理想充填理論在吐哈油田溫西三區(qū)塊的應(yīng)用

馬平平，熊開(kāi)俊，楊榮奎，徐天平，楊萬(wàn)成 (吐哈油田工程技術(shù)研究院，新疆 鄯善 838202)

理想充填理論在吐哈油田溫西三區(qū)塊的應(yīng)用

馬平平，熊開(kāi)俊，楊榮奎，徐天平，楊萬(wàn)成 (吐哈油田工程技術(shù)研究院，新疆 鄯善 838202)

在屏蔽暫堵技術(shù)基礎(chǔ)上，引入“理想充填理論”，并根據(jù)暫堵顆粒與地層孔喉最佳匹配原則建立暫堵新方法。通過(guò)對(duì)溫西三區(qū)塊儲(chǔ)層物性研究，使用暫堵方案優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件對(duì)該區(qū)塊主力儲(chǔ)層進(jìn)行暫堵方案優(yōu)選，建立完整的暫堵劑粒徑分布序列對(duì)各種尺寸孔喉實(shí)施暫堵和保護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)在溫西三區(qū)塊應(yīng)用40井次?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，應(yīng)用理想充填保護(hù)儲(chǔ)層新技術(shù)可使油井初期產(chǎn)量提高13%以上，儲(chǔ)層保護(hù)效果顯著。

理想充填理論；d90規(guī)則；暫堵技術(shù)；吐哈油田

長(zhǎng)期以來(lái)，吐哈油田一直沿用屏蔽暫堵技術(shù)[1]進(jìn)行儲(chǔ)層保護(hù)，其主要依據(jù)儲(chǔ)集層的平均孔喉直徑優(yōu)選暫堵劑的顆粒尺寸，以此作為暫堵方案對(duì)儲(chǔ)層實(shí)施暫堵。當(dāng)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的均質(zhì)性較強(qiáng)時(shí)，這種方法是比較有效，而一般儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性，孔喉尺寸基本呈正態(tài)分布，較大尺寸的孔喉數(shù)量少，但對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)非常大，數(shù)量較多的小孔喉對(duì)滲透率貢獻(xiàn)很小，傳統(tǒng)方案難以有效封堵對(duì)油氣層滲透率貢獻(xiàn)很大的這部分大尺寸孔喉，達(dá)不到理想的油氣層保護(hù)效果。為了更好地保護(hù)儲(chǔ)層，特別是使中、高滲透性儲(chǔ)層達(dá)到理想的暫堵效果，筆者根據(jù)吐哈油田溫西三區(qū)塊主力儲(chǔ)層的孔喉分布特點(diǎn)，利用理想充填暫堵技術(shù)優(yōu)選暫堵方案，優(yōu)化粒度分布指標(biāo)，開(kāi)發(fā)了針對(duì)溫西三區(qū)塊主力儲(chǔ)層的復(fù)合油層保護(hù)劑，并對(duì)其保護(hù)儲(chǔ)層的效果進(jìn)行室內(nèi)評(píng)價(jià)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，為該技術(shù)的推廣和理論完善提供依據(jù)。

1 理想充填理論和d90規(guī)則

1.1理想充填理論

對(duì)于保護(hù)儲(chǔ)層的鉆井液，需要根據(jù)孔喉尺寸加入具有連續(xù)粒徑序列分布的暫堵劑顆粒來(lái)有效地封堵儲(chǔ)層中大小不等的各種孔喉以及暫堵顆粒之間形成的孔隙，只有形成這種合理的粒徑序列分布，才能確保形成濾失量極低的致密泥餅，進(jìn)而更有效地保護(hù)儲(chǔ)層。研究表明，鉆井液中暫堵劑顆粒的累計(jì)體積分?jǐn)?shù)與粒徑的平方根(即d1/2)之間呈線性關(guān)系時(shí)，顆粒堆積效率最高；采用單一暫堵劑顆粒不能達(dá)到理想充填，須采用復(fù)配的方式；若采用2～3種暫堵劑復(fù)配，較細(xì)顆粒的數(shù)量應(yīng)恰好足夠充填于緊密排列較大顆粒構(gòu)成的空隙中，此時(shí)充填效果最佳[2-3]。建立在顆粒緊密堆積理論基礎(chǔ)上的理想充填理論可應(yīng)用于鉆井液暫堵劑最佳粒徑分布的優(yōu)選，優(yōu)選出的暫堵劑能夠形成有效的致密泥餅，阻止固相顆粒以及濾液的侵入地層，達(dá)到保護(hù)油氣層的目的。

1.2d90規(guī)則

d90規(guī)則即當(dāng)暫堵劑顆粒在其粒徑累積分布曲線上的d90值(指90%的顆粒粒徑小于該值)與儲(chǔ)層的最大孔喉直徑或最大裂縫寬度相等時(shí)，可取得理想的暫堵效果[4]。

2 儲(chǔ)層保護(hù)鉆井液暫堵方案設(shè)計(jì)及室內(nèi)評(píng)價(jià)

2.1溫西三區(qū)塊儲(chǔ)層物性特征

溫西三區(qū)塊位于溫吉桑-米登構(gòu)造帶馬紅斷層上盤，主要目的層為中侏羅統(tǒng)三間房組(J2s)，油藏埋深2300～2600m。儲(chǔ)層平均孔隙度為16.4%，平均滲透率為51×10-3μm2，屬低孔、中-低滲儲(chǔ)層，局部發(fā)育中高滲儲(chǔ)層，層內(nèi)和平面非均質(zhì)性較強(qiáng)。儲(chǔ)層巖性為中細(xì)粒長(zhǎng)石巖屑砂巖，粘土礦物以高嶺石和綠泥石為主，兩者相對(duì)含量大于80%。儲(chǔ)集空間以次生孔隙為主，占60%以上，以微細(xì)-細(xì)喉為主，分選性差，小于1μm的孔隙占53%。潤(rùn)濕性為弱親水，具有較強(qiáng)的鹽敏。

2.2暫堵劑匹配方案優(yōu)選

結(jié)合溫西三區(qū)塊儲(chǔ)層孔滲特性及近3年鉆井中實(shí)施油層保護(hù)前鉆井液固相平均粒度分布，利用理想充填暫堵方案優(yōu)化軟件，對(duì)溫西三區(qū)塊主要目的層進(jìn)行了暫堵劑顆粒尺寸的匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成了該區(qū)塊的暫堵劑匹配方案。

表1 油層保護(hù)前鉆井液固相粒度分布(固相含量約為12%)

圖1 溫西三區(qū)塊J2s組儲(chǔ)層暫堵方案優(yōu)化曲線

圖2 溫西三區(qū)塊J2s組儲(chǔ)層暫堵方案調(diào)整曲線

2.3儲(chǔ)層保護(hù)鉆井液性能評(píng)價(jià)

圖3 實(shí)施暫堵前、后與調(diào)整曲線粒度分布對(duì)比

1) 鉆井液粒度分布對(duì)比 取溫西3-5694井現(xiàn)場(chǎng)鉆井液，實(shí)施暫堵方案前井深為2162m，地層J2s，加入暫堵劑實(shí)施理想充填暫堵方案充分循環(huán)后井深為2235m，層位J2s。分別測(cè)試實(shí)施前和實(shí)施后鉆井液的粒度分布，并和最終確定的暫堵方案對(duì)比(見(jiàn)圖3)。圖3顯示，與最終優(yōu)化的暫堵方案相比，實(shí)施前、后固相顆粒粒度分布曲線均比調(diào)整曲線偏右，說(shuō)明顆粒粒徑較暫堵方案總體偏大，但是實(shí)施后固相分布較實(shí)施前明顯左移，更接近于最終優(yōu)化的調(diào)整曲線，依據(jù)理想充填暫堵理論，實(shí)施后鉆井液經(jīng)過(guò)性能優(yōu)化能夠更有效減少儲(chǔ)層傷害。

2) 流變性及降濾失性能評(píng)價(jià) 確定溫西三區(qū)塊J2s組儲(chǔ)層的理想充填暫堵方案后，在暫堵方案的基礎(chǔ)上加入1.5%可變形粒子(軟化點(diǎn)70～80℃)，以此加強(qiáng)鉆井液封堵孔喉效果。取溫西三區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)鉆井液進(jìn)行室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)，分別在聚合物和聚磺鉆井液中加入優(yōu)選出的暫堵方案配方，對(duì)方案實(shí)施前后鉆井液樣品進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，并評(píng)價(jià)實(shí)施后鉆井液高溫?zé)釢L后性能，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)施理想充填儲(chǔ)層保護(hù)暫堵方案后，聚合物、聚磺鉆井液粘度、切力均有所上升，而中壓失水和高溫高壓失水均大幅度下降，降失水效果非常明顯，高溫?zé)釢L后，鉆井液粘度、切力均有下降，中壓失水和高溫高壓失水則升高，但仍然比暫堵前略低，說(shuō)明新暫堵方案能夠幫助鉆井液形成致密泥餅，加強(qiáng)儲(chǔ)層保護(hù)效果。

表2 鉆井液儲(chǔ)層保護(hù)前后性能評(píng)價(jià)(熱滾條件：120℃/16h)

3) 暫堵優(yōu)化鉆井液的動(dòng)態(tài)污染評(píng)價(jià) 為檢驗(yàn)采用理想充填暫堵方法的儲(chǔ)層保護(hù)效果，按文獻(xiàn)[7]中的方法,分別對(duì)未加入暫堵劑、實(shí)施傳統(tǒng)暫堵方案及理想充填暫堵方案的鉆井液用DW-Ⅱ型高溫高壓動(dòng)態(tài)污染儀進(jìn)行了損害程度評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。試驗(yàn)結(jié)果表明，不加入暫堵劑滲透率恢復(fù)率僅有40%左右，應(yīng)用傳統(tǒng)暫堵方案技術(shù)可提高到70%以上，而應(yīng)用理想充填暫堵方案可將滲透率恢復(fù)率提高至82%以上，可以有效降低鉆井液對(duì)油層污染程度。

表3 巖心污染評(píng)價(jià)試驗(yàn)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2010年,理想充填儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)在吐哈油田溫西三區(qū)塊J2s組儲(chǔ)層應(yīng)用共40井次，其中34口油井(其余6口井為注水井)，平均初期產(chǎn)量(前30d平均值)最低的井日產(chǎn)量1.52t，最高日產(chǎn)量18.94t，平均為8.51t/d；鄰井有12口，均為2009年以前開(kāi)發(fā)的井，采用屏蔽暫堵技術(shù)，投產(chǎn)后平均初期產(chǎn)量為7.50t/d，理想充填暫堵新技術(shù)產(chǎn)量同比提高了13.46%，儲(chǔ)層保護(hù)效果明顯提高，說(shuō)明新暫堵技術(shù)能夠改善鉆井液性能，大大降低鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的損害。

[1] 徐同臺(tái),趙敏,熊友朋.保護(hù)油氣層技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1995：83-90.

[2]張鳳英,鄢捷年,楊光,等.理想充填暫堵新方法在吐哈丘東低滲透氣田的應(yīng)用[J].鉆采工藝，2009，32(6)：88-90.

[3]Hands N, Kowbel K, Maikranz S.Drilling-in fluid reduces formation damage,increases production rates [J].Oil amp; Gas J,1998,96 (28):65-68.

[4]鄢捷年,王建華,張金波.優(yōu)選鉆井液中暫堵劑顆粒尺寸的理想充填新方法[J].石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào))，2007，29(4)：129-135.

[5]王利國(guó),鄢捷年,馮文強(qiáng).理想充填暫堵型鉆井完井液的設(shè)計(jì)及室內(nèi)評(píng)價(jià)[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，31(3)：72-76.

[6]孟尚志,鄢捷年,艾貴成,等.理想充填暫堵新方法在昆2井儲(chǔ)層保護(hù)中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2007，27(8)：79-91.

[7]SY/T 6540-2002，鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)方法[S].

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.02.019

TE254.3

A

1673-1409(2012)02-0061-03

2011-12-26

中石油吐哈油田攻關(guān)項(xiàng)目(cuy2010106)。

馬平平(1983-)，男，2006年大學(xué)畢業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事鉆井液、完井液及現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)方面的研究工作。