毕业论文怎样保护好油气层

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1、毕业设计(论文)题目：如何保护好油气层如何保护好油气层摘要：本文通过对造成油气层损害的原因的分析，从而得出保护油气层的本质是保护油气层的渗透率的结论，从其产生的危害与造成的损失，认识到保护油气层的重大意义。文中主要通过对油气层损害机理，油气层敏感性的评价方法和油气层的具体保护措施以与获得的成果和存在的问题等方面，从不同角度论述了油气层损害的原因和解决这些问题的方法。全文主要通过调查研究和实验评估以与从实际的工艺中寻求解决的方法，并在这些方面与钻井工艺方面取得了富有成效的进展，并获得了明显的效果。目 录 1 前言 - 12 油气层损害的机理 - 13 油气层损害的评价方法 - 3 4 油气层保护

2、的具体措施 - 54.1缩短钻井液完井液的油层浸泡时间- 6 4.2采用近平衡技术钻进- 74.3钻井液的固相控制 - 8 4.4油层保护材料的使用 -114.5井漏的预防和处理 -12 4.6保护油气层的固井工艺技术 -135 结论-15参考文献 -16附录A附录B1 前言 钻井与完井的最终目的在于钻开储层并形成油气流动的通道，建立油气井良好的生产条件。然而，实际经验表明，在钻井、完井、修井与增产措施的每个作业过程中，都有可能造成人为地损害污染，从而造成大规模的降低油气井的产能，宏观上表现为油气层渗透率降低。随着油气藏类型的增加，勘探和开发的难度越来越大，油气层的保护变得刻不容缓。如今在保护

3、油气层技术领域已取得丰硕的成果。主要方面体现在：1.1室评价方法和储集层敏感性评价技术发展1.1.1岩心分析技术与储集层敏感性评价标准的建立；1.1.2储集层损害机理的研究；1.1.3建立了相应的装备；评价方法与仪器；1.2保护油气层的钻井液，完井液的发展1.2.1研究并搞清了钻井液与其组份损害油气层的原因；1.2.2研制出各种处理剂和钻井液，完井液配方；1.3采用欠平衡的钻井技术1.4钻井液固相控制的发展1.5负压射孔工艺技术的研究等 本课题主要解决的问题是储集层的渗透率问题，主要采用油层物性、x射线衍射，差热，岩化，岩心分析的方法从油层的物理，化学性质的现场试验和室试验总结出经验解决的方法

4、，而且在此基础上不断的探索和改进，并在理论与现场的应用中得到了认可，还在保护油气层的钻井工艺技术上获得了丰富的现场经验，并取得了明显的效果。这些将为今后的研究工作打下坚实的基础。本文主要就保护油气层的几种具体措施加以评述。2 油气层损害的机理 油气层损害机理是指在油气井作业过程中导致储集层渗流阻力增加和渗透率降低的原因，以与所经历的物理、化学变化过程。它可以直接影响到油气田勘探进程和开发效果，因而油气层损害机理研究是保护油气层技术中不可少的基础工作。2.1油气层的潜在损害因素 油气层的潜在损害因素是指导致渗透率降低的油气层在的因素，它包括以下方面：2.1.1油气层储渗空间首先从微观角度来看，孔

5、喉类型和孔隙结构参数与油气层损害关系很大。一般情况下，若孔喉直径较大，则固相颗粒的侵入深度较大，因固相堵塞造成的损害就会比较严重，而滤液造成的水锁，气阻等损害的可能性较小；此外，如果孔喉的弯曲度越大和连通性越差，则油气层越易收到损害。再从宏观方面来看，损害类型在很大程度上取决于储层的孔隙度和原始渗透率。对于渗透率较高的储层，可推出其空隙尺寸较大且连通性较好，胶结物含量较低，这种情况下受固相侵入而造成的损害较大；而对低渗透率油气层，由于其孔喉尺寸小且连通性差，胶结物含量高，因而固相造成的损害不是主要的，而容易发生诸如粘土水化膨胀，微粒运移和水锁等损害。2.1.2油气层的敏感性矿物敏感性矿物是指油

6、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。绝大数敏感性矿物属于自生矿物，其粒径在小于37m的微粒级围之，多数位于孔喉附近；因而总是与外来流体相接触并相互作用。敏感性矿物的类型基本上决定了油气层损害的类型。2.1.3油藏岩砂的润湿性润湿性是油藏岩石最重要的表面特性，它一般分为亲水性，亲油性和中性润湿等三种情况。在油气开采过程中，油藏岩石的润湿性有以下作用： 2.1.3.1润湿性是控制地层流体在空隙介质中的位置，流动和分布的重要因素。对于亲水性岩石，水通常吸附于颗粒表面或占据小空隙角隅，油气则位于空隙中间部位，而亲油性岩石正好出现于此相反的情况。 2.1.3.2润湿性决定

7、着岩石中毛管力的大小和方向。由于毛管力的方向中总是指向非润湿相一方，因此对于亲水性岩石，毛管力是水驱动油的动力；而对于亲油性岩石，毛惯力则是水驱油的阻力。 2.1.3.3润湿性对油气层中微粒运移情况有很大的影响。一般只有当流动着的流体润湿微粒时，运移才容易发生。 2.1.3.4油气层流体性质：除油气藏岩石外，油气层流体也是引起损害的潜在因素。因此在进行钻井液等工作流体的设计时，必须全面了解地层水，原油和天然气的性质。2.2油气层损害的主要类型 综合分析各施工工序中的油气层损害问题，可以将油层损害归纳为以下几种不同类型：2.2.1水敏性损害。 水敏性指岩石与外来水接触后，其中的粘土矿物发生水化膨

8、胀，分散脱落，运移，而导致地层渗透率降低的现象。水敏性损害是各种油层损害类型中最复杂，最主要的一种。产生水敏性损害的原因，一方面是由于膨胀性粘土遇水膨胀，减少了油层的孔隙通道；另一方面是一些非膨胀粘土遇水产生分散脱落，释放微粒并且微粒随流体运移堵塞孔隙通道。2.2.2酸敏性损害。酸敏性损害实质岩石与酸液接触后，发生有害反应生成沉淀或是岩石解体产生的地层微粒，而引起油层渗透率降低的现象。2.2.3微粒运移损害。微粒运移是指由于流体速度高或压差波动较大，是储层中固有的颗粒脱落，随流体发生移动。在孔隙通道中形成桥堵堆积而阻挡流体流动。2.2.4结垢损害。地层结构泛指在地层孔隙形成的各种沉淀物，它包括

9、无机垢和有机垢两大类。形成结构是由于地层岩石和流体的在原因和外界物理化学因素引的。2.2.5水锁损害。水锁一般指由于水进入油层引起的液体堵塞，它是一种物理原因的损害。一方面，由于外来水的渗入改变油层的油水分布，含水饱和度增大而含油饱和度降低，必然导致油相渗透率降低。另一方面，由于水的渗入，油层孔道中呈现两相共流状态，不连续相则形成液珠。液柱在流动过程中将产生阻碍流动的各种毛管力效应。2.2.6润滑性改变损害。不同油层岩石表面具有不同的电性与润滑性，一般可分为亲油性岩石和亲水性岩石两大类。这里所说的润湿改变损害是指由于岩石吸附化学剂改变岩石表面润湿性而造成油层油相渗透率下降的损害。2.2.7固相

10、颗粒侵入损害。固相颗粒侵入是指入井流体直接将固相颗粒带入地层，堵塞孔隙通道，而损害油层渗透率。2.2.8出砂损害。当油层岩石属于弱胶结或未胶结型时，在高速采油的情况下，岩石结构的完整性遭到破坏，发生解体，形成松散的沙粒或微粒物质。其中较大的颗粒随油流向井筒，造成油井出砂，堵塞生产层段。3 油气层损害的评价方法3.1评价试验的作用：它用于研究储层损害问题，揭示了大量关于储层损害机理、损害原因、损害类型的认识问题，提出了很多防止储层损害的措施。3.2评价试验的目地：弄清楚储层潜在的损害因素，与外界对储层的影响；弄清在因、外因的影响下，储层损害类型与程度，筛选合理的防治措施。3.3评价的方法：储层敏

11、感性系统评价和模拟动态施工过程中的工程模拟试验。3.4技术原理：根据达西定理：K = (QL) / (AP) (3-1)式中 Q_ 流量，/ S；_流体粘度，Pa . s；A _ 岩心截面积，；P _ 压差，Pa；L _ 岩心长度，m；K _ 岩心的绝对渗透率，。由于平方米作为渗透率的单位特别大，一般采用平方微米表示渗透率。而目前在工程上仍普遍地使用达西作为渗透率的单位。根据达西定理，测定注入各种外来液体前后的岩样源渗透率的变化，评价储层敏感程度。3.5实验容：3.5.1岩石渗透率的测定 岩石渗透率的定义：表示岩石渗透性大小的量，是储层的重要物性参数，是油藏岩石渗透性的量度。 实验方法：空气渗

12、透率法原理：空气渗透率法亦称气测法，是应用空气或氮气来测量岩心渗透率的常规方法。测量时，当气体压力从岩心进口压力变化到时，流过岩心的气体体积和流速必定变化。因此，在计算渗透率时，必须采用平均压所对应的平均体积流量。假如把气体体积膨胀视为等温过程，按气态方程，则有： （3-2） 式中： _ 大气压力；_ 下的体积流量；_ 平均压力， = ；_下的体积流量。 整理式（3-1）和（3-2）后可得： K = （3-3）因此，用气体测定岩心渗透率并用公式（3-3）计算时，要用标准状况下的气体体积量，而不是用或。鉴于压力对气体渗透率的影响。在矿场的岩心分析中一般采用进口压力=0.1Mpa的空气渗透率为岩石

13、绝对渗透率。3.5.2岩石孔隙度的测定 岩石孔隙度的定义：是指参与渗流的连通孔隙体积与岩石的外表体积的比值。定义为： （3-3） 式中： _ 岩石的有效孔隙度，百分数；_ 岩石连通孔隙体积，；_ 岩石外表体积，； 实验方法：3.5.2.1液体饱和法 原理：在岩样抽空饱和液体前后进行称重，其质量差除以饱和液体的密度，即为岩石的连通孔隙体积。 3.5.2.2气体体积法原理：根据波义耳-马略特定率，当一定容积的压力室与处于大气压条件下的岩样室相连通时，根据压力的变化，就能测出岩样的连通孔隙体积。常用的实验装置时氦孔隙计。在油气田开发中，根据孔隙度、渗透率值划分储层的性能标准如下表： 表3-1 储层性

14、能划分标准 储层性质孔隙度（%）渗透率（）特高孔隙度，高渗透率30 2000高孔隙度，高渗透率 25-30 500-2000中孔隙度，中渗透率 15-25 100-500低孔隙度，低渗透率 10-15 10-100特低孔隙度，低渗透率 10 103.5.2.3岩石粒度分析岩石粒度分析是测量碎屑岩粒度组成的一项常规岩心分析项目。粒度组成是指构成碎屑沉积岩的各种大小不同颗粒的含量。粒度是碎屑沉积物的重要结构特征和岩石分类命名的基础。同时，掌握砂岩粒度组成有助于分析判断地层微粒的运移规律，也是出砂地层选择完井方式的重要基依据。3.6岩心分析：3.6.1概念：岩心分析（Core Analysis）是认

15、识油气层地质特征的必要手段。油气层敏感性评价，损害机理的研究，对油气层损害综合诊断和保护油气层技术方案制定等都必须建立的岩心分析基础上。因此，岩心分析是保护油气层技术中不可缺少的基础工作。3.6.2目的：全面认识油藏岩石的物理性质与岩石中敏感性矿物的类型，产状，含量与分布特点，确定油气层潜在损害的类型，程度机原因，从而为各项作业中保护油气层工程方案的设计提供依据和建议。 3.6.3实验方法： X-射线衍射法； 薄片法； 扫描电镜（SEM）分析；3.7工作液对油气层的损害评价：钻井液（Drilling Fluids），完井液（Completion Fluids），水泥浆（Cement Fluid

16、s），射孔液（Perforation Fluids），压井液（Well Control），洗井液（Washing Fluids），修井液（Workover Fluids）。等外来流体统称为工作液。开展本项评价试验的目的是通过测定工作液侵入油藏岩石前后渗透率的变化，来评价工作液对油气层的损害程度，判断它与油气层之间的配伍性，从而为优选工作液的配方和施工工艺参数提供实验依据。4 油气层保护的具体措施 有了以上对油气层损害机理的研究和理论分析，并且依据油气层损害评价的实验方法为依据，可以提出以下保护措施：4.1缩短钻井液完井液的油层浸泡时间： 原理：钻井液浸泡时间越长，滤液的侵入量则越多，损坏程度也

17、就越大。 表4-1钻井液侵入深度随浸泡时间的变化 时间（d）侵入深度（cm）油基钻井液递胶质油基钻井液水基钻井液 1 3 8 20 5 12 28 30 10 20 43 46 15 25 53 58 20 30 58 69 25 36 74 79 30 40 81 864.1.1滤液对油气层的损害的主要表现与原因：4.1.1.1油气层的粘土矿物发生水化膨胀，分散运移，溶蚀分散。其损害程度取决于粘土矿物的含量，类型，分布状况与滤液的性质和滤失总量。当滤液侵入油气层后，矿化度低于地层水的矿化度时，粘土就会膨胀使孔喉缩小，在井眼附近形成一个地渗透率环，增大了油气流入的井筒的阻力。若滤液的矿化度高于

18、地层水的矿化度时，粘土往往会有不同的程度的收缩，使粘土离开基体，成为游离颗粒，并聚集在空隙的狭窄处，造成堵塞。当滤液的矿化度和化学成分与气层水相一致时，才能有效地一直逐粘土膨胀，分散，溶蚀，运移而减轻损害。4.1.1.2滤液进入油气层产生水锁，乳化，润滑反转和化学沉淀。砂岩油气层一般是水润湿的。在毛细管压力和压差的作用下，滤液进油气层，替换了井眼周围的油气。从而使油层孔隙中油水饱和度发生变化，引起水锁反应，降低油的有效渗透率。 水锁反应产生的额外压差可用（4-1）式表示：P = （4-1）式中：P - 水锁产生的额外压差； - 油水界面力； - 毛细管半径；从（4.1）式可以看出，水锁产生的额

19、外压差与油水界面力成正比，与毛细管的半径成反比。由此可以推断，低压低渗透油气层容易产生水锁堵塞。乳化是由于钻具在井底旋转，井液柱压力激动等机械作用形成乳状液，进入油气层造成损害。如下图所示：采取措施：4.1.2加入表面活性剂、固相颗粒、含沥青、高碱度稳定的乳状液。4.1.3采取降低滤失总量措施，确保孔喉尺寸不缩小；4.1.4降低滤液与油的界面力。4.2采用近平衡技术钻进 原理：在钻井过程中，如果钻井液不循环，则井钻井液静液压力作用在井眼不同的位置，称为井静液柱压力，作用到井底的压力称井底压力。(4-1) 式中：_ 井静液压压力，；_ 钻井液密度，； _ 环空液柱垂直高度，m。 如果钻井液循环，

20、在井还附了环空循环阻力。钻头喷射流对井底的冲击力与钻头旋转对井底的冲击力也是井底动压力的一部分。钻井过程中的岩屑进入钻井液，使钻井液密度增加。当钻速较慢时，岩屑引起的钻井液密度增加不明显。正常情况下，波动压力与管柱运动速度，管柱长度，井眼尺寸，钻井液性能，钻头，与其水眼直径等有关。 为了讨论问题的方便，我们定义井有效压力为，并考虑影响井压力的几个重要因素。设： （4-2） 并且： （4-3） 式中：_ 钻井液中含岩屑增加的压力值，；_ 环孔流动阻力增加的压力值,；_ 起下钻波动压力,；令代表地层压力，代表井有效压力。由式（4-1）和（4-3）可知：当=时，则；而当=时，则。从钻井实际出发，可以

21、定义：当=时的钻井方式为平衡压力钻井，而要想安全钻井，需使比略大一些，即所谓的近平衡钻井，也称平衡压力钻井。当时，钻井方式为过平衡压力钻井；当时，钻井方式为钳平衡压力钻井，它们都是保护油气层的钻进方法。下面就其一加以说明：具体实施过程：常规的井口装置，钻进与起下钻过程中不能承受来自井眼的液体压力，因此钻井只能在平衡与过平衡压力下进行。显然，平衡压力钻井有利于解放钻速，保护油气层，并能安全钻进。实施平衡压力钻井，主要是选择合适的钻井液密度，控制适当的井底压力余地层压力差。对于井眼不稳定的开发井，由于地层压力基本已知，钻井液密度可以根据式4-2和4-3选择。对于井眼不稳定开发井，地层在高温高压下容

22、易蠕变，导致缩径、垮塌等现象。给钻井带来一系列难题。为此需要选择较高的密度的钻井液以抑制井眼的不稳定。但井底压力不能高于地层破裂压力。钻这类井，除了考虑钻井液密度平衡外，还需要考虑钻井液活度平衡。对于探井，特别是初探井，地层压力分布不清楚，目前利用地震与地质资料提供的地层压力有较大的误差，这给钻井液密度确定带来很大的困难。从地质角度，探井一个重要的目标时发现油气层和保护油气层。因此，要求在井底压力略大于地层压力下钻进。而从工程角度，由于地层的压力不能准确的知道，就希望钻井液密度井尽量高一些，以安全钻进，避免发生井喷事故。在钻井过程中，如果井眼钻井液压力高于地层压力，那么当钻入油气层时，井眼周围

23、的油气很难进入井眼，只有穿过油气层井眼段所含的少量的油气反到地面。这种情况下，需要地面录井人员仔细观察气测显示与其他参数变化，并要结合岩屑分析等工作。当钻遇油气层时，如果处于略欠平衡压力钻井，将有利于发现油气层。因此，在探井钻井中也应有适当的钻井液密度。但在实际钻井中，有可能大部分时间过平衡压力钻井，但由于接单根期间无循环压力，或起下钻等抽吸作用，间或出现井底压力小于地层压力情况，这时，如果地层含有油气，则可以进入井眼，为地面发现油气层提供依据。同时由于地层预测不精确，所选的钻井液密度可能在未钻遇油气层时属于过平衡压力钻井，如果井底压力小于地层压力很多则可能出现严重的油气侵。控制不好，就会造成

24、井喷。而运用等平衡钻井，能减少井底压力与地层压力的差值，起到保护油气层的目的。4.3钻井液的固相控制 4.3.1钻井液中的固相对钻速影响： 4.3.1.1固相含量对钻速的影响钻速随固相含量的升高而下降。社清水的钻速为100%，固相含量升高到7%时钻速降为50%。大量的研究结果表明，固相含量每降低1%，钻速至少可提高10%，固相含量与钻速的关系见下图： 4.3.1.2固相类型对钻速的影响：实践表明，钻井液中固相类型对钻速影响差异较大砂子、重晶石等惰性固相对钻速影响较小，钻屑、低造浆率的劣质土的影响居中。而高造浆率的粘土的影响最大。实验得出，小于1m的颗粒对钻速的影响为大于1m的13倍。这从固相含

25、量一样的分散液和不同分散钻井液的钻速差别很大而得到证实（见图4-3）： 从图可以看出，在不同固相含量围钻速随固相含量的降低而升高的幅度不同。钻井液固相含量在7%以下时，钻速提高很快；而超过7%时，降低固相含量提高钻速的效果就不明显。4.3.2固相控制的方法常用的固相控制方法：4.3.2.1大池子沉淀 这种方法现场使用较为普遍，每个井队的大钻井液坑就是用于此目的。利用固相与液相的密度差，在重力作用下钻屑从钻井液中沉淀下来，从而分离。4.3.2.2清水稀释当钻井液密度切力较高时，单靠在大池中的沉淀是的不到好效果的。这时可加清水稀释钻井液，当水加入钻井液时，钻井液体积变大，固相含量就相应减少。然而清

26、水的加入会师钻井液的性能改变。为了保持原来的钻井液的性能不变，必须加入适当数量的处理剂。同时要放掉大量的钻井液。这种方法既造成浪费，又不安全，尽量不用。4.3.2.3替换部分钻井液用清水或固相含量低的钻井液替换出一定体积的固相含量较高的钻井液，从而达到降低钻井液固相含量的目的。与稀释法相比，替换法可减少清水和处理剂的用量，对原有的钻井液的性能影响也较小。但也不是清除固相的好方法。4.3.2.4利用机械设备清除固相通常用于钻井液分离的设备有振动筛、旋流分离器合离心机三大类。根据清除的颗粒尺寸不同，旋流器又分为除砂器、除泥器和超级旋流分离器三种。机械分离设备的分离尺寸围如下图所示：机械设备清除固相

27、不增加钻井液体积，不必补加大量处理剂，故有利于降低钻井液成本。同时对钻井液的影响较小，有利于井下作业。此法是上述方法中最好的。4.3.2.5加入聚合絮凝剂有机聚合絮凝剂对钻井液中固相颗粒絮凝作用分三个步骤：a吸附：通过分子链上的吸附基团（如羟基-OH、酰氨基-CONH2）与粘土表面的氧原子和氢氧原子之间形成氢键而发生吸附，同时通过分子链上的离子化基团还可以与粘土颗粒断键边缘产生静电吸附。b架桥：由于絮凝剂的分子链较长，分子链上有多个吸附基团，所以一条长链上可以同时吸附多个粘土颗粒，这一作用过程就是长链分子在粘土颗粒间的架桥作用。c 形成团块，在重力的作用下下沉：当架桥作用完成后，聚合物分子链本

28、身与其链段发生旋转和运动，将小的粘土颗粒聚集到一块，形成絮凝团块，在重力的作用下絮凝团块下沉，从钻井液中除去。全絮凝作用见下图：4.4油层保护材料的使用4.4.1暂堵剂的使用： 暂堵剂又称作桥堵剂（bridging agent）。大量的现场实验表明，合理使用暂堵即可有效的防止钻井完井液中的固相颗粒侵入到储层孔隙和裂缝，其作用机理如下图（4-6）所示。 暂堵剂顾名思义，只对产层起暂时堵塞作用，作业完即可通过溶解等措施将其除去，恢复其原始渗透率。研究指出：4.4.1.1所有钻井液中的固相均可侵入油气层并发生损害；4.4.1.2通过加入桥堵剂可控制固相侵入深度和损害程度；4.4.1.3桥堵剂的浓度、

29、颗粒的大小与地层的孔隙度有关；4.4.1.4固相损害主要发生在高渗油气层，然而多数钻井液中所含颗粒的尺寸围适合于作低渗油气层的桥堵剂；4.4.1.5当固相侵入地层后，只用回流反排的办法很难除害。4.4.2目前使用的暂堵剂：4.4.2.1酸溶性暂堵剂：常用的有碳酸钙和硅石粉等。除了可暂堵外，还兼有降低滤失、提高密度和改善泥饼质量等作用；4.4.2.2水溶性暂堵剂：常用的有氯化钠和复合硼酸盐，使用时将它们加入到已经饱和的盐水中起作用；4.4.2.3油溶性暂堵液：常用的油溶性暂堵液有石蜡、沥青等。这些桥堵的固体颗粒可以有产出的原油溶解，也可以注入柴油和亲油的表面活性剂迅速除去，从而使油流变的畅通。在

30、现场上，应根据储层孔隙度、空隙尺寸和渗透率等数据以与敏感性矿物类型优选适合要求的暂堵剂。暂堵剂的颗粒分布与储层孔隙结构尺寸相匹配，加量按钻井液的性能要求与固相含量合理确定。4.4.3重晶石堵剂：它是在恢复循环，探测过渡带，控制井下活动层，在井下活动层与漏层之间安置一个隔离塞的有效手段。重晶石堵剂是一种用重晶石，复合磷酸盐稀释剂和水混合成的钻井液，它的粘度和屈服值较低，能在井沉淀形成固体隔离塞，其密度高，可增大对活动层的静液力，有助于控制活动层。且失水量大时还能使井眼坍塌自行堵塞。使用时先将干燥的重晶石粉装入专职置的储灰罐，用水泥车混合，再通过钻杆泵送到接近活动层位置。4.4.4桥塞堵剂：它是由

31、坚果壳，云母片，棉子壳，蛭石，纤维类惰性材料混配而成，借助它们在漏层架桥，搭接，挤压而堵塞孔隙。若单使用该剂，适宜中等漏速（小于50）的漏层堵漏，可直接加入到钻井液中循环防漏，也可用于漏层挤住堵漏。4.4.5触变水泥：为使漏层和低压水层封堵结识，采用水泥浆堵剂不失为综合治漏中的重要方法，而触变性水泥是其中效果很好的一种，因它在泵送过程中流动性好，而一旦停止泵送即开始胶凝，处理井漏和对付活动层时这种触变性有着非常好的作用。效果比普通水泥要好的多，但使用时要注意：它并非在任何条件下都可采用，它要受井深与井温等限制，因加入缓凝剂后会破坏其触变性。 4.5井漏的预防和处理4.5.1井漏的概念：钻井过程

32、中钻井液或水泥浆漏如地层中的现象即称为井漏；4.5.2井漏的原因和现象：钻井过程中，井钻井液液柱压力大于地层破裂压力便会发生井漏。引起井漏的原因有两个方面：一是井下地层破裂压力异常低，岩层孔隙度异常的大；另一方面是由于钻井工艺措施不当，如钻井液密度过大、压力过高，或开泵时过猛以与下钻速度过快而造成井下压力激动等。井漏可能发生在以下地层中：4.5.2.1松散或高渗透率的地层；4.5.2.2天然裂缝性地层；4.5.2.3诱导的裂缝性地.层；4.5.2.4洞穴性地层。 井漏会造成钻井液池面下降，反出的钻井液量减小，严重的井漏则会使钻井液失去循环，只进不出，进而会导致井壁的坍塌或井喷。4.5.3井漏的

33、预防：凡井漏、堵漏、穿漏起钻，必须连接向井灌注钻井液，无钻井液可灌清水，以防井漏。4.5.4井漏的处理：主要通过调整钻井液性能，降低井下压差与堵塞岩层空隙通道的办法，达到恢复正常钻井的目的，可降低钻井液密度，采用平衡钻井技术，同时适当的提高钻井液的粘度和切力，以增大钻井液流入地层空隙的阻力，从而起到堵漏的目的。4.6保护油气层的固井工艺技术4.6.1缘由：原始的油、气在地层中处于相对的静平衡状态，但将含油、气的地层钻开之后，就打破了这种相对的静平衡状态，产生了地层的油、气压力与井液柱压力小于地层压力时，地层的油、气就会流入井筒，产生油、气侵；反之，当井液柱压力大于地层压力时，井筒的钻井液或完井

34、液就会进入地层。进入地层的钻进液或完井液的滤液或固相颗粒会堵赛油、气流的通道，阻碍油、气的流动，影响对油、气的开采，严重时可使油气井完全丧失生产能力。钻井的目的是为了寻找油气，并迅速、有效地将其开采出来，因此应尽量避免井筒液体对油气层的污染和伤害，即对套管固井必须采取保护油、气层的工艺技术措施。4.6.2机理：水泥将在一定的时间之后会凝固，形成坚硬的水泥石，这是水泥浆不同于钻井压液的特点。因此水泥浆一旦进入油气层，便会在油气层的裂缝和孔隙形成坚硬的水泥石，将油、气进入井筒的通道堵死，影响对油气的开采，严重时可以使产量较小的油气井完全丧失生产能力。水泥将侵入油气层的影响因素主要是井筒液柱压力与油

35、气层压力之间的压差和油气层的渗透性。井筒液柱压力大于油气层压力的值越大，水泥将就越易侵入油气层，侵入量就越大；油气层的渗透性越好，水泥将液越易侵入油气层，对油气层的堵赛也就越严重。水泥将在高温、高压作用下会产生滤液（即失水），普通的水泥浆其滤液可达10001500ml这些滤液使油气层中的泥质成分膨胀，使油气流通道截面积缩小，形成堵塞。主要有以下几种形式：4.6.2.1油气层中的可溶性岩溶解，产生化学沉淀物堵塞油气流通道。4.6.2.2滤液在表面力的作用下，成分珠分布在油气之中，破坏了油气的连续性、增加了油气流动的阻力。同时，滤液在油气层中流动时还可能是孔隙不稳定的固体颗粒随滤液一起流动而聚积在

36、孔隙的喉道处形成堵塞。水泥浆滤液对油气层的入侵和水泥浆对油气层的入侵一样，与井筒液柱压力与底层压力之间的压差和油气层的渗透性有关。压差越大、渗透性越好，滤液越易侵入油气层。除此之外，还与水泥浆的性能有关，即水泥浆的失水越大，侵入油气层的水泥浆滤液也就可能越多。4.6.3采取的措施：根据水泥浆与水泥浆滤液对油气层的伤害形式，以与影响水泥浆与水泥浆滤液侵入油气层的因素，我们可以通过下面的工艺技术来达到在固井期间对油气层进行保护的目的。4.6.3.1用平衡压力固井工艺。减小井液柱压力与地层压力之间的压差，避免固井产生井漏导致水泥浆侵入油气层。平衡压力固井工艺的原则是在下套管、注潜水泥浆的过程中，始终

37、使井的静液柱压力加上下套管的激动压力，或静液柱压力加上注潜水泥浆时的环空流动阻力之和，略大与地层压力而小与地层的破裂压力；在水泥浆侯凝期间，水泥浆失重时的液柱压力加上井蹩压的补充压力之和略大于地层压力而小于地层的破裂压力。在整个固井期间，保证地层的油气不窜到井，而水泥浆又不会漏到地层。要达到这一目的，在固井设计时应注意下面几个问题：a 水泥浆密度的选择：水泥浆密度时平衡压力固井工艺的关键因素之一，水泥浆密度过大会使水泥浆液柱压力大于地层破裂压力而压漏地层。反之，则油气会窜到井。水泥浆密度应根据油气层压力来确定，但是地区地质情况复杂，对地层压力和破裂压力都不能准确地掌握。根据现场经验，水泥浆密度

38、可以参照钻井时的泥浆密度来确定，即固井用的水泥浆密度基本上与钻进泥浆密度一致。加重水泥的水泥浆密度可以与钻井泥浆密度一致或略高0.050.10g/cm；微珠低密度水泥可以比钻井泥浆密度低0.10.2g/cm,因为微珠低密度水泥浆经井底液柱压力作用后，密度会增加。b 套管下放速度的确定：为了避免下放套管的速度产生过大的激动压力蹩漏地层，应通过计算来确定套管下放速度。计算时可以参照下面公式： 式中：_ 套管下放速度，；_ 钻进时钻杆与井眼环空返速，；_ 套管与井眼每米环形容积，；_ 每米套管容积，；c 注替排量的确定。按照流变学设计计算出的紊流注替排量一般都比较大，使用这样的施工排量会产生较大的环

39、空流动阻力，而把地层蹩漏，目前国对改变水泥浆流变性能的研究不多，用于改变水泥浆本身流变性能的外加剂的也很少。鉴于目前的情况，我们采用钻井时的排量作为固井施工的注替排量，虽然达不到紊流的注替效果，但不至于蹩漏地层。d 失重时的压力平衡。对于多产层的油气井，为了既平衡各油气层的地层压力,又避免在候凝期间蹩压过大，造成井漏现象，应采用多凝注水泥工艺，减少泥浆失重产生的压降值。4.6.3.2控制水泥浆失水，减少泥浆滤液对油气层的伤害。一般的水泥浆，失水量高达10001500ml，这些滤液渗进油气层会造成油气层的伤害。由于水泥浆失水量大，水泥浆还会在井下急剧地生成水泥饼，使套管与井眼之间的环空形成堵塞，

40、造成注水泥施工失败。在水泥浆设计时应考虑对水泥浆失水的控制。油气层套管固井，水泥浆的失水应控制在50100ml围。控制水泥浆失水主要是水泥浆中加入降失水剂。4.6.3.3改善水泥浆的流动性。降低注替时的水泥浆流动阻力，保证平衡压力固井工艺的实施。因此在控制水泥浆失水量的同时还应注意改善水泥浆的流动性，通常应使水泥浆流动度大于20cm。改善水泥浆流动性主要是通过在水泥浆中加入减阻剂实现的。4.6.3.4利用井壁已形成的泥饼避免或减少泥浆与水泥浆滤液侵入油、气层。在打开油气层与之后的钻进过程中，泥浆会在井壁形成泥饼，这些泥饼对阻止水泥浆与滤液侵入油气层会有一定的作用。因此在下套管前，在保证套管能下

41、到设计井深的前提下，对油气层井段一般不进行扩、划眼，以免破坏井壁已形成的泥饼。4.6.3.5提高固井质量，防止高压油气在井下窜漏。影响固井质量的因素很多提高固井质量不许针对每个井的具体条件对影响固井质量的因素进行综合分析，然后采取综合措施来达到提高固井质量的目的。4.6.4建议：开展采用水泥浆外加剂改变水泥浆流变特性的研究工作，争取在注水泥施工时，既能采用紊流排量顶替水泥浆，又不会由于排量过大，破坏固井施工时的压力平衡产生井漏，是水泥浆对油、气层造成损害。5 结论 尽管保护油气层技术以取得引人注目的成就和很大的进展，但随着人们对保护油气资源的重要性的认识不断加深和勘探难度的不断增加，使我们在如

42、何发展和完善这项技术方面仍然面临着十分艰巨的任务。经过总结，今后应加强的工作可概括为以下几点：5.1在储层损害评价技术方面加强对能够模拟井下条件的试验装置的研究工作，为多取得与井下相似条件（特别是高温高压条件）下的定量数据创造条件。5.2在研究储层损害机理方面，做到研究方法的现代化和人工智能化，应加强物理模型、数值模拟方法和专家系统的建立，是预防的方法和处理措施更为有效。 5.3 对各类油气藏和每个生产作业过程的损害因素作认真分析，预防措施要落实、有效，以达到相互配合、相互制约。对每个生产过程的保护效果都应评价清楚，不断总结，不断提高。应加强对水平井保护油气层的研究，定量的评价储层损害对油井产

43、能的影响。还应加强对高温深井储层和复杂储层的保护技术，要是这方面的技术能配套，并能有效的得到应用。6 致在论文的准备阶段和撰写过程中，学校的老师、公司的领导以与现场的师傅们都给予了我很大的帮助，在此表示感！参考文献 庭根，管志川. 钻井工程理论与技术. ：石油大学，2000，111216 樊世中，周大晨. 钻井液完井液与保护油气层技术. ：石油大学，1996，419577 克向. 保护油气层钻井完井技术. ：石油工业，1993，353355 希圣等. 钻井工艺原理. ：石油工业，1981，178180 希圣. 钻井工艺原理. ：石油工业，1988，182186 大为. 现代固井技术. ：科学技

44、术，1994，2734 N.J. 亚当斯. 钻井工程. ：石油工业，1992，6367 国珍，龚伟安. 钻井力学基础. ：石油工业，1988，4680 地质学院. 钻探工艺学. ：地质，1980，91105 郝瑞等. 钻井工程. ：石油工业，1980，108111 克向. 保护油气层钻井完井技术. ：石油工业，1993.10 ，350353 徐同台，乐亮等. 国外钻井液技术. ：石油工业，1987，4548 瑞棋. 钻井工程事故与处理. ：中国建筑，1982，6971 福麟. 采油用剂. ：石油大学，1997，8692 徐同台等. 钻井工程防漏堵漏技术. ：石油工业，1997，7682How

45、to protect the oil stratum of air Abstract: This text passes to the causal analysis that result in the oil stratum of air, from but have to out innate character that to protect oil stratum of permeate the rate, from its output bane and result in, know to the great significance of protect the stratum

46、 of air. The text inside passes to injure the mechanism to the oil stratum of air primarily, the oil stratum of air is sensitive. Evaluation method with the concrete protection measure of the oil stratum of air and the result of winning with existent problems etc. Aspect, never together the angle de

47、finitely discussed the reason that oil stratum of air injure method that reach agreement these problems. Main in full text , over investigate the research with experiment take the gauge of and look for the method of the solution from the actual craft, and in the aspects of these and artesian well cr

48、aft made the progress of the full of result, and required the obvious result.附录A调研时间：2003年3月5日5月20日保护油气层的监测技术调研单位：克拉玛依钻井公司三公司调研容：保护油气层的相关技术前言在油气勘探与开发的各个施工环节中，保护油层，防止地层伤害，是非常重要的，直接影响到勘探与开发的经济效益。为了有效地保护地层，就必须充分利用各种保护油层的监测技术，在施工之前，取得必要的地层资料，以便制订科学的工艺措施；一旦发生了地层的伤害，就要利用各种监测技术，诊断清楚，做出科学的评价，采取恰当的油层改造措施，以达到

49、尽可能的产能。所以保护油层的检测技术，在油气勘探与开发的全过程中，都是必不可少的。本文就保护油层的检测技术加以总结评价。 预测地层压力钻探前，利用一钻邻井资料预测地层压力剖面，了解地层压力和地层破裂压力分布规律是保护油气层的最基础工作。可为钻井工程科学化、设计合理的井深结构、确定泥浆比重和防止油气层污染提供重要的科学依据。上覆地层压力是由上覆岩层重量产生的，可由密度测井资料获得：S = （1） 例如，胜利油田渤南地区利用密度测井曲线，用（）式分段会得到该地区上覆地层压力与井深的关系式：502050m S = -0.086047 + 0.019707D + 2.61520502700m S =

50、-6.2169 + 0.023186D27005000m S = -10.255 + 0.024687D在塔北地区，通过对多口井密度测井资料的研究，不仅得出了该地区上覆岩层压力随井深变化的规律，还提出了适合塔北地区的地层压力梯度计算模式。预测地层孔隙压力分布规律，利用声波测井资料是行之有效的。究其原因是因为补偿声波测井信息受井眼、地层条件影响小，比其它测井信息（如密度、电阻率、自然伽玛等）更为可靠地反映地层孔隙度的变化。例如，英国GEARHART录井公司利用计算地层孔隙压力。我国塔北地区，利用包括地震层速度在的多种方法来预测和监测地层孔隙压力。通过钻前预测、钻中检测与完井校正的等一系列实践，基

51、本上掌握了该区地层孔隙压力分布规律。另据有关文献报道，一种利用声速趋势确定碳酸岩沉积环境地层孔隙压力的技术已经研究出来了。这种技术已经应用于大约口井，并取得了较好效果，所分析的击该整个深度段孔隙压力从到PG之间变化，最深的井达米。地层破裂压力的预测目前主要由以下两种方法：是根据地层破裂压力模式进行计算。国外常用的几种破裂压力模式如下：Mattews模式 Estion 模式 Anderson模式 Stephen模式 皇氏模式 例如，在塔北地区通过对几种地层破裂压力计算模式的分析，证实了Eaton模式；较是和塔北的情况。经过对十几口井，个实测破裂压力数据的处理，提出了该地区风化壳用浅地层破裂压力梯

52、度计算模式。是通过统计实际地层破裂压资料来预测地层破裂压力。例如，胜利油田渤南、桩西五号和现河三地区就是用这种方法来预测地层破裂压力的。综合两种方法，应该认为最理想、最实际的方法是通过统计实际地层破裂压力资料来寻找本地区的破裂压力计算模式。应该强调指出，预测地层压力，特别是预测地层高压异常压力，必须采用系统压力法，既充分利用以获得的地质、地震层速度、测井、录井、地层水等资料，经过综合分析才能比较准确的预测。 随钻实时监测地层压力钻探中，随钻实时监测地层压力是正确指导平衡钻井、预防油层污染和井眼失稳，以与预防井喷井漏的重要的保证。应用综合录井技术随钻实时监测平衡钻井是年代末期迅速发展起来的一项高

53、科技技术。我国年代先后从美、英、法等国陆续引进了几十台综合录井仪投入油田使用，并且取得了较好的经济效益。“八五”期间我国综合录井仪器的总数将增加，其中够产仪器的比例将显著增大。因此，迅速掌握和积极推广应用综合录井亿的实时检测技术前景乐观。利用联合录井以可以实时的（与时的）监测到地层孔隙压力。所谓时实性，是指钻开地层就可得到计算机处理的地层压力数据。它不象气测、岩屑录井与钻井液参数录井，需要等一个迟到时间后才能监测到。正因为地层压力监测数据具有实时性，因而它在油层保护中倍受青睐地层压力监测目前有两种实时监测方法：一种是以泥岩压实理论为基础的dc指数法，主要应用于泥岩地层；另一种是以岩石骨架强度理

54、论为基础的西格马法，可是用于砂岩地层和碳酸盐岩地层。现代综合录井仪处理程序上，这两种方法都具备。该项技术的应用实例请参阅文献和。 其它预防检测技术油层污染的室评价方法可以为保护油层的各种设计提供预见性的判断和建议。例如，年代以来，国外相继发展了X射线衍射、薄片分析和电镜扫描三大岩相矿物组分分析技术。根据岩石学研究的不同要求与经济合理性，近年来又相继发展和应用了X射线荧光检查法、CT扫描法、矿物学技术和岩石图像分析等多种岩相矿物组分分析技术，形成了一套组合配套技术。还有采用敏感性岩层的工程实验与分析程序做静态敏感实验、当量液体渗透率的测定、体积流量评价、流速敏感性实验、系列流体的渗透率评价、流体

55、矿化度评价等技术。近年来已发展成了更加全面、更加系统的岩心动态流动实验、钻井液的入侵损害实验以与颗粒运移平价等较为完善的技术。这些保油层的预防检测技术在辽河油田和其他许多油田都得到了应用，并得到了较好的应用效果。检测技术为了准确判断钻井、完井（固井、射孔、测试）和增产措施对油层的污染程度，估算由井产能、制定开发方案和提出补救措施，做好保护油层的诊断监测工作是十分必要的。 采用系统方法诊断地层损害在生产现场可以采用一套系统的方法来正确合理地诊断、评价各阶段法发生的地层损害问题。这种方法包括：钻柱测试、电阻率测井、井史回顾、采油井史回顾、邻井生产性能的比较、试井分析、节点系统分析、生产测井、采油效

56、率剖面和岩心分析。正确合理地运用这些方法可以诊断、评价和成功地处理岩中的地层损害。下面略举几例加以说明。辽河油田研究了三种实用诊断、评价法方法，即压力恢复测试解释法、测井子了解释法和油井产能计算解释法、这三种方法通过在署一区、大民屯区应用，从而证实了辽河油田在油层保护方面所采取的一次列保护油层措施是有效的。江汉油田根据压力恢复曲线不仅定性分析了油井的油层损害程度，而且通过压力恢复资料计算流动系数和表皮因子，从而对油井损害程度进行定量分析。 运用地层损害专家系统诊断地层损害美国人L.A.Legre等人年开发出一种为逻辑和系统方法的人工智能专家系统，用这套专家系统可以分析诊断地层的损害。它的软件程

57、序由三部分组成：（）知识库，他立有效专家系统的关键，直接关系到诊断分析的成功和效果。（）推断机，它是一种程序，利用知识库所储存的各种知识，针对用户的特殊问题，运用逻辑和系统方法，提出解决问题的有效方案。（）支持设备，用以修改程序，包括修改知识库和知识库编辑程序等。这种诊断方法为保护油层的监测技术开辟了一个新的科学领域。结论 探前，利用地质、地震层速度资料、已钻邻井和录井资料、地层水资料等预测地层压力可为钻井工程科学化、设计合理井深结构、确定泥浆比重和防止油层污染提供重要的科学依据。 用综合录井技术实时监测地层压力，是确保平衡钻井、防止油层污染的有效措施，有广泛应用前景。 应用系统方法诊断地层损

58、害是保护油层，提高有井产能的较为理想的方法，应大力宣传迅速推广使用。 为综合研究、推广应用保护油层的监测技术，鉴于成立井筒研究所或专业技术公司。符号说明S _ 上覆岩层压力，；_基岩应力系数；_岩石骨架颗粒密度，；_岩石抗强度，；_空隙流体密度，； g _重力加速度，；C_ 压实系数，； K_ 构造应力系数， ；_ 自然对数的底； _ 地层岩石泊松比；P _ 孔隙压力；_ 钧匀构造应力系数；_ 正常孔隙压力，； _ 恢复时间，h；_ 不同时刻的声波时差，s；_流动时间，；_地层破裂压力，；_ 井底压力，；_ 地层孔隙压力，；_ 分别为压力与时间半对数图上第一、第二直线段斜率，/cycle； D_ 井深，m；S-_ 有效上覆地层压力，； _ 地表孔隙度；_ 分别是两水平构造应力系数；附录B 实习报告实习时间：2003年3月5日5月20日实习单位：克拉玛依钻井公司三公司实习地点：白碱滩区八区实习容：钻井工艺流程一、实习过程：作为石油学院钻井班的学生，我以一名实习者的身份来到克拉玛