福山油田保護油氣層鉆井完井液技術(shù)研究

王建標

(中國石化華北分公司，河南 鄭州450042)

0 引言

目前福山油田仍沒有成型的適用鉆井完井液體系，本文通過儲層敏感性評價，及潛在損害因素分析，優(yōu)選福山油田適用鉆井完井液體系，并通過室內(nèi)實驗評價其效果，主要評價內(nèi)容包括:(1)儲層特征、敏感性評價及潛在損害因素;(2)現(xiàn)場應用及效果;(3)工藝及措施。

結(jié)合地質(zhì)特征分析潛在的損害因素，研究和篩選適用鉆井完井液體系。

1 福山油田區(qū)塊地質(zhì)特征

1.1 儲層沉積特征及物性分析

福山油田位于福山凹陷花場斷鼻，北鄰白蓮生油洼陷，烴源條件優(yōu)越。各井揭示下第三系流沙港組暗色泥巖發(fā)育。主要目的層潿洲組和流沙港組，主力油氣層流一組和流三組，埋藏深度主要在2000～3000和4000～4500 m，孔隙度10% ～20%，滲透率(0.004～500)×10－3μm2，屬于中孔低滲儲層，部分低孔特低滲凝析油氣藏，氣油比相對較高。

1.2 粘土礦物

孔隙流動系統(tǒng)中的粘土礦物晶體尺寸小、比表面高，極易受到流體流動和化學性質(zhì)改變的影響。粘土礦物有高嶺石、綠泥石、伊利石、伊/蒙間層和蒙皂石。非粘土礦物類主要有非晶質(zhì)硅、微晶石英、微晶長石、云母碎片和碳酸鹽礦物等，其粒徑通常＜37 μm，是潛在的可運移微粒源。

由花8井L1段儲層敏感性實驗分析證明福山油田具有弱→中等偏弱速敏，中等偏強水敏，中等偏弱堿敏，中等偏強酸敏，同時還有水鎖和液鎖損害;地層傾角大、存在較長的泥巖井段，鉆井完井液長時間浸泡容易坍塌，易導致井下情況復雜和事故。敏感性損害具不可逆性，解堵能力差，致使油井產(chǎn)能低下。

2 保護油氣層多級架橋屏蔽暫堵技術(shù)研究

結(jié)合儲層特征采用多級架橋屏蔽暫堵鉆井完井液，是利用鉆井液中的固相顆粒，在一定的正壓差作用下，在很短的時間內(nèi)(小于10 min)，在距井壁很近的距離內(nèi)(3～5 cm)形成有效堵塞(滲透率為零)的屏蔽環(huán)，以阻止鉆井液中大量固相和液相進一步侵入儲層，屏蔽環(huán)要有一定的承壓能力(屏蔽環(huán)強度 ＞9 MPa)［1～4］。

2.1 多級架橋屏蔽暫堵技術(shù)設計原則

(1)根據(jù)巖心壓汞實驗得出孔喉對儲層滲透率貢獻值曲線，求取孔喉滲透率貢獻率分布圖;

(2)根據(jù)滲透率貢獻率值的大小將孔喉劃分為二級、三級乃至多級區(qū)間;

(3)按照“2/3架橋規(guī)則”，確定各區(qū)間的暫堵粒徑;

(4)根據(jù)孔喉滲透率貢獻率占總貢獻率的百分比確定暫堵粒子濃度(一般其總量保持在3%);

(5)添加軟化變形粒子(濃度保持在1.5%)，對選出各種粒徑的暫堵粒子進行復配［5，6］。

2.2 暫堵劑粒子的篩選

多級架橋屏蔽暫堵模型如下:

Y=Y0+AX1+BX2+CX3+DZ，即原漿+一級架橋粒子+二級架橋粒子+三級架橋粒子+軟化粒子+其它。

屏蔽暫堵劑中各種粒子按如下原則進行篩選:

(1)屏蔽暫堵劑架橋粒子的尺寸為平均孔喉尺寸的1/2～1/3，濃度一般為3% ～4%(質(zhì)量體積百分比濃度)。福山油田儲層屬于中低孔低滲儲層，油層保護井段相對較長，架橋粒子總的加量可以取4%～5%，如果鉆進過程中固控設備對暫堵粒子的損耗較大或者鉆井液中有效粒子含量低，則應考慮適當加大其加量。

(2)填充粒子的尺寸應該比架橋粒子小一個級別，且濃度≮1%。

(3)可變形軟化粒子的尺寸一般在0.01～0.1 μm之間，其濃度≮1%。

2.2.1 架橋粒子的篩選

由福山油田的壓汞資料分析孔喉半徑分布如圖1所示。

圖1 福山油田孔喉分布直方圖

將福山油田孔喉根據(jù)滲透率貢獻率分成0～1、1～2、2～10 μm這3個區(qū)間。根據(jù)多級架橋數(shù)學模型，X1對應0～1 μm 區(qū)間，按照“2/3架橋原則”以及現(xiàn)有暫堵材料的各種粒徑，取X1暫堵粒子D中=0.5 ～1.3 μm;X2對應孔喉半徑1 ～2 μm 區(qū)間，同樣取X2暫堵粒子D中=1.3～3 μm;根據(jù)部分樣品壓汞實驗數(shù)據(jù)表明，2～13 μm的孔喉區(qū)間對巖心滲透率的貢獻率達到40% ～50%以上，是部分巖心滲透率貢獻率最大的主區(qū)間，取X3暫堵粒子D中=3~19.5 μm。

2.2.2 變形軟化粒子的篩選

充填變形軟化粒子是保證屏蔽暫堵環(huán)致密有效的關(guān)鍵，對應中孔中低滲儲層，充填變形軟化粒子還可以起到一定的直接暫堵主要連通喉道的目的。

2.2.3 填充粒子的篩選

我們從低熒光油溶性暫堵劑LR－1、LR－2、LR－3中優(yōu)選填充粒子，為優(yōu)選出填充效果最好的填充粒子，設計了表1中的3種配方，從而進行暫堵劑的優(yōu)選。

表1 暫堵劑配方方案

分別將不同的暫堵劑加入到泥漿體系中，通過測API失水來初步評價架橋粒子與充填粒子的選擇是否適當，測高溫高壓失水來評價軟性變形粒子的封堵效果，并優(yōu)選合適的暫堵劑(如表2所示)。

表2 暫堵劑優(yōu)選實驗

由表2中的數(shù)據(jù)可看出，加入暫堵劑XZD－Ⅱ后API失水和高溫高壓濾失量降低得最多，封堵效果最明顯。

2.3 暫堵劑的加量及鉆井完井液體系的配伍性

為了達到最優(yōu)的暫堵效果，對暫堵劑最佳加量進行實驗評價，實驗結(jié)果見表3。暫堵劑最佳加量5%，暫堵率達到97.45%。

表3 暫堵劑加量的確定

將暫堵劑加入到聚磺防塌鉆井液體系中，實驗數(shù)據(jù)見表4。除了使體系漏斗粘度略微增加以外，體系的其它流變性幾乎沒有什么變化，因而配伍性良好，能滿足鉆井作業(yè)對泥漿性能的要求。

表4 加入暫堵劑前后泥漿體系的流變性能

2.4 福山油田保護油氣層鉆井完井液體系及效果評價

2.4.1 配方及測試結(jié)果

優(yōu)選的聚磺防塌鉆井液體系配方:膨潤土40～55 kg/m3，Na2CO32 ～ 3 kg/m3，NaOH 1 ～ 3 kg/m3，PAM 3 ～5 kg/m3，SWFJ－ X 7 ～15 kg/m3，HPYFTS－1 10 ～20 kg/m3，HAD －3 10 ～20 kg/m3，SPA 10～20 kg/m3，SMP －l 20～30 kg/m3，降粘劑 7～10 kg/m3，極壓潤滑劑10～20 kg/m3，石墨潤滑劑10～20 kg/m3。

(l)將復配后的屏蔽暫堵劑按5%的加量加入到鉆井液中，增加體系保護油氣層的效果;

(2)在鉆井液中加入1%DYRH－3，增加鉆井液的潤滑性。

(3)在原漿(聚磺防塌鉆井完井液)中加入5%XZD －Ⅱ、1%DYRH －3。

用靜態(tài)巖心流動測試儀室內(nèi)評價試驗鉆井完井液保護油氣層效果如表5所示。

表5 鉆井完井液形成屏蔽環(huán)的有效性評價試驗結(jié)果

數(shù)據(jù)表明，不使用屏蔽暫堵劑，井漿2 h后失水仍比較大。使用屏蔽暫堵在相同試驗條件下，20 min之后失水就很小了，也就是說，使用屏蔽暫堵劑20 min后就能夠形成屏蔽環(huán)。

2.4.2 鉆井完井液保護儲層效果評價(表6)

表6 鉆井完井液保護儲層效果評價試驗

表6評價的是巖心經(jīng)過泥漿污染，截取污染帶后的滲透率恢復值?？梢钥闯黾尤霑憾聞┖髱r心的滲透率恢復值可達98.20%，沒有加入暫堵劑的巖心滲透率恢復值為80.94%，前者比后者高出近18個百分點。說明暫堵劑的封堵效果非常好，具有很好的保護油氣層的能力。

3 結(jié)論

(1)福山油田屬于中孔低滲儲層，呈弱→中等偏弱速敏，中等偏強水敏，中等偏弱堿敏，中等偏強酸敏。主要敏感性因素為水敏，其次為酸敏、堿敏、速敏。

(2)通過暫堵劑的篩選實驗，確定了適合福山油田的多級架橋屏蔽暫堵鉆井完井液體系。

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