對鉆井中油氣層保護的認(rèn)識

桑雙利 邱躍峰

摘 要:本文通過對現(xiàn)代鉆井中油氣層保護重要性的重新認(rèn)識,逐次從微觀角度中孔隙類型與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)對油氣層的損害和宏觀方面孔隙度與原始滲透率對油氣層損害的較大影響兩方面的分析,得出了油氣層保護的解決途徑:即采用平衡鉆井解決正壓差問題和對鉆井液設(shè)計要求的提出,以及固井期間提高固井質(zhì)量的認(rèn)識,從而達到保護油氣層,提高鉆速、縮短油氣層浸泡時間,降低鉆井成本的目的,對大慶油田地區(qū)油田合理開發(fā)有一定借鑒價值。

關(guān)鍵詞:孔隙類型孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)孔隙度滲透率固井質(zhì)量

中圖分類號:TE35 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0088-02

1 引言

油氣層保護技術(shù)(又稱儲集層保護技術(shù)),就是防止儲集層損害的技術(shù)。油氣層保護技術(shù)(以下簡稱油層保護)是最近二、三十年發(fā)展起來的一個新的技術(shù)領(lǐng)域和一項新興系列技術(shù),70年代以后由于油價下跌,原油生產(chǎn)對科技進步的要求日益突出,特別是大量中、低滲透油層的開發(fā)提到了議事日程,油氣層損害日益成為石油工業(yè)必須認(rèn)真解決的技術(shù)難題。而且,70年代以后,石油工程技術(shù)取得了重大進步,原有的技術(shù)難題大部分得到了較好的解決,油層保護發(fā)展有了較好的解決,油層保護有了較好的基礎(chǔ),例如:油層保護必須從微觀機理研究入手,再者,此項技術(shù)必須用電子顯微鏡和微粒粒度分析,因此現(xiàn)在油層保護得到了迅速發(fā)展。

油氣層損害的主要形式為油氣層滲透率的降低,包括油藏巖石絕對滲透率和油氣相對滲透率的降低,滲透層降低越多,油氣層損害越嚴(yán)重。一方面,油氣層損害是不可避免的,在鉆井、完井等作業(yè)環(huán)節(jié)中,均可能由于流體與儲層之間物理的、化學(xué)的或生物的相互作用而破壞儲層原來的平衡狀態(tài),從而增大油氣流動的阻力,油氣層保護的重要性也就更突出了。

2 油氣層保護的重要性

油層保護對石油工業(yè)的作用和意義是顯而易見的,其重要性體現(xiàn)在以下幾面:

(1)在油氣勘探過程中,保護油氣層工作的好壞直接關(guān)系到能否及時發(fā)現(xiàn)油氣層和對儲量的正確估量。(2)保護油氣層有利于油氣井產(chǎn)量和油氣田開發(fā)經(jīng)濟效益的提高。(3)提高油氣層最終采收率。(4)最大限度地利用油氣資源,充分保護油氣資源。(5)降低原油生產(chǎn)成本,少投入、多產(chǎn)出。

3 油氣層損害機理

對于某一目的層,要想指定出一個有效的保護油層的技術(shù)方案,必須搞清楚其損害機理即油氣層損害的產(chǎn)生原因以及伴隨損害而發(fā)生的物理、化學(xué)、變化和過程。美國巖心公司對全世界近4000口井的資料,對各個作業(yè)中每種機理所造成的嚴(yán)重程度進行了系統(tǒng)的總結(jié),現(xiàn)只引用建井階段數(shù)據(jù)如表1所示。

從表一看出,微粒運移引起的損害是最普遍的,其次是乳化液堵塞和水鎖,再次是潤濕反轉(zhuǎn)和結(jié)垢引起的損害。在鉆井和固井作業(yè)中,損害最嚴(yán)重的是鉆井液固相顆粒和粘土的水化膨脹,下面對引起損害的原因及相應(yīng)的保護措施進行討論。

油氣層的潛在損害因素

從微觀角度看,孔喉類型和孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與油氣層損害關(guān)系很大。一般情況下,若孔喉直徑較大,則固相顆粒侵入的深度越深,因固相堵塞造成的損害相對較嚴(yán)重,而濾液造成的水鎖、氣阻等損害的可能性較小。從宏觀方面來看,損害類型在很大程度上取決于孔隙度和原始滲透率。對于滲透率較高的儲層,孔隙較大,連通較好,膠結(jié)物含量較低,這種情況下受固相侵入而造成的損害較大;對于低滲透油氣層,由于其孔喉尺寸小且連通性差,膠結(jié)物含量高,因而固相造成的損害不是主要的,而易發(fā)生粘土化膨脹、微粒運移和水鎖等損害。

4 鉆井過程中保護油氣層技術(shù)

鉆開產(chǎn)層,破害了產(chǎn)層的平衡狀態(tài),使產(chǎn)層開始與外來工作液(鉆井液、水泥漿、前置液等)接觸,這必然會給產(chǎn)層帶來損害,由于鉆井液接觸的是處于原始狀態(tài)的產(chǎn)層,因此對它產(chǎn)生損害的可能性很大,而且油氣層損害一旦發(fā)生,則極不宜消除。因此在鉆井過程中做好保護油氣層工作是實施保護油氣層成套技術(shù)的第一個重要環(huán)節(jié)。前面講過鉆井過程中造成的油氣層損害是多種多樣的。隨著油藏特性與鉆井過程中所采取的技術(shù)措施不同,產(chǎn)生油氣層損害的類型和程度也不同。因此,在鉆井過程中,必須根據(jù)油藏特性及潛在問題在充分認(rèn)識所鉆油氣層在鉆井過程中損害機理的基礎(chǔ)上,準(zhǔn)確分析損害的原因,然后有針對性的采取鉆井作業(yè)措施,方能收到油氣層保護的效果,以保證產(chǎn)層的及時發(fā)現(xiàn)和使產(chǎn)層保持原有產(chǎn)能。

鉆進中對油氣層的損害包括從鉆井油氣層起一直到固井完成為止的全過程中多個環(huán)節(jié)。就其對油氣層損害的一般規(guī)律,可對其影響因素歸納如下。

4.1 壓差

壓差是造成油氣層損害最主要的因素之一。在一定壓差下,鉆井液中的濾液和固相就會滲入地層內(nèi),造成固相堵塞和年粘土化等問題,井底壓差越大,對油氣層損害的深度越深,對油氣層滲透率的影響也更為嚴(yán)重。圖1為地層滲透率的損害比與壓差的關(guān)系。例如:國外某油田在鉆開油層時,如壓差小于10.3Pa,產(chǎn)量接近636m3/d;如壓差大于10.3Pa,則產(chǎn)量僅為318m3/d。在鉆井過程中,由于超平衡壓力條件下鉆井促使液相與固相侵入地層,油氣層滲透率降10%-75%。薄片鑒定和掃描電鏡分析也證明微粒侵入油氣層將是油所層損害的主要原因之一。由此可見壓差是造成油所層損害的主要原因之一,降低壓差是油氣層保護的重要技術(shù)措施。

鉆井過程中,造成井內(nèi)壓差增大的原因有:

(1)采用過平衡鉆井液密度;(2)管柱(鉆柱、套管等)在充有液體的井內(nèi)運動產(chǎn)生的激動壓力;(3)地層壓力檢測不準(zhǔn)確;(4)井身結(jié)構(gòu)不合理;(5)井噴及井控方法不合理;(6)井內(nèi)鉆屑濃度;(7)開泵引起的井內(nèi)壓力激動。

4.2 浸泡時間

在鉆開油氣層過程中,鉆井液濾失到油氣層中的數(shù)量隨鉆井液浸泡時間的延長而增加。浸泡過程中除濾液進入地層外,鉆井液中的固相在壓差作用下也逐步侵入地層,其侵入地層的數(shù)量及濃度隨時間增加,浸泡時間越長侵入越多,圖2為地層損害比與浸泡時間的關(guān)系。

4.3 環(huán)空流速

環(huán)空流速不合理,也會對油氣層產(chǎn)生損害,圖3所示。

4.4 鉆井液中的固相含量及固相粒子的級配

在鉆井油氣層時,使用鉆井液肯定會對油氣層造成一定程度的固相粒子堵塞,鉆井液中固相含量越高,對油氣層損害越大。圖4所示。固相對油氣層損害的大小決定于固相粒子的形狀、大小及性質(zhì)和級配。在鉆井過程中,大小油氣層孔隙的粒子不會侵入油氣層造成損害。顆粒越小,侵入深度愈大。若鉆進中井壁不穩(wěn)定,頁巖坍塌,井徑擴大,泥頁巖造漿等因素造成鉆井液的固含量增加,都會加劇固相對油氣層的損害。

4.5 鉆井液對粘土水化作用的抑制能力

油氣層中粘土的水化膨脹、分散、運移是油氣層水敏損害的根本原因,鉆井液對粘土水化的抑制愈強,則地層水敏損害愈小。

4.6 鉆井液液相與地層流體的配伍性

鉆井液液相與地層流體若經(jīng)化學(xué)作用產(chǎn)生沉淀或形成乳狀液,都會堵塞油氣層,其中水基鉆井液與地層水的不配伍性能形成各類沉淀,是最常見的損害。

5 油氣層保護的解決措施

針對鉆井工程對油氣層損害的原因和機理,在保證優(yōu)質(zhì)、快速、安全鉆井的基礎(chǔ)上綜合采用以下措施。

5.1 解決正壓差問題

平衡壓力鉆井是國外60年代末到70年代初在壓力差理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的鉆井技術(shù)。平衡壓力鉆井是指鉆進時井內(nèi)鉆井液柱的有效壓力等于所鉆地層的地層壓力,壓差P=0,而實際鉆井中要嚴(yán)格保持鉆進中不存在壓力差很困難,目前國內(nèi)外所謂的平衡壓力鉆井在實施中,是指鉆進時井內(nèi)鉆井液柱的有效壓力略高于地層壓力的正壓差近平衡壓力鉆井。我們大慶鉆井運用此項技術(shù),鉆井液使用密度由1998年以前的平均1.63逐漸降到了2001年的平均1.46,具體來說,99年密度降低了0.07達到平均1.56,2000年密度比98年降低了1.53,2001年又降到了現(xiàn)在的平均1.46?，F(xiàn)在公司采用平衡壓力鉆井,明顯提高了機械鉆速,這樣使得鉆進加快,縮短了油層浸泡時間,有效保護了油氣層。而且因為泥漿比重降下來了,降低了石粉用量即鉆井成本。

5.2 采用油氣層保護的鉆井完井液技術(shù)

5.1 鉆開不同油藏使用的鉆井完井液類型不同,但其基本要求卻相似

即它一方面必須具有鉆井液的功能,另一方面又要滿足油氣層保護的要求。這些要求包括:①控制井下壓力。②流變性滿足井下需要。③穩(wěn)定井壁。④性能穩(wěn)定,保證井下安全。⑤液相與地層的相容性。⑥防腐。⑦制固相粒子含量及級配。防止固相粒子對油氣層的損害。⑧對環(huán)境無損害和污染,或污染可清除。

5.2 鉆井、完井液類型

改型鉆井完井液是以鉆上部地層用的鉆井液為基礎(chǔ),按保護油氣層的要求對體系進行改型而得到的一種鉆井完井液體系。因為它成本低,應(yīng)用工藝簡單,對井身結(jié)構(gòu)和鉆井工藝沒有特殊要求。實踐證明,這類鉆井完井液也可將很多油藏的損害降低到10%以下,使其表皮系數(shù)很低,甚至接近于零。目前公司使用的完井液體系就是水基類,我估計就是這種分類型即改型類。

5.3 固井期間油氣層保護

提高固井質(zhì)量是防止固井對油氣層損害的基礎(chǔ),必須改善水泥漿性能,目前,鉆井研究所和鉆技公司聯(lián)合研制出了新型DSDJ固井水泥外加劑,對控制水泥漿失水,保護油氣層,防止水氣竄的發(fā)生起到了積極的作用,另外,選用精良的哈里勃頓水泥注灰車,可保證水泥漿密度,排量的均勻穩(wěn)定,確保固井施工作業(yè)一次成功。

6 結(jié)論

6.1 油層保護必須從研究其損害機理入手解決巖石絕對滲透率和油氣相對滲透降低的問題

6.2 解決油氣層損害方法

(1)平衡壓力鉆井以解決正壓力問題。(2)采用合適的鉆井完井液技術(shù)。(3)固井期間油氣層保護以提高固井質(zhì)量。

參考文獻

[1] 羅亞平著.儲集層保護技術(shù).石油工業(yè)出版社.

[2] 張紹槐著.保護儲集層技術(shù).石油工業(yè)出版社.