用改进的钻井泥浆设计来控制井眼

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1、用改进的钻井泥浆设计来控制井眼不稳定性与地层损害姚新珠时天钟编译      王允良审校摘要井眼不稳定和地层损害是石油工业遇到的两个主要问题。人们普遍认为地层损害主要是泥浆滤液的侵入与流体岩石相互作用改变了孔隙内流体的化学性质引起的。在井壁上形成一层致密的泥饼能阻止泥浆滤液的侵入。致密的泥饼也能对井壁起到支撑作用而防止井眼坍塌。因此，解决井眼不稳定和地层损害问题最有效的方法是设计一种与储层内流体—岩石相适应具有独特泥饼特性的钻井液。本文研究了多种新型特性的泥浆体系，以及它们在澳大利亚中心地区致密气层钻井完井中的潜在用途，这些地区的储层非常容易受到损害。所研究的四种泥浆中，酯

2、基泥浆在井壁上形成一层致密泥饼是一种最有效的保护储层的泥浆体系。(译自IADC/SPE47786)前 言井眼不稳定主要发生在覆盖目的层的所有页岩中，影响勘探直至开发的整个钻井过程，估计全球每年的花费超过六亿五千万美元。另一方面,目前在澳大利亚每天由于地层损害失掉5到10万桶的石油产量。这表明急需研究一种补救方法降低这种损失。地层损害是一种发生在井眼周围区域渗透率降低的现象，这引起油气井产量下降，或注水井、注气井注入能力下降。一般认为地层损害是由于不相容的外来液体和/或外来固相颗粒侵入地层所致。泥浆滤液侵入原始地层也可能引起井眼不稳定问题，导致井眼坍塌和其它井眼不稳定问题。

3、钻遇未胶结地层和坍塌性地层更是这样。为了避免这种井眼不稳定问题，研制一种能很快在井壁表面上形成薄而致密的低渗透性泥饼的钻井泥浆，以便进一步阻止泥浆滤液进入地层，是最理想的。这将提供一个极好的泥浆支撑作用。显而易见，控制井眼不稳定和地层损害问题的关键是设计一种合适的钻井液，它能在井壁上形成一个致密的低渗透性泥饼以把进入地层的滤液降到最小。此研究的目的是用实验方法研究不同钻井泥浆体系在低渗透性气层上的泥饼性能，致力于形成一个标准，使钻井工业对低渗透性气层选择合适的泥浆体系。泥饼形成过程一种理想的钻井泥浆应与地层的化学性质匹配，同时既能在井壁上形成一种薄而致密的外泥饼又能在井眼

4、周围非常近的区域中形成薄的内泥饼，以把泥浆滤液和泥浆固相侵入量降到最小。泥浆瞬时滤失量在泥饼形成前产生，其大小是钻井泥浆的一个重要特性。内泥饼形成的速度根据泥浆中固相颗粒大小与地层孔隙尺寸的配伍性而定。比孔径大的颗粒不能进入孔隙，比孔径小得多的颗粒，进入孔隙而且自由的运移到地层内。有人已经提议，在孔道内形成稳定桥堵的泥浆固相颗粒的平均直径是最大孔径的1/3左右。一旦在近井壁区域的孔道中形成稳定的桥接,那么，较小的颗粒将留在大颗粒中间形成初始的内泥饼。内泥饼是在外泥饼形成基础上形成的。外泥饼形成的速率由泥浆流中有利于颗粒在泥饼表面沉积的流体动力和有利于清除泥饼表面颗粒的剪切

5、应力控制。这两个力达到平衡，泥饼厚度不再增加。环空泥浆循环速度越高，固相颗粒沉积越少，泥饼越薄，它的性能就越好。也就是说低孔隙度和低渗透率，是非常重要的。显而易见，为了桥堵孔道和孔喉，泥浆中固相颗粒的大小是确定内泥饼形成初始阶段瞬时滤失量大小的关键。可是，泥浆中的细微颗粒在确定内泥饼和外泥饼的孔隙度和渗透率方面起着重要的作用。因此，为了获得一个薄而低渗透性泥饼，一种钻井泥浆应含有各种粒度分布的固相颗粒。许多不同类型的颗粒可以用作泥浆的降滤失剂。粘土是典型而又普遍使用的固相颗粒。复杂聚合物在井底条件下仍然能稳定，当膨胀的粘土不起作用时，也用于钻井泥浆中的辅助降滤失剂。胶体有

6、时也被用作改善泥浆滤失性。在油基泥浆中，加入乳化剂能形成堵塞孔喉的稳定乳状液。在大多数情况下，不同类型的颗粒和聚合物用于钻井泥浆的配制。实验程序在此研究中，用澳大利亚中部致密气砂岩研究四种钻井泥浆的泥饼特性，即，乙二醇泥浆、酯基泥浆、高温粘土抑制（HTCI）泥浆及改性的高温粘土抑制泥浆。众所周知，这些钻井泥浆有许多新型的特性，使得它们适合钻低压致密气层。四种泥浆泥饼形成特性根据API滤失量、瞬时滤失量、动态滤失量和动失水后地层的渗透率损失来评估。用扫描电子显微技术定性地评价泥饼结构和泥浆固相侵入深度。材 料层面从整块岩心钻切直径1英寸的岩样。在80℃的烘箱中烘48小时后,

7、用三氯甲烷和甲醇（87∶13）共沸物在回流加热索氏抽提器中抽提实验岩心。混合物的沸点低于40℃。连续抽提24小时直到与实验岩样接触的熔剂无变色为止。实验前，岩样在80℃烘箱中烘干24小时。用与上述岩样制备相同的岩样切片，通过X射线衍射和X射线荧光分析测定岩样的矿物组成。利用氦孔隙度仪和压汞孔隙度仪分别测量岩样的孔隙度和孔径分布。用微型渗透率仪测量岩样的空气渗透率。利用渗透率仪测量动态失水前后湿气渗透率。用于此研究中四种泥浆体系的主要组成见表1。配制的每种泥浆在滚子炉中80℃老化24小时。用氢氧化钠溶液调节泥浆的PH值。用API