扶余油田非均質(zhì)儲層鉆井液污染研究

歐陽傳湘，李　樂，秦　熙，林　飛，胡　兵

(長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢 430100)

扶余油田非均質(zhì)儲層鉆井液污染研究

歐陽傳湘，李樂，秦熙，林飛，胡兵

(長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢 430100)

摘要：扶余油田儲層滲透率級差大，層內(nèi)非均質(zhì)性較強，鉆井液污染儲層程度不一，嚴(yán)重制約油氣儲層的識別。通過鉆井液損害油層室內(nèi)評價實驗，回歸出不同滲透率儲層鉆井液污染深度隨時間變化的數(shù)學(xué)模型，分析了非均質(zhì)儲層鉆井液污染程度的規(guī)律；同時結(jié)合區(qū)塊儲層敏感性數(shù)據(jù)，通過對比污染前后巖心氣測滲透率的方法，探究了鉆井液污染非均質(zhì)儲層的機(jī)理。

關(guān)鍵詞：扶余油田；鉆井液污染程度；非均質(zhì)儲層；氣測滲透率

扶余油田主要為構(gòu)造油藏，油層砂體呈條帶狀、透鏡狀分布，目的層泉頭組泉四段主要為灰綠色泥巖、棕或棕褐色油砂巖，含油砂巖由上至下粒度變粗，底部為灰色鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖。儲層孔隙度一般為6%～35%，平均為24.2%。滲透率一般為(0.02～3 652)×10-3μm2，平均為170.9×10-3μm2。扶余油田滲透率級差大，儲層非均質(zhì)現(xiàn)象嚴(yán)重，通過測井解釋分析，鉆井液對儲層污染嚴(yán)重，且污染程度不一。因此，有必要探究鉆井液對于非均質(zhì)儲層的污染程度[1-4]。

1儲層污染程度研究

1.1鉆井液污染程度研究

取自泉四段的天然巖心經(jīng)洗油、烘干、氣測滲透率、飽和地層水后，按照氣測滲透率的結(jié)果將巖心分為高中低三個組，每組3塊共選取9塊天然巖心。依據(jù)SY/T6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評價方法》，先正向測試巖心對于煤油損害前初始滲透率Ko，然后反向進(jìn)行鉆井液的動態(tài)濾失污染，同時記錄125 min內(nèi)不同時間的濾失體積，最后正向測定鉆井液損害巖心后巖心對煤油的滲透率Kod。鉆井液的配方為：(4～5)%膨潤土+0.5%純堿+0.5%銨鹽+ (0.5～1)%HA樹脂+(0.1～0.3)%KPA。實驗結(jié)果如表1所示。

表1　鉆井液損害油層室內(nèi)評價結(jié)果

由表1可知，鉆井液對低滲巖心(J27-1、J27-2、J27-3)的平均損害率為25.8%，對中滲巖心(J27-4、J27-5、J27-6)的平均損害率為77.5%，對高滲巖心(J27-7、J27-8、J27-9)的平均損害率為80.1%。評價結(jié)果表明：中高滲巖心受到的污染程度最高，而低滲巖心受到的污染程度較低。

1.2鉆井液污染深度研究

通常測試的天然巖心長度只有5～7 cm，而鉆井液的污染深度通常為十幾厘米至幾十厘米，因此室內(nèi)實驗很難評價鉆井液的污染深度。前人通過人造巖心或者長巖心夾持器進(jìn)行模擬，但均不能較準(zhǔn)確地測出實際鉆井液侵入地層的深度。筆者通過大量實驗數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，可用鉆井液侵入巖心的深度表征鉆井液侵入地層的深度，從而得出鉆井液對于非均質(zhì)儲層污染情況。依據(jù)理想毛管理論，將儲層巖石空間處理成平行毛管，鉆井液侵入巖心的深度計算公式如下：

π(R2-rw)hφη=2πrwhQ

(1)

(2)

(3)

Ld=R-rw

(4)

式中：R——污染半徑，m；rw——井眼半徑，m；h——地層厚度，m；φ——孔隙度；Q——流量，m3/min；η——驅(qū)替效率；Ld——污染深度，m。

將動態(tài)濾失時記錄的125 min內(nèi)不同時間的濾失體積(如表2所示)代入公式中，得到不同時間與鉆井液侵入巖心深度的關(guān)系，采用線性回歸分析法建立數(shù)學(xué)模型，預(yù)測模型為：Y=A×XB。

以J27-4為例(圖1)，回歸出的數(shù)學(xué)模型為Y=3.1325X0.3663，相關(guān)性R為0.9879，能較好地反

映125 min內(nèi)鉆井液侵入深度與時間的關(guān)系。依據(jù)回歸出的數(shù)學(xué)模型，可以預(yù)測巖心在125 min后，鉆井液入侵巖心的深度。將其它巖心實驗結(jié)果按上述方法處理并作出曲線，如圖2所示。

圖1　J27-4巖心污染深度回歸曲線

圖2　鉆井液污染深度隨時間變化關(guān)系曲線

由圖2可以看出，在125 min后隨著時間的推移，對于滲透率中等的巖心，鉆井液侵入深度最大，侵入速率最大，并且污染深度持續(xù)增加；對于滲透率較高的巖心，鉆井液侵入深度中等，侵入速率逐漸放緩；對于低滲巖心，鉆井液侵入深度最小，侵入速率最小，污染深度幾乎保持不變。

2鉆井液污染機(jī)理研究

2.1鉆井液污染巖心前后氣測滲透率對比

為了探究鉆井液對于非均質(zhì)儲層的污染機(jī)理，將經(jīng)過鉆井液污染后的巖心切成長度相等三段巖心，從污染端面由遠(yuǎn)至近分別標(biāo)為1號、2號、3號巖心。將切割后的巖心經(jīng)48小時烘干至恒重，最后對每塊巖心測定空氣滲透率，結(jié)果如表3所示。

氣測滲透率在一定程度上反映出固體顆粒在巖心孔喉處的的分布情況。由實驗結(jié)果可以看出：在高中低滲透率不同組別巖心中，遠(yuǎn)離污染端面巖心的氣測滲透率均呈現(xiàn)出下降趨勢。對于滲透率中等的巖心，巖心氣測滲透率損害率最大，三段巖心損害程度基本相同，說明鉆井液固相顆粒侵入較深；對于滲透率低的巖心，靠近污染端面巖心損害程度較高，遠(yuǎn)離污染端面巖心損害程度明顯降低，說明鉆井液固相顆粒侵入巖心距離較淺。

表3　鉆井液污染前后巖心氣測滲透率結(jié)果

圖3　不同巖心深度鉆井液損害率

2.2非均質(zhì)儲層鉆井液污染機(jī)理

綜合該區(qū)儲層敏感性情況[5-9]，儲層水敏平均損害率為26.5%，水敏程度較弱；堿敏平均損害率為24.83%，堿敏程度較弱；最低臨界pH為11；而該區(qū)鉆井液pH為9，低于臨界pH值。結(jié)合上述實驗結(jié)果可以看出，造成該區(qū)鉆井液污染地層深度不一的主要原因為固相顆粒的侵入。

當(dāng)鉆井至儲層時，在鉆井液中各種類型和尺寸的固相粒子將快速進(jìn)入儲層，對于滲透率較高的層位，由于鉆井液大量、高速的侵入，固相顆粒流經(jīng)孔喉時，在小于粒徑的孔喉處大量聚集形成橋堵,阻止固相和液相進(jìn)一步侵入儲層，故鉆井液侵入較淺；而對于滲透率較低的層位，狹窄的滲流通道阻礙了鉆井液的侵入，鉆井液濾失小，侵入深度也較淺；對于中等滲透率的巖心，由于鉆井液中無適當(dāng)粒徑的固相顆粒在喉道處短期內(nèi)形成橋堵,而是只形成部分堆砌堵塞,隨著鉆井液的繼續(xù)侵入，橋堵和解堵逐漸平衡，故鉆井液侵入較深。

3結(jié)論

(1)鉆井液對于扶余油田非均質(zhì)儲層污染程度不一，低滲和高滲儲層受到鉆井液污染程度較小，中滲儲層受到的污染程度最為嚴(yán)重。

(2)通過動態(tài)濾失實驗建立了鉆井液污染儲層數(shù)學(xué)模型，對比鉆井液污染巖心前后氣測滲透率的結(jié)果，認(rèn)為造成該區(qū)鉆井液污染儲層深度不一的主要原因為固相顆粒的侵入。

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編輯：李金華

文章編號：1673-8217(2016)01-0118-03

收稿日期：2015-09-02

作者簡介：歐陽傳湘，教授，1963年生，主要從事油藏工程和采油工程方面的研究。

中圖分類號：TE357

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A