南堡油田中低滲儲層損害機(jī)理及鉆井液技術(shù)對策

王 薦，盧淑芹，朱寬亮，向興金，陳金霞，吳 彬，舒福昌 ，蔣 卓

(1.湖北漢科新技術(shù)股份有限公司，湖北 荊州 434000；2.中國石油冀東油田鉆采工藝研究院，河北 唐山 063000)

目前已發(fā)現(xiàn)和在生產(chǎn)的油氣田中，中高孔滲儲層占有相當(dāng)大的比重，隨著能源需求的不斷旺盛，石油開發(fā)技術(shù)的日益發(fā)展，中低孔低滲油氣藏在原油生產(chǎn)供給中必將越來越重要，但由于中低孔低滲油氣藏的地層巖石物性特征和地層流體特性的影響，其勘探開發(fā)相對復(fù)雜和困難[1]。

冀東南堡油田中深層巖心實(shí)測平均有效孔隙度為9.12%～15.61%、平均滲透率為9.87×10-3μm2，屬于中孔低滲-低孔特低滲儲層。勘探結(jié)果表明，其中深層儲層預(yù)測儲量較好，但試油效果不理想，分析原因是鉆完井、試油過程中的入井液可能存在較強(qiáng)的損害，但由于儲層損害機(jī)理認(rèn)識不清楚，缺乏針對性的儲層保護(hù)技術(shù)。作者在此對南堡油田中低滲儲層損害機(jī)理及鉆井液技術(shù)對策進(jìn)行分析研究，對于在南堡油田中低滲儲層開發(fā)工程中保護(hù)油氣層、減少井下復(fù)雜情況具有重要意義。

1 鉆井過程中儲層損害機(jī)理

1.1 固相侵入損害分析

在過平衡條件下，鉆井液液柱和地層流體之間的正壓差驅(qū)使鉆井液中的固相進(jìn)入油層，堵塞地層孔喉，造成損害。根據(jù)過濾理論的三準(zhǔn)則：(1)橋堵準(zhǔn)則：粒徑為孔喉尺寸1/2～2/3的顆粒會堵塞孔喉；(2)沉積準(zhǔn)則：粒徑為孔喉尺寸1/7的顆?？梢酝ㄟ^巖石基質(zhì)，但會產(chǎn)生沉淀并形成堵塞；(3)通過準(zhǔn)則：粒徑為孔喉尺寸1/10的顆粒會順利通過巖石基質(zhì)[2～4]。

南堡油田已用鉆井液粒度分布曲線見圖1。

圖1 南堡油田已用鉆井液粒度分布曲線

由圖1可知，南堡油田已用鉆井液粒徑主要分布在9～137.59 μm之間，對南堡油田中低滲儲層主流喉道半徑(平均小于3 μm))來說都相對偏粗，均不會造成嚴(yán)重固相侵入損害。因此，對于中低滲儲層而言，由于孔喉半徑小、連通性差，工作液中的固相難以進(jìn)入儲層深部，損害半徑較小，利用常規(guī)射孔就可以射開固相損害帶。但是如果儲層存在裂縫如南堡1～4、南堡208井東三段存在兩段Ⅱ、Ⅲ級裂縫段，而鉆井液密度過大，則可能將固相壓入裂縫中引起比較嚴(yán)重的固相侵入損害。

1.2 儲層敏感性損害分析(圖2)

圖2 速敏(a)、水敏(b)、鹽酸酸敏(c)、土酸酸敏(d)、堿敏(e)、應(yīng)力敏感(f)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知，冀東南堡油田中低滲儲層存在：無～弱速敏、中等偏弱～強(qiáng)水敏、弱～中等偏弱堿敏、無酸敏、弱～中等偏強(qiáng)應(yīng)力敏感。由于鉆井過程中總體上以水敏損害為主，因此應(yīng)調(diào)節(jié)好工作液礦化度，控制濾失量，增強(qiáng)抑制性，預(yù)防水敏損害。

1.3 水鎖損害分析

外來液相流體進(jìn)入油層孔道后，將儲層中的油氣推向儲層深部，并在油氣-水界面形成一個(gè)凹向油相的彎液面，產(chǎn)生毛管阻力。當(dāng)產(chǎn)層的能量不足以克服上述阻力時(shí)，就不能驅(qū)開水段塞而造成損害，即水鎖損害。油氣層鉆開后首先與鉆井液接觸，且時(shí)間較長，極易引發(fā)水鎖損害。水鎖損害是低滲儲層的主要損害形式[5]。

室內(nèi)研究評價(jià)了在不同初始含水飽和度時(shí)儲層巖心注入一定PV體積的水后，油相滲透率的損害程度，結(jié)果見表1。

表1 冀東南堡中低滲儲層巖心水鎖評價(jià)結(jié)果

由表1可知，儲層巖心與液相接觸后由于巖心原始飽和度和束縛水飽和度的影響使巖心存在明顯的水鎖效應(yīng)。因此，在鉆井和完井過程中使用的流體應(yīng)具有降低表面張力和界面張力的優(yōu)良性能，以防止水鎖。

1.4 化學(xué)沉淀和結(jié)垢分析

與儲層流體不配伍的鉆井液濾液進(jìn)入儲層后，與儲層流體相互作用造成化學(xué)沉淀和結(jié)垢，從而對儲層滲透率產(chǎn)生損害。對南堡油田中低滲儲層已用鉆井液的濾液與地層水之間的配伍性進(jìn)行了室內(nèi)評價(jià)，結(jié)果見表2。

表2 鉆井液濾液/地層水配伍性情況

由表2可知，正電聚醇鉆井液濾液和鹽水聚合物鉆井液濾液與地層水混合后濁度都有變大，對儲層有一定的影響；聚磺鉆井液濾液自身濁度值較高，有明顯的渾濁現(xiàn)象。表明南堡油田中已用鉆井液的濾液與地層水混合后有明顯的渾濁和沉淀產(chǎn)生，存在一定的不配伍性，對儲層滲透率產(chǎn)生傷害。

1.5 已用鉆井液的儲層保護(hù)性能評價(jià)

按照中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評價(jià)方法》，在模擬鉆井條件下采用高溫高壓動態(tài)失水儀及JHST-IV巖心滲透率梯度測試儀對南堡油田中低滲儲層已用鉆井液的儲層保護(hù)性能進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果見表3，具體評價(jià)步驟如下：

(1)選取巖心3塊，抽真空飽和地層水后備用。

(2)在80 ℃、泵流量0.2 mL·min-1下，用煤油正向測定巖心滲透率K0。

(3)反向用鉆井液進(jìn)行動態(tài)污染，實(shí)驗(yàn)條件：140 ℃、3.5 MPa、125 min。

(4)在80 ℃、泵流量0.2 mL·min-1下，用煤油正向測定巖心滲透率K1。

(5)計(jì)算巖心滲透率恢復(fù)值K1/K0。

(6)將巖心污染端切片1 cm，然后施加與巖樣污染前相同的圍壓，用相同穩(wěn)定流量驅(qū)替，用煤油正向測定巖心滲透率K2，計(jì)算污染巖心切片后的滲透率恢復(fù)值K2/K0。

由表3可知，動態(tài)條件下經(jīng)正電聚醇鉆井液污染后的巖心滲透率恢復(fù)值為75.51%，截取1 cm后為77.55%；聚磺鉆井液為61.57%，截取1 cm后為62.96%；鹽水聚合物鉆井液為70.89%，截取1 cm后為73.42%。說明已用鉆井液對于中低滲儲層滲透率恢復(fù)值較低，損害率在20%～40%左右，切片后滲透率恢復(fù)值仍然較低，說明儲層損害主要為液相損害，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)鉆井液防水鎖和液相損害機(jī)理方面的研究。

表3 已用鉆井液儲層保護(hù)性能評價(jià)

2 儲層保護(hù)技術(shù)對策

根據(jù)儲層敏感性實(shí)驗(yàn)和儲層損害因素分析結(jié)果可知，該地區(qū)主要儲層損害機(jī)理是鉆井液的濾液侵入儲層引起的水敏、水鎖、弱的速敏、堿敏和應(yīng)力敏感以及外來液相與儲層流體不配伍造成的有機(jī)垢和無機(jī)垢堵塞等傷害，其嚴(yán)重程度見表4。

表4 引起南堡油田中低滲儲層損害的各種因素及其嚴(yán)重程度

由表4可知，要實(shí)現(xiàn)冀東南堡油田中低滲儲層保護(hù)，減輕鉆井和完井作業(yè)過程中對儲層的損害，應(yīng)選擇適宜的保護(hù)儲層的鉆井液技術(shù)對策，包括：使用強(qiáng)封堵、低張力鉆井液，減輕濾液侵入造成的水敏和水鎖損害；加強(qiáng)鉆完井液的抑制性，降低水敏損害；使用密度合適的鉆井液，防止鉆井液漏失及縮短鉆井液浸泡儲層時(shí)間；提高鉆完井液與儲層流體的配伍性。

3 結(jié)論

(1)冀東南堡油田中低滲儲層在鉆井過程中主要損害類型有水敏、水鎖、弱的速敏、堿敏和應(yīng)力敏感，以及外來液相與儲層流體不配伍造成的有機(jī)垢和無機(jī)垢堵塞等傷害。

(2)保護(hù)儲層的適宜措施包括：使用強(qiáng)封堵、低張力鉆井液，減輕濾液侵入造成的水敏和水鎖損害；加強(qiáng)鉆完井液的抑制性，降低水敏損害；使用密度合適的鉆井液，防止鉆井液漏失及縮短鉆井液浸泡儲層時(shí)間；提高鉆完井液與儲層流體的配伍性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊建華,劉全國,韓建亭.中、低滲透油田油層污染原因及保護(hù)對策[J].試采技術(shù)，2006，27(2)：16-17.

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[3] 羅向東,羅平亞.屏蔽式暫堵技術(shù)及儲層保護(hù)中的應(yīng)用研究[J].鉆井液與完井液，1992,9(2):19-27.

[4] 羅平亞.鉆井完井過程中保護(hù)油層的屏蔽式暫堵技術(shù)[M].北京:中國大百科全書出版社,1997:68-98.

[5] 賴南君，葉仲斌，劉向君,等.低滲透致密砂巖氣藏水鎖損害室內(nèi)研究[J].天然氣工業(yè)，2005,25(4):125-126.