震旦系高石梯-磨溪區(qū)塊鉆井液污染實(shí)驗(yàn)評價(jià)

李昊晟，王新海，王小迪，楊金良

（1.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430100；2.長江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，湖北荊州434100；3.長江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院，湖北武漢430100）

震旦系高石梯-磨溪區(qū)塊鉆井液污染實(shí)驗(yàn)評價(jià)

李昊晟1，2，王新海1，2，王小迪1，2，楊金良3

（1.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430100；2.長江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，湖北荊州434100；3.長江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院，湖北武漢430100）

針對震旦系高石梯-磨溪區(qū)的鉆井液評價(jià)實(shí)驗(yàn)表明目前采用的鉆井液體系屏蔽封堵性能較好，泥餅質(zhì)量較好，泥漿濾失量不大，對儲層損害較輕，損害深度一般。該文開展了儲層傷害數(shù)值模擬研究，模擬結(jié)果顯示高石1井燈三下段、高石1井燈影組二段及磨溪8井燈二段3個(gè)層位井壁附近的滲透率保持率在25%左右，固相傷害深度約為25 cm，濾餅厚度在2 mm左右。數(shù)值模擬結(jié)果反映該地區(qū)鉆井液屏蔽封堵性能較好和對儲層損害程度較輕。加重前置液、高溫有機(jī)轉(zhuǎn)向酸、可降解轉(zhuǎn)向劑在高石梯進(jìn)行了試驗(yàn)，并取得了成功，根據(jù)各施工井儲層情況，采用不同的酸液體系交替注入，達(dá)到深度酸化的目的，獲得較好的增產(chǎn)效果，證明酸液體系與儲層是相適應(yīng)的。

震旦系；儲層損害；數(shù)值分析；污染評價(jià)

在鉆井過程中，鉆開油層的過高正壓差和過長浸泡時(shí)間是造成油層損害的主要原因。壓差過小，鉆井過程反復(fù)發(fā)生油氣侵，也會造成嚴(yán)重油層損害。在鉆井過程中，由于地層垮塌和油氣侵等原因，為了安全生產(chǎn)，普遍采用正壓差鉆進(jìn)［1］。對孔隙小的低滲油層，濾液侵入還會產(chǎn)生水鎖效應(yīng)，濾液中的高分子化合物吸附在粘土表面上也會減小流通孔隙直徑，降低滲透率［2］。為了形成一套行之有效的低孔裂縫性碳酸鹽巖儲層鉆井完井液保護(hù)技術(shù)，開展了高石梯磨溪地區(qū)巖心污染試驗(yàn)評價(jià)，以便更科學(xué)地指導(dǎo)試油方案設(shè)計(jì)。

1　實(shí)驗(yàn)原理

在實(shí)驗(yàn)過程中，測量得到的電阻率和滲透率是兩測點(diǎn)間巖芯段的平均值。對各向同性、均勻侵入的巖芯，巖芯各截面上的值與測量平均值相等；對非均勻侵入的巖芯，巖芯內(nèi)各截面處于非均勻的侵入和污染狀態(tài)，各截面上的值一般與測量平均值不等［3］。

（1）如果電阻率比值R前/R后＞1，即R前＞R后，說明有泥漿（濾液）侵入地層；若R前/R后≈1，即R前≈R后，說明沒有泥漿（濾液）侵入地層。

（2）如果K前/K后＞1，即K前＞K后，說明地層受到泥漿污染；若K前/K后≈1，即K前≈K后，說明地層未受到泥漿污染。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1鉆井液損害綜合評價(jià)

取高石1井鉆井平臺的泥漿，選用高石2和磨溪11兩口井的油層的巖樣（基礎(chǔ)資料見表1），用多段滲透率儀模擬地層損害試驗(yàn)，測定巖心損害前后各巖心段滲透率、泥餅厚度、泥漿濾液濾失量、損害深度。

表1　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表

從表2可看出：（1）泥餅質(zhì)量較好；（2）泥漿濾失量??；（3）高石2井泥漿對儲層損害較嚴(yán)重，而磨溪11井泥漿損害較輕；（4）接觸時(shí)間2 h時(shí)，損害深度不深，實(shí)際鉆開地層過程中，接觸時(shí)間會遠(yuǎn)超過2 h，現(xiàn)場實(shí)際的損害會更深一些。

2.2鉆井液損害程度評價(jià)

2.2.1時(shí)間對損害的影響如果液體組成及過濾介質(zhì)不變，在恒壓恒溫條件下，濾失量與時(shí)間的平方根成正比［4］。鉆井液中固相顆粒在壓差作用下，也會隨著濾液侵入儲層，在一定范圍內(nèi)，其侵入深度和數(shù)量也將隨時(shí)間增加而增大［5］。將巖心與泥漿濾液接觸的時(shí)間不斷增加，分別接觸2 h、24 h、48 h、72 h，測出各接觸時(shí)間后滲透率的恢復(fù)值變化（見表3）。

從表3可以看出：接觸時(shí)間越長，傷害程度越嚴(yán)重，巖心與泥漿接觸2 h，基本沒有傷害；接觸時(shí)間達(dá)到24 h后，傷害較嚴(yán)重。接觸時(shí)間為72 h時(shí)，傷害非常嚴(yán)重。這說明：隨著泥漿濾液在巖心內(nèi)滯留的時(shí)間越長，它與儲層巖石反應(yīng)就越強(qiáng)烈，傷害也越嚴(yán)重。

表2　泥漿損害流動試驗(yàn)數(shù)據(jù)表（溫度95℃，壓差3.5 MPa，時(shí)間2 h）

表3　傷害程度與時(shí)間關(guān)系評價(jià)數(shù)據(jù)表（溫度95℃，壓差3.5 MPa）

2.2.2壓差對儲層傷害的影響井筒與地層的壓差大小直接影響鉆井液的浸入深度和傷害程度，分別在2.0 MPa、3.5 MPa、5 MPa壓差下室內(nèi)模擬鉆井液對兩口井的油層巖心進(jìn)行傷害模擬評價(jià)試驗(yàn)，測出傷害后滲透率的恢復(fù)值變化規(guī)律（見表4）。隨著壓力梯度的增加，泥漿的濾失體積逐漸增大，泥漿濾液侵入儲層也會越深，傷害也越嚴(yán)重。

表4　不同壓差下泥漿傷害評價(jià)數(shù)據(jù)表（溫度95℃，時(shí)間2 h）

2.2.3溫度對儲層損害的影響隨著溫度的升高，無論是靜濾失還是動濾失，其濾失量均變大。因?yàn)樵诟邷叵聻V液粘度降低，而且處理劑的護(hù)膠能力大大減弱。從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過程中，內(nèi)外泥餅致密性下降，濾失量增大，滲透率恢復(fù)值降低，損害程度增加（見表5）。可以看出：溫度越高，總濾失量越大；隨著溫度升高，滲透率恢復(fù)值有所降低。

表5　不同溫度下泥漿傷害評價(jià)數(shù)據(jù)表（壓差3.5 MPa，時(shí)間2 h）

2.3水鎖傷害評價(jià)

評價(jià)水鎖傷害的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)方法：先將巖心飽和地層水，測煤油滲透率Ko1，正向驅(qū)地層水并測其滲透率Kw，再測煤油滲透率Ko2，計(jì)算水鎖指數(shù)Iw：

式中：Ko1-傷害前煤油滲透率，10-3μm2；Ko2-傷害后煤油滲透率，10-3μm2；Iw-水鎖指數(shù)，無量綱。

水鎖傷害評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為Iw＜30為弱水鎖；30＜Iw＜50為中等偏弱水鎖；50＜Iw＜70為中等偏強(qiáng)水鎖；Iw＞70為強(qiáng)水鎖。

用高石2井和磨溪11井巖心進(jìn)行水鎖傷害評價(jià)實(shí)驗(yàn)，從表6數(shù)據(jù)來看：兩口井儲層水鎖指數(shù)大于50%，即該地區(qū)存在中等偏強(qiáng)水鎖，水鎖傷害較嚴(yán)重。

表6　水鎖傷害評價(jià)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2.4液相侵入深度評價(jià)

2.4.1壓差對鉆井液濾液侵入深度的影響不同壓差下鉆井液濾液侵入深度隨時(shí)間的變化圖（見圖1），反映了壓差對鉆井液濾液侵入深度的影響。由圖1可知，隨著壓差的增加，侵入深度也相應(yīng)增加，故壓差是影響鉆井液濾液侵入深度的關(guān)鍵因素之一。在鉆井過程中，合理控制壓差能減輕鉆井液濾液侵入儲層［6］。

圖1　壓差對鉆井液濾液侵入深度的影響（溫度95℃）

2.4.2溫度對鉆井液濾液侵入深度的影響溫度對鉆井液濾液侵入深度的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖2）。反映了溫度對鉆井液濾液侵入深度的影響，由圖2可知，隨著溫度升高，濾液侵入深度隨著時(shí)間的推移而逐漸加深，濾液侵入儲層的速率隨時(shí)間的推移而逐漸減小。

圖2　溫度對鉆井液濾液侵入深度的影響（壓差3.5 MPa）

2.4.3剪切速率對鉆井液濾液侵入深度的影響不同剪切速率下的鉆井液濾液侵入深度實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖3）。反映了剪切速率對鉆井液濾液侵入深度的影響，由圖3可知，剪切速率越大，侵入越深。當(dāng)剪切速率增大到300 s-1時(shí)，這種變化趨勢不是很明顯。

2.5固相污染深度評價(jià)

2.5.1壓差對鉆井液固相損害深度的影響不同壓差下鉆井液固相損害程度實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖4）。反映了壓差對鉆井液固相損害深度的影響。由圖4可知，隨著壓差的增加，損害深度先增大后減小，在壓力大約達(dá)到13 MPa時(shí)達(dá)到峰值。合理控制壓差可以大幅度減少鉆井液固相對儲層的損害［7］。

2.5.2剪切速率對鉆井液固相損害深度的影響不同剪切速率下的鉆井液固相損害深度實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖5）。反映了剪切速率對鉆井液固相損害深度的影響，固相損害深度隨著剪切速率的增加而減小，當(dāng)剪切速率達(dá)到300 s-1時(shí)，固相損害深度變化很小。

圖3　剪切速率對鉆井液濾液侵入深度的影響（溫度95℃，壓差3.5 MPa）

圖4　壓差對鉆井液固相損害深度的影響（溫度100℃）

圖5　剪切速率對鉆井液固相損害深度的影響（溫度100℃，壓差5 MPa）

3　結(jié)論與分析

（1）鉆井液評價(jià)實(shí)驗(yàn)表明目前采用的鉆井液體系屏蔽封堵性能較好，泥餅質(zhì)量較好，泥漿濾失量不大，對儲層損害較輕，損害深度一般。在鉆井過程中，為減輕鉆井液濾液侵入儲層，鉆井過程中應(yīng)合理控制壓差，盡量縮短浸泡井壁時(shí)間，在保證施工安全情況下，盡量使用低密度鉆井液，降低加重劑含量。

（2）開展了儲層傷害數(shù)值模擬研究，模擬結(jié)果顯示高石1井燈三下段、高石1井燈影組二段及磨溪8井燈二段3個(gè)層位井壁附近的滲透率保持率在25%左右，固相傷害深度約為25 cm，濾餅厚度在2 mm左右。數(shù)值模擬結(jié)果反映該地區(qū)鉆井液屏蔽封堵性能較好和對儲層損害程度較輕。

（3）加重前置液、高溫有機(jī)轉(zhuǎn)向酸、可降解轉(zhuǎn)向劑在高石梯進(jìn)行了試驗(yàn)，并取得了成功，根據(jù)各施工井儲層情況，采用不同的酸液體系交替注入，達(dá)到深度酸化的目的，獲得較好的增產(chǎn)效果，證明酸液體系與儲層是相適應(yīng)的。

［1］葉艷，鄢捷年，鄒盛禮，等.碳酸鹽巖裂縫性儲層鉆井液損害評價(jià)新方法［J］.石油學(xué)報(bào)，2008，29（5）：752-756.

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［6］王富華.八面河油田儲層損害機(jī)理與保護(hù)儲層的鉆井液技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2006，26（8）：69-71.

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Evaluation experiments of drilling fluid pollution in the Sinian Kaolinite Ladder-Mill creek area

LI Haosheng1，2，WANG Xinhai1，2，WANG Xiaodi1，2，YANG Jinliang3
（1.Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources，Ministry of Education，Yangtze University，Wuhan Hubei 430100，China；2.School of Computer Science，Yangtze University，Jingzhou Hubei 434100，China；3.School of Earth Environment and Water Resources，Yangtze University，Wuhan Hubei 430100，China）

In view of the sinian system kaolinite ladder-the mill creek area evaluation results show that the drilling fluid used in drilling fluid system has good shielding plugging performance，better quality of mud cake，mud filtrate volume is not large，damage to the reservoir islighter，damage depth.This paper carried out the numerical simulation of reservoir damage study，simulation results show that the high stone 1 well lights under the three segments，high stone 1 well group of the second paragraph and mill creek 8 wells near a wall lamp 2，3 layer keep rate at about 25%，the permeability of solid phase damage depth of about 25 cm，the thickness of the filter cake at about 2 mm.Numerical simulation results reflect the region shielding plugging drilling fluid with good performance and the damage to the reservoir to a lesser degree.Increase preflush，organic acid，high temperature biodegradable diverter in kaolinite ladder was tested，and success，according to the reservoir construction well，adopt different alternating injection acid system，to achieve the objective of the depth of acidification，achieve good production effect，prove acid system is compatible with reservoir.

Sinian；reservoir damage；numerical analysis；pollution assessment

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.07.003

TE258

A

1673-5285（2015）07-0011-06

2015－05-29

“十二五”國家油氣重大專項(xiàng)課題，項(xiàng)目編號：2011ZX05015-002。

李昊晟（1990-），陜西延安人，現(xiàn)為長江大學(xué)地質(zhì)工程在讀碩士研究生，研究方向?yàn)橛蜌馓镩_發(fā)地質(zhì)，郵箱：510214287@qq.com。