钻井过程中的储层损害和储层保护技术研究现状 - 乐平

第11卷第5期重庆科技学院学报（自然科学版）2009年10月

钻井过程中的储层损害和储层保护技术研究现状

乐

平

杨

建

冯仁鹏

（西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都610500）

摘

要:储层保护技术直接关系到油田的勘探、开发和效益，其涉及钻井、固井、完井、油气开采、增产措施等从勘探到

开采结束的整个开发过程。分析了钻井过程中钻井液对储层的损害机理，介绍了保护储层的钻井液技术的研究现状和发展方向。

关键词:储层保护；钻井液屏蔽暂堵；欠平衡；无渗透中图分类号：TE258

文献标识码：A

文章编号：1673-1980（2009）05-0027-03

1钻井过程中的储层损害

随着研究的深入，人们深刻地认识到保护储层

（4）钻井液浸泡作用对储层的损害

在钻井作业中钻井液滤失到地层中的数量随钻井液浸泡时间的增加而增加；钻井液中固体粒子侵入地层的数量及深度也随浸泡时间的增加而增加，从而造成更大的伤害。

（5）钻井液各成分对地层的损害

不同类型钻井液对不同储层损害的程度各异，油基钻井液损害比水基钻井液的损害要小，气体类型的钻井流体对地层损害最小。钻井液与地层水不配伍时常见的损害包括以下“五敏”:水敏、盐敏、碱敏、盐敏和速敏损害等。不配伍的滤液侵入储层后产生粘土水化膨胀、粘土颗粒及矿物颗粒的分散运移及微粒运移，导致储层有效渗透率下降而损害储层。

常规的钻井液处理剂，对改善钻井液性能、提高钻速、稳定井眼、保证井下安全均能起到一定作用，但对储层却有不同程度的损害。作为粘土增效剂的碱类物质有促进粘土分散膨胀的作用，这类物质进入地层易引起粘土水化膨胀、分散、运移，导致微粒运移而堵塞储层。碱类物质还会导致Ca2+、Mg2+等的化学沉淀。钻井液中的高分子处理剂在油层孔喉上吸附将缩小孔喉直径，从而造成处理剂吸附损害。钻井液中水相与储层中油相接触能形成乳状液，会对地层造成乳化堵塞损害。钻井液中液相与原油接触可能会引起沥青、蜡的析出和沉淀。酸液与地层流体岩石接触生成的不溶酸渣，以及微粒的脱落运移均会导致地层伤害。

在油气勘探开发中的重要性。研究损害机理、储层保护技术也成为石油勘探开发过程中的重要措施之一。目前钻井过程中钻井液对储层的损害表现有以下几方面：

（1）压差对储层的损害

为了确保钻井安全，一般采用过平衡钻井，在钻井过程中钻井液液柱压力通常高于地层压力，钻井过程中可以通过调整钻井液的密度来调整钻井液液柱压力，从而配制与地层压力匹配的钻井液，高的钻井液密度虽然保证了钻井安全，但也易导致钻井液侵入地层。

（2）钻井液返速和钻具摩擦对储层的损害在钻井过程中循环钻井液对井壁的冲蚀和切削作用，会妨碍并破坏泥饼的形成，从而使钻井液大量侵入地层；当钻井液环空返速过大时，会冲蚀井壁造成井眼扩大，甚至脱落、坍塌，影响固井及后期射孔质量；同一钻井液，反速越大，钻井液对井底的压力越大；此外若井身或钻具弯曲，钻具与井壁的摩擦也会破坏井壁已形成的泥饼。

（3）起下钻对储层的损害

起下钻时引起的钻井液压力波动变化也会损害储层，快速起钻时会降低钻井液压力从而造成泥饼脱落，诱发溢流、甚至井喷；而下钻过快则会增大钻井液对井底的压力，加速钻井液侵入地层。

收稿日期：2009-03-10

作者简介：乐平(1983-)，男，湖北随州人，西南石油大学在读硕士研究生，研究方向为低渗透油气藏渗流规律、油藏数值模拟等。

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乐平，杨建，冯仁鹏：钻井过程中的储层损害和储层保护技术研究现状

钻井液中不可避免地存在各类固相粒子，它们侵入储层后必然会在储层的喉道造成堵塞。此外钻井液中如果存在细菌，这些细菌可能会在地层孔隙中进行繁殖，繁殖的产物将会堵塞储层渗流通道。

提高钻井效率和保护储层等方面取得了较好的效果。

2.4合成基钻井液

合成基钻井液是以醇类、醚类、合成烃类等人工

合成化学品为基液的一类钻井液。合成基钻井液是为了克服油基钻井液、水基钻井液难以满足某些复杂条件和特殊要求下的钻井而发展起来的，保护储层的效果好，但成本相对较高。合成基钻井液体系的优点是:合成基液易于降解，毒性小，利于环保；热稳定性好，耐高温且低温可泵送性好；有较强的抑制性和井眼稳定性，润滑性和携屑性能较好，适合于水平井、大斜度井、大位移井和多底井的钻进。

2钻井过程中的储层保护

正是因为钻井液对储层存在上述损害，因此在

钻井过程中，合理选用钻井液，使钻井液性能与储层岩石、流体相配伍，与地层压力相适应，显得尤其重要。目前国内钻井液分为：水基钻井液、油基钻井液、气体型钻井流体、合成基钻井液四大体系。

2.1水基钻井液体系

水基钻井液是目前国内外各油田使用最普遍的

3热点研究技术

针对储层的复杂情况，目前保护储层的钻井液

一类，共同特点是:水为连续相，配制维护简单、来源广、配方多、性能容易控制和调节、保护储层的效果较好、成本低等优点。这类钻井液现已形成以下几种比较成熟的类型：改性钻井液、水包油钻井液、低膨润土聚合物钻井液、无膨润土聚合物暂堵型钻井液、屏蔽暂堵钻井液等。

研究热点主要是屏蔽式暂堵技术、欠平衡钻井技术和无渗透钻井液技术。

3.1屏蔽式暂堵技术

屏蔽式暂堵技术是当储层被钻开时，利用钻井

液液柱压力与储层压力之间形成的压差，迫使钻井液中加入的各种类型和尺寸的固相粒子进入储层孔喉，在井壁附近快速、浅层、有效地形成一个堵塞带［3］。此堵塞带能有效地阻止钻井液、水泥浆中的固相和滤液浸入储层。由于屏蔽暂堵带很薄，通过射孔解堵，可以解决堵塞带对地层渗透率的影响。固相颗粒在孔喉中的堵塞，在一定的条件下遵循“选择性架桥，逐级填充”的过程。

（1）桥架粒子的架桥。单个架桥粒子随钻井液液相进入油层，在流经孔喉时:若粒子半径与空隙半径比小于1/3，则通过孔喉；若粒子半径大于空隙半径，则沉积在孔喉外；若粒子半径与空隙半径比介于

2.2油基钻井液体系

油基钻井液体系是油为连续相、水为分散相，能

有效地避免储层中的粘土矿物发生水化膨胀、分散运移，能有效防止水敏损害；同时，对于亲水储层，进入储层的油性滤液易反排，不易引起水锁损害，所以这类钻井液可以防止或减轻水基钻井液引起的水敏及水锁损害问题。如有代表性的油基钻井液、油包水乳化钻井液、抗高温高密度油包水乳化钻井液、低毒无荧光油包水乳化钻井液等，这类钻井液已在新疆、中原、大庆、二连、华北、胜利等油田应用，取得了比较好的储层保护效果。

2.3气体型钻井液流体

气体型钻井流体是指钻井流体中含有人为充入1/3与2/3之间，则在孔喉处卡住，成为架桥。

（2）填充粒子的填充。架桥粒子架桥后，孔喉孔

隙大量减小，钻井液中更小一级的粒子卡在更小喉道处，这一过程叫单粒逐级填充。

（3）变形粒子的作用。如果钻井液中仅有刚性颗粒作为架桥和填充粒子，仍会留下形状不规则的微间隙，堵塞带的渗透率不会为0。而变形粒子外形在一定温度压力条件下可软化变形，嵌入不规则的微间隙，从而使得堵塞带的渗透率可接近于0。

（4）屏蔽环的反排解堵。从目前研究成果来看，岩心试验显示，低渗透率岩心屏蔽带的反排良好，中高渗透率岩心屏蔽带的反排解堵能力较好，由于屏蔽带的突破压力一般都很低，有利于屏蔽环的解堵。

气体的一类钻井流体。这类钻井流体按含气比例和密度的不同又分为以下4种：气体钻井流体、雾化钻井流体、泡沫钻井流体和充气钻井液。

该类钻井流体密度小、近平衡或负压钻进滤失量小、不易发生漏失，保护储层效果好。其中的泡沫钻井流体是使用最成功和应用效果最好的一种气体型钻井流体。泡沫钻井流体主要由气相、液相、发泡剂和稳泡剂等组成。这类钻井液在低压裂缝性油气田、稠油油田、低压强水敏性储层、低压低渗透储层、易发生严重漏失的地层钻进表现良好，该体系已在新疆、长庆、二连、百色、胜利、冀东等油气田应用，在·28·

乐平，杨建，冯仁鹏：钻井过程中的储层损害和储层保护技术研究现状

屏蔽暂堵技术是一种以较低的成本投入对油层进行有效保护的技术，暂堵深度浅，反排解堵渗透率恢复性好，完全可以通过射孔解堵，非常适合射孔完井的油气井。随着化学堵漏剂的发展，暂堵剂的种类也会越来越多，应根据所钻井的地层情况，在钻井设计中选用合适的屏蔽暂堵剂来保护油层。

地层。对于常规地层、受压力约束的地层、高压高渗地层，则不适用欠平衡钻井技术。

3.3无渗透钻井液技术

随着油气勘探开发领域的不断扩展，钻井过程

中遇到的地层越来越复杂，当钻遇压力衰竭地层、裂缝发育地层、破碎或弱胶结性地层、低渗透以及深井长裸眼段复杂泥页岩和多套压力层系等地层时，压差卡钻、钻井液漏失和井壁垮塌以及地层损害等问题非常突出。长期实践表明，利用传统钻井液往往顾此失彼，难以同时解决上述难题［5］。为此，近年来国外学者提出并开发了超低渗透钻井液体系。

无渗透钻井液，又称无侵害或超低渗透钻井液，超低渗透封堵是通过特殊功能的聚合物聚结成可变形胶团或胶束，加上超低渗透混合剂中的惰性材料的作用，沉积、沉淀在泥页岩孔隙、裂隙甚至裂缝处形成低渗透屏蔽层，阻挡水和固体进入地层，保持井筒内外压力平衡。超低渗透封堵的本质是阻止压差作用下的漏失过程发生。由于超低渗透混合剂中既有可变形聚合物，又有惰性材料，因而同时具有随钻堵漏作用、储层保护作用和防塌作用。

尽管国内外针对超低渗透钻井液已经进行了许多研究工作，目前超低渗透剂组成与性能是否真实符合超低渗透钻井液的作用原理，并没有见到令人信服的实验依据。

3.2欠平衡钻井技术

欠平衡钻井技术是20世纪90年代初国际上再

次兴起的钻井新技术。欠平衡钻井与屏蔽暂堵技术作为储层保护的两条路径，互为支持、互为补充，大大提高了储层保护技术的覆盖能力［4］。常规钻井一般都是过平衡钻井，由于钻井液液柱压力高于地层压力，不可避免地会造成钻井液滤液和有害固相进入储层，从而造成对储层的损害。而采用欠平衡钻井，由于井筒内钻井液液柱压力低于地层压力，钻井液滤液和有害固相的侵入就会减轻或消除，从而有效地保护储层。

欠平衡钻井技术可以合理地选用钻井液流体类型，使其密度低于地层压力系数，降低钻井液流体伤害产层的机率。下面介绍几种常见的欠平衡钻井技术:

（1）泥浆欠平衡钻井。通过调节钻井液的密度，使其低于地层的压力系数，设计合适的负压值，使钻井液液柱与井底保持合适的负压差。

（2）泡沫钻井。泡沫流体主要分为硬质泡沫流体和稳定泡沫流体两大类。硬质泡沫流体是由水、气体、膨润土、发泡剂和稳泡剂组成的非常稳定的分散体系，其特点是泡沫寿命长，携砂能力强，且成本较低，可解决大直径井眼岩屑携带、防漏等问题，适用于矿化度较低的地层。稳定泡沫流体是由水、气体、发泡剂和稳泡剂配成的分散体系，适用于低压易漏地层和枯竭储层的欠平衡钻井，具有减少漏失和保护储层的功能。泡沫钻井液液柱压力低、负压钻进，且泡沫与油藏之间形成一条气相隔离带，可以大大减少钻井液侵入储层，起到保护储层的效果。

（3）充气液钻井。充气钻井液以聚合物泥浆为基础，加入泡沫剂，经高速喷射或空压机充气起泡而成。近几年来，充气液钻井在提高机械钻速和储层保护方面起到了重要的作用，它具有密度低、携岩能力强、防止和消除漏失、机械钻速高、地层损害小等优势。利用其低密度特性、特殊泥饼、泡沫封堵和屏蔽作用，成功地解决了严重漏失地层的钻井问题。

欠平衡钻井技术适用于如下地层:具有潜在钻井液侵害或井漏的地层；具有外来流体与储层岩石、流体敏感性的地层；油藏非均值性较高、水体活跃的

4结语

（1）对损害机理的科学诊断，是优选钻井液的前提，优选对储层保护有利的钻井液配方是储层保护技术的核心内容之一。

（2）钻井液技术从满足单一钻井工程需要，发展为快速准确发现及评价储层、保护储层、增产增效、满足环保要求等多目标优化的技术。

（3）需进一步研究深井钻井液、大斜度大位移井和水平井钻井液、分支井钻井液等复杂特殊井钻井液体系的储层保护关键技术。

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邱密：大型实验仪器共享平台数据采集系统软件设计

设定USB设备插入和拔出时的事件通知程序：

CH375SetDeviceNotify

（2）数据传输API

读取数据块（数据上传）：CH375ReadData出数据块（数据下传）：CH375WriteData

放弃数据块读操作：CH375AbortRead数据块写操作：CH375AbortWrite

写出辅助数据

（辅助数据下传）：

享平台数据采集系统整体设计中已成功调试并且可

放弃中

以下载应用，达到了整体设计的要求。

参考文献

写放弃

CH375WriteAuxData

（3）中断处理API

读取中断数据：CH375ReadInter断数据读操作：CH375AbortInter

设定中断服务程序：CH375SetIntRoutine经过上述介绍，设计的完整操作界面如图5所示。

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大型实验仪器共享平台数据采集系统软件设计包括主程序设计、接口设计和服务器设计。整个软件实现模块化设计，提高了软件使用的通用性，利于系统的开发和再次升级。此软件在大型实验仪器共

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SoftwareDesignofDataAcquisitionSystemonSharingPlatform

forLarge-scaleExperimentalApparatus

QIUMi

（ChongqingUniversity，Chongqing400044）

Abstract:Thispaperintroducesakindofsoftwaredesignofdataacquisitionsystemonsharingplatformforlarge-scaleexperimentalapparatus.Thekeypointdesignissoftwareofdataacquisition，includingfigure，processesandsubroutines.Throughcompilinganddebuggingprocess，itcandownloadandruntheembeddedprocessortomeetthedemandofsoftwareandhardwaredesign.

Keywords:experimentalapparatus；sharingplatform；softwaredesign；VB(上接第29页)

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ResearchSituationofReservoirDamageandReservoirProtectionwhileDrilling

YUEPingYANGJianFENGRen-peng

（StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation，

SouthwestPetroleumUniversity，Chengdu610500）

Abstract：Reservoirprotectiontechnologyisdirectlyrelatedtooilfield’sexploration，developmenteffectivenessandprofit.Reservoirprotectiontechnologyinvolvesdrilling，cementing，wellcompletion，oilandgasexploration，productionmeasures，worksthroughexplorationtotheendoftheentiredevelopmentprocess.Thisarticlefocusedonthemechanismofreservoirdamagebythedrillingfluid，introducedthepresentresearchsituationanddevelopmentdirectionaboutdrillingfluidtechnologyofreservoirprotection.

Keywords：reservoirprotection；drillingfluidwithshieldingandtemporaryplugging；underbalance；non-filtration

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