屏蔽暫堵鉆井液保護(hù)油層機(jī)理自適應(yīng)屏蔽暫堵鉆井液的主要成分為自適應(yīng)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(dāng)達(dá)到臨界濃度時(shí)，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(gè)疏水的內(nèi)核，由聚合物的疏水基團(tuán)構(gòu)成，外層由聚合物的親水鏈段包裹，形 成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到穩(wěn)定。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

27、聚合物由鏈內(nèi)締合發(fā)展到鏈間締合，從而在巖石表面形成 封閉膜（圖1）.2，1合劫跤"庵成的低圖1 聚合物膠束封閉膜作用機(jī)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(huì)壓縮，并進(jìn)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(wú)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(zhǎng)度的限制，封 閉膜厚度不可能大于兩倍分子伸展長(zhǎng)度；二是成膜分子在膜面的二維空間內(nèi)能夠比較 自由地運(yùn)動(dòng)，而在垂直于膜面的第三維空間內(nèi)受到很大限制。這意味著構(gòu)成聚合物膠束的兩個(gè)定向單層的分子不容易發(fā)生交換, 不容易穿過(guò)膠束層。這是因?yàn)槿魏畏肿右?從膠束層一

28、側(cè)穿到另一側(cè)都必須既通過(guò)極性區(qū)又通過(guò)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(diǎn)。聚合物的上述特點(diǎn)是其具有自適應(yīng)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(jìn)入漏層后有一定的擴(kuò)張?zhí)畛浜蛢?nèi)部擠緊壓實(shí)的雙重作用，同時(shí)具有一定的可變形性，使其能夠適應(yīng)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(kuò)大聚合物膠束的自適應(yīng)封堵范圍 , 使自適應(yīng)屏蔽暫堵鉆井液的自適應(yīng)優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)度更大的屏蔽暫堵帶。1.3 填充加固劑作用原理在壓差的作用下，填充加固材料進(jìn)入由彈性材料和聚合物膠束

29、形成的封堵層微孔隙，有利于進(jìn)一步降低封堵層的滲透率，增強(qiáng)封堵層的強(qiáng)度，提高封堵層的承壓能力。2 . 自適應(yīng)屏蔽暫堵鉆井液性能評(píng)價(jià)取勝利油田某井井漿, 分別加入不同種類和不同數(shù)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(duì)各鉆井液體系進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。 復(fù)合暫堵劑主要由油溶性樹脂與超細(xì)碳酸鈣組成，粒徑為2100m,是近幾年來(lái)油田普遍使用的一種屏蔽 暫堵劑。戰(zhàn)數(shù)后量性瞰/ ERar)喇V西AP獻(xiàn)上泣13MUO11力.月HK犯J7.i乂一11.5二1+冊(cè)ZH強(qiáng)0F 1 VH ；4.5以。：7,.i：沌引四-:即耐粉:匯il6概+1%曼球樹整：6,?工6.274M5.68猱

30、削抬科列43.!2 5U9 1Q瓶斷蹶然解HHw4：,02i,o口.16由表1可以看出，加入自適應(yīng)屏蔽暫堵劑ZPJ對(duì)鉆井液粘度及動(dòng)切力影響大，濾失量明顯下降，證明ZPJ的加入對(duì)鉆井液性能具有一定的改善作用。2.1 自適應(yīng)性能為了評(píng)價(jià)自適應(yīng)屏蔽暫堵鉆井液對(duì)不同孔徑分布的油層的封堵作用，使用人造巖心、動(dòng)態(tài)濾失模擬試驗(yàn)裝置和巖心流動(dòng)試驗(yàn)儀，按照文獻(xiàn)10和11介紹的評(píng)價(jià)程序,采用配方4分別對(duì)不同滲透率的巖心進(jìn)行了封堵試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可以看出，自適應(yīng)屏蔽暫堵鉆井液對(duì)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(yīng)屏蔽暫堵鉆井液能在一定范圍內(nèi)對(duì)不 同孔徑分

31、布的油層產(chǎn)生良好的封堵效果，克服了傳統(tǒng)屏蔽暫堵技術(shù)對(duì)地層孔隙尺寸的 依賴，顯示出較好的自適應(yīng)特征。表2堵塞奴果評(píng)少試蹌結(jié)果巖C.序號(hào)污梟的巖二濯速率 也口 T一潞透率堵塞率石愕1S7- 599.4«121,1抽12J? IliXJ.O4墓4, 5訥6457. S11X).0ri541,S97.3s舞5T95.29105L092.012.2 油層保護(hù)性能堵塞效果采用人造巖心，用各種鉆井液配方（表1 ）對(duì)巖心進(jìn)行污染評(píng)價(jià)試驗(yàn)。污染試驗(yàn) 條件為：壓差3.5MPa,溫度80 C ,剪切速率100s-1 ,污染時(shí)間60min。測(cè)定污染前、后的滲透率時(shí)，壓力恒定。試驗(yàn)結(jié)果見表3。表3堵塞效果訝色

32、試整結(jié)果字號(hào)而，%污染制切長(zhǎng)滿速率恢境率,打【產(chǎn)咻：L ,' DIEA/%1343.工3 7M 1 -to-23.27413.46* 45.0立»三占31"1<M.24三差.S100*05. Q不C34斗.63 X99.264LI.342, 5?t0及N7:5t<< 1：,二產(chǎn)11rA 1 一 |T1 j 1 £. 1 r4 57+a74. 5V.1二. £493翔543382由表3可以看出，與井漿相比，采用屏蔽暫堵技術(shù)后，滲透率堵塞率有明顯提高，即對(duì)污染端造成較嚴(yán)重的堵塞；含自適應(yīng)屏蔽暫堵劑ZPJ的鉆井液比含復(fù)合暫堵劑的鉆 井

33、液堵塞程度更高。止匕外，當(dāng)體系ZPJ的含量達(dá)到3%時(shí),滲透率堵塞率達(dá)100%從而 避免了鉆井液濾液進(jìn)一步侵入油氣層內(nèi)部。暫堵深度鉆井液對(duì)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(duì)上述被鉆井 液污染的巖心沿污染端進(jìn)行切片，3-4測(cè)剩余巖心的正向滲透率，并計(jì)算滲透率恢復(fù)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(fù)率有了明顯提高， 其中被自適應(yīng)屏蔽暫堵鉆井液污染的巖心滲透率恢復(fù)率更高，表明采用自適應(yīng)暫堵技術(shù)確實(shí)可在距污染面很短的距離內(nèi)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(jìn)入油層。結(jié)合堵塞程度評(píng)價(jià)結(jié)果，可選擇配方4作為自適應(yīng)屏蔽暫堵鉆井液的最優(yōu)配方。暫

34、堵強(qiáng)度暫堵帶強(qiáng)度越大，越能經(jīng)受激動(dòng)壓力的沖擊，暫堵效果就越好，相反，暫堵帶強(qiáng)度 越低，在激動(dòng)壓力的沖擊下，越容易被突破，從而產(chǎn)生新的污染，達(dá)不到保護(hù)油層的目 的。取不同滲透率的人造巖心，用配方4進(jìn)行污染，通過(guò)測(cè)定不同驅(qū)替壓力下的滲透4 率來(lái)評(píng)價(jià)暫堵強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見表4。由表4可以看出，隨驅(qū)替壓力的增大，巖心的滲透率逐漸降低，當(dāng)驅(qū)替壓力達(dá)到 9MPa，巖心的滲透率接近或等于零,也就是說(shuō),當(dāng)壓力為9MP寸,未見滲透率突然增 加，說(shuō)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。表4暫堵強(qiáng)度得析試薨結(jié)果石污染.傕速率不同壓力下的棒透率與“二心3. 5 M Pa5 MP

35、a7 M Pa$M Pa1157,40. OBI0.00017K, 3S此0, Wb必那124S. 2d 102a必口. W2tJ.RU4”7, 30, ()95(LOW二二 3 80. 076：X 501 0a30(0016198. 2d 01H(1 n【a口. OCC0*000r通36 H50.0090,005U.0D12.3 溫度對(duì)暫堵效果的影響為了評(píng)價(jià)自適應(yīng)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(jìn)行不同溫度下的屏蔽暫堵效果試驗(yàn)，結(jié)果見表6。由表可以看出，在所研究的溫度范圍內(nèi)， 滲透率堵塞率都較高，超95%證明自適應(yīng)屏蔽暫堵鉆井液在 50120 C均可建立良好 的屏蔽暫堵環(huán)

36、在所研究的污染溫度范圍內(nèi)，切去污染端后各巖樣的滲透率恢復(fù)率大于 97%表6不同ia度條件下配方4的暫堵效果七污柒君滋透率港透率堵污融切浩透率恢心一塞率,啜長(zhǎng) L. mmSt串樂(lè)1義卜151.67. 75. 1一27：）（5間Q5. 2:口222.45. 74前：43.54. H河72X眼卜5. 16100g機(jī)25. 4箝門71L0。工X6, 口"4K10【3工955. 7弘72.4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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0.0040.010 m ,平均值為0.007 m ,為低孔特低滲儲(chǔ)層， 水敏損害及水鎖效應(yīng)強(qiáng)，且油層段煤層較