南蘇丹Palouge油田濾餅清除技術(shù)

張 鑫

(中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司鉆井液公司，北京 100101)

Palouge油田位于南蘇丹3/7區(qū)上尼羅州的Melut盆地，是南蘇丹最大和最具有開發(fā)潛力的油田，為增大泄油面積，提高油氣井產(chǎn)能，采用篩管完井的水平井進(jìn)行開發(fā)。該油田在鉆進(jìn)儲層時采用了Drill-in無固相鉆井液，該鉆井液在井壁上形成了致密濾餅，減少了鉆井液濾液的侵入，達(dá)到了防止儲層損害的目的，但在進(jìn)行篩管完井時，水力沖刷無法徹底清除篩管和井壁上的濾餅及侵入油氣層的聚合物殘留物，打通油氣流動通道，因此，篩管完井時如何解除鉆井液濾餅堵塞、恢復(fù)儲層滲流能力成為打通油氣流動通道的關(guān)鍵[1_4]。

化學(xué)清除法是解除鉆井液濾餅堵塞的一種常規(guī)方法，該方法主要利用濾餅清除劑解除濾餅堵塞。濾餅清除劑主要分為氧化型、生物酶和酸性3類，清除機(jī)理各不相同。氧化型濾餅清除劑主要是利用氧化劑對濾餅中的大分子聚合物產(chǎn)生氧化降解作用，使大分子聚合物降解成小分子聚合物和水，降低濾餅顆粒間的粘結(jié)性，從而使濾餅松動脫落，達(dá)到清除濾餅的目的[5]。生物酶濾餅清除劑是利用生物酶的選擇催化降解作用，在一定溫度條件下使鉆井液中長鏈大分子聚合物的分子鏈斷開，將其降解成單糖和二糖，降低濾餅顆粒間的粘結(jié)性，使濾餅松動，進(jìn)而將濾餅清除出井筒[6_8]。酸性濾餅清除劑主要是在井筒中形成酸性環(huán)境，使聚合物降解，降低濾餅顆粒間的粘結(jié)性,同時快速溶蝕鉆井液濾餅中的酸溶性骨架材料，拆散濾餅，從而實現(xiàn)濾餅清除[9]。

Drill-in鉆井液主要由可降解的有機(jī)處理劑、碳酸鈣和聚合醇組成，具有良好的可降解性，形成的濾餅易于被濾餅清除劑清除[10_11]。因此，為保證濾餅清除率和在完井時達(dá)到保護(hù)儲層的目的，筆者在分析Palouge油田儲層物性和Drill-in鉆井液濾餅情況的基礎(chǔ)上，選擇與儲層匹配程度高的酸性濾餅清除劑，配制了酸性濾餅清除完井液，室內(nèi)性能評價結(jié)果和現(xiàn)場應(yīng)用表明，利用酸性濾餅清除完井液完井可以清除palouge油田油井儲層段的濾餅，打通油氣流動通道。

1 濾餅清除劑的優(yōu)選

基于Palouge油田儲層特性以及該油田常用Drill-in鉆井液鉆進(jìn)儲層的實際情況，開展了濾餅清除劑的優(yōu)選研究。

1.1 儲層特性

Palouge油田主力儲層上部基本以泥巖為主，夾雜薄層砂巖；下部則以易漏的細(xì)砂巖為主，油層厚度較大。全巖礦物分析結(jié)果表明，儲層巖石成分以石英為主，其次為鉀長石，黏土含量在5%左右，部分井還含有少量的方解石、白云石和菱鐵礦。儲層主要為孔隙型儲層，顆粒間孔隙為主要儲集空間，孔隙連通性好，主要是中_大孔喉連通。儲層具有孔隙度高、滲透性好的特點，主力油層的滲透率為100～500 mD，部分油層甚至可以達(dá)到2 000 mD，孔隙度為15.0%～24.7%，屬典型的高孔高滲油層。地層水礦化度較高，為NaHCO3型水。儲層具有弱鹽敏性、中度水敏性，酸敏性和堿敏性不明顯;儲層溫度60～80 ℃。

1.2 鉆井液

針對Palouge油田的儲層特性，該油田在鉆進(jìn)儲層時采用了Drill-in鉆井液。該鉆井液以易酸化溶解的碳酸鈣顆粒為架橋粒子，以具有“濁點”效應(yīng)的聚合醇為變形粒子，對儲層實施屏蔽暫堵，以達(dá)到保護(hù)儲層的目的。同時，該鉆井液采用了可生物和化學(xué)降解的處理劑，在完井時可通過生物和化學(xué)降解清除濾餅，達(dá)到恢復(fù)儲層滲透率的目的。

Drill-in鉆井液配方為0.10%KPAM+0.25%NaOH+XC(視情況而定)+0.30%PAC-RL+0.80%PAC-LV+0.50%NH4HPAN+8.00%KCl+0.15%RH_4+1.00%FT_1+4.00%聚合醇+4.00%潤滑劑A，利用200目碳酸鈣將其密度提高至1.18 kg/L。

1.3 濾餅清除劑的選擇

Palouge油田儲層為砂巖儲層，滲透性好，采用水力噴射清除濾餅會引起出砂和水敏，造成滲透率降低，導(dǎo)致產(chǎn)能降低，且能耗大、成本高；采用氧化型濾餅清除劑清除濾餅有一定效果，且其與Drill-in鉆井液具有較好的配伍性，但安全性差，在運(yùn)輸、儲存和使用等方面均存在安全隱患；生物酶具有環(huán)保、安全、無毒和腐蝕性小等特點，但選擇性高，對成分復(fù)雜鉆井液形成的濾餅清除效果越差，且對儲存條件要求較高，高溫下容易變性失去活性。相對于氧化型和生物酶濾餅清除劑，酸性濾餅清除劑對高溫不敏感，運(yùn)輸、存儲容易，且對含有酸溶性封堵材料聚合物鉆井液形成的濾餅具有較好的清除效果，與Palouge油田的儲層及Drill-in鉆井液具有較好的配伍性。因此，選用酸性濾餅清除劑HBK-Lb。酸性濾餅清除劑HBK-Lb主要由低碳復(fù)合酸、氧化劑和破膠劑等組成，外觀為白色粉末。低碳復(fù)合酸可溶蝕儲層孔隙中的酸溶性膠結(jié)物及酸溶性暫堵劑，提高儲層滲透率；氧化劑可使有機(jī)聚合物破膠，解除鉆井液有機(jī)處理劑造成的污染；破膠劑可使天然高分子處理劑在引發(fā)劑作用下快速斷鏈。

2 酸性濾餅清除完井液性能評價

2.1 酸性濾餅清除完井液配方的確定

為保證與地層的配伍性和確保油氣層的解堵效果，酸性濾餅清除完井液是在KCl鹽水完井液中加入5%酸性濾餅清除劑HBK-Lb配制成的。由于加入了酸性濾餅清除劑，濾餅清除完井液呈酸性，需添加高效緩蝕劑以避免或減緩?fù)昃簩Y管、套管和井下工具的腐蝕。筆者參照SY/T 5273—2014《油田采出水處理用緩蝕劑性能指標(biāo)及評價方法》中靜態(tài)掛片失重法優(yōu)選緩蝕劑及加量，結(jié)果見表1。

表1濾餅清除完井液緩蝕劑優(yōu)選試驗結(jié)果

Table1Testresultsofcorrosioninhibitoroptimizationforcompletionfluidtoremovefiltercake

緩蝕劑及加量平均腐蝕速率/(mm·a-1)緩蝕率,%腐蝕狀態(tài)描述18.814 3有少量點蝕2.0%CA101_43.962 878.94均勻腐蝕,無點蝕1.0%HCI5.062 873.09均勻腐蝕,無點蝕1.5%HCI3.033 983.87均勻腐蝕,無點蝕2.0%HCI1.378 492.67均勻腐蝕,無點蝕

注：試驗條件為80 ℃、24 h；采用N80鋼級掛片，掛片面積12.6 cm2。

從表1可以看出，緩蝕劑HCI的緩蝕效果較好，其加量為2.0%時腐蝕速度和緩蝕率分別達(dá)到1.378 4 mm/a和92.67%，故確定酸性濾餅清除完井液配方為8%KCl+5%濾餅清除劑HBK_Lb+2%緩蝕劑HCI。

2.2 濾餅清除效果評價

2.2.1 API濾餅

采用老化后密度為1.18和1.30 kg/L的Drill-in鉆井液，利用API濾失儀按照中壓濾失量測定程序壓制2種濾餅，并分別放在400 mL的5%HBK-Lb溶液、8%KCl溶液和5%國外濾餅清除劑中，在80 ℃下浸泡2和4 h，測定濾餅清除劑和8%KCl的清除效果，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，Drill-in鉆井液的API濾餅在5%HBK-Lb濾餅清除劑溶液浸泡2 h后，濾餅清除率可達(dá)到95%以上，清除效果較好，且優(yōu)于國外濾餅清除劑。試驗時發(fā)現(xiàn)，用酸性濾餅清除劑HBK-Lb浸泡濾餅時有大量氣泡溢出，濾紙上的濾餅很快松動脫落，說明HBK-Lb可溶蝕濾餅中的封堵劑CaCO3，快速破壞濾餅結(jié)構(gòu)，達(dá)到了提高濾餅清除率的目的。

表2不同濾餅清除劑對Drill-in鉆井液API濾餅的清除效果

Table2EffectofremovingtheAPIfiltercakebydifferentremoversforDrill-indrillingfluid

清除劑及加量清除率,%2 h4 h濾餅1濾餅2濾餅1濾餅28%KCl8.017.5410.0511.785%HBK-Lb95.2096.5096.4097.705%國外濾餅清除劑82.6064.2085.5075.50

2.2.2 篩管濾餅

Palouge油田水平井均采用篩管完井，為確定HBK-Lb對篩管上篩網(wǎng)濾餅的清除效果，采用高溫高壓篩管破膠儀進(jìn)行篩管濾餅清除試驗。首先向篩管破膠儀內(nèi)注入Drill-in鉆井液制備被濾餅堵塞的篩網(wǎng)樣，然后將其浸泡在5% HBK-Lb溶液中，在60 ℃下浸泡3和4 h，測得篩網(wǎng)濾餅的清除率分別為85.6%和90.8%?？梢钥闯觯瑸V餅清除劑HBK-Lb對Drill-in鉆井液形成的篩管濾餅具有較好的清除效果。

2.2.3 SEM電鏡掃描分析

將Palouge油田的儲層巖心進(jìn)行洗油干燥處理后，對巖心端面進(jìn)行SEM電鏡掃描，結(jié)果見圖1(a)。利用Drill-in鉆井液對巖心進(jìn)行動態(tài)污染，然后截去巖心污染端，對斷面進(jìn)行SEM電鏡掃描，結(jié)果見圖1(b)。對污染端截去0.5 cm的巖心，擠入2倍孔隙體積的酸性濾餅清除完井液，并將其在浸泡在酸性濾餅清除完井液中，在60 ℃下浸泡7 h，然后對巖心端面進(jìn)行SEM電鏡掃描，結(jié)果見圖1(c)。

從圖1可以看出：污染前巖心的孔隙、喉道清晰可見；經(jīng)過Drill-in鉆井液污染后巖心表面形成了超低滲透封堵層，孔隙、喉道基本被絲帶狀、聚團(tuán)狀聚合物和細(xì)小顆粒堵塞；經(jīng)酸性濾餅清除完井液處理后巖心內(nèi)的濾餅結(jié)構(gòu)被破壞，孔隙、喉道被重新打開，說明巖心內(nèi)的濾餅被酸性濾餅清除完井液有效清除。

2.2.4 巖心驅(qū)替法分析

選用取自Palouge油田FM_27井不同井深的天然巖心，利用巖心驅(qū)替法模擬現(xiàn)場酸性濾餅清除完井液清除濾餅的情況。經(jīng)過Drill-in鉆井液污染和酸性濾餅清除完井液處理后，取自井深1 271.00 m、孔隙度28.8%、滲透率1 005 mD巖心和取自井深1 311.00 m、孔隙度26.4%、滲透率746 mD巖心的滲透率恢復(fù)率分別為97.0%和96.8%。由此可見，酸性濾餅清除完井液不僅可清除巖心淺層內(nèi)的濾餅，對巖心深部的內(nèi)濾餅也具有較強(qiáng)的清除能力，并可有效疏通被Drill-in鉆井液中暫堵劑封堵的孔隙和喉道。

圖1 巖心端面SEM電鏡掃描結(jié)果Fig.1 Scanning result of SEM electron microscope on core end face

2.3 儲層保護(hù)性能評價

參照SY/T 6540—2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評價方法》，分別進(jìn)行酸性濾餅清除完井液對天然巖心的靜態(tài)和動態(tài)污染試驗，通過測定天然巖心污染前后的滲透率，評價酸性濾餅清除完井液的儲層保護(hù)性能。

將洗油、干燥后的天然巖心抽真空飽和標(biāo)準(zhǔn)鹽水，老化40 h后待用；在60 ℃下正向測定巖心的煤油滲透率；在60 ℃條件下，在靜態(tài)污染儀上將2倍孔隙體積的酸性濾餅清除完井液反向注入巖心，靜置2 h；取出巖心，將其浸泡在酸性濾餅清除完井液中7 h左右；在60 ℃下正向測定污染后巖心的煤油滲透率，計算巖心經(jīng)酸性濾餅清除完井液污染后的滲透率恢復(fù)率，結(jié)果見表3。

表3酸性濾餅清除完井液靜態(tài)污染試驗結(jié)果

Table3Staticpollutiontestresultofacidcompletionfluidtoremovefiltercake

巖心號滲透率/mD污染前污染后滲透率恢復(fù)率,%1689.791.1101.54124.8123.498.9

由表3可以看出，巖心經(jīng)酸性濾餅清除完井液靜態(tài)污染后其滲透率恢復(fù)率大于98%，甚至超過了100%，說明酸性濾餅清除完井液對儲層起到了保護(hù)和改造作用。其原因是Palouge油田儲層酸敏性不明顯，且對酸性濾餅清除劑HBK-Lb具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和配伍性，同時酸性的HBK-Lb不僅可溶蝕暫堵劑CaCO3，也可溶蝕儲層巖石顆粒間的部分膠結(jié)物，起到疏通喉道的作用。

在60 ℃下利用巖心動態(tài)污染儀模擬濾餅清除完井液對巖心的動態(tài)污染，用2倍孔隙體積的酸性濾餅清除完井液反向動態(tài)污染巖心125 min，測定動態(tài)污染前后巖心的滲透率，計算動態(tài)污染后的滲透率恢復(fù)率，結(jié)果見表4。由表4可以看出，經(jīng)濾餅清除完井液動態(tài)污染的天然巖心，其滲透率恢復(fù)率均大于100%，進(jìn)一步證明酸性濾餅清除完井液具有較好的儲層保護(hù)性能。

表4酸性濾餅清除完井液動態(tài)污染污染試驗結(jié)果

Table4Dynamicpollutiontestresultofacidcompletionfluidtoremovefiltercake

巖心號滲透率/mD污染前污染后滲透率恢復(fù)率,%1239.940.8102.3733.838.1112.7

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

南蘇丹Palouge油田先后在6口油井應(yīng)用了酸性濾餅清除完井液，均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。在試油和生產(chǎn)過程中，取得了良好的應(yīng)用效果。后期統(tǒng)計結(jié)果表明，應(yīng)用酸性濾餅清除完井液的油井，與未應(yīng)用該完井液的鄰井相比，單井原油產(chǎn)量平均增加12.4%以上。

3.1 濾餅清除效果良好

圖2為Palouge油田Assel-15H井和PL-24H井應(yīng)用酸性濾餅清除完井液完井時的漏失曲線。

圖2 浸泡濾餅清除完井液時的完井液漏失情況Fig.2 Loss of completion fluid during immersing and removing filter cake

由圖2可以看出：Assel_15H井和PL_24H井采用酸性濾餅清除完井液浸泡3～5 h后，均開始出現(xiàn)少量漏失，初始漏失速度較慢，最大為0.6 m3/h，此時主要為濾餅清除完井液的酸性成分與暫堵劑CaCO3發(fā)生反應(yīng)，但是大分子聚合物仍然處于交聯(lián)狀態(tài)，濾餅的主體結(jié)構(gòu)尚未被破壞；浸泡8 h后，漏失速度開始驟然增大，且隨浸泡時間增長呈上升趨勢，說明酸性濾餅清除劑開始與大分子聚合物發(fā)生反應(yīng)，聚合物開始逐步分解，濾餅結(jié)構(gòu)遭到破壞，同時井壁周圍被“暫堵”的孔喉逐步打開，從而造成完井液漏失速度逐漸增大。

在完井過程中，酸性濾餅清除完井液漏失速度均呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢，主要原因是降解形成的小分子物質(zhì)隨完井液漏失進(jìn)入地層孔喉，導(dǎo)致孔喉被暫時封堵或孔喉直徑變小，表現(xiàn)為漏失速度小幅降低；隨著小分子聚合物進(jìn)一步降解，井壁周圍的孔喉被再次打開，完井液漏失速度再次呈現(xiàn)增快趨勢，說明此時井壁周圍的內(nèi)外濾餅已完全被降解清除。

Palouge油田應(yīng)用酸性濾餅清除完井液的6口井，在浸泡8～10 h后均發(fā)生明顯漏失，最大漏失速度均在2.0 m3/h以上，說明酸性濾餅清除完井液可以有效降解濾餅和近井地帶孔隙中的大分子聚合物，清除篩管和井壁上及儲層內(nèi)的濾餅，打通油氣流動通道，達(dá)到擴(kuò)容增產(chǎn)的目的。

3.2 試油增產(chǎn)效果明顯

表5為Palouge油田6口井應(yīng)用酸性濾餅清除完井液清除濾餅后的試油情況。由表5可以看出，應(yīng)用酸性濾餅清除完井液油井的產(chǎn)液量和產(chǎn)油量較未應(yīng)用鄰井均有大幅度提高，說明井筒與儲層已建立順暢的油氣流動通道。與應(yīng)用國外完井液的鄰井Assel_17H井相比，Assel_15H井產(chǎn)油量增加186.1 m3，增幅達(dá)110%。FM_31H井和FM_28H 井均使用了Drill-in鉆井液，但FM_28H井未應(yīng)用酸性濾餅清除完井液，其產(chǎn)液量和產(chǎn)油量均低于應(yīng)用酸性濾餅清除完井液的FM_31H井。

表5 應(yīng)用酸性濾餅清除完井液各井的試油情況Table 5 Oil testing of each well after using acid completion fluid to remove filter cake

4 結(jié)論與建議

1) 酸性濾餅清除完井液可有效降解Drill-in鉆井液中的大分子聚合物、溶蝕濾餅骨架材料，對Drill-in鉆井液的API濾餅、篩管濾餅、巖心內(nèi)濾餅均具有較好的清除效果。

2) 酸性濾餅清除完井液與Palouge油田儲層物性具有良好的配伍性，經(jīng)其靜態(tài)污染巖心的滲透率恢復(fù)率不低于97.0%，經(jīng)其動態(tài)污染巖心的滲透率恢復(fù)率不低于102.3%，可起到有效保護(hù)和改造儲層的作用。

3) 現(xiàn)場應(yīng)用表明，應(yīng)用酸性濾餅清除完井液能清除Palouge油田井下篩管和井壁上的濾餅，打通油氣流動通道。