水平井傷害機(jī)理及保護(hù)儲(chǔ)層方法

樊世忠

中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 （北京 100083）

水平井傷害機(jī)理及保護(hù)儲(chǔ)層方法

樊世忠

中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 （北京 100083）

介紹了水平井油氣層傷害機(jī)理及近期研究結(jié)果，提出水平井油氣層特性研究方向，根據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)際理論和工作經(jīng)驗(yàn)，提出保護(hù)儲(chǔ)層措施。

水平井 傷害機(jī)理 保護(hù)儲(chǔ)層

水平井是20世紀(jì)90年代初期在提高油井采收率方面，最突出成就之一，是屬于世界性的技術(shù)革新，全世界在2005年底統(tǒng)計(jì)鉆水平井40 000口以上，美國(guó)、加拿大、俄羅斯為先進(jìn)的鉆井國(guó)家，鉆的水平井?dāng)?shù)最多，中國(guó)石油集團(tuán)公司截止到2005年底統(tǒng)計(jì)，共鉆水平井683口，2006年計(jì)劃鉆水平井500口，2007年計(jì)劃鉆600口水平井，均已超額完成。

水平井針對(duì)所鉆儲(chǔ)層可取得最大油流產(chǎn)量及提高油田采收率，非均質(zhì)儲(chǔ)層中含多種裂縫油藏、低滲低孔薄油層油藏，存在水錐或氣錐儲(chǔ)層油藏，產(chǎn)層中含有高黏度低流動(dòng)性原油油藏（稠油油藏）。美國(guó)在鉆多裂縫儲(chǔ)層差不多占水平井一半以上，延遲水錐、氣錐占1/3左右，加拿大水平井在稠油油藏占到40%以上，大大提高稠油采收率（2006年）。我國(guó)在稠油油藏開(kāi)采方面也得到顯著成效，增產(chǎn)數(shù)倍，水平井稀井高產(chǎn)，可以節(jié)省施工及搬遷費(fèi)用，提高單井產(chǎn)量，降低成本，效果十分顯著。另外在國(guó)內(nèi)其他油藏，水平井方面都取得顯著成果。

水平井比垂直井具有的優(yōu)越性：①水平井井段長(zhǎng)，油層接觸面積大；②水平井滲濾阻力?。ㄏ嗤a(chǎn)量條件）；③水平井泄油面積大于垂直井；④水平井生產(chǎn)壓差小，壓力梯度??；⑤傷害油氣層產(chǎn)量的影響水平井低于垂直井。

水平井從傷害機(jī)理及保護(hù)儲(chǔ)層方面有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）地層傷害對(duì)水平井流動(dòng)效率和天然氣產(chǎn)量有嚴(yán)重影響，在不同滲透率比值下，地層傷害對(duì)水平井流動(dòng)效率的影響程度小于垂直井；從產(chǎn)量損失對(duì)比看，對(duì)水平井的影響大于垂直井，且水平井解除地層傷害的技術(shù)措施難度大、成本高。

（2）存在水平方向滲透率各向異性時(shí)，水平井眼必須垂直于最大滲透率方向，方能達(dá)到最高產(chǎn)量，若垂直滲透率各向異性小、水平井段長(zhǎng)，地層傷害的影響會(huì)減弱。

（3）水平井產(chǎn)量未達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)時(shí)，除選擇井位、水平井設(shè)計(jì)及鉆井工藝諸因素外，傷害油氣層和垂直滲透率低也可能是重要的因素，掌握這些儲(chǔ)層特征，可作為后繼措施的決策依據(jù)。

（4）應(yīng)加強(qiáng)水平井保護(hù)油氣層的研究工作，以預(yù)防為主，在儲(chǔ)層評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，對(duì)每個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)均應(yīng)注意此項(xiàng)工作。

根據(jù)表1中7個(gè)工序，12種傷害機(jī)理排序，判定以下幾種傷害機(jī)理是主要的：①微粒運(yùn)移；②乳狀液堵塞/水鎖；③無(wú)機(jī)、有機(jī)垢；④潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)。

1 水平井油氣層傷害機(jī)理

1.1 水平井油氣層傷害機(jī)理

（1）浸泡時(shí)間的影響：端部與尾部傷害時(shí)間不同，程度不同。垂直井與水平井傷害形狀對(duì)比情況，見(jiàn)圖1。

表1 Amaeful傷害油層排序表

圖1 垂直井與水平井傷害形狀對(duì)比

（2）滲透各向異性的影響：垂直與水平滲透不同，濾液浸入深度不同，呈橢圓錐形傷害。水平井底、邊、頂部位傷害狀態(tài)不同，頂部傷害嚴(yán)重底、邊、頂部位傷害，見(jiàn)圖2。

（3）機(jī)械因素影響：鉆柱旋轉(zhuǎn)及鉆井液循環(huán)沖蝕造成傷害。

1.2 傷害機(jī)理的近期研究情況

（1）在清除濾餅后，所有鉆井液、完井液都遺留一層極細(xì)的剩余固相層，這是傷害儲(chǔ)集層的主要因素。

圖2 底、邊、頂部位傷害圖

（2）固相層一般厚 50～200μm，覆蓋在井壁表面。鉆井模擬器試驗(yàn)證明，污染進(jìn)入巖心深約1～4cm，使井壁表面厚約3mm地層的滲透率受到嚴(yán)重影響。

（3）固相層的影響程度取決于儲(chǔ)集層原始滲透率和所含流體及碳?xì)浠衔锏南鄳B(tài)。

（4）能否用壓降法來(lái)消除鉆井引起的儲(chǔ)集層傷害，取決于其原始滲透率。含天然氣巖心的原始滲透率不小于1×10-3μm2，含油巖心的原始滲透率不小于500×10-3μm2，因此，用壓降法消除傷害是可能的。

（5）微粒運(yùn)移、顆粒堵塞是傷害水平井儲(chǔ)集層的主要方式，井下工具堵塞問(wèn)題，亦不容忽視。

1.3 水平井油氣層特性的研究

保護(hù)油氣層技術(shù)措施具有很強(qiáng)的針對(duì)性，因而確定水平井保護(hù)油氣層技術(shù)措施，必須研究油氣層特性，并以此為依據(jù)，搞清所鉆油氣層的潛在傷害因素，才能確定保護(hù)油氣層的有效技術(shù)措施。

故此，必須研究下述油氣層特性：①儲(chǔ)層巖性和類型；②油氣層巖石物理性質(zhì)：孔隙度、水平滲透率及其各向異性情況、垂直滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)、巖石表面性質(zhì)等；③巖石礦物組分與結(jié)構(gòu)；④流體特性；⑤油氣層壓力和溫度；⑥原地應(yīng)力大小及方向；⑦敏感性（包括水敏、酸敏、速敏、鹽敏、堿敏、應(yīng)力敏感）等。

2 儲(chǔ)層保護(hù)的基本要點(diǎn)

MI泥漿公司水平井工作28條中明確指出，井眼凈化及潤(rùn)滑性是重要的兩個(gè)環(huán)節(jié)，井眼凈化關(guān)鍵因素是流態(tài)（紊流）環(huán)控返速（0.9m/s以上）及鉆井液性能。對(duì)疏松地層應(yīng)考慮排量影響，盡可能用層流，環(huán)控返速降低。性能方面應(yīng)以鉆井完井液3～6r/min旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)數(shù)據(jù)中選擇，提高黏度及切力改進(jìn)凈化程度加強(qiáng)固控設(shè)備的利用，旋轉(zhuǎn)鉆具，提高凈化。關(guān)于潤(rùn)滑摩阻方面，加強(qiáng)固體及極壓潤(rùn)滑劑的研制，潤(rùn)滑性能保持在0.06泥餅?zāi)ψ柘禂?shù)。潤(rùn)滑性的處理可用各種潤(rùn)滑劑及原油加量控制。

從機(jī)理的探討方面，世界各專家及國(guó)內(nèi)有關(guān)人員認(rèn)為，傷害是多種多樣的，不同儲(chǔ)層有不同的問(wèn)題，但最主要、最基本的傷害是固相堵塞及微粒運(yùn)移造成堵塞所形成的傷害，制止固相堵塞及微粒運(yùn)移的辦法很多，鉆井完井液的類型是重要的方面。例如：勝利油田運(yùn)用有機(jī)鹽無(wú)固相MEG完井液體系，其優(yōu)點(diǎn)是具有獨(dú)特的抑制性低活度完井液，優(yōu)異的潤(rùn)滑性，優(yōu)良的保護(hù)油氣層，低腐蝕性配伍性良好，已應(yīng)用于70余口井，效果顯著。大慶油田應(yīng)用油包水泥漿，凈化優(yōu)良，有好的潤(rùn)滑性，濾失量低，固相少，井壁穩(wěn)定好。中原油田對(duì)天然氣裂縫性油田使用了表面活性劑和纖維狀復(fù)合暫堵劑，采用近平衡鉆井，快速形成鉆井完井液密封圈，較低濾失量，比較淺的鉆井液侵入井壁深度，加強(qiáng)對(duì)滲透率貢獻(xiàn)大的裂縫孔隙的保護(hù)作用，消除或減少濾液在氣層中的水鎖作用。江蘇油田應(yīng)用聚合物屏蔽暫堵完井液，兩性離子復(fù)合金屬離子聚合物，取得幾百口井的成功佳績(jī)。2001年開(kāi)始，應(yīng)用無(wú)毒潤(rùn)滑劑及防塌劑，至今已推廣應(yīng)用200余口井。陽(yáng)離子鉆井液體系，正電膠鉆井液體系，生物聚合物小陽(yáng)離子聚合物鉆井液體系，天然高分子鉆井完井液，都是水平井好的鉆井完井液。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)際理論和工作經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾條保護(hù)儲(chǔ)層的建議：

（1）通過(guò)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)選用表面活性劑有助于減少地層乳化，潤(rùn)濕性轉(zhuǎn)變及微粒運(yùn)移。

（2）選用與儲(chǔ)層巖石、原油和地層水配伍的洗井液、修井液，減少不溶解鹽的沉淀；前后完井液，修井液，壓井液，增產(chǎn)液相互要相容。

（3）工作液要徹底驅(qū)替井內(nèi)原有流體。若驅(qū)替不徹底，殘?jiān)鼤?huì)留在井眼，或循環(huán)時(shí)進(jìn)入井壁及殘?jiān)粼诘[石充填液中，這是施工中最重要的問(wèn)題。

（4）要加入足夠的濾失控制劑，減少或防止濾失。否則水的飽和度增加，降低油流相對(duì)滲透率。

（5）要減少固相顆粒和井下碎屑侵入儲(chǔ)層。例如：射孔、研磨及切削時(shí)形成的固相，減少或停止液體的濾失即可防止漏失，防止這些小顆粒進(jìn)入地層。

（6）使用恰當(dāng)?shù)目刂坡┦Щ驗(yàn)V失原材料（LCM）配方，減低漏失和濾失量，降低或防止發(fā)生儲(chǔ)層傷害。若使用不當(dāng)?shù)呐浞剑瑒t會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生嚴(yán)重傷害。

（7）根據(jù)不同滲透率地層采取不同措施控制工作液的濾失或漏失。對(duì)相對(duì)較高滲透率和高壓地層，濾失和漏失對(duì)油井的生產(chǎn)幾乎沒(méi)有影響；對(duì)致密低壓地層，少量的液體漏失或?yàn)V失就會(huì)傷害地層，因而液體漏失或?yàn)V失在這些井中是非常重要的。

（8）對(duì)非裂縫儲(chǔ)層，可在黏性液體中加入不同類型顆粒橋堵封堵地層，更有效降低濾失量。因?yàn)檩^黏的配方能減少濾失或漏失，但不能完全阻止液體漏失。

（9）對(duì)裂縫性儲(chǔ)層，要加入恰當(dāng)橋堵劑，減輕或停止濾失或漏失。松散和細(xì)顆粒的固體對(duì)儲(chǔ)層都能形成不可逆的傷害。若欲停止濾失或漏失，則必須仔細(xì)選用橋堵劑 （顆粒狀、纖維狀）和堵漏原材料（LCM），使有關(guān)橋堵劑足以橋接地層表面的裂縫，并可以在生產(chǎn)原油時(shí)用各種化學(xué)或物理方法除去。若加入橋堵劑后液體變稠，則表明其對(duì)停止濾失和漏失有明顯效果。

The damage mechanism of oil and gas reservoir in horizontal wells and the recent research results are introduced firstly, followed by the presentation of the research direction about the oil-gas reservoir characteristics of horizontal wells.Then,according to the practical theory at home and abroad and working experiences,some methods of protecting oil reservoirs are recommended.

horizontal wells;damage mechanism;protect oil reservoir

樊世忠（1929-），男，教授級(jí)高工，博士生導(dǎo)師。現(xiàn)為中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司鉆井工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)高級(jí)顧問(wèn)，石油大學(xué)兼職教授。

尉立崗

2011-05-23