方 慧 張紹輝 李海軍

中國石油勘探與生產(chǎn)工程監(jiān)督中心 （北京 100083）

鉆進中防止油氣層損害是保護油氣層系統(tǒng)工程的第一個重要環(huán)節(jié)，鉆井過程中對油氣層造成損害不僅影響油氣層的發(fā)現(xiàn)和油氣井初期產(chǎn)量、試油與測井資料的準確性，造成儲量估算不準，影響合理制定開發(fā)方案，還會對今后各項作業(yè)損害油氣層的程度以及作業(yè)效果帶來影響。搞好鉆井、完井、試油保護油氣層，有利于發(fā)現(xiàn)油氣層和正確評價油氣層，對提高勘探、開發(fā)經(jīng)濟效益至關(guān)重要[1]。

1 鉆進中引起油氣層損害的原因

油氣層儲滲空間特性、敏感性礦物組成、巖石表面性質(zhì)和流體性質(zhì)有可能引起油氣層損害；工程因素如壓差、浸泡時間、環(huán)空返速、井漏、井噴以及鉆井液組成、性能等也會損害油氣層。前者是儲層潛在損害因素，通過巖心分析實驗、巖心敏感性評價實驗，能夠分析儲層損害原因與程度，鉆井液對油氣層的損害程度通過模擬井下施工情況，進行靜態(tài)和動態(tài)評價，確保鉆井液對油氣層損害程度較輕[2]。

1.1 油氣層潛在損害因素分析

分析油氣層潛在損害因素及程度非常重要，能夠為鉆井液設(shè)計及開發(fā)方案提供依據(jù)，降低鉆井液及外來流體對油氣層的損害。

1.1.1 儲滲空間特性

儲滲空間特性包括油氣層的巖性孔隙度及滲透率、孔喉類型、孔隙及孔道的大小、形態(tài)、分布及連通性。通常，孔喉半徑越大，滲透率越高，固相顆粒隨濾液侵入儲層的可能性愈大，有時可以進入深部，堵塞孔喉，造成滲透率下降。由于油水界面張力與孔喉半徑成反比，孔喉半徑越小，滲透率越低，界面張力越大。要返排鉆井液濾液，必須克服界面張力阻力。滲透率越低，水鎖損害越嚴重。因此，高滲透和裂縫性油氣藏易發(fā)生較嚴重的固相堵塞損害，不易發(fā)生水鎖損害；低滲和特低滲油氣藏易發(fā)生較嚴重的水鎖和水敏損害，不會發(fā)生嚴重的固相堵塞損害[3]。

1.1.2 敏感性礦物

蒙脫石、伊利石/蒙脫石混層礦物和綠泥石/蒙脫石混層礦物遇到外來流體時，流體沒有足夠的抑制性，會造成粘土顆粒水化膨脹或分散、剝落等，并隨外來流體運移，堵塞孔喉，造成滲透率降低，發(fā)生水敏、鹽敏損害。長石、微晶石英、各類粘土礦物和蛋白石等與高pH值外來流體作用，造成分散、脫落或生成新的硅酸鹽沉淀和硅凝膠體，引起滲透率降低，發(fā)生堿敏。含鐵綠泥石、鐵方解石、鐵白云石等含鐵礦物進行酸化作業(yè)時，遇鹽酸溶解，釋放出Fe2+，pH值升高，會生成氫氧化鐵沉淀；方解石、白云石、鈣長石等含鈣礦物與氫氟酸發(fā)生化學反應(yīng)，生成氟化鈣沉淀，這些沉淀物都可能會堵塞孔喉，導致滲透率降低，發(fā)生酸敏。粘土礦物和粒徑小于37μm的各種非粘土礦物，如石英、長石、方解石等，在高速流體作用下發(fā)生運移，堵塞孔喉，容易發(fā)生速敏損害。

通常，敏感性礦物含量越高，由其造成的油氣層損害的程度越大；在其他條件相同的情況下，油氣層的滲透率越低，敏感性礦物對油氣層造成損害的可能性和程度越大。

1.1.3 油氣層巖石的潤濕性

根據(jù)巖石表面被液體潤濕（鋪展）的情況將其分為親水性、親油性、兩性潤濕三大類。油氣層的潤濕性能夠控制孔隙中油氣水分布，決定著巖石孔道中毛管力的大小和方向，毛管力的方向總是指向非潤濕相一方，并影響油氣層微粒的運移方向。

鉆井液濾液由于巖石表面的親水性，毛管力變?yōu)閯恿?，使其更容易侵入深部地層，由于毛管力成為濾液返排的阻力，阻止濾液返出，造成鉆井液濾液損害油氣層。

1.1.4 油氣層流體性質(zhì)

油氣層壓力和溫度降低或外來流體與地層水不配伍時，會生成 CaCO3、CaSO4、Ca(OH)2等沉淀，鉆井液濾液中的不抗鹽高分子處理劑遇到高礦化度的鹽水會發(fā)生鹽析；石蠟、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)可能形成有機沉淀，堵塞孔喉，原油被鉆井液中的高分子處理劑乳化，形成高黏乳狀液，增加流動阻力；天然氣中的硫化氫與二氧化碳，腐蝕鉆井設(shè)備，腐蝕產(chǎn)物如FeS、FeCO3等沉淀堵塞孔喉，造成油氣產(chǎn)損害[3]。

1.2 鉆井液造成油氣層損害原因分析

鉆開油氣層時，鉆井液在正壓差作用下，固相侵入油氣層堵塞孔喉，濾液組分有可能與油氣層巖石和流體不配伍，誘發(fā)油氣層潛在損害因素，引起油氣層敏感礦物發(fā)生水敏、鹽敏、堿敏損害，與流體生成有機和無機沉淀堵塞孔喉，造成油氣層損害。

1.2.1 固相顆粒堵塞油氣層

鉆井液中膨潤土、加重劑、堵漏劑、暫堵劑等有用固相以及鉆屑、雜質(zhì)等污染物在鉆井液液柱壓力與地層孔隙壓力之間的壓差作用下，隨濾液進入油氣層孔喉和裂縫中形成堵塞，造成油氣層損害。加強固控設(shè)備，清除鉆屑，可以有效地減少固相顆粒堵塞孔喉。

1.2.2 濾液損害油氣層

鉆井液抑制性較差，濾液進入水敏油氣層，引起粘土礦物水化、膨脹、分散、運移，堵塞孔喉；濾液與地層水不配伍，形成無機鹽沉淀，濾液中的高分子聚合物抗鹽污染能力弱，會發(fā)生鹽析而產(chǎn)生沉淀，堵塞孔喉。加入無機鹽或有機高分子抑制劑，提高鉆井液濾液的抑制性，防止井壁坍塌及濾液引起的油氣層損害。

1.2.3 鉆井液性能

鉆井液性能直接影響井壁安全及油氣層損害程度，濾失量大，易形成較厚濾餅，容易發(fā)生卡鉆，鉆屑等無用固相和濾液侵入地層深部，造成油氣層損害。鉆井液黏度、切力過高，起下鉆、開泵所產(chǎn)生的激動壓力增大，也會造成油氣層損害。鉆井液抑制性不強，引起地層巖石坍塌，這些因素會導致油氣層損害。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況，優(yōu)選處理劑及鉆井液配方，采用與油氣層匹配的鉆井液是保證鉆井順利，降低鉆井液對油氣層損害的首要條件。

1.3 鉆進中影響油氣層損害的工程因素

影響油氣層損害的工程因素包括：壓差、浸泡時間及環(huán)空返速。

1.3.1 壓差

鉆井液濾失量通常隨壓差的增大而增加，因而鉆井液濾液與固相進入油氣層的深度和損害油氣層的程度隨正壓差的增加而增大。當鉆井液液柱壓力超過地層破裂壓力或鉆井液在油氣層裂縫中的流動阻力時，鉆井液會發(fā)生漏失，從而加劇對油氣層的損害。負壓差可以有效阻止鉆井液進入油氣層，減少對油氣層的損害，但過高的負壓差會引起溢流甚至井噴和油氣層出砂，裂縫性地層的應(yīng)力敏感，也會造成油氣層損害。

1.3.2 浸泡時間

鉆井液濾液浸泡油氣層時間越長，越增加濾液和固相顆粒進入油氣層的深度和數(shù)量，損害油氣層越嚴重。提高機械鉆速、采用與地層相匹配的鉆井液，加強鉆井工藝技術(shù)措施及井控工作，防止井噴、井漏、卡鉆、坍塌等井下復雜情況或事故的發(fā)生?？刂乒こ淌鹿什⒓皶r調(diào)整鉆井液是保證鉆井順利，減少濾液浸泡油氣層最有效措施。

1.3.3 環(huán)空返速

環(huán)空返速越大，鉆井液對井壁濾餅的沖蝕越嚴重，鉆井液固相和濾液不斷進入地層，對油氣層的損害程度增加。鉆井液當量密度隨環(huán)空返速提高而增大，對油氣層的壓差增大，造成油氣層損害。環(huán)空返速小，鉆屑不能夠從井底盡快返排出井口，在井底堆積，鉆頭重新研磨，影響機械鉆速，鉆井周期延長，鉆屑侵入油氣層的機會增加，對油氣層損害程度增大。因此，環(huán)空返速應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)，既能保證井壁質(zhì)量，又不影響鉆屑從井底返出，保證機械鉆速。

2 鉆進中保護油氣層措施

監(jiān)督人員熟悉油氣層損害發(fā)生的原因，可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采取相應(yīng)的保護油氣層措施。首先要熟悉地質(zhì)設(shè)計和鉆井工程資料，油氣層井段對鉆井液處理劑及性能要求，提前做好保護油氣層的各項準備工作。

（1）嚴格檢查處理劑的質(zhì)量，杜絕不合格產(chǎn)品。

（2）為降低成本，鉆開油氣層井段前，可以通過鉆井液的改造成為保護油氣層的鉆井完井液。要充分發(fā)揮固控設(shè)備的工作效率，清除鉆屑，降低固相含量。按照設(shè)計要求，加入處理劑，按設(shè)計要求控制鉆井液濾失量及流變性能，繼續(xù)鉆開油氣層。

（3）膨潤土膠體顆粒對油氣層有一定損害，因此，在保證濾餅質(zhì)量的前提下，可適當降低膨潤土的含量。

（4）保證井眼穩(wěn)定前提下，盡量降低鉆井液密度，實現(xiàn)近平衡或欠平衡鉆井。

（5）根據(jù)屏蔽暫堵技術(shù)和隔離膜技術(shù)保護油氣層，針對油氣層孔喉尺寸，加入不同粒徑的碳酸鈣作為架橋粒子和填充粒子，在油氣層井壁上快速形成致密的濾餅。加入超低滲透膜聚合物處理劑，聚合物吸附在泥頁巖井壁表面，通過濃集、覆蓋形成致密有孔膜或無孔膜，形成的膜是無孔膜時，泥頁巖表面就形成隔離膜。加入磺化瀝青、氧化瀝青等可變形粒子，通過變形部分嵌入不規(guī)則的微間隙，在井壁表面形成保護膜，能阻止濾液和固相顆粒進入油氣層。

（6）混油或加入潤滑劑，能降低摩阻，提高機械鉆速。

（7）根據(jù)鉆速等實際情況及鉆井液性能，慢慢補充聚合物處理劑膠液，調(diào)整鉆井液性能，不要加入固體高聚物，以防聚合物不能有效發(fā)揮作用。

（8）加入 KCl、CaCl2等無機鹽、甲酸鹽等有機鹽、聚合醇、聚合物KPAM、FA367等抑制劑，提高濾液的抑制性，保證井壁穩(wěn)定，防止粘土顆粒水化膨脹，損害油氣層。

3 保護油氣層效果

大港油田長蘆地區(qū)板深51斷塊采用成膜封堵保護油氣層技術(shù)，在井壁上迅速形成一層隔絕物質(zhì)通過的分子膜，在井壁外圍形成保護層，阻止鉆井液固相、鉆屑堵塞孔喉，阻止濾液進入油氣層，從而有效防止油氣層水化膨脹，有效封堵地層微裂隙，防止井壁坍塌，保護油氣層。

6口試驗井試油（表1），其中5口井射孔后未經(jīng)過壓裂、酸化、排液處理，獲自噴高產(chǎn)。尤其是長22-15井射孔后，井筒壓力迅速恢復，形成自噴油流，日產(chǎn)油96t、產(chǎn)氣3 600m3；長23-17K井試油自噴日產(chǎn)92t；長22-13井自噴最高達日產(chǎn)109t，創(chuàng)該區(qū)塊單井試采產(chǎn)量最高記錄。成膜封堵保護油氣層技術(shù)效果明顯。

表1 實驗井與鄰井試油對比

大港油田長蘆地區(qū)板深51斷塊的長22-15、長23－17K、長22-13等井現(xiàn)場應(yīng)用實例表明，成膜封堵保護油氣層技術(shù)有效地解決了含多套壓力層系長裸眼段鉆井過程中的事故復雜、保護儲層等技術(shù)難題。監(jiān)督在現(xiàn)場應(yīng)充分發(fā)揮作用，減少鉆井過程對油氣層的損害，達到保護油氣層的目的。

[1]呂開河，彭洪軍.保護油氣層的鉆井與完井技術(shù)[M].東營：中國石油大學出版社，2010.

[2]孫樹強.保護油氣層技術(shù)[M].東營:中國石油大學出版社,2006.

[3]張艷娜，孫金聲，王倩，等.國內(nèi)外鉆井液技術(shù)新進展[J].2011,31（7）：47-54,62.