H32斷塊低滲油藏成膜鉆井液保護技術(shù)研究

賈萬根，賈禾馨，楊雪山

(1. 中國石化江蘇油田分公司概預(yù)算中心，江蘇 揚州 225009；2.中國石化財務(wù)共享服務(wù)中心南京分中心，江蘇 南京 210033；3. 中國石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇 揚州 225009)

H32斷塊位于高郵凹陷北斜坡，是江蘇油田HW產(chǎn)能建設(shè)重點區(qū)塊之一。該斷塊主要油層E1f3和E1f2+1分別為特低滲、低滲儲層，在勘探開發(fā)過程中，由于其孔喉尺寸小且連通性差，膠結(jié)物含量高，容易發(fā)生諸如黏土水化膨脹、微粒運移和水鎖等損害[1-2]，并且該類儲層一旦被傷害就很難恢復(fù)。為此，我們在原用鉆井液體系配方基礎(chǔ)上，開展了能進一步降低濾失量、提高低滲儲層保護效果的成膜鉆井液技術(shù)研究。

1 儲層特征

1.1 儲層物性

H32塊油層主要分布在E1f3和E1f2+1。E1f3砂巖儲層孔隙度為6.1%～23.1%，平均值16.4%，滲透率為(0.04～6.18)×10-3μm2，平均值1.53×10-3μm2，為低孔、特低滲儲層。E1f2+1砂巖儲層孔隙度為11%～20.9%，平均值15.7%，滲透率為(0.127～97.5) ×10-3μm2，平均值23.6×10-3μm2，為中孔、低滲儲層。

1.2 黏土礦物特征

根據(jù)H32塊儲層巖心分析：E1f3黏土礦物絕對含量平均為13.3% ，E1f1黏土礦物絕對含量平均為4%，礦物種類主要為石英、方解石、斜長石和鉀長石；E1f3伊利石相對含量96%，綠泥石相對含量3%；E1f1伊利石相對含量35.5%，綠泥石相對含量23.5%。由圖1可見，綠泥石多以葉片狀或針葉狀形態(tài)分布于粒間或附著在巖石顆粒表面。伊利石呈毛發(fā)狀和卷曲片狀。

圖1 H32-2井E1f32 306.39 m巖心掃描電鏡照片

1.3 喉道類型及特征

H32斷塊砂巖平均粒徑在3.28～4.45 mm之間，沉積物粒級偏細；標準偏差1.77～2.03，屬分選較好的類型。根據(jù)圖1圖2分析，E1f3可變斷面的收縮部分是主要喉道，次為片狀、彎片狀喉道，孔隙發(fā)育處連通性一般—較差，喉道配位數(shù)為1。

圖2 H32-2井2 306.39 m巖心鑄體薄片分析照片

1.4 儲層敏感性

按照行標SY/T5358-2010，實驗評價H32-2井E1f3低滲儲層敏感性，分析結(jié)果是：強水敏、中等偏強速敏、強酸敏、臨界鹽度10 540.71 mg/L。

2 儲層損害機理研究

根據(jù)H32斷塊的儲層特征，分析儲層損害機理為：由于低滲儲層喉道細且連通性差，固相侵入造成的損害不是主要的，而儲層中伊利石和綠泥石發(fā)育，鉆進中在正壓差和毛管力作用下，水基濾液易滲入儲層，引起黏土礦物的吸水膨脹、分散，微粒運移，堵塞通道；濾液易在喉道形成水鎖，增加滲流阻力；綠泥石是酸敏性黏土礦物，遇酸生成Fe(OH)3堵塞通道。

2.1 濾液侵入對儲層損害評價

鉆井過程中，正壓差是鉆井液濾液侵入地層的動力，流體運移是壓力傳遞的載體，根據(jù)前人研究[3-4]，壓力傳遞在地層中呈漏斗狀，當鉆井液在井壁上形成的泥餅滲透率遠低于地層滲透率，泥餅造成的壓力損失就越高，濾液侵入地層的動力就越低，侵入半徑就越小，反之，產(chǎn)生的泥餅越差，濾液侵入半徑就越大，距離井筒相同位置的濾液飽和度也更高。

2.2 儲層水鎖評價

應(yīng)用Bennion提出的水鎖損害評價方法[5-6]，對H32斷塊儲層可能出現(xiàn)的水鎖效應(yīng)進行評價。所選巖心滲透率范圍(0.6～13)×10-3μm2，平均值4.8×10-3μm2，儲層初始水飽和度范圍15.9%～19.4%，平均值18.2%，算得H32塊儲層水鎖指數(shù)，評價水鎖損害程度(見表1)。可見，水鎖指數(shù)值在0.34～0.64間，小于0.8，表明水基流體侵入儲層會形成嚴重水鎖，形成液相圈閉，只有在足夠大的壓差下才能突破，否則易降低產(chǎn)能。

表1 H32斷塊儲層巖樣水鎖損害評價結(jié)果

3 儲層保護技術(shù)研究

根據(jù)H32斷塊低滲油藏損害因素分析，確定低損害保護儲層鉆井液體系配方優(yōu)化的基本思路為:①選用成膜封堵技術(shù)，形成超低滲透泥餅，進一步降低濾失量；②優(yōu)選防水鎖劑，以降低油/水界面張力，減小返排壓力，降低水鎖損害。

3.1 成膜封堵劑的優(yōu)選

在配制的H32塊鉆井液基漿中，加入一定量成膜封堵劑，室溫養(yǎng)護24 h，經(jīng)80℃×16 h熱滾后，分別測定鉆井液的各項性能及砂床濾失量，結(jié)果見表2。可見，成膜劑的加入會提高鉆井液的流變性能，從室溫和高溫熱滾后成膜鉆井液的API/砂床濾失量來看，CMJ-2的成膜封堵效果明顯優(yōu)于其他成膜劑，故優(yōu)選CMJ-2為現(xiàn)場試驗用成膜劑，加量為2%。

表2 幾種成膜鉆井液性能測試結(jié)果

注：1#配方：4%土+0.3%Na2CO3+0.3%PAC+0.1%DS-301+0.5%NH4-HPAN+2%FH-96+0.2%NaOH。

3.2 防水鎖劑優(yōu)選

對比4種表面活性劑，HAR-D降低濾液表面張力效果明顯，起泡率低，利于現(xiàn)場應(yīng)用(見表3)。

通過在常用聚合物配方體系中加入2%HAR-D與原體系分別做儲層損害實驗，評價防水鎖劑儲層保護效果，結(jié)果見表4。可見，加入防水鎖劑后，返排壓力穩(wěn)定后壓力比值明顯降低，滲透率恢復(fù)值提高10%，表明加入防水鎖劑后能有效降低返排壓力，減小水鎖損害，故優(yōu)選HAR-D為防水鎖劑，確定加量為2%。

表3 防水鎖劑評價結(jié)果

表4 水鎖損害程度評價結(jié)果

3.3 成膜鉆井液的基礎(chǔ)性能和儲層保護效果評價

通過系列對比實驗，在H32塊原體系配方基礎(chǔ)上配加2%CMJ-2+2%HAR-D，建立成膜鉆井液保護儲層體系配方。

對其基礎(chǔ)性能與儲層保護情況進行評價，結(jié)果見表5、表6。可見，配方體系對巖心的封堵降濾失性、滲透率恢復(fù)值以及基礎(chǔ)性能均有了明顯提高，有利于保護油氣層。

表5 成膜鉆井液的基礎(chǔ)性能實驗數(shù)據(jù)

注：1#H32塊原體系配方：4%土+0.3%Na2CO3+0.3%PAC+0.1%DS-301+0.8%NH4-HPAN+3%FH-96+0.2%NaOH+3%QS；2#配方：1#+2%CMJ-2+2%HAR-D。

表6 成膜鉆井液的儲層保護效果評價結(jié)果

注：1#H32塊原體系配方：4%土+0.3%Na2CO3+0.3%PAC+0.1%DS-301+0.8%NH4-HPAN+3%FH-96+0.2%NaOH+3%QS；2#配方：1#+2%CMJ-2+2%HAR-D。

Ko為污染前油相滲透率；Kd正為污染后正驅(qū)油相滲透率；Kd反為污染后反排油相滲透率；K恢=Kd反/Ko為滲透率恢復(fù)值；K封堵率=(Ko-Kd正)/Ko為鉆井液對巖心的封堵率；Ko切去端面1cm后和K切恢=Ko切去端面1cm后/Ko分別為污染后巖心端面切去1cm后的反排油相滲透率和滲透率恢復(fù)值。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

截至2018年底，低侵入成膜鉆井液技術(shù)在江蘇油田H32斷塊3口井中成功試用。此前，該斷塊已鉆井3口，均在阜寧組地層發(fā)生不同程度的垮塌掉塊和井漏等，主要原因是該區(qū)E1f4發(fā)育大套灰黑色泥巖、E1f3為粉砂巖與棕色泥巖呈不等厚互層，且存在大段破碎性輝綠巖夾層，鉆井過程中泥巖極易水化膨脹，造成井壁掉塊垮塌，通過采取提高鉆井液密度來平衡地層壓力，又易造成輝綠巖夾層井漏。因此我們在該區(qū)E1f4—井底井段鉆進中試用了成膜劑CMJ-2，來提高鉆井液的封堵能力和地層的承壓能力，儲層段增用防水鎖劑HAR-D，協(xié)同提高儲層保護效果。當鉆至易失穩(wěn)地層E1f4前50 m，立即添加1 t的CMJ-2，鉆進中繼續(xù)補充CMJ-2(共計4 t)，儲層段再配加2%HAR-D，并逐漸提高密度至1.34 g/cm3，井下垮塌現(xiàn)象得到明顯改善，后續(xù)施工順利。

應(yīng)用效果：加入CMJ-2和HAR-D后，鉆井液流變性能變化不大，API濾失量由4.5 mL左右降至3 mL上下，HTHP濾失量由14 mL左右降至10 mL上下，說明成膜劑能在近井壁形成封堵帶，阻止鉆井液液相侵入地層，從而有效地穩(wěn)定井壁和保護油氣層。

表7 H32斷塊部分油井產(chǎn)量情況

HX33-1試驗井油層測試表皮系數(shù)-0.57，呈超完善狀態(tài)，另外2口試驗井均試油投產(chǎn)，具體情況見表7，可見試驗井與對比井的初期日產(chǎn)量相當，但平均日產(chǎn)量均高于對比井，成膜鉆井液儲層保護效果明顯。

5 結(jié)論

(1)江蘇油田H32斷塊低滲儲層損害的主要因素是濾液在壓差的作用下侵入地層，引起儲層中黏土水化膨脹、微粒運移、水鎖等損害。

(2)低滲儲層保護的關(guān)鍵在于在儲層井壁上形成致密泥餅，增大泥餅造成的壓力損失，減少濾液侵入的動力，減少水相圈閉損害。

(3)在H32塊鉆井液配方體系基礎(chǔ)上復(fù)配2%CMJ-2成膜劑和2%HAR-D防水鎖劑，能有效提高體系的封堵降濾失性，返排壓力降低明顯，儲層保護效果顯著提高，且配伍性好。