颗粒级配暂堵保护技术

实现产能最大化的一个关键因素就是储层钻井液与岩石的化学及物理相容性。储层钻井液必须与储层岩石的孔隙特征相容，对钻井液储层保护效果的优化，最主要考虑的因素就是桥架颗粒的粒径分布，适当的颗粒尺寸可以防止钻井液的滤失并进一步改善固体颗粒对储层孔隙的封堵。钻井液的储层保护效果，与作业前对储层性质的了解关系密切，储层岩石具有复杂的孔隙流体流动通道，要进行细致的评价和描述具有一定的难度，要做好储层保护，只需要重点了解岩石的孔隙特征。这些特征包括岩石类型、孔隙大小分布、孔隙导通性以及溶蚀和裂缝等二级孔隙的变化情况。不同的孔隙类型，要求使用不同的储层保护方法，如果粒间孔隙占主导地位，则砂岩的流动通道和孔隙分布是均质的，颗粒粒径广谱分布的储层保护材料将最为有效，而非均质储层则采取不一样的颗粒粒径设计方法。颗粒粒径设计是降低储层伤害的关键，控制颗粒侵入是防止流体对井壁周围储层进行伤害的必要条件，对储层保护颗粒的选择，有以下几个理论和方法：

（1）Abrams中间颗粒粒径原则。依据该原则，桥架材料的中间颗粒粒径应该等于或者略微大于地层孔隙中间尺寸的1／3：

式中：λ是孔吼尺寸。

Abrams采用简单的沙子充填模拟砂岩和白云岩代替碳酸盐的方法进行了实验并得出结论；Abrams规则关注的仅仅是启动桥架所需要的颗粒粒径，对于通过射孔来解除井壁附近伤害的情况来说，Abrams（1977）建议钻井液中至少应该含有5%体积分率的固体物质，该规则没有给出最佳桥架封堵的颗粒粒径，也没有考虑进行优化封堵的理想充填序列，因此无法达到最大限度地降低滤液侵入的效果。

（2）Smith等的IPT理论。Smith等（1996）发现在石英砂岩的大尺寸孔隙中含有大量的流体，如果不用足够大的颗粒进行桥堵的话，则易于受到来自钻井液的伤害；就现场作业中的桥架效果来说，D90的颗粒粒径分布比D50的颗粒粒径分布更为重要，通常推荐使用IPT（Ideal Packing Theory）的颗粒粒径分布模型，也就是说，桥架材料的累计重量百分数应该与桥架颗粒粒径的平方根成正比：

式中：k可以认为是与颗粒属性有关的系数，W%重量百分数可以采用V%体积百分数代替，颗粒粒径d可以采用直径也可以采用半径来计算，一般选取直径计算。

传统的理想充填理论将x值选取为0．5，但是新的研究认为，一些其他的取值也许更加有利于降低钻井液的滤失。比如选择x＝1比使用传统的x＝0．5也许更合适，当x＝1时，在分布范围内的每个尺寸的颗粒将会有相同的体积，即分布是线性的。新的研究还认为，粒度分布广泛的颗粒混合物比粒度分布窄小的颗粒混合物对流体的滤失控制能力更强，即使更窄小的粒度分布包含更细的颗粒，其结果仍然是具有较好的滤失控制能力，并且针对x的取值变化趋势的研究显示，随着x从0．1增加到0．5，形成的滤饼渗透性降低，进一步增加x到1．25却并没有出现明显的滤失变化，继续增大x到超过1．25将增加滤饼渗透性。该结论通过使用石英碎屑砂岩和人工刚玉磨料类模拟孔隙系统物质进行了实验验证，且此趋势与在滤纸上形成滤饼和在模拟岩石材料上形成滤饼是相似的。

（3）Vickers方法。Vickers（2006）建议采用钻井液中颗粒的D90、D50、D10来匹配采用压汞曲线计算得到的储层孔喉D90、D50、D10，Vickers方法是对IPT理想充填理论所获得的桥架序列的超越，该方法主要是匹配目标层不同的孔隙大小分布的分率，所选择和优化的桥架混合物需要满足下面的标准要求，以便将进入储层的滤失控制到最小：

D90＝最大孔喉；

D75＜最大孔喉的2／3；

D50＋／－平均孔喉的1／3；

D25平均孔喉的1／7；

D10＞最小孔喉。

该匹配方法可以有效地降低对储层的侵入和伤害，其效果可以通过刚玉砂片和贝莱砂岩的实验进行验证。

（4）Halliburton方法。在堵漏井壁增强的应力笼理论中，Halliburton　＆Whitfill（2008）提出了提高和完善井壁增强的方法，该方法也可以作为选择储层保护桥架颗粒的参考。Halliburton方法认为要增强井壁，桥架颗粒粒径分布的D50设计应该等于估算的裂缝宽度和孔隙大小以抵消估算的不确定性。该方法关注的是在钻井液体系中要含有足够量更大和更小的颗粒而不是估算的裂缝宽度和孔隙大小，只要颗粒浓度足够，就可以封堵大大小小的裂缝和孔隙。

由上述理论分析可知，所有这些理论和方法考虑的只是颗粒粒径大小和粒径分布，其实，颗粒的其他属性对桥架和封堵的影响也需要研究，对颗粒进行全面的特征识别和分析有助于对颗粒的进一步了解，然后得到更好的桥架控制设计和效果。这些特性包括颗粒的机械和物理特征，如圆度、凸面比等。NewPARK等一些钻井液公司业对石灰石、大理石、方解石、白云石等的不同特征开展了一些研究，并将研究结果应用到现场。

尽管对每一个参数的研究都可以为储层钻井液的设计提供一些重要的概念，但是更为重要的是对岩石中的孔隙尺寸大小进行评价，并将这些概念应用到实际的储层保护之中。

特定岩石储层的孔隙系统特征，在许多的工程研究中需要进行缺省设置，假定孔隙空间是一个单一的、均质的孔隙系统，就可以在固体颗粒之间采用填充砂或者刚玉砂盘进行模拟。

6．2．3．1　孔隙特征分析方法

钻井液向地层的液体滤失和固体侵入，与岩石孔隙系统及储层岩石的流动通道属性紧密相连，为了优化桥架粒径分布，需要对岩石孔隙类型、尺寸大小、孔道分布等有所了解。通常用于了解岩石这些属性的分析方法包括薄片分析、压汞分析、SEM扫描电镜以及CT扫描技术。

储层岩石中的孔隙系统是由岩石孔隙系统形成和改变期间的地质状态决定的，沉积、成岩、变形是储层沉积岩中产生孔隙的重要决定因素。除此之外，用于鉴定孔隙系统、获取孔隙尺寸大小和分布的测定方法以及这些方法的使用条件，对于孔隙尺寸值的确定也是极其重要的，这有利于储层保护过程中的粒径分布设计。

薄片分析是了解岩石最重要的方法，它被广泛应用在钻井液的设计之中，在制备薄片时，岩心样品首先要进行环氧树脂的灌注，以增加样品之间的胶结力，保持样品结构的完整性，并防止样品在磨制期间的损失和变形。蓝色的染料加入到环氧树脂之中，标识孔隙空间及结构，将岩心样品放置在一个载玻片上，一般采用7mm×64mm或者50mm×75mm规格的载玻片，然后切割和磨制到大约30μm厚度，以便使用光学仪器进行鉴定。

用于桥架孔隙的典型颗粒粒径与孔隙最大环直径相对应，而通过薄片可以对岩石中的这些孔隙环进行刻蚀分析。薄片分析可以鉴定从2～5000μm的孔隙分布，而砂岩的粒径范围是62．5～2000μm。薄片分析可以直接观察并且相对廉价，但其仅仅是二维空间的描述，并且其鉴定准确性还依赖于鉴定者的水平和技能。

压汞分析是进行岩石孔隙分析的重要手段，通过压汞分析可以对不同的孔隙分布进行统计分析，压汞实验的压力与岩石毛细管尺寸可以通过公式进行关联，此毛细管压力方程通常被用来将压力转化为孔隙直径：

式中：Φ——毛细管孔隙直径（μm）；

　　　p——毛细管压力（kPa）。

业已发布了一些使用上述方程来评估孔隙尺寸的数据，并对非柱状孔隙、颗粒表面粗糙度、接触角的变化等进行了详细的研究和讨论。这里没有使用更复杂的方程式，因为如果采用描述实际岩石孔隙的数学方程式来进行表征的话，则在现有技术条件下不太容易进行足够的精细化描述以便实现实际的演算。对于压汞确定孔隙尺寸来说，ASTM标准认为该方法适用于0．0025～100μm之间的孔隙尺寸。

从压汞得到的孔隙尺寸有时与孔喉尺寸相关联，Van Brakel等（1981）建议将压汞获得的结构完全理解为孔喉尺寸可能是一个错误的想法，孔喉尺寸与压汞体积百分数的曲线并不能给出关于实际岩石的孔隙尺寸的统计数据，特别是假如孔隙片段是锲形的时候更是如此。因此，对诸如含水饱和度的影响等毛细管参数进行建模处理来获取孔隙尺寸数据似乎对分析结果有益，但是这可能会使测定渗透率和孔喉模型得到的计算渗透率之间产生比较大的发散和误差，渗透率曲线上某些大的误差可能是由于压汞方法不能鉴定到最大的岩石孔隙的原因。

对于确定桥架颗粒的尺寸来说，最大的联通孔隙直径可能是最有用的参数，一旦压汞实验完成，就可以得到压汞门槛值，即压汞液体开始进入样品的压力门槛值，图6－9显示的是计算得到的孔隙直径与压汞饱和度分率之间的关系，得到的门槛值直径是75μm，而中间直径为15μm，两者具有较大的差异。如果以中间孔隙尺寸作为参数来选择匹配的桥架颗粒进行储层保护，在孔隙大于15μm的时候固体颗粒就可能侵入储层造成污染，侵入带将出现流体实际流动能力的下降。如果侵入带会进行水力压裂或者通过深穿透射孔来解除，则对产能影响可能比较小，但对于裸眼完井来说，射孔不能穿透的侵入带将导致产能的下降。表6－12是采用压汞分析与薄片分析的比较。

图6－9　岩心样品测得的压汞孔隙直径变化
（来自于Bridging Particle Size Distribution in Drilling Fluid and Formation Damage）

SEM扫描电镜是全面分析岩石孔隙较好的方法，可以对非常小的孔隙进行分析，并且可以对孔隙进行三维分析，SEM测定孔隙的范围可以从0．05μm到5000μm，对于发现和标识微细孔隙来说，SEM是一种非常好的方法，但是测定会花费一些时间，也需要昂贵的费用。与SEM一样，微CT提供了一种有前景的三维孔隙几何结构分析方法和孔隙尺寸统计分析方法。

表6－12　压汞分析与薄片分析的比较

注：VC—非常粗，C—粗，M—中等，F—细，VF—非常细。

6．2．3．2桥架颗粒粒径分布

孔隙系统及流动通道的特征是设计桥架颗粒分布的基础，这些特征中最重要的是：①岩石中起主导作用的流动通道；②尺寸、分布、孔隙和裂缝的导通性。适当尺寸的桥架颗粒可以改善钻井液向储层的滤失，降低固体对储层孔隙的封堵，基于孔隙系统特征和裂缝特征的桥架颗粒的优化，可以有效地降低钻井液的储层伤害。

图6－10是进行了孔隙颗粒粒径优化的情况，图6－11是没有进行孔隙颗粒粒径优化的情况，钻井液中细黑色和棕色物质深深地侵入岩心甚至进入相对小的孔吼。

图6－10　渗透率恢复实验后的薄片分析（右边的棕色及黑色是滤饼）

图6－11　渗透率恢复实验后的薄片分析（棕色及黑色是来自钻井液中的固体）

6．2．3．3　不同岩石类型的结构及孔隙系统

6．2．3．3．1　均质砂岩结构及孔隙系统

表6－13显示的是三个不同的钻井液体系在采用“D90等于最大孔隙尺寸”的理想充填模型IPT进行优化后的实验结果，实验岩心是具有相对均质性的砂岩，并具有有限的孔隙尺寸分布，如图6－12左边所示，所收集的滤液较少，小于孔隙体积的50%，渗透率恢复值在91%～95%之间，显示没有储层伤害。作为比较，使用类似的钻井液体系，但是没有添加桥架颗粒，实验岩心也是具有相对均质性结构和孔隙分布的砂岩岩心，如图6－12右边所示。这些数据显示了高达岩心孔隙体积135%～200%的滤失，这么大的滤失可能会导致储层伤害，表中也可以观察到明显的储层伤害，渗透率恢复值只有11%～25%，这些实验也显示，即使均质的砂岩也可以通过添加桥架颗粒来降低滤失和储层伤害。

表6－13　不同钻井液体系桥架颗粒优化储层影响比较

6．2．3．3．2　具有良好裂缝发育的碳酸盐和其他大规模开启裂缝

对于碳酸盐和裂缝储层，或溶蚀孔道储层来说，可能包含有许多大孔隙和流体流动孔道，如图6－13所示。它们在空间上常常是非均质性的，其尺寸变化巨大，一些孔隙的尺寸甚至达到厘米级别规模，这时的桥架颗粒，其分布应该与非均质孔隙和流体通道相适应。对于裂缝、孔洞以及宽度小于500μm的孔道，采用适当的颗粒尺寸可以有效地桥架流体流动路径，但是如果宽度更大，使用单独的桥架颗粒难于封堵流体流动孔道，这时，平衡压力钻井方法便成为控制滤失和降低储层伤害的一个选择。

图6－12　渗透率恢复值实验用岩心的薄片分析

图6－13　含泥白云岩薄片分析（蓝色代表孔洞、通道、孔隙及其他开启空间）

6．2．3．3．3　岩石及强双峰孔隙粒径分布或大孔隙

对于许多类型的砂岩以及天然溶蚀性长石、岩石碎屑、碳酸盐来说，可能产生巨型孔隙，如图6－14所示。这些巨型孔隙可能被连通而对渗透率产生巨大贡献，特别是那些低孔隙和高渗透率的砂岩很可能与这些大孔隙连通而对流体流动能力产生影响；那些小的孔隙可以通过钻井液中的小颗粒、钻井期间的细钻屑以及桥架材料的消耗进行有效的桥架封堵，然而对于这些需要保护的储层来说，最重要的是通过添加合适的桥架材料来保护大孔隙而不是仅仅集中在小孔隙。

图6－14　大尺寸孔隙的薄片分析

许多石灰石和白云石也显示具有选择性溶蚀产生的大孔隙，图6－15就是具有30～150μm尺寸的白云石，孔隙度15%～20%，有许多宽达200μm的大孔隙，表6－14列出的渗透率恢复值结果显示了高达200%孔隙体积的滤失，并具有严重的储层伤害，渗透率恢复率只有34．1%，这里没有进行充分的桥架可能是储层伤害的主要原因，桥架颗粒尺寸的D90大约为130μm，很明显，这里忽视了大孔隙的作用。该实验显示，如果最大的孔隙不能被桥架，滤失以及储层伤害将很高。

图6－15　大尺寸白云石的薄片分析

表6－14　大尺寸孔隙白云石渗透率恢复值

图6－16　渗透率恢复实验用石英砂岩心

图6－17　石英砂岩渗透率恢复实验前薄片实验分析显示的大尺寸孔隙空间

实验结果显示，对于具有双峰孔隙尺寸分布的储层或者大孔隙储层来说，如果在桥架颗粒D90等于普通最大孔隙尺寸的情况下，则可以得到有效桥架，其间的小孔隙可以通过加入细颗粒来桥架。图6－16显示的是储层伤害试验中的石英砂岩心，这些岩心中含有大量的大孔隙（图6－17），钻井液采用“D90等于最大达到300μm的孔隙尺寸颗粒”进行桥架，渗透率恢复值实验显示其滤失只有孔隙体积的10%～24%，没有观察到明显的储层伤害，对污染后的岩心薄片分析显示固体颗粒进入岩心的情况很少，并受限在一定的深度，如图6－18所示，没有观察到裂缝闭合现象或者封堵现象。

图6－18　渗透率恢复实验后薄片实验分析显示在接近滤饼处的清晰孔隙及裂缝

6．2．3．3．4　高压差作用下的衰竭储层

储层孔隙流体压力与井筒压力之间的压力差也是一些桥架颗粒选择的因素，表6－15是渗透率恢复实验的结果，实验采用Berea砂岩岩心，对于某些钻井液和某些实验条件来说，压力从6895kPa增加到13790kPa的增加值也将极大地增加滤失量，滤失量从26．4%增加到44%，并且加重了储层伤害，其渗透率恢复率从88%降低到40%。

表6－15　高压差渗透率恢复实验结果

表6－16给出的是在高压差情况下的两个储层伤害机理，实验条件是160℃温度及13790kPa的压力，钻井期间钻井液的滤失分别超过孔隙体积的595%和488%，渗透率恢复值非常低，分别只有8．5%和12．7%。另外的两个实验在环境温度下进行，并对岩心靠近井壁的污染端面截取7．62cm进行滤饼清除处理，截取端面后的渗透率增加值，显示了钻井液中的固体颗粒对岩心的桥堵污染作用。另外，对试验后岩心的鉴定显示，与低压差情况相比，高压差情况下，沿着固液接触面的滤饼非常致密，显示其在高压差作用下的压实效应；一个致密的滤饼将使渗透率下降并且使油气的返排变得更加困难。众所周知，对于小粒径材料，其压缩率较高，在钻井液中加入大的颗粒，可以降低滤饼的压缩效应。大尺寸颗粒可以协助固体降低向岩石孔隙空间侵入的趋势和侵入的极限深度，因此，至少应该加入14．265kg／m3的粗颗粒（D50≈250μm）材料，而不是细的颗粒（D50≈2μm小于14．265kg／m3）材料，但是大颗粒含量太高可能影响钻井液的性能以及泥饼质量等，因此需要对储层孔隙尺寸、钻井流体特性及钻井液滤饼质量进行综合考虑，以便进行最有效的颗粒粒径分布设计。

表6－16　高压差渗透率恢复实验

在12MPa的高压差下，采用400目左右的重晶石加重含有聚胺和聚合醇的PLUS／KCl钻井液体系到1．3g／cm3，测定不同渗透率岩心的影响，结果如表6－17所示。

表6－17　重晶石高压差渗透率恢复实验

从以上数据可知，即使不采用碳酸钙类桥架材料，直接使用高浓度的重晶石作为桥架材料，在大体积污染的情况下，渗透率恢复率仍然较高，在进行阶段处理后继续上升到80%以上，说明桥架颗粒的存在对储层污染具有极大的减轻和消除作用。

6．2．3．4　桥架储层保护的基本认识

桥架颗粒粒径的设计对钻井过程中降低储层伤害的钻井液来说非常重要，储层岩石孔隙系统的特征是设计技术的起点，通常使用的测定孔隙系统特征的方法包括薄片分析法、压汞分析法、SEM分析法，每一种方法都有其优缺点。

薄片分析法可以直接观察和鉴定孔隙系统的特征，包括孔隙度、孔隙类型、形状、孔隙大小分布及导通性，也可以对用其他分析方法常常被忽略的大孔隙进行实际可行的鉴定。但是，薄片分析只是对三维岩石的二维分析，而压汞方法可以提供一个全尺寸孔隙的统计分析方法，可以鉴定到那些被薄片方法所忽视的小孔隙。压汞方法的缺点是不能鉴定到在储层岩石中已存在的最大孔喉，而恰恰是这些大孔隙才是粒径匹配设计最重要的依据。SEM方法可以测定包括最小的孔隙尺寸范围的岩石，但是要测定大量的非均质岩石所需要的时间和费用使得SEM的应用变得不切实际。

假如储层岩石的结构和岩石孔隙系统具有相对窄的孔隙尺寸分布并具有较好的均质性，则广谱的桥架颗粒可以有效地封堵所有的孔隙空间。但是，对于许多类型的岩石来说，比如溶蚀长石、岩石碎片、碳酸盐物质等将产生过大的孔隙即大孔隙。储层保护至关重要的是通过添加合适粒径的材料保护好那些过大的孔隙，而更小的颗粒应滞留在液体之中，来桥架更小的孔隙并改善泥饼质量。碳酸盐裂缝、溶蚀孔产生的大孔隙及流体通道在空间上来说，常常是不均质的，尺寸变化也很大，有些甚至达到厘米级的规模，因此，所选取的桥架颗粒粒径分布应该与非均质孔隙及通道相匹配。

实际上，井壁和地层孔隙流体之间的压差，也是影响进入地层的桥架颗粒粒径选择的一个因素。在泥浆中添加粗的颗粒，有利于限制固体过度进入地层封堵地层岩石，在高压差情况下可以降低地层压实作用对储层的影响。

6．2．3．5　酸溶性暂堵保护技术

常用的酸溶性暂堵剂为不同粒径范围的细目碳酸钙。碳酸钙是极易溶于酸的化合物，且化学性质稳定，价格便宜，颗粒有较宽的粒度范围，因此是一种理想的酸溶性暂堵剂，一旦堵死地层后，也可以通过酸化来实现解堵，恢复油气层的原始渗透率。但此类暂堵剂不宜在酸敏性油气层中使用。

选用酸溶性暂堵剂时应注意其粒径必须与油气层孔径相匹配，使其能通过架桥作用在井壁形成内、外泥饼，从而能够有效地阻止钻井液中的固相或滤液继续侵入。实验表明，能否有效地起到暂堵作用，主要不取决于暂堵剂固相颗粒的质量分数，而取决于颗粒的大小和形状。一般情况下，如果已知储层的平均孔径，可按照暂堵理论选择暂堵剂颗粒的大小。储层平均孔径的数据可以通过压汞实验获得，也可以由下式近似求出：

式中：rp——储层的平均孔径（μm）；

　　　φ——储层的有效孔隙度（%）；

　　　K——储层的原始渗透率（10－3μm2）。在实际应用中有时可根据室内评价或现场经验来确定暂堵剂的粒度范围和加量范围。目前多数储层一般使用200目的碳酸钙，加量一般控制在5%。

碳酸钙要选择含量高、酸溶率达到98%以上的；其粒径分布范围广而均匀，具有较好的广谱暂堵作用。

6．2．3．6　油溶性暂堵保护技术

油溶性树脂包括石油树脂、松香树脂、萜烯树脂等可以与柴油及白油具有互溶性的有机化合物。该类树脂性材料的最大特点是，在低温下具有一定的固体强度，在高温下具有一定的软化点，在水基基液中稳定，一旦与油相遇则在油中快速溶解，从而实现在水基钻井液中用来暂时封堵储层的目的。

石油树脂由于价格低廉、来源广泛，因而广泛用于钻井液的储层保护剂以及储层改造的酸液转向剂。石油裂解所副产的C5、C9馏分，经前处理、聚合、蒸馏等工艺生产的一种热塑性树脂，是分子量介于300～3000的低聚物。石油树脂一般可分类为C5脂族类、C9芳香烃类、DCPD环脂二烯类和纯单体（PolyAMS甲基苯乙烯）以及C5加氢石油树脂、C9加氢石油树脂等。

C5石油树脂和C9石油树脂指以包含5个和9个碳原子的烯烃或环烯烃进行聚合，或与醛类、芳烃、萜烯类化合物等共聚而成的树脂性物质。呈淡黄色至浅褐色片状、粒状或块状固体，透明而有光泽，相对密度0．97～1．04，软化点80℃～140℃，溶于丙酮、甲乙酮、环己烷、二氯乙烷、醋酸乙酯、甲苯、汽油等，不溶于乙醇和水。分子结构中不含极性或功能性基团，没有化学活性。耐酸碱性、耐化学药品性、耐水性良好。脆性大，与非极性聚合物相容性较差。

松香类树脂也是一类可以在一定温度下油溶解的物质，因而可以在钻井液中作为暂堵剂储层保护材料使用，松香类物质是一种透明、脆性的固体天然树脂，具有比较复杂的组成，主要由树脂酸（枞酸、海松酸）、少量脂肪酸、松脂酸酐和中性物等组成。由于其组成特点，其在油中的溶解性能不如石油树脂。

萜烯树脂也是一类可以用作油溶性暂堵桥架材料的物质，是一种广泛存在于植物体内的天然碳氢化合物，可以从松节油中提取。钻井液中用于暂堵储层保护的萜烯树脂分子量相对较大，具有较好的强度和油溶解性能。一般至少是二萜烯（樟脑烯）及多萜烯（鲨烯）的聚合物。萜类化合物是一种可以划分为若干异戊二烯结构单元的碳氢化合物，其分子式与异戊二烯有简单的倍数关系，通式可以写成（C5H8）n。萜类化合物所具有的脆性及油溶性，使其作为油溶性储层保护剂使用。

一些有机聚合蜡也可能成为油溶性储层保护材料的选择对象。

6．2．3．6．1　油溶性树脂的滤失控制

油溶性滤失控制添加剂的作用机理是在地层的表面通过沉积作用形成一个不透水的滤饼。为了形成致密的滤饼，添加剂必须先将岩石的孔隙结构桥接起来，再在其基础上形成堵塞阻止流体滤失的滤饼。这一机理通常是通过一种不可变形的桥接材料与一种可变形的降滤失材料相结合使用来实现的。小颗粒的石英或碳酸钙通常用作孔隙桥接材料，但是油溶性树脂在某些情况下储层保护搭桥进而与储层流体作用而自动解除的优势更明显，因为其在较低的温度下具有良好脆性，在不太高的压力下具有一定的形状保持能力。而水溶性的凝胶、淀粉以及聚合物类通常用作滤失控制辅剂。

为了有效控制滤失，油溶性材料必须具有可变形性以便能产生有效的密封性能。如果树脂过于柔软，它将包裹在较大的桥接材料上并使其失效。如果它缺乏足够的变形能力，就无法形成性能良好的滤饼。变形程度应尽可能在较大的温度变化范围内保持不变。

对大量的油溶性树脂和胶乳进行的测试表明，在低温时（38℃）的滤失控制效果很好，但是当温度上升时，大部分的树脂会因为融化或过度软化而失效。而一种柔软性适中、油溶性的橡胶材料具有相对较好的效果。经过测试，乙烯－醋酸乙烯树脂分散体是最有效的材料。这些分散体配合小颗粒的合成烃树脂（325目）使用，能在浓度较低的情况下提供良好的滤失控制性能。而这两种树脂都可完全溶于油。

使用柔软易碎的油溶性材料进行滤失控制这一技术最先应用于砂岩基质的酸化。由于其完全溶于油，这种暂堵剂在油水反转的时候不会对地层造成伤害。Nierode和Kruk之后的研究表明，这类添加剂也可以在酸化压裂中有效地控制流体的滤失。由于对地层无害，钻井、完井和修井过程中若使用与其相似的材料，优势也很明显。

6．2．3．6．2　温度对油溶性树脂滤失的影响

由于油溶性添加剂的性能与树脂的变形程度直接相关，因此温度对滤失控制的影响很大。柔性树脂在65℃～93℃时的性能最好，在这一温度范围内添加剂的性能最佳。因此，当温度不在这一范围内时添加剂的性能会变差。油溶性添加剂的浓度和温度对完井液和修井液滤失控制的影响如图6－19所示。该油溶性添加剂温度的使用上限为120℃，高于这个温度时树脂会变得过于柔软而失去滤失控制的能力。高温条件下，可以通过提高添加剂的浓度来克服滤失控制能力的下降。

6．2．3．6．3　渗透率与滤失的关系

大部分滤失控制添加剂多少会受到地层渗透率的影响。为了有效地控制滤失，滤失性添加剂中必须包含粒径足够大的颗粒，使其能够将最大的孔隙堵塞。若使用的桥堵材料尺寸过小，滤失控制添加剂就会渗透进地层而起不到桥堵的作用。如果颗粒过大，也会对添加剂的性能产生不利影响。研究表明，油溶性树脂的直径最大可达325目（44μm），除最极端的情况外，油溶性树脂的桥接情况都很好。渗透率对滤失控制的影响如表6－18所示。

图6－19　温度及添加剂浓度对104%W／VNaCl盐水滤失的影响
（来源于Development of Oil Soluble Resin Mixture for Control of Fluid Loss in Water Base Workover and Completion Fluids）

表6－18　渗透率对完井液滤失的影响（103%盐水＋1．2%油溶性树脂，65℃）

对于修井液来说，油溶性材料的悬浮能力和暂堵效果与完井液类似，但是与钻井液差异较大，虽然如此，却更加能够反映油溶性材料的桥架和封堵效果和能力。一般来说，若要修井液的滤失控制效率显著，岩心的渗透率至少要达到900mD。此时渗透率的提升几乎不会增加滤失量。对于一些渗漏非常大的岩心，必须加入一些粒径较大的桥堵剂。例如，当岩心的渗透率为6mD时，只使用单一的添加剂不能对滤失进行有效控制。加入一种较粗的油溶性树脂后，滤失情况才有所改善。这种树脂包含100目的桥堵材料，在渗透率较高时可充当桥堵剂堵塞直径更大的孔隙。

6．2．3．6．4　压差对油溶性树脂滤失影响

油溶性添加剂的性能与压差变化的关系不大。如图6－20所示，完井液滤失实验表明，随着压力的增加，滤失量先缓慢地降低，当压差达到400Psi时，滤失量又略微有所增加。

6．2．3．6．5　碳酸钙桥架与油溶性桥架比较

进行一系列的滤失试验来比较油溶性添加剂与几种常用的碳酸钙型修井液添加剂的效果。这些测试的结果、测试的添加剂种类及评价结果如表6－19所示。

图6－20　压差对油溶性树脂完井液滤失影响
（来源于Development of Oil Soluble Resin Mixture for Control of Fluid Loss in Water Base Workover and Completion Fluids）

表6－19　不同修井液滤失添加剂比较（65℃，2068．5kPa）

这些试验结果表明，在海水中油溶性添加剂具有良好的失水控制能力。结合了增稠剂型聚合物滤失剂且含有高浓度的生物聚合物的添加剂效果较好。

6．2．3．6．6　油溶性树脂地层伤害试验

地层伤害试验是，在206．85kPa压力下煤油穿过岩心滤出，直到流出煤油的流量恒定。然后采用3447．5kPa压力对岩心进行污染，从相反的方向注入含降滤失剂的4%氯化钠盐水。污染后的岩心通过在206．85kPa压力下煤油返排来确定渗透率恢复率。

地层伤害试验结果表明，随着煤油返排，温度在52℃以上时油溶性添加剂渗透率恢复率达到100%（表6－20）。温度在38℃以下时可以观察到轻微的地层伤害，因为在低温下，油溶性树脂溶解缓慢。虽然采用碳酸钙＋木质素磺酸盐＋生物聚合物作为储层保护添加剂时渗透性具有比较好的恢复效果，但没办法采用油溶性树脂系统来获得这样的效果。

表6－20　不同完井液添加剂的储层伤害

在采用盐水清洗返排的测试中，油溶性添加剂有着令人惊讶的良好的渗透性恢复效果，尤其是在低温下，即使在完全没有油的情况下也可以达到预期效果。

6．2．3．6．7　对油溶性树脂储层保护的认识

我们看到，油溶性树脂在完井液中具有一定的储层保护效果，由于完井液与钻井液相比组成较为单一，分析问题更加方便，所以上述评价均在完井液中进行。油溶性树脂在钻井液现场也得到较为普遍的使用，但是，在钻井液的现场使用中也发现了一些问题。主要体现是，在使用时，由于钻井液中某些物质的影响，可能产生油溶性树脂表面被过度软化，继而产生在振动筛上聚集糊筛跑浆的现象。除此之外，油溶性储层保护材料在钻井液现场的使用情况与室内评价效果有一些差异，由于使用和选择的问题及软化点匹配的问题，现场常常出现使用油溶性桥架材料后产能下降现象，这限制了油溶性树脂材料的使用。现场应用出现的储层伤害问题，可能与油溶性树脂的软化点选择有关，一些软化点接近储层温度的树脂材料，可能由于通过首先挤入钻井液滤液然后被挤入的段塞顺序，被过度挤入储层，一旦储层流体不能与油溶性树脂接触而溶解解除的话，就将形成对储层的伤害。另外一些情况下，即使软化点与储层温度有一些差距，由于高温下油溶性树脂可能在使用过程中被过高压力挤入储层，一样对储层形成难以解除的伤害。因此，要通过使用树脂材料保护储层，必须配套设计钻井液的密度，在了解储层温度及孔隙条件的情况下，尽量提高油溶性树脂材料的软化点，拉大油溶性树脂软化点与储层之间的温度差距，来降低储层伤害。