NP油田Ed1儲(chǔ)層泥漿傷害綜合評(píng)價(jià)與解堵技術(shù)研究

衛(wèi) 瑋,顏晉川,劉 斌,范 青

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司西南油氣分公司工程技術(shù)研究院,四川德陽(yáng) 618000; 2.中國(guó)石油化工股份有限公司西南油氣分公司工程監(jiān)督中心,四川德陽(yáng) 618000)

NP油田Ed1儲(chǔ)層泥漿傷害綜合評(píng)價(jià)與解堵技術(shù)研究

衛(wèi) 瑋1,顏晉川1,劉 斌1,范 青2

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司西南油氣分公司工程技術(shù)研究院,四川德陽(yáng) 618000; 2.中國(guó)石油化工股份有限公司西南油氣分公司工程監(jiān)督中心,四川德陽(yáng) 618000)

酸化是解除該類儲(chǔ)層傷害,恢復(fù)、提高油氣井產(chǎn)能最主要的手段。對(duì)于各種特定的傷害類型若僅采用籠統(tǒng)的酸化措施,往往難以取得理想的增產(chǎn)效果,如何從傷害機(jī)理的角度出發(fā)對(duì)癥解除污染是研究者面臨的重要課題。NP油田Ed1儲(chǔ)層在以往的酸化改造中,由于對(duì)鉆井泥漿傷害機(jī)理認(rèn)識(shí)不夠準(zhǔn)確,導(dǎo)致酸液選擇存在較大的盲目性,嚴(yán)重影響解堵效果。為解決上述問(wèn)題,提出酸化解堵設(shè)計(jì)方法,通過(guò)泥漿固相粒度和濾液紅外波譜分析試驗(yàn)評(píng)價(jià),明確了Ed1儲(chǔ)層鉆井泥漿傷害產(chǎn)生的機(jī)理。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)在同一組試驗(yàn)內(nèi)先模擬泥漿傷害的產(chǎn)生,發(fā)現(xiàn)巖心傷害后滲透率降低至基準(zhǔn)滲透率的0.12倍,然后比較評(píng)價(jià)不同類型的酸液解除該類泥漿污染的能力,最終篩選出解堵效果最好的4%多氫酸體系推薦現(xiàn)場(chǎng)施工使用。

泥漿傷害;酸化;解堵;室內(nèi)試驗(yàn);評(píng)價(jià)

中高滲砂巖儲(chǔ)層在鉆井過(guò)程中,鉆井液中的固相和濾液滲入地層內(nèi),造成固相堵塞和黏土水化等問(wèn)題[1],而酸化解堵則是解除該類儲(chǔ)層傷害最重要的手段[2]。NP油田Ed1為中孔中滲型細(xì)砂巖儲(chǔ)層,膠結(jié)物以黏土、碳酸鹽為主,泥質(zhì)平均為9.1%,該區(qū)鉆井作業(yè)中普遍采用的鹽水聚合物泥漿可能對(duì)地層造成某種程度的傷害,為恢復(fù)地層滲透率,提高產(chǎn)能,需實(shí)施酸化解堵。但在以往的改造實(shí)踐中,對(duì)鉆井泥漿傷害機(jī)理認(rèn)識(shí)不夠準(zhǔn)確,導(dǎo)致酸液選擇存在較大的盲目性,嚴(yán)重影響解堵效果。因此,針對(duì)性酸化解堵設(shè)計(jì)的核心應(yīng)包括兩點(diǎn),即首先弄清特定儲(chǔ)層泥漿傷害機(jī)理與程度,然后考察各種酸液對(duì)該類泥漿傷害的解除能力,在此基礎(chǔ)上選擇合理有效、性能優(yōu)良的酸液體系。

1 鉆井泥漿傷害評(píng)價(jià)試驗(yàn)

本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)的手段,深入認(rèn)識(shí)NP油田Ed1儲(chǔ)層鉆井泥漿傷害機(jī)理,實(shí)現(xiàn)泥漿堵塞物的成分確定及形成的原因分析,明確針對(duì)性解堵的目標(biāo)。主要針對(duì)使用的鹽水聚合物鉆井泥漿可能誘發(fā)傷害最主要的兩種類型,即泥漿固相和濾液開(kāi)展評(píng)價(jià)試驗(yàn)。

1.1 泥漿固相粒度分析試驗(yàn)

1.1.1 試驗(yàn)儀器和試驗(yàn)原理

本文利用激光粒度分析儀測(cè)量了鹽水聚合物泥漿中固相粒度分布。用激光做光源,當(dāng)光為波長(zhǎng)一定的單色光后,衍射和散射的光能的空間(角度)分布就只與粒徑有關(guān)。對(duì)顆粒群的衍射,各顆粒級(jí)的多少?zèng)Q定著對(duì)應(yīng)各特定角處獲得的光能量的大小,各特定角光能量在總光能量中的比例,應(yīng)反映著各顆粒級(jí)的分布豐度。按照這一思路可建立表征粒度級(jí)豐度與各特定角處獲取的光能量關(guān)系的數(shù)學(xué)物理模型,測(cè)量光能,由特定角度測(cè)得的光能與總光能的比較推出顆粒群相應(yīng)粒徑級(jí)的豐度比例量。

1.1.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

鹽水聚合物泥漿中的懸浮顆粒粒徑范圍在0.02～2 000μm之間(圖1),其中粒徑范圍在2～1 200μm的固相顆粒占絕大多數(shù),平均粒徑為96.73μm。

巖心在酸化前平均孔隙直徑的分布范圍在0.2～5μm之間。可見(jiàn),泥漿中的固相顆粒的粒徑遠(yuǎn)大于地層巖石孔隙直徑,固相傷害機(jī)理并非進(jìn)入巖石孔喉形成堵塞,而是在巖石表面易形成泥餅堵塞。

圖1 鹽水聚合物泥漿固相粒度分布Fig.1 Distribution of grain size of saline polymer mud solid phase

1.2 泥漿濾液紅外波譜分析試驗(yàn)

1.2.1 波譜分析原理

構(gòu)成化合物的原子質(zhì)量不同,化學(xué)鍵的性質(zhì)不同,原子的連接次序和空間位置不同等造成了紅外光譜的差別。紅外光譜是有機(jī)物鑒定中最常用的方法之一,而且在高分子化合物和無(wú)機(jī)物分析中也有廣泛的應(yīng)用。

紅外光的波長(zhǎng)覆蓋0.76～1 000μm的寬廣區(qū)域。通常紅外區(qū)域分為近紅外區(qū)域(0.76～2.5 μm)、中紅外區(qū)(2.5～25μm)和遠(yuǎn)紅外區(qū)(25～1 000μm)三個(gè)區(qū)域。紅外光譜圖用透光率T%為縱坐標(biāo),表示吸收強(qiáng)度;波數(shù)σ(cm-1)為橫坐標(biāo),表示吸收峰的位置,它與波長(zhǎng)的關(guān)系為:波數(shù)=104/波長(zhǎng)。

紅外光譜圖是紅外光譜最常用的表示方法,它通過(guò)吸收峰的位置,相對(duì)強(qiáng)度以及峰的形狀提供化合物的結(jié)構(gòu)信息。

1.2.2 試驗(yàn)步驟

運(yùn)用Perkin Elmer公司Paragon 1000型紅外分光光度計(jì)測(cè)量鹽水聚合物泥漿濾液的紅外吸收光譜,然后運(yùn)用酸巖流動(dòng)試驗(yàn)裝置將濾液體系通過(guò)干巖心,待流出濾液后,關(guān)閉濾液出口閥門。1小時(shí)后,打開(kāi)閥門,收集足量過(guò)巖心后的濾液,再次進(jìn)行紅外吸收光譜試驗(yàn),對(duì)比分析。

1.2.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

測(cè)量過(guò)巖心前鹽水聚合物泥漿濾液,在3 432 cm-1、1 137 cm-1等處出現(xiàn)了強(qiáng)吸收峰,在4 000～3 300 cm-1區(qū)域間出現(xiàn)了一段波長(zhǎng)相近的吸收峰;過(guò)巖心后的鹽水聚合物的濾液在4000～3 300 cm-1區(qū)域特征吸收峰基本消失;在1 137 cm-1的特征吸收峰轉(zhuǎn)移至1 116 cm-1處(圖2、圖3)。

圖2 過(guò)巖心前的鹽水聚合物溶液波譜圖Fig.2 Spectrum before saline polymer mud flowing through core

圖3 過(guò)巖心后的鹽水聚合物濾液波譜圖Fig.3 Spectrum after saline polymer mud flowing through core

解析波譜圖時(shí)可知,鹽水聚合物泥漿濾液在過(guò)巖心后,特征吸收峰呈現(xiàn)出相對(duì)強(qiáng)度的減弱與峰位置的轉(zhuǎn)移兩種類型的變化,表明在流動(dòng)過(guò)程中,泥漿濾液與巖心存在兩種作用:

(1)泥漿濾液在巖心中滯留,導(dǎo)致特征吸收峰相對(duì)強(qiáng)度的減弱;

(2)泥漿濾液與巖心發(fā)生了物質(zhì)作用,使得濾液化合物中的某些化學(xué)鍵斷裂,從而特征吸收峰發(fā)生了變化轉(zhuǎn)移。

而上述泥漿濾液的兩種作用,均會(huì)對(duì)巖心造成傷害。由此可見(jiàn)鹽水聚合物泥漿的主要傷害機(jī)理是濾液在地層孔道中的滯留堵塞和與儲(chǔ)層物質(zhì)發(fā)生物理作用引起的黏土的水化膨脹、分散、運(yùn)移。

1.3 傷害機(jī)理分析

通過(guò)傷害評(píng)價(jià)試驗(yàn),全面研究該區(qū)主要使用的鹽水聚合物鉆井泥漿對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生傷害的類型和機(jī)理。泥漿固相粒度分析試驗(yàn)結(jié)果顯示,泥漿中的固相顆粒的平均粒徑為96.73μm,遠(yuǎn)大于地層巖石孔隙直徑,極易形成泥餅;泥漿濾液波譜分析試驗(yàn)結(jié)果顯示,濾液在巖心中產(chǎn)生了滯留和物質(zhì)反應(yīng)兩種傷害作用;因此,鹽水聚合物泥漿對(duì)NP油田Ed1儲(chǔ)層的主要傷害是形成泥餅堵塞和泥漿濾液傷害。

2 解堵技術(shù)研究

根據(jù)上述研究,已定性認(rèn)識(shí)了NP油田Ed1儲(chǔ)層鉆井泥漿主要傷害類型和機(jī)理,進(jìn)而如何針對(duì)鹽水聚合物鉆井泥漿產(chǎn)生的主要傷害類型采用適應(yīng)性強(qiáng)的酸化對(duì)策則是研究的重點(diǎn),本文創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)室內(nèi)試驗(yàn)方法,在同一組試驗(yàn)內(nèi)模擬傷害的產(chǎn)生,定量評(píng)價(jià)鹽水聚合物泥漿的傷害程度,并比較不同類型的酸液體系解除該類泥漿污染的性能,篩選出針對(duì)性最強(qiáng)的,解堵效果最理想的酸液體系,實(shí)現(xiàn)“對(duì)癥下藥”。

2.1 傷害解除效果評(píng)價(jià)試驗(yàn)

2.1.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)先用基液測(cè)定巖心滲透率,作為參照的基準(zhǔn)滲透率,然后用鹽水聚合物泥漿過(guò)巖心,模擬泥漿侵入儲(chǔ)層的過(guò)程,用基液測(cè)定傷害后巖心滲透率,再按照酸化過(guò)程分別注入酸液前置液、處理液和后置液,用酸化前后的基液滲透率變化判斷酸化解堵效果。

2.1.2 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)巖心:NP油田巖心209-1#,209-3#, 209-5#,209-10#;試驗(yàn)溫度:90℃;試驗(yàn)圍壓: 3～5 MPa;驅(qū)替液體:鹽水聚合物泥漿;酸液體系:針對(duì)污染后巖心依次采用3%、4%多氫酸體系,6%HBF4體系,2%HF的土酸體系;驅(qū)替壓力:根據(jù)巖心滲透率確定;試驗(yàn)基液:4%NH4Cl溶液。

2.1.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1和圖4～圖7。

表1 鹽水聚合物泥漿巖心傷害及酸化解堵試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Statistics of saline polymer mud damage to core and plugging removal test

圖5 209-3#巖心泥漿傷害及解堵試驗(yàn)曲線Fig.5 Curves of mud damage to 209-3#core and plugging removal test

圖6 209-5#巖心泥漿傷害及解堵試驗(yàn)曲線Fig.6 Curves of mud damage to 209-5#core and plugging removal test

圖7 209-10#巖心泥漿傷害及解堵試驗(yàn)曲線Fig.7 Curves of mud damage to 209-10#core and plugging removal test

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

由試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn):

(1)鹽水聚合物泥漿侵入對(duì)巖心滲透率的傷害較大。4塊巖心傷害后基液滲透率分別降為基準(zhǔn)滲透率的0.16、0.1、0.037、0.18倍,平均為0.12倍。

(2)氟硼酸與巖心反應(yīng)后滲透率為基準(zhǔn)滲透率的0.99倍,未恢復(fù)到污染前的水平,表明對(duì)于鹽水聚合物泥漿傷害氟硼酸解堵適應(yīng)性不強(qiáng),效果欠佳;采用多氫酸、土酸對(duì)鹽水聚合物泥漿傷害后的巖心都取得了不同程度的解堵效果,解堵后巖心正基液滲透率分別是基準(zhǔn)滲透率的1.41、1.83和1.35倍。說(shuō)明酸化后不僅解除了泥漿污染,還改善了滲透率。

(3)從流動(dòng)試驗(yàn)曲線看出209-3#巖心在注入處理液后巖心滲透率穩(wěn)定恢復(fù)、上升,呈現(xiàn)出典型的解堵、增產(chǎn)趨勢(shì),解堵后滲透率增幅最高為基準(zhǔn)滲透率的1.83倍。因此可判斷,在三種酸液體系中,4%多氫酸對(duì)于解除該類鹽水聚合物泥漿傷害具有較強(qiáng)的針對(duì)性,現(xiàn)場(chǎng)施工推薦采用該酸液體系配方。

3 結(jié)論與建議

(1)通過(guò)系列泥漿傷害評(píng)價(jià)試驗(yàn)研究成果得知,NP油田Ed1儲(chǔ)層所采用的鹽水聚合物泥漿的主要傷害機(jī)理是:泥漿固相在巖石表面易形成泥餅堵塞;濾液在地層孔道中存在滯留堵塞,同時(shí)與儲(chǔ)層物質(zhì)發(fā)生物理作用,易引起黏土的水化膨脹、分散、運(yùn)移。

(2)傷害解除效果評(píng)價(jià)試驗(yàn)成果顯示:鹽水聚合物泥漿侵入后巖心滲透率降低至基準(zhǔn)滲透率的0.12倍;試驗(yàn)的4種酸化工作液除氟硼酸外,都取得了不同程度的解堵效果,其中4%多氫酸解堵針對(duì)性最強(qiáng),建議在該儲(chǔ)層的現(xiàn)場(chǎng)酸化改造中推廣。

(3)本文以NP油田Ed1儲(chǔ)層為典型研究實(shí)例,提出解堵技術(shù)思路和方法,對(duì)于提高同類型儲(chǔ)層酸化改造的適應(yīng)性具有參考意義。

[1]M J?？酥Z米德斯,K G諾爾蒂.油藏增產(chǎn)措施(第三版) [M].張保平譯.北京:石油工業(yè)出版社,2002.

[2]法魯克西維.儲(chǔ)層傷害—原理、模擬、評(píng)價(jià)和防治[M].楊鳳麗,侯中昊,譯.北京:石油工業(yè)出版社,2003.

Comprehensive evaluation on drilling mud damage in Ed1 reservoir of NP Oilfield and study on plug removal technique

Wei Wei1,Yan Jinchuan1,Liu Bin1,Fan Qing2
(1.Engineering Technology Institute of SINOPEC Southwest Oil&Gas Company,Deyang618000;2.Engineering Monitoring Center of SINOPEC Southwest Oil&Gas Company,Deyang618000)

Acidizing is the main measure to get rid of the reservoir damage and improves the oil&gas well productivity.For each specific type of damage,it is very difficult to achieve the desired stimulation result if using a general acidizing method.Therefore,it is an important issue to acidize specifically according to the reservoir damage mechanisms.Due to the poor understanding about the damage mechanism of drilling mud on Ed1 reservoir of NP Oilfield before this study,unsuitable acidizing fluid has been chosen,which affecting seriously the effect of plug removal.In order to solve this problem,a specific acidizing design method has been put forward.By evaluation on grain size of mud solid phase and infrared spectrum laboratory testing and analysis,the reservoir damage degree and mechanism by drilling mud in Ed1 reservoir have been understood.On this basis,simulation on the generation of mud damage has been done. Through simulation it has been found that permeability of damaged core will reduce to 0.12 times.Finally, evaluation has been done on the ability to remove this kind of mud damage by using different types of acid systems,and eventually the most effective 4%multi-hydrogen acid system has been chosen to use in reservoir acidizing.

reservoir damage by drilling mud;acidizing;specific plugging removal;laboratory test;evaluation.

book=2,ebook=52

TE121.3+1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.02.067

1008-2336(2010)02-0067-05

2010-02-26;改回日期:2010-03-12

衛(wèi)瑋,1982年生,男,碩士,助理工程師,2009年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開(kāi)發(fā)工程專業(yè),現(xiàn)從事增產(chǎn)措施相關(guān)研究與設(shè)計(jì)。E-mail:weiwei822006@163.com。