低滲透油田油層保護(hù)策略室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

于田宇，姜 源，韓保羅，鐘會(huì)影

（1. 東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 黑龍江 大慶 163318；2. 大慶油田裝備制造集團(tuán) 抽油機(jī)制造分公司國(guó)際總裝廠，黑龍江 大慶 163316； 3. 大慶石油管理局，黑龍江 大慶 163453）

低滲透油田油層保護(hù)策略室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

于田宇1，姜 源2，韓保羅3，鐘會(huì)影1

（1. 東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 黑龍江 大慶 163318；2. 大慶油田裝備制造集團(tuán) 抽油機(jī)制造分公司國(guó)際總裝廠，黑龍江 大慶 163316； 3. 大慶石油管理局，黑龍江 大慶 163453）

考慮投資與成本，開展了低滲透率巖心傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度最大，達(dá)到60%以上；在系列流體流動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)鉆井、射孔均不保護(hù)，只在壓裂環(huán)節(jié)采取保護(hù)措施時(shí)，巖心的最終傷害率為 32.92%，僅比各環(huán)節(jié)均采取保護(hù)措施時(shí)的傷害率多 20%，結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益分析認(rèn)為，鉆井、射孔均不保護(hù)，在壓裂環(huán)節(jié)保護(hù)可作為低滲透油層保護(hù)的一項(xiàng)策略。

低滲透；油層保護(hù)；傷害率；巖心實(shí)驗(yàn)

對(duì)于流體滲透能力差、產(chǎn)能低的低滲透油田，目前普遍采用水力壓裂技術(shù)進(jìn)行改造以維持其正常生產(chǎn)，同時(shí)，在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)輔以相應(yīng)的油層保護(hù)工作[1-5]。引入油藏經(jīng)營(yíng)理念，把投資與成本有效結(jié)合起來，綜合考慮油田的長(zhǎng)期和短期收入，實(shí)現(xiàn)一定產(chǎn)量規(guī)模下投資與成本的最佳組合，已經(jīng)是新形勢(shì)下石油戰(zhàn)略的一個(gè)重要方面[6]。采取壓裂投產(chǎn)，投入費(fèi)用本來就高，加之前期鉆井、射孔過程若采取油層保護(hù)措施，更需大量的資金投入。為了降低成本，選擇適宜的油層保護(hù)液類型，以滲透率傷害率為目標(biāo)，開展了系列流體評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，研究鉆井、射孔、壓裂以及后續(xù)的投產(chǎn)、投注等各環(huán)節(jié)間的油層保護(hù)策略，以探索對(duì)低滲透油藏經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)的新途徑。

1 儲(chǔ)層保護(hù)措施效果的評(píng)價(jià)依據(jù)

滲透率傷害率是評(píng)價(jià)儲(chǔ)層傷害程度，反映儲(chǔ)層保護(hù)措施效果的主要指標(biāo)。室內(nèi)一般以整根巖心污染前后滲透率的比值來描述入井流體對(duì)儲(chǔ)層的傷害，影響油井產(chǎn)能各因素的關(guān)系為：

式中：Qd/Q — 堵塞比；

Qd— 實(shí)際產(chǎn)能；

Q — 理論產(chǎn)能；

re— 井眼排液半徑；

rw— 井眼半徑；

rd— 污染帶半徑；

k — 儲(chǔ)層原始滲透率；

kd— 污染帶儲(chǔ)層滲透率。

式（1）說明對(duì)某一確定的油藏，堵塞比主要由污染帶半徑rd和儲(chǔ)層原始滲透率與污染帶儲(chǔ)層滲透率的比值k / kd所決定。與此相應(yīng)，本研究中，將儲(chǔ)層保護(hù)措施效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)即污染巖心的傷害率D定義為：

式中： k — 巖心原始滲透率；

kd— 污染后傷害段巖心滲透率。

2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1.1 實(shí)驗(yàn)方法

對(duì)于低孔隙度低滲透率的砂巖儲(chǔ)集層，根據(jù)三分之一架橋原理[2]，外來工作液濾液的侵入是損害油層的主要因素。因此，鉆井環(huán)節(jié)中是在鉆井液濾液中添加相關(guān)抑制劑保護(hù)油層；射孔環(huán)節(jié)中以射孔液代替清水保護(hù)油層；壓裂環(huán)節(jié)中以清潔壓裂液代替普通壓裂液保護(hù)油層，具體步驟需結(jié)合油層保護(hù)評(píng)價(jià)依據(jù)，執(zhí)行儲(chǔ)層傷害常規(guī)評(píng)價(jià)程序。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)條件

巖心：大慶外圍油田天然巖心，直徑為25 mm，長(zhǎng)度為100 mm，經(jīng)抽提清洗，平均氣測(cè)滲透率約為5×10-3μm2，在壓裂環(huán)節(jié)模擬中對(duì)巖心人工造縫，實(shí)驗(yàn)溫度45 ℃。實(shí)驗(yàn)儀器及裝置：滲透率測(cè)定儀；高溫高壓濾失儀；梯度式高壓巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀（4個(gè)測(cè)壓點(diǎn)）；壓力傳感器（量程：400，186，60，15 kPa）。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)方案

單相流體傷害評(píng)價(jià)：分別評(píng)價(jià)鉆井液濾液、壓裂液等入井流體對(duì)低滲油層的傷害程度。系列流體傷害評(píng)價(jià)：鉆井、射孔、壓裂均不保護(hù)；鉆井、射孔、壓裂均保護(hù)；鉆井保護(hù)，射孔、壓裂均不保護(hù)；射孔保護(hù)，鉆井、壓裂均不保護(hù)；壓裂保護(hù)，鉆井、射孔均不保護(hù)；鉆井、射孔、壓裂均不保護(hù)，采取后續(xù)解堵。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 單相流體傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

單相流體傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 單相流體傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Experimental evaluation of single-phase fluid damage

單相流體傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的損害較大，巖心滲透率傷害率達(dá)到60.60%，普通壓裂液同樣能使傷害率接近50%，相比之下，射孔液和清潔壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度較弱。

2.2.2 系列流體傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

系列流體評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的目的在于通過室內(nèi)靜動(dòng)態(tài)模擬，了解巖心按實(shí)際工程施工工序與各種外來流體接觸時(shí)受到的傷害及程度，評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。

表2 系列流體傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Series of fluid damage evaluation experimental results

從表2結(jié)果可以看出，鉆井、壓裂均不保護(hù)，而射孔環(huán)節(jié)保護(hù)時(shí)，污染巖心的最終傷害率為44.12%，較各環(huán)節(jié)均不保護(hù)或單獨(dú)鉆井環(huán)節(jié)保護(hù)時(shí)的傷害率分別低出19.90%和 13.23%，這說明鉆井環(huán)節(jié)對(duì)儲(chǔ)層的傷害最大，體現(xiàn)出射孔液能有效恢復(fù)儲(chǔ)層滲透能力的特性；當(dāng)鉆井、射孔均不保護(hù)，而壓裂環(huán)節(jié)保護(hù)時(shí)，污染巖心的最終傷害率為32.92%，巖心注入壓差明顯降低，見圖1。

圖1 鉆井、射孔均不保護(hù)時(shí)不同壓裂方案的實(shí)施對(duì)注入壓差的影響Fig.1 The influence of different fracturing schemes on injection pressure when drilling and perforation are not protected

對(duì)比其它各方案實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該方案與鉆井、射孔及壓裂各環(huán)節(jié)全保護(hù)時(shí) 12.28%的傷害率相差最小，表明即使鉆井和射孔環(huán)節(jié)不采取油層保護(hù)措施，在壓裂環(huán)節(jié)施以清潔壓裂液，同樣可有效減弱不同外來工作液與地層接觸而產(chǎn)生的負(fù)面影響。該方案可以作為低滲透油田油層保護(hù)的一個(gè)策略。

鉆井、完井及壓裂過程中，工作液濾液以及微粒因正壓差的作用將不可避免地進(jìn)入油層，造成對(duì)地層滲透率的損害。為此，采取后續(xù)解堵措施使儲(chǔ)層的滲透率得以恢復(fù)，即“鉆井、射孔、壓裂均不保護(hù)，采取后續(xù)解堵”方案。而室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，即使鉆井、完井及壓裂各環(huán)節(jié)均不采取相應(yīng)的保護(hù)措施，其對(duì)儲(chǔ)層所造成不同程度的傷害，在采取解堵措施后，滲透率恢復(fù)可大于90%。但需考慮一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)性問題：若解堵劑配方不恰當(dāng)，或施工工藝不合適會(huì)對(duì)地層造成二次損害，使地層滲透率進(jìn)一步降低，不但達(dá)不到改造儲(chǔ)層提高產(chǎn)量的目的，相反會(huì)使產(chǎn)量進(jìn)一步降低，并且解堵的有效作用距離和成本也是影響實(shí)施儲(chǔ)層滲透率恢復(fù)技術(shù)及其應(yīng)用效果的重要因素。

3 油層保護(hù)策略經(jīng)濟(jì)回報(bào)率分析

結(jié)合經(jīng)濟(jì)回報(bào)率評(píng)價(jià)的一般通行方法，主要引入“原油價(jià)格”和“油層保護(hù)措施費(fèi)用”，并以鉆井、射孔及壓裂全不保護(hù)方案為計(jì)算基準(zhǔn)，根據(jù)室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)傷害率的測(cè)定結(jié)果，按照5 m的油層有效厚度和1 a的開采時(shí)間，對(duì)單井采取不同策略的油層保護(hù)技術(shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)回報(bào)率分析，分析結(jié)果見表3。

表3 經(jīng)濟(jì)回報(bào)率分析結(jié)果Table 3 Economic return analysis results

從表3經(jīng)濟(jì)回報(bào)率的初步分析結(jié)果可以肯定，在鉆井、射孔不保護(hù)，而壓裂環(huán)節(jié)采取保護(hù)措施時(shí)，雖然單井投入費(fèi)用高，但所得經(jīng)濟(jì)回報(bào)率較高，大約是各環(huán)節(jié)均保護(hù)方案經(jīng)濟(jì)回報(bào)率的 1/2，對(duì)儲(chǔ)層的最終傷害程度較低，采油強(qiáng)度又適于油田開發(fā)的長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略，故該油層保護(hù)策略對(duì)于降低成本和保證油田開發(fā)效益具有一定的價(jià)值。

4 結(jié) 論

（1）入井流體中鉆井液對(duì)低滲透儲(chǔ)層的傷害程度最大，巖心滲透率傷害率大于60%，而與儲(chǔ)層流體配伍性好的射孔液和壓裂液能有效解除前期油層的污染；后續(xù)解堵能較大幅度地恢復(fù)儲(chǔ)層的滲透率，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，除了優(yōu)化解堵劑配方外，還得考慮解堵作用半徑、解堵有效期等一系列問題。

（2）鉆井、射孔及壓裂環(huán)節(jié)均采取保護(hù)措施時(shí)的效果最好，但結(jié)合對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度及相應(yīng)成本控制，鉆井、射孔不保護(hù)，而僅在壓裂環(huán)節(jié)采取保護(hù)措施不失為低滲透油田油層保護(hù)的一項(xiàng)策略。

［1］蔣金寶，林英松，阮新芳，等．低滲透油藏改造技術(shù)的研究及發(fā)展[J]．鉆采工藝，2005，28（5）：50-53．

［2］李克向．保護(hù)油氣層鉆井完井技術(shù)[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1993．

［3］張福坤，于永波，劉麗華，等．敏感性油藏油層保護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]．中國(guó)石油勘探，2002，7（3）：69-72．

［4］陳鳳，羅美娥，張維平，等．大慶外圍油田鉆井過程中的油層保護(hù)技術(shù)[J]．石油鉆采工藝，2005，27（3）：28-30．

［5］黨龍梅，姚凱，孫明磊，等．史深 100油藏鉆井油層保護(hù)技術(shù)研究及應(yīng)用[J]．特種油氣藏，2004，11（2）：60-62．

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Experimental Study of Reservoir Protection in Low-Permeability Oilfield

YU Tian-yu1，JIANG Yuan2，HAN Bao-luo3，ZHONG Hui-ying1
（1. Key Laboratory of Enhanced Oil & Gas Recovery of Ministry of Education, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China；2. Beam Pumping Manufacture Branch, Daqing Oilfield Equipment Manufacturing Group Co.,Ltd., Heilongjiang Daqing 163316, China；3. Daqing Petroleum Administration Bureau, Heilongjiang Daqing 163453, China）

Taking the investment and costs into account, the evaluation experiment of low-permeability core damage was carried out, and the results indicated that the damage level of drilling fluid to reservoir was the highest, exceeding 60%. In series of fluid flow experiments, the drilling and perforation were not protected unless it’s in fracturing process, and the final damage rate of core reached at 32.92%, only 20% more than that in all protection process. After analyzing the economic benefits, it’s pointed out that the drilling and perforation need be not protected, and the protection of fracturing link can be used as a strategy for protecting the low-permeability reservoirs.

Low permeability; Reservoir protection; Harmful rate; Core experiment

TE 348

A

1671-0460（2015）08-1882-03

東北石油大學(xué)青年科學(xué)基金，項(xiàng)目號(hào)：NEPUQN2014-29。

2015-06-15

于田宇（1991-），男，黑龍江齊齊哈爾人，2015年畢業(yè)于東北石油大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)工程方面的研究。E-mail：dytyty@126.com。

鐘會(huì)影（1981-），女，講師，碩士，從事油氣田開發(fā)工程方面的教學(xué)和科研工作。E-mail：nepuwzh@163.com。