浅析水平井钻井过程中油气层保护的研究

[摘 要]水平井作为油气田开发的一项成熟、适用技术，正在世界范围内得到推广应用。世界产油大国和国际石油公司纷纷发展这项新技术，作为提高钻井效率、增加石油产量的重要手段。水平井技术已成为提高油井产量的主要途径，随着油田二次开发的进行，还会加大水平井的应用力度，并将为建设大油田发挥出日益重要的作用。

[关键词]水平井；钻井；油层保护；污染

中图分类号：TE243 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0054-01

一、前言

油气层损害的实质就是储层中流体渗流阻力的增加和渗透率的下降，其后果会影响新探区和新油气层的发现及油气井的产量。油气层损害机理是指油气井作业中油气层受到的原因及物理化学变化过程。不同的油气层具有不同的储层特征，发生的损害机理也不相同。有针对性的制定保护油气损害的措施及保护方案，必须弄清目的层的损害机理。对油气层损害机理的研究已有半个世纪的时间。50年代到70年代中的二十多年时间里，研究工作进展很慢，只见到少量文献报道，其内容还多是关于粘土水化膨胀引起的油层中固相及液相引起的油层损害。70年代中期，西方一些国家开始重视防止油层损害，最大限度地提高油井产能的问题，陆续发表了很多关于保护油气层及油气层损害机理的研究文章，同时，随着电子技术的发展，X-射线衍射仪、电子扫描显微镜、图象分析系统等电子仪器广泛用于储层岩石的研究；借助微电脑技术采用物理模拟和数学模拟手段来研究地层孔隙中固体微粒的运移、微粒的侵入深度、地层中流体运动状态、地层渗透率随时间、流速及温度的变化等，从而油气层损害的机理研究工作开始向深度和广度发展。80年代，随着新的测试技术的发展及对油气层研究的不断加深，开始针对不同油气层进行系统的机理研究，应用岩石学、工程学、化学及物理学等对油气层的损害机理进行了定性的及定量的研究，形成了采用多种方法进行系列试验的实验程序，并逐步建立了物理模型及数学模型来研究机理。特别80年代末及90年代又开始应用数学模拟方法，提出利用模糊人工神经网络（ANN）预测储层敏感性的新方法进行机理研究，从而使人们对油气层损害机理研究的认识更为深入。

二、水平井钻井过程油气层保护技术

水平井有与直井相同的损害机理，但又有其自身的特点，它更易受到伤害，因而采取有效的油气层保护措施对水平井就更为重要。虽然全球水平井的应用最早可追溯到1927年，但直到20世纪70年代末80年代初，水平井技术才得以迅速发展，90年代初才实现规模应用，水平井的油气层保护也才应运而生。目前，国内外水平井钻井过程油气层保护技术主要集中在四个方面：一是保护油气层的钻井液技术，如麦克巴最新应用的无固相强抑制性钻井液、百劳德的BARADRIL-N、可以替代油基钻井液的水基钻井液Hydo-Guard无侵害钻井液等；二是保护油气层的暂堵技术方面，如油溶性、酸溶性、碱溶性微米级纤维素暂堵技术、高渗储层暂堵技术、D90暂堵技术、成膜暂堵技术等；三是保护油气层的钻井工艺方面，把欠平衡钻井工艺、优快钻井技术用于水平井钻井；四是滤饼解除技术得到了快速发展，成为油层保护的重要补救措施，如麦克巴公司应用了“强氧化剂处理无固相钻井液滤饼技术”、胜利油田研发了“水平井筛管完井多段塞完井液技术”等来提高近井地带的完善程度。

然而，水平井开发具有其特殊性，同直井相比，其钻井工艺难度大，水平井段易形成岩屑床，在油气层内钻进时间长，水平井裸眼段在钻井完井液中浸泡时间长、接触面积大，完井方式大多采用筛管完成，需要通过长的生产井段和大的泄油面积来提高单井产量，而且完井后的处理也有别于直井。因此，钻井过程中造成油气层污染的机会和程度加剧，尤其对于低渗透油气层，严重的油气层损害所造成的产能下降将导致钻水平井在经济上失去意义。据报道，美国海湾完成的水平井中有20% 被认为是失败的，主要原因是滤饼堵塞油气层、井下分隔器、筛管或衬管。由此可见，减少水平井钻井过程中的油气层损害是提高水平井钻井成功率的关键，而且愈来愈受到重视。

三、水平井钻井过程中油气层损害特点

同直井相比，水平井中钻井液造成污染的程度更为严重，污染带的位置也略有不同。水平井油气层损害有以下几个特点：

1、水平井钻井中，钻穿油气层长度比直井长，因而钻井液与油气层的接触面积比直井大得多，钻开油气层段的时间也要长得多，造成污染的机会随之增加。

2、钻水平井段易形成岩屑床，钻柱与岩屑反复研磨和挤压会产生更多的亚微粒子进入油气层造成损害。

3、水平井完井通常不采用射孔完井，无法利用射孔穿透污染带减少污染的方法，增加了消除损害的难度。

4、水平井钻进油气层时的压差比直井高得多。对于同一油气层来说，其孔隙压力是相同的，但随水平井段的延伸，钻井液的流动阻力不断增加，此压力直接作用在油气层上，因而压差随水平井段所钻长度的延长而增加，油气层的损害随压差的增大而更加严重。

5、水平井中每单位长度产油段的压力降比直井低，因而生产中反排清除固相侵入造成孔喉或裂缝堵塞的能力下降。

6、水平井中油气层损害带的位置也同直井存在显著差异。在水平井钻井过程中，钻井液在油气层形成的污染带较直井要深，且水平段跟部污染更严重些。形状为大头端靠近垂直井段的椭圆锥台体，同时由于在水平段上KH（水平渗透率）和Kv（垂直渗透率）大小不一样，导致污染带呈不均匀分布。

四、水平井钻井过程中的油气层保护措施

保护油气层要从两方面着手，一方面是从油气藏本身的特性，如岩石的结构、矿物组成、胶结状况和粘土的成分等来确定是否存在一些潜在的构成对油气层伤害的因素。另一方面是针对油气藏的特点，采取恰当的钻开油气层的措施和完井方法，针对水平井损害机理和特点，结合现有工艺技术，目前可采取的油气层保护措施主要有：实施油气层专打，应采用衡压力钻开油气层，降低钻井液进入油气层的强度；应用优快钻井技术，快速钻完水平段，从而减少油气层浸泡时间；采用无固相优质钻井液体系。这样既可以减少滤失，也可以避免因钻井液中的固相造成的伤害；把无固相优质钻井液体系与暂堵技术有机结合起来使用，可以大大减小钻井完井液进入地层的机会，从而提高油气层保护效果；在钻井设备中必须配备功能齐全的固控设备，及时清除钻井完井液中的无用固相颗粒；完井时，选用适当的滤饼处理技术，最大限度地疏通渗流通道。只有以上措施和管理做到位了，才能取得好的油气层保护效果，实现少井高产。

五、结论

1、加大水平井保护油气层技术的研究和应用力度，使之适应水平井快速增长的需要。一方面深入开展基础性研究工作，加强对储层特征的认识，分析主要损害因素，确定油层保护工作重点。另一方面根据油田水平井多采用筛管完井方式，无固相钻井液体系应是最好选择的要求，应加强无固相钻井液体系的研究，以满足各种情况的需要。

2、针对油井零散、油藏类型多、地层压力系数差异大，建议在地层能量比较低的地层打水平井时，最好采取先期注水，补充地层能量，实践证明地层能量高的地层比地层能量低的地层受伤害的程度更小。

3、应特别重视水平井钻井液的固相控制。从开始进行水平井钻井液转化到完钻整个过程中，要充分利用固控设备清除钻屑。造斜钻进后，应适当使用更细的震动筛布，充分合理地使用除砂器、除泥器、离心机。

参考文献

[1] 赵文博，朱振兴，战旗.长庆油田数字化管理关键技术应用 [J]. 科技创新与应用.2013（32）.