八面河油田保護(hù)油氣層的鉆井液技術(shù)分析

鄧曉玉

（中國(guó)石化集團(tuán)江漢油田分公司江漢采油廠(chǎng)地質(zhì)研究所，湖北 潛江433123）

八面河油田保護(hù)油氣層的鉆井液技術(shù)分析

鄧曉玉

（中國(guó)石化集團(tuán)江漢油田分公司江漢采油廠(chǎng)地質(zhì)研究所，湖北 潛江433123）

隨著石油勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到油氣層保護(hù)的重要性。實(shí)施良好的儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)措施，是提高勘探開(kāi)發(fā)效益的有效方法。八面河油田經(jīng)過(guò)二十年的勘探和開(kāi)發(fā)，為確保油田的可持續(xù)發(fā)展，提高油田開(kāi)發(fā)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，油氣層保護(hù)技術(shù)至關(guān)重要。目前八面河油田地層面臨油氣層壓力低、水敏性強(qiáng)、均質(zhì)性差、結(jié)構(gòu)疏松、易垮塌等特點(diǎn)，如何進(jìn)行油氣層保護(hù)，已經(jīng)逐步成為鉆井液技術(shù)研究的首要任務(wù)。

八面河油田；油氣層保護(hù)；鉆井液；油氣層損害

保護(hù)油氣層技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它貫穿在鉆井、固井、測(cè)試、射孔、酸化、壓裂、試油、采油、修井、注水等作業(yè)全過(guò)程中，每項(xiàng)作業(yè)均應(yīng)重視油氣層保護(hù)，否則，均會(huì)對(duì)油氣層造成損害。鉆井液作為第一個(gè)與油氣藏接觸的流體，是造成油氣層損害的第一外來(lái)因素，因此保護(hù)油氣層的鉆井液技術(shù)顯得格外重要。在實(shí)踐過(guò)程中人們也逐漸認(rèn)識(shí)到，保護(hù)油氣層是“增儲(chǔ)上產(chǎn)”和提高采收率的關(guān)鍵措施之一，只有減少對(duì)油氣層的損害，才有可能獲取更大經(jīng)濟(jì)效益。

1 油氣層損害機(jī)理分析

油氣層被鉆開(kāi)后，首先接觸的是鉆井液，接觸時(shí)間最長(zhǎng)的也是鉆井液，這種損害在鉆遇油氣層過(guò)程中一直存在著。如果鉆井液損害油氣層后，要想進(jìn)行有效改造和恢復(fù)是十分困難的，后期措施作業(yè)費(fèi)用是相當(dāng)高的。因而主動(dòng)進(jìn)行油氣層保護(hù)是油田增儲(chǔ)上產(chǎn)、提高綜合勘探效益的一項(xiàng)重要措施。保護(hù)油氣層目的就是要保持油氣層滲透率在各種作業(yè)環(huán)境中不降低，使原油能夠最大限度地從地下采出。目前整個(gè)八面河油田油氣層壓力系數(shù)幾乎都小于1．0，基本都屬于中、高滲透性?xún)?chǔ)層，所使用的鉆井液密度最高可達(dá)1．13 g／cm3，因此在巨大的正壓差作用下，鉆井液的濾液和固相很容易通過(guò)孔隙，到達(dá)儲(chǔ)層深部，從而損害油氣層。

1．1 鉆井液濾液對(duì)油氣層的損害

對(duì)鉆井液濾液來(lái)講，進(jìn)入地層量的大小與鉆井液動(dòng)、靜濾失有關(guān)系，當(dāng)然也與鉆井時(shí)油氣層形成的泥餅質(zhì)量有關(guān)系，對(duì)泥餅質(zhì)量控制是降低濾失量的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)濾液進(jìn)入油氣層以后，會(huì)從以下兩個(gè)方面損害油氣層：

一方面與油氣層中的流體發(fā)生一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，最終導(dǎo)致油氣層損害。首先八面河油田地層水為水型，地層水中大量的和鉆井濾液中的及其它有機(jī)化學(xué)處理劑結(jié)合產(chǎn)生沉淀而堵塞油氣層。其次鉆井液濾液進(jìn)入油氣層后，會(huì)使油氣層中水的飽和度增加、油的相對(duì)滲透率降低，從而影響了油相的運(yùn)移。再次鉆井液濾液進(jìn)入油氣層后，與油氣層中油相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成乳狀液，由于這種乳狀液具有相當(dāng)高的液相粘度，在地層孔隙中也就相對(duì)穩(wěn)定，而且較大的液滴會(huì)對(duì)一些細(xì)小的孔隙進(jìn)行堵塞。在八面河油田定向井鉆探中，為了降低摩阻特別加入了原油和乳化劑（SN－1），這樣更容易引起乳化堵塞油氣層孔隙。

另一方面與油氣層中敏感性粘土礦物發(fā)生水化、膨脹等作用，導(dǎo)致油氣層損害。從八面河油田的主力油層礦物組成成分看，沙三段以上地層都存在有敏感性礦物，自下而上逐漸增大。鉆井液濾液進(jìn)入這類(lèi)油氣層后，與粘土發(fā)生水化反應(yīng)，以表面水化和滲透兩種形式最終導(dǎo)致粘土發(fā)生膨脹、分散。特別是沙河街組的沙三段以上地層（東營(yíng)組和館陶組）中含有大量如蒙脫石、伊／蒙混層等，粘土在分散、膨脹后體積可以增大幾十倍，可以使?jié)B透率降低幾十倍。另外鉆井液濾液進(jìn)入油氣層后，在地下溫度和壓力條件下，可以使水敏性相對(duì)不強(qiáng)的伊利石、高嶺石等粘土礦物發(fā)生復(fù)雜反應(yīng)。在高PH值條件下，極易促使不活潑礦物向分散性礦物轉(zhuǎn)化，從而加劇了這類(lèi)粘土礦物的膨脹和分散。

1．2 鉆井液中固相顆粒對(duì)油氣層的損害

鉆井液中存在著有用固相（如膨潤(rùn)土、加重料等）和無(wú)用固相（如鉆屑、分散性差的劣質(zhì)粘土等）兩種固相。鉆井液中固相進(jìn)入油氣層的時(shí)間短，主要集中在油氣層剛鉆開(kāi)泥餅未形成以前，在鉆開(kāi)新眼時(shí)固相顆粒在鉆井液正壓差的作用下，進(jìn)入油氣層內(nèi)部，堵塞了孔隙、裂縫，使近井壁地帶滲透率下降。固相顆粒的大小分布影響油氣層滲透率。固相對(duì)油氣層的損害與油氣層孔隙大小、鉆井液中固相顆粒大小有較大的關(guān)系。一般來(lái)講中高滲透的油氣層，如北區(qū)沙三上、沙三中地層，固相進(jìn)入油氣層的深度最深可以達(dá)幾米，固相含量越高，分散的越細(xì)，這種侵入損害就越嚴(yán)重，特別是鉆井液的膨潤(rùn)土，是損害油層的主要固相。

1．3 鉆井液流變性對(duì)油氣層的損害

在鉆井過(guò)程中，剪切作用高低對(duì)井眼穩(wěn)定、泥餅的形成和破壞均有較大影響。在常規(guī)情況下層流流態(tài)對(duì)井壁沖蝕作用較輕，而紊流流態(tài)則對(duì)井壁有較強(qiáng)的沖蝕作用，使泥餅破壞、井壁掉塊甚至垮塌，其結(jié)果是鉆井液失水量和固相顆粒進(jìn)入油氣層的數(shù)量大大增多。因此要控制鉆井過(guò)程出現(xiàn)紊流或者紊流程度，降低鉆井液對(duì)井壁的沖蝕程度，從而需要對(duì)鉆井流態(tài)有一個(gè)比較精確的計(jì)算，判斷環(huán)空的臨界返速。特別對(duì)于松散砂巖油氣層控制好流態(tài)更加重要，在能滿(mǎn)足攜砂情況下降低泵排量，穩(wěn)定井壁，降低油氣層的損害。

1．4 井下復(fù)雜和事故造成油氣層損害

當(dāng)井下出現(xiàn)復(fù)雜或事故時(shí)，建井周期一般相應(yīng)會(huì)延長(zhǎng)，單從鉆井液濾液和固相隨著時(shí)間浸泡、污染油層的角度講，這方面污染程度會(huì)增強(qiáng)許多。當(dāng)井下出現(xiàn)事故造成工程劃眼時(shí)，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)必然造成井壁的失穩(wěn)，泥餅從形成后被破壞，使鉆井液侵入儲(chǔ)層的深度和數(shù)量相當(dāng)嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)在打開(kāi)儲(chǔ)層后出現(xiàn)復(fù)雜、工程事故較為嚴(yán)重的井，初期試油時(shí)產(chǎn)水（或鉆井液）的新井測(cè)試產(chǎn)量非常低，必須經(jīng)過(guò)酸化或壓裂等進(jìn)攻性措施作業(yè)才可能投產(chǎn)。因此預(yù)防和減少鉆井工程復(fù)雜事故，減少油層浸泡時(shí)間，是保護(hù)油氣層的前提。

2 八面河油田油氣層保護(hù)的現(xiàn)狀

2．1 選用油層保護(hù)劑保護(hù)油氣層

通過(guò)對(duì)油氣層損害的機(jī)理分析，認(rèn)為鉆井過(guò)程中使用油氣層保護(hù)劑是減少油氣層污染的簡(jiǎn)便、有效的方法之一。目前油氣層保護(hù)劑常用的有兩種類(lèi)型：固體粉末狀和液體，它們保護(hù)油氣層的側(cè)重點(diǎn)各不相同。在江漢油田使用的JHY－1、YFP－2，建南氣田使用的四川產(chǎn)JZHD，但是八面河油田儲(chǔ)層是物性好、均質(zhì)性差，如南區(qū)油層平均孔隙度34．67%，空氣滲透率1．523μm2，油層層間和層內(nèi)非均質(zhì)系數(shù)及滲透率變異系數(shù)均大于2，層內(nèi)滲透率極差最高可達(dá)115倍，平均大于20倍。為了有效地屏蔽暫堵油氣層，只能采用含有多種粒徑暫堵顆粒，并用相匹配的廣譜型屏蔽暫堵劑，才能較好地減少鉆井液對(duì)中、高滲透率和嚴(yán)重不均質(zhì)性油氣層損害，如面22－2、面23－2井S41砂組中選用廣譜型屏蔽暫堵劑粒子半徑大小經(jīng)計(jì)算應(yīng)為0．17μm～4．2μm為宜（見(jiàn)表1）。

表1 面22－2、面23－2井S4 1砂組壓汞法分析孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)表

目前各油田使用較多的是聚合醇系列，是一種新型的油氣層保護(hù)劑，其原理是當(dāng)油氣層被鉆開(kāi)時(shí)，它在地層巖石表面和泥餅表面以及地層孔隙中形成一層憎水膜，能夠降低濾液侵入地層的速度，減少濾液對(duì)地層水所造成的損害。另外聚合醇還可以對(duì)鉆屑進(jìn)行包被，防止粘土與水直接接觸，從而阻止了鉆屑中粘土礦物水化分散，減少了水敏造成的儲(chǔ)層損害問(wèn)題。

借鑒其它油田經(jīng)驗(yàn)，八面河油田目前使用的油氣層保護(hù)劑都是聚合醇防塌屏蔽暫堵劑（代號(hào)BWF－1）。由于它具有一些油基鉆井液的特性，并且在減少鉆井事故和保護(hù)油氣層方面顯示出較強(qiáng)的優(yōu)越性，尤其在探井油氣層保護(hù)方面，具有良好的技術(shù)可靠性和應(yīng)用前景，被認(rèn)為是可以代替油基鉆井液的水基鉆井液體系；無(wú)論對(duì)水敏性地層還是一般性地層，該類(lèi)新型鉆井液體系是目前在油氣層保護(hù)方面首推的一種體系，同時(shí)又是一種具有有安全鉆井和油氣層保護(hù)雙重功能的廣譜體系，具有良好應(yīng)用前景。

2．2 鉆井液使用過(guò)程中存在問(wèn)題

目前八面河油田使用的主要是聚合物防塌鉆井液體系。該體系具有較強(qiáng)的抑制性，流變性易于控制，能較好地滿(mǎn)足鉆井安全生產(chǎn)需要，同時(shí)該體系具有較低的濾失量和p H值。這樣避免了因砂巖油層中的粘土礦物水化膨脹和運(yùn)移，造成油氣層損害。此外應(yīng)用屏蔽暫堵技術(shù)，加入油氣層保護(hù)劑，阻止鉆井液中的固相顆粒和濾液繼續(xù)進(jìn)入油氣層。從目前所鉆探的井來(lái)看，鉆井液使用過(guò)程中主要存在以下兩方面的問(wèn)題：

2．2．1 老井鉆井液使用問(wèn)題

井越深建井周期越長(zhǎng)，鉆井液中粘土顆粒水化越充分，分散就越細(xì)。南區(qū)的井建井周期在一個(gè)星期之內(nèi)，然而北區(qū)大部分井的建井周期在十天到一個(gè)月，這樣鉆井液中粘土礦物分散程度肯定要比南區(qū)嚴(yán)重，而北區(qū)油氣層的滲透率和孔吼半徑比南區(qū)大，更易受到鉆井液固相污染。下面以J4－X31井和J4－X33井兩口新井為例，來(lái)說(shuō)明鉆井液中粘土礦物水化分散時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)油氣層影響程度。J4－X31井和J4－X33井是在八面河油田北區(qū)布置的一個(gè)臺(tái)子井，在鉆完J4－X31井后整拖J4－X33井，為了節(jié)省鉆井液費(fèi)用，鉆井隊(duì)在J4－X33井配漿時(shí)使用了老井鉆井液。經(jīng)過(guò)對(duì)比，J4－X33井由于使用了J4－X31井的鉆井液，密度稍高于J4－X31井，而電測(cè)解釋顯示J4－X33井油層比J4－X31井好，完井后經(jīng)過(guò)作業(yè)試油同期投產(chǎn)，產(chǎn)量卻相差甚遠(yuǎn)，到目前為止J4－X31井累計(jì)產(chǎn)油1500多噸，而J4－X33井不足300噸。分析其原因可能是：由于J4－X33井使用老井鉆井液，其中的粘土顆粒得到充分地水化，分散很細(xì)小，容易進(jìn)入到油氣層深部，后期上作業(yè)措施綜合解堵，但相比收效甚微。所以為了保護(hù)油氣層，客觀要求鉆井隊(duì)抓緊時(shí)效、提高鉆速、提高電測(cè)一次成功率、縮短油氣層浸泡時(shí)間，從而減少鉆井液中粘土礦物分散得更細(xì)小，要求施工井隊(duì)盡量少用老井鉆井液。

2．2．2 配漿用水質(zhì)量有待提高

目前井隊(duì)生產(chǎn)用水是井場(chǎng)附近有水源則就近取水，否則用車(chē)到采油廠(chǎng)拉水。由于兩者水質(zhì)不同，鉆井液先期處理方式也不相同。井場(chǎng)附近水礦化度＞10000mg／l，配漿時(shí)加入大量純堿、燒堿，除Ca2＋、Mg2＋等；車(chē)?yán)V化度＜200 mg／l，可不用純堿，燒堿用量甚少。而八面河油田地面幾乎都是鹽堿地，井場(chǎng)附近的地面水礦化度高，井隊(duì)為了搶時(shí)間趕進(jìn)度，不可能對(duì)每口井先做水質(zhì)化驗(yàn)，純堿、燒堿加量多少合適全憑經(jīng)驗(yàn)，因此很容易加過(guò)量，剩余的CO32－、OH－必定會(huì)與地層水（CaCl2型）中的Ca2＋、Mg2＋等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使鉆井液濾液和油氣層流體不配伍，堵塞并損害到油氣層；另一方面，純堿、燒堿中Na＋促使地層中粘土礦物發(fā)生水化分散，從而損害到油氣層。所以根據(jù)八面河油田地層水為CaCl2水型特點(diǎn)，為了減少流體不配伍性和粘土礦物水化分散，配漿用水質(zhì)量有待提高，盡量使用軟化水。

3 結(jié)論

3．1 應(yīng)用屏蔽暫堵技術(shù)或固體復(fù)合粒子暫堵劑技術(shù)

首先應(yīng)用屏蔽暫堵技術(shù)，加入暫堵劑（BWF－1）保護(hù)好油氣層。其次根據(jù)地層地質(zhì)特性尋找合適的保護(hù)油氣層措施，如面138區(qū)主力油層沙四段具有八面河油田少見(jiàn)的均質(zhì)性，加復(fù)合粒子暫堵劑效果較佳，其固相顆粒半徑控制在0．4μm～3．3μm之間即可。所以油氣層保護(hù)劑除了液體的聚合醇外，還可以考慮使用固體的復(fù)合粒子暫堵劑。

在油氣層鉆進(jìn)過(guò)程中加強(qiáng)凈化設(shè)備使用，鉆井液以維護(hù)為主，嚴(yán)禁大處理造成性能大幅度波動(dòng)，保證井眼安全、暢通、快速鉆完儲(chǔ)層，減少儲(chǔ)層浸泡時(shí)間。另外進(jìn)入油氣層前50m～100m測(cè)定鉆井液粒度級(jí)配。

在鉆臺(tái)子井時(shí)，井隊(duì)在給新井配漿過(guò)程中，不要使用老井鉆井液。若現(xiàn)場(chǎng)條件限制，必須使用到老井鉆井液，必須同時(shí)使用聚合醇防塌屏蔽暫堵劑或相匹配的復(fù)合粒子暫堵劑。

3．2 用聚合醇取代白油潤(rùn)滑劑

目前在探井定向后為降低鉆具摩阻，特意在鉆井液中加入白油和乳化劑（SN－1）。這種降摩阻方法有兩方面不足：一是鉆井液中加入的乳化劑，它在乳化白油同時(shí)進(jìn)入油氣層，乳化了地層中的原油，形成較大的液滴會(huì)對(duì)一些細(xì)小的孔隙進(jìn)行了堵塞損害油氣層；二是白油潤(rùn)滑效果差，加量大、價(jià)格高，潤(rùn)滑劑成本占鉆井液總成本一半以上，大大提高鉆井液成本。

八面河油田目前使用油氣層保護(hù)劑是聚合醇防塌屏蔽暫堵劑（BWF－1），它本身就具有潤(rùn)滑性能，可以取代在定向井中所使用的原油和白油。如果在定向井鉆進(jìn)過(guò)程中把BWF－1當(dāng)潤(rùn)滑劑使，大大提高鉆井液中油氣層保護(hù)劑含量，保護(hù)了油氣層，特別是探井，不加價(jià)格昂貴的白油和乳化劑，改加價(jià)格適中、具有雙重功效的聚合醇，可以節(jié)約大量鉆井液潤(rùn)滑劑成本。

［1］戴彩麗，張貴才，葛際江．油氣層損害的機(jī)理及處理［J］．鉆采工藝，1998，（03）．

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［3］徐同臺(tái)，趙敏，等主編．保護(hù)油氣層技術(shù)（第二版）［M］．北京：石油工業(yè)出版社，1993．

［4］甄劍武，許蘇林，史康玲．屏蔽暫堵技術(shù)在中原油田的應(yīng)用研究［J］．江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，（03）．

［5］王富華，邱正松等．“超廣譜”屏蔽暫堵鉆井完井液新技術(shù)室內(nèi)研究［J］．石油鉆探技術(shù)，2001，（05）．

［6］劉波，鄢捷年．國(guó)外保護(hù)油氣層技術(shù)新進(jìn)展――關(guān)于暫堵機(jī)理和方法的研究［J］．鉆井液與完井液，2003，（01）．

［7］李克向．保護(hù)油氣層概念與技術(shù)［J］．石油鉆采工藝．2000，（05）．

On the Drilling Fluid with the Reservoir Protecting Ability in Bamianhe Oil Field

DENG Xiao－yu

（Institute for Geological Research of Jianghan Oil Production Plant，SINOPEC，Qianjiang，Hubei，433123，China）

With the going on of oil exploration and drilling，people have come round to the importance of protecting the hydrocarbon reservoirs．A good protection technique can effectively improve the efficiency of exploration．After two decades of exploration，it＇s imperative for Bamianhe Oil Field to employ reservoir protection technique to guarantee a stable development and better economic benefits．The stratum of Bamianhe Oil Field is plagued by low pressure，strong water sensitivity，poor homogeneity，loose structure and unstableness so how to protect reservoirs when drilling has become the priority of drilling fluid study．

Bamianhe Oil Field；Hydrocarbon Reservoir Protection；Drilling Fluid；Hydrocarbon Reservoir Damage

TE38

A

1009—301X（2012）04—0019—03

2012－02－08

鄧曉玉（1977－），女，大學(xué)，工程師，2000年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東）石油工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)在中國(guó)石化集團(tuán)江漢油田分公司江漢采油廠(chǎng)地質(zhì)研究所從事鉆井設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督工作。

［責(zé)任編輯 郭華玉］