強(qiáng)水敏地層清潔鹽水射孔液體系的研究與應(yīng)用
——以新疆臺(tái)5井區(qū)為例

王浩任，王松，胡三清，李行

(長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

尚娟芳

(宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系, 四川 宜賓644000)

強(qiáng)水敏地層清潔鹽水射孔液體系的研究與應(yīng)用
——以新疆臺(tái)5井區(qū)為例

王浩任，王松，胡三清，李行

(長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

尚娟芳

(宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系, 四川 宜賓644000)

對(duì)新疆臺(tái)5井區(qū)儲(chǔ)層的地質(zhì)特征進(jìn)行了探討，評(píng)價(jià)了該區(qū)塊的敏感性，并對(duì)該區(qū)塊儲(chǔ)層的潛在損害因素進(jìn)行了綜合分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，該井區(qū)儲(chǔ)層為強(qiáng)水敏性損害，具有較強(qiáng)的水敏性、中等速敏性、中等堿敏感性及中等偏強(qiáng)的酸敏感性。針對(duì)該地區(qū)儲(chǔ)層孔滲特征，結(jié)合儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)資料，初步確定適合該區(qū)域儲(chǔ)層特性的射孔液體系，該體系性能穩(wěn)定，流變性能好；抑制黏土膨脹的能力強(qiáng)；熱滾回收率為95.5%；降低射孔液表面張力明顯，降低率超過50%；緩蝕效果好，腐蝕速率僅為0.00213 mm/a。巖心損害試驗(yàn)結(jié)果表明，該體系對(duì)儲(chǔ)層巖心的滲透率恢復(fù)值在90%以上，能夠有效保護(hù)新疆臺(tái)5井區(qū)的儲(chǔ)層。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果優(yōu)良，試驗(yàn)井的產(chǎn)量比對(duì)比井的產(chǎn)量提高約10%～30%。

射孔液；清潔鹽水；儲(chǔ)層敏感性；水敏性；油層保護(hù)；新疆油田

水敏性地層種類較多，常見的有硬脆泥頁巖、松散黏土層、泥巖、軟頁巖，這類地層在石油鉆探過程中穩(wěn)定性都很差，尤其當(dāng)其與水基射孔液等工作液接觸時(shí)，巖石強(qiáng)度將隨入井流體的類型及地層與工作液的接觸時(shí)間的增加而降低，造成井下復(fù)雜事故。同時(shí)，當(dāng)工作液與強(qiáng)水敏性油層接觸時(shí)，其液相將會(huì)侵入油層中去，如果射孔液與油層的配伍性不是很好，極易引起油層的水敏損害，降低油井的產(chǎn)量。試油是油井正式投產(chǎn)前最后的一項(xiàng)施工作業(yè)，作業(yè)過程中選用優(yōu)質(zhì)的壓井液、射孔液非常重要。要求射孔液具有合理的密度來平衡地層流體壓力，合適的流變性以及與儲(chǔ)層巖石和地層水配伍性良好，能有效防止射孔過程中及后續(xù)作業(yè)對(duì)油層造成進(jìn)一步損害，且成本低，配制方便，不污染環(huán)境[1～3]。新疆臺(tái)5井區(qū)儲(chǔ)層屬于強(qiáng)水敏地層，在射孔作業(yè)過程中如果使用的射孔液不能夠抑制地層黏土的水化膨脹，就會(huì)對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生嚴(yán)重的損害。為此，筆者開展具有較強(qiáng)抑制能力的清潔鹽水射孔液體系的研究。

1 臺(tái)5井區(qū)儲(chǔ)層特征分析

1.1儲(chǔ)層巖性特征

新疆臺(tái)5井區(qū)侏羅系頭屯河組J2t儲(chǔ)層巖性特征如下：以細(xì)粒長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，另含少量的細(xì)粒、中細(xì)粒巖屑砂巖。巖石中長(zhǎng)石的平均含量12.05%，石英平均含量31%。碎屑顆粒多呈次圓狀，分選中等；巖屑平均含量12.5%，主要為千枚巖、云母及泥巖碎屑；黏土礦物類型主要包括蒙脫石、伊蒙混層，二者相對(duì)含量的總和在85%左右，此外還含有15%左右的高嶺石和綠泥石。碎屑顆粒間一般為點(diǎn)至線接觸，膠結(jié)類型以壓嵌型為主。

1.2儲(chǔ)層物性特征

新疆臺(tái)5井區(qū)侏羅系頭屯河組J2t儲(chǔ)層平均孔隙度16.3%，平均滲透率258.9mD，是典型的高孔中低滲儲(chǔ)層。

1.3儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)

1)儲(chǔ)層巖樣用模擬地層水作為驅(qū)替介質(zhì)的水敏性為強(qiáng)水敏，水敏指數(shù)0.732，臨界鹽度5000mg/L。

2)儲(chǔ)層巖樣用模擬地層水作為驅(qū)替介質(zhì)時(shí)速敏性為中等，其臨界流速在0.25ml/min左右；用煤油作為驅(qū)替介質(zhì)時(shí)速敏性為中等，其臨界流速在0.8～1.2ml/min。

3)儲(chǔ)層巖樣用模擬地層水作為驅(qū)替介質(zhì)時(shí)堿敏程度為中等。

4)鹽酸酸敏損害程度總體為中等偏強(qiáng)，氫氟酸酸敏損害程度總體為中等，土酸(由12%鹽酸和3%氫氟酸組成)酸敏程度綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為中等偏強(qiáng)。

5)儲(chǔ)層巖樣的應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果為中等。

根據(jù)儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果，用于新疆臺(tái)5井區(qū)的射孔液必須具有較強(qiáng)的抑制黏土水化膨脹的能力,以防止黏土在地層孔喉中的運(yùn)移；而且要具有較好的防腐效果。

2 清潔鹽水射孔液體系研究

2.1清潔鹽水射孔液體系的確定

該區(qū)塊之前使用的射孔液體系相對(duì)簡(jiǎn)單，配方主要為KCl鹽水：清水+0.5%HV-CMC+10%KCl。為此在室內(nèi)開展了處理劑優(yōu)選評(píng)價(jià)試驗(yàn)，加入具有不同功能的高效處理劑提高射孔液的綜合性能[4～7]，經(jīng)過室內(nèi)篩選與評(píng)價(jià)，選用HV-CMC為增黏降濾失劑，KPAM為黏土穩(wěn)定劑，MA為防腐劑，有機(jī)鹽KCOOH和無機(jī)鹽NaCl為密度調(diào)節(jié)劑，Na2SO3為防腐劑。此外KCOOH對(duì)地層黏土也具有較好的抑制作用，確保射孔液具有優(yōu)良的油氣層保護(hù)效果。最終確定保護(hù)油氣層清潔鹽水射孔液體系(代號(hào)CSW)的配方為：清水+0.4%HV-CMC+0.3%KPAM+0.5%MA +0.1%Na2SO3+15%NaCl +5%KCOOH。

2.2CSW性能評(píng)價(jià)

2.2.1流變性能評(píng)價(jià)

利用ZNND6旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)評(píng)價(jià)所研制的CSW的流變性能，結(jié)果見表1。從表1可以看出，YP/PV值為0.375Pa/(mPa·s)，攜帶能力強(qiáng)，說明CSW具有較好的流變性能，可以達(dá)到射孔作業(yè)的基本要求。

表1 CSW的流變性能評(píng)價(jià)結(jié)果

注：φ600、φ300分別為旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)600、300r/min的讀數(shù)；AV為表觀黏度；PV為塑性黏度；YP為動(dòng)塑比值。

2.2.2防膨試驗(yàn)評(píng)價(jià)

取新疆臺(tái)5井區(qū)的井TW4和井TW42的巖樣磨碎，在2.0MPa壓力下，壓5min制成巖心薄片，利用JHPZ-2型高溫高壓膨脹儀分別測(cè)定其在清水和射孔液體系中的膨脹量，結(jié)果見表2。

表2 臺(tái)5井區(qū)巖樣膨脹量測(cè)試結(jié)果

從表2可以看出，巖心薄片在研制的CSW中的膨脹量比清水和原射孔液中的膨脹量明顯降低，說明CSW有很好的防膨效果。

2.2.3表面張力評(píng)價(jià)

按照SY/T 5370—1999方法測(cè)定CSW的表面張力，使用儀器為JZ-200全自動(dòng)表面/界面張力儀，測(cè)試溫度為20℃，考察射孔液的表面張力降低效果，結(jié)果見表3所示。

表3 表面張力測(cè)試結(jié)果

表4 頁巖熱滾回收率評(píng)價(jià)結(jié)果

表面張力測(cè)試結(jié)果表明，所研制的CSW可顯著降低流體的表面張力，說明該體系能夠有效防止水鎖效應(yīng)造成的油層損害。

2.2.4頁巖熱滾動(dòng)回收評(píng)價(jià)

準(zhǔn)確稱取過6～8目篩子的臺(tái)5井區(qū)井產(chǎn)層巖屑50g，將其分別加入到盛有350ml射孔液體系的老化罐中，擰緊老化罐，置于滾子加熱爐中，在120℃下滾動(dòng)16h，取出后用40目的分樣篩回收巖屑，用少量水沖洗干凈、烘干，稱重，計(jì)算回收率，回收率越大，表明試驗(yàn)流體抑制地層黏土分散的能力越強(qiáng)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

從表4可看出，所研制的CSW對(duì)新疆臺(tái)5井區(qū)的地層巖屑回收率大于95%，用肉眼觀察烘干后的巖樣形狀，發(fā)現(xiàn)巖屑在CSW中熱滾后的形狀和原狀基本無區(qū)別，說明該射孔液體系抑制黏土分散的能力較強(qiáng)。

表5 鋼片在CSW中的腐蝕速率

2.2.5緩蝕效果評(píng)價(jià)

選用N80鋼掛片，在90℃條件下，按照SY/T5273—2000的方法，將鋼片放在CSW中浸泡7d，測(cè)定鋼片腐蝕速率，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

試驗(yàn)結(jié)果表明， CSW能夠有效地控制腐蝕速率，腐蝕速率僅為0.00213mm/a，對(duì)設(shè)備及管材的腐蝕作用小，可用于現(xiàn)場(chǎng)射孔作業(yè)的施工。

2.2.6儲(chǔ)層保護(hù)效果評(píng)價(jià)

在室內(nèi)利用高溫高壓靜態(tài)流動(dòng)試驗(yàn)裝置，模擬地層的溫度和壓力，開展射孔液對(duì)新疆臺(tái)5井區(qū)儲(chǔ)層巖心滲透率的損害評(píng)價(jià)試驗(yàn)。損害試驗(yàn)評(píng)價(jià)的條件為：壓差3.5MPa, 溫度為120℃，巖心為臺(tái)5井區(qū)天然巖心。首先用脫色煤油正向測(cè)定儲(chǔ)層巖心的滲透率K1，反向在高溫高壓靜態(tài)試驗(yàn)裝置中擠入射孔液2～3h，記錄靜濾失量，再用脫色煤油正向測(cè)定巖心滲透率K2，將滲透率恢復(fù)值記為R，R=(K2/Kl)×100%，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

從表6可以看出，1～4號(hào)試驗(yàn)是研制的CSW射孔液體系對(duì)新疆臺(tái)5區(qū)塊巖心的動(dòng)態(tài)損害評(píng)價(jià)結(jié)果，其滲透率恢值復(fù)能達(dá)90%以上；5～6號(hào)試驗(yàn)是原射孔液對(duì)新疆臺(tái)5區(qū)塊巖心的動(dòng)態(tài)損害評(píng)價(jià)結(jié)果，其滲透率恢值復(fù)率僅為60%～70%。由此可見，原射孔液對(duì)儲(chǔ)層的損害大，研制的CSW射孔液對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)效果好。

表6 CSW儲(chǔ)層保護(hù)效果

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

將CSW在新疆臺(tái)5井區(qū)應(yīng)用于4口井中，分別為TW282井、TW031井、TW503井和TW461井，采用YD-89型(60°相位角)射孔彈油管傳輸方式射孔，井段為2190～2295m，厚度9m/3段，孔密16孔/m，射孔時(shí)液面位于井口，射孔后TW282井、TW031井、TW503井和TW461井日產(chǎn)原油分別為12.87、45.24、7.69和11.36m3，對(duì)比井TW288井日產(chǎn)原油10.3m3(與TW282井對(duì)比),TW031-1井日產(chǎn)原油40.12m3(與TW031井對(duì)比)，TW503-2井日產(chǎn)原油5.42m3(與TW503井對(duì)比)，TW461-1井日產(chǎn)原油9.58m3(與TW461井對(duì)比)。試驗(yàn)井比對(duì)比井的產(chǎn)量提高約10%～30%。

4 結(jié)論

1)所研制的保護(hù)新疆臺(tái)5井區(qū)儲(chǔ)層的強(qiáng)水敏地層清潔鹽水射孔液體系CSW配方為：清水+0.4%HV-CMC+0.3%KPAM+0.5%MA +0.1%Na2SO3+15%NaCl +5%KCOOH。

2)該體系流變性能好，YP/PV值為0.375Pa/(mPa·s)；抑制黏土膨脹的能力強(qiáng)，熱滾回收率為95.5%；降低射孔液的表面張力明顯，降低率超過50%；緩蝕效果好，腐蝕速率僅為0.00213mm/a。

3)巖心損害試驗(yàn)結(jié)果表明，該體系對(duì)儲(chǔ)層巖心的滲透率恢復(fù)值在90%以上，具有優(yōu)良的儲(chǔ)層保護(hù)效果，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)射孔作業(yè)的要求。

4)將CSW在新疆臺(tái)5井區(qū)應(yīng)用4口井，應(yīng)用結(jié)果表明保護(hù)儲(chǔ)層效果明顯，試驗(yàn)井的產(chǎn)量比對(duì)比井的產(chǎn)量提高約10%～30%。

[1]熊志敏.保護(hù)油氣層射孔液的研究與應(yīng)用[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2007.

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[編輯] 趙宏敏

TE254.3

A

1673-1409(2017)17-0016-04

2017-06-10

國(guó)家科技重大專項(xiàng)( 2008ZX05000-031-04-03)。

王浩任(1989-)，男，碩士生，現(xiàn)主要從事鉆井液與完井液方面的研究工作。

王松(1964-)，男，教授，現(xiàn)主要從事油田化學(xué)方面的教學(xué)和研究工作，wangs_2008@sina.com。

[引著格式]王浩任，王松，胡三清，等.強(qiáng)水敏地層清潔鹽水射孔液體系的研究與應(yīng)用——以新疆臺(tái)5井區(qū)為例[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2017,14(17):16～19.