渤中34-9油田定向井完井液優(yōu)選研究

陳建宏

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

完井液與油、氣儲(chǔ)層接觸會(huì)帶來不同程度的損害。其損害程度隨儲(chǔ)層特性和完井液性質(zhì)不同而異。一般認(rèn)為儲(chǔ)層被損害的主要原因是外來流體侵入油層，產(chǎn)生各種不利的物理、化學(xué)作用，造成固體物的堵塞或液體性質(zhì)的改變，降低了油氣相滲透率。

多年來的經(jīng)驗(yàn)和研究表明，在勘探開發(fā)過程中，鉆開油氣層后的整個(gè)生產(chǎn)過程中都容易產(chǎn)生油層損害。在鉆井、完井、井下作業(yè)及油田開采全過程中，工作液與地層不匹配，進(jìn)而造成油氣層滲透率下降，它不僅可使油氣層的產(chǎn)能降低，甚至完全喪失產(chǎn)能；還會(huì)影響發(fā)現(xiàn)新的油氣層，給油田造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此在勘探開發(fā)過程中，對儲(chǔ)層進(jìn)行保護(hù)是十分必要的[1，2]。

1 渤中34-9 油田儲(chǔ)層特性及敏感性

渤中34-9 油田主要目的儲(chǔ)層為東三段和沙河街組，東三段屬于中孔中高滲特高滲砂巖油藏，沙河街組儲(chǔ)層屬于中孔中滲砂巖油藏；儲(chǔ)層砂巖主要由石英、鉀長石、斜長石和黏土礦物組成，地層水礦化度不高，東三段地層水礦化度為7 041 mg/L，沙河街組地層水為7 225 mg/L，均為碳酸氫鈉水型。

渤中34-9 油田儲(chǔ)層巖心敏感性顯示，儲(chǔ)層存在中等偏弱至弱的水速敏損害，臨界流速25.78 m/d，存在弱的油速敏損害臨界流速33.95 m/d；存在中等偏弱至弱的水敏和鹽敏損害，臨界礦化度為7 041.0 mg/L；存在中等偏弱的鹽酸和土酸酸敏損害；存在弱堿敏損害臨界pH 值約為11.5；存在弱的應(yīng)力敏感損害[3，4]。

2 完井液設(shè)計(jì)思路

同種完井液對不同的儲(chǔ)層可能產(chǎn)生不同的損害。因此在確定完井液體系時(shí)，必須充分考慮油田的儲(chǔ)層特性。目前國內(nèi)外常用的評(píng)價(jià)儲(chǔ)層損害的實(shí)驗(yàn)方法基本上可分為儲(chǔ)層敏感性系統(tǒng)評(píng)價(jià)和完井液對儲(chǔ)層的損害評(píng)價(jià)兩大類。儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)是基礎(chǔ)，鉆井液和完井液對儲(chǔ)層損害評(píng)價(jià)需要在敏感性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

根據(jù)渤中34-9 油田儲(chǔ)層的儲(chǔ)層特征及損害因素分析，該油田的完井液應(yīng)具有以下幾方面的特點(diǎn)[5]。

（1）抑制性強(qiáng)，防止儲(chǔ)層發(fā)生水敏損害及微粒運(yùn)移損害。

（2）與前期作業(yè)液配伍性好。

（3）本身的儲(chǔ)層保護(hù)效果好。

（4）能最大限度地解除前期工作液對儲(chǔ)層造成的損害。

（5）腐蝕性小，對井下工具無或低腐蝕。

3 隱形酸完井液技術(shù)

3.1 技術(shù)思路

渤中34-9 油田目的層為東營組和沙河街組定向井均采用射孔完井方式。根據(jù)海上定向井開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合儲(chǔ)層特征及損害因素分析結(jié)果，推薦渤中34-9 油田定向井使用隱形酸完井液。主要從以下幾方面進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。

（1）采用隱形酸PF-HTA 部分溶解有機(jī)物、無機(jī)垢、泥餅，疏通近井壁的油層孔道；

（2）采用黏土穩(wěn)定劑PF-HCS 防止儲(chǔ)層發(fā)生水敏損害，并減少酸溶蝕帶來的酸敏傷害；

（3）由于完井液對井下工具具有一定的腐蝕性，采用緩蝕劑PF-CA101-3 控制腐蝕，以減小在完井過程中對井下工具的腐蝕。

隱形酸完井液是從堿性完井液基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。理論和室內(nèi)研究表明，如果完井液的pH 值小于7，一方面改變了高價(jià)金屬離子的存在環(huán)境，防止各種有機(jī)垢和無機(jī)鹽沉淀的產(chǎn)生；另一方面，還可以溶蝕和解除前期作業(yè)液中形成的有機(jī)垢和無機(jī)沉淀，而且對近井地帶的大分子、濾餅、固相顆粒和可酸溶性的儲(chǔ)層礦物均可產(chǎn)生溶蝕作用，從而能保護(hù)和改善儲(chǔ)層、提高滲流能力、增加油井產(chǎn)能。但是隱形酸完井液在實(shí)際應(yīng)用中對鉆具等有較強(qiáng)的腐蝕性[6]。為此，合理利用隱形酸完井液，尋找與其配套的緩蝕劑及其加量至關(guān)重要。

3.2 螯合劑加量優(yōu)選

隱形酸完井液是在完井液（或射孔液）中加入隱形酸螯合劑HTA，該隱形酸外觀為淺黃色粒狀固體，本身不是酸。該劑具有極強(qiáng)的水溶性，在水溶液中能釋放出H+，使溶液呈酸性，其酸性的強(qiáng)弱與HTA 濃度有關(guān)，HTA 濃度越高，酸性越強(qiáng)，這種隱形酸能夠部分溶解有機(jī)物、無機(jī)垢、泥餅，疏通近井壁的油層孔道，從而達(dá)到提高油層滲透率的目的[7]。

為了最大限度地保護(hù)儲(chǔ)層，提高產(chǎn)能，對儲(chǔ)層巖心具有溶蝕作用的HTA 必須進(jìn)行合理加量實(shí)驗(yàn)，而且隱形酸的加量應(yīng)滿足以下要求。

（1）能提供足夠的酸以保證能溶蝕掉儲(chǔ)層巖石顆粒間膠結(jié)物，但又不能使巖石骨架垮塌。

（2）發(fā)生溶蝕反應(yīng)后的殘酸濃度不能過高，最好接近中性，有利于后期的返排。

參照中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358-2010，室內(nèi)進(jìn)行隱形酸對儲(chǔ)層巖心粉溶蝕實(shí)驗(yàn)來確定隱形酸的加量，計(jì)算公式為:

式中:R-緩蝕率，%；m0-溶蝕前巖樣質(zhì)量，g；m1-溶蝕后試片質(zhì)量，g。

表1 隱形酸對巖心粉的溶蝕作用

從表1 可以看出，當(dāng)加量增加到0.3%～0.5%之后，再繼續(xù)增大其加量，則巖樣的溶蝕率增加緩慢，因此初步確定合理加量在0.3%～0.5%的范圍內(nèi)。

3.3 黏土穩(wěn)定劑加量優(yōu)選

渤中34-9 油田儲(chǔ)層黏土礦物以伊利石、伊蒙混層和高嶺土為主并含少量綠泥石。采用黏土穩(wěn)定劑PFHCS 防止儲(chǔ)層發(fā)生水敏損害，并減少酸溶蝕帶來的酸敏傷害；渤海油田常用黏土穩(wěn)定劑一般由小陽離子型季銨鹽類組成，季銨鹽能有效吸附在黏土表面，增強(qiáng)疏松砂巖油層的強(qiáng)度，防止水敏性礦物水化膨脹及分散運(yùn)移而對油氣層造成的傷害，消除和預(yù)防油田在鉆井、完井、修井、酸化、壓裂及注水鉆采工藝中，因油層與外來水接觸引起黏土礦物的水化膨脹和分散運(yùn)移，并在黏土表面形成單分子吸附膜，長期穩(wěn)定黏土礦物，有效的保護(hù)油氣層[8]。

依據(jù)中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5971-94《注水用黏土穩(wěn)定劑性能評(píng)價(jià)方法》，實(shí)驗(yàn)步驟如下:

從表2 可以看出，當(dāng)黏土穩(wěn)定劑加量為2.0%時(shí)，對各儲(chǔ)層巖心的防膨率以不同的增加幅度均達(dá)到85%以上，能滿足現(xiàn)場防膨要求，而且隨著加量的增加，防膨率增大趨勢變緩，因此，推薦黏土穩(wěn)定劑加量為2.0%。

3.4 緩蝕劑加量優(yōu)選

為了防止工作液入井后腐蝕管柱，在完井液體系中均需引入相應(yīng)緩蝕劑。室內(nèi)參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5273-2000 中靜態(tài)掛片失重法進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)。腐蝕速率實(shí)驗(yàn)采用N80 碳鋼，溫度為120 ℃，反應(yīng)時(shí)間為恒溫36 h，計(jì)算公式為:

式中:υa-緩蝕速度，mm/a；W1-腐蝕前試片質(zhì)量，g；W2-腐蝕后試片質(zhì)量，g；S-試片表面積，cm2；Δt-試片腐蝕時(shí)間，h；ρ-試片材料密度（低碳鋼密度為7.85 g/cm3）；C-換算常數(shù)，8.76×104。

從表3 可看出，完井液對鋼材具有一定的腐蝕性，但通過添加2.0%PF-CA101-3 緩蝕劑后可大幅度降低腐蝕速率，使腐蝕速率小于0.076 mm/a，滿足完井作業(yè)要求[9]。

表3 完井液腐蝕評(píng)價(jià)結(jié)果（掛片面積12.6 cm2）

4 儲(chǔ)層保護(hù)評(píng)價(jià)

該區(qū)塊部分深井出現(xiàn)漏失現(xiàn)象后，通過采取隨鉆堵漏、靜止堵漏等多手段配合，成功實(shí)現(xiàn)斷層封堵或者漏速明顯減小。但固井期間，受井底壓力波動(dòng)、流體沖刷能力增強(qiáng)等原因，再次漏失風(fēng)險(xiǎn)極大。采取科學(xué)合理防漏、堵漏方法，是實(shí)現(xiàn)漏失井固井成功關(guān)鍵所在。

4.1 隱形酸配伍性評(píng)價(jià)

完井液濾液在壓差作用下，都會(huì)不可避免地進(jìn)入油層。如果這些濾液間相互不配伍，在壓差作用下，都會(huì)不可避免地進(jìn)入油層。如果這些濾液間相互不配伍，而產(chǎn)生化學(xué)沉淀，就會(huì)對油層造成損害[10]（見表4）。

表4 完井液配伍性評(píng)價(jià)結(jié)果

將各種濾液按不同比例混合，用濁度儀測其混合后的濁度值，并觀察是否出現(xiàn)沉淀。如果混合液濁度值增加或出現(xiàn)沉淀，則說明濾液間不配伍。

4.2 單項(xiàng)入井流體儲(chǔ)層保護(hù)性能評(píng)價(jià)

利用儲(chǔ)層巖心，通過靜態(tài)巖心損害實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)隱形酸完井液對儲(chǔ)層損害程度[11]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表5）。

表5 隱形酸儲(chǔ)層保護(hù)效果

單項(xiàng)入井流體靜態(tài)巖心損害實(shí)驗(yàn)可看出，隱形酸完井液配方具有良好的儲(chǔ)層保護(hù)效果，其滲透率恢復(fù)值大，均在90%以上。

5 現(xiàn)場應(yīng)用與效果

5.1 現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)例

渤中34-9-A6 井為一口東營組定向井，采用二開井身結(jié)構(gòu)。φ339.725 mm 套管下深761 m，φ311.15 mm井眼鉆進(jìn)至完鉆井深3 236 m，下入φ244.50 mm 生產(chǎn)套管至3 222 m。完井方式采用φ244.50 mm 套管負(fù)壓射孔不防砂。完井液主要作業(yè)環(huán)節(jié):在過電纜封隔器、分層封隔器坐封位置及射孔段刮管；大排量正循環(huán)海水洗井，直至返出基本干凈；反替10 m3套管清洗液，然后小泵沖替入海水，將套管清洗液在套管內(nèi)上下頂替三遍，待套管清洗液全部返出井筒并回收后，繼續(xù)大排量正循環(huán)海水洗井，直到出口和入口濁度NTU 值接近70；改用2 μm 過濾海水大排量正循環(huán)洗井，直到返出液連續(xù)半小時(shí)內(nèi)濁度NTU 值≤30；正替工作液+射孔液+工作液，射孔液要求覆蓋射孔段頂界以上200 m，底界以下30 m。

5.2 現(xiàn)場應(yīng)用效果

渤中34-9-A6 井投產(chǎn)后，其產(chǎn)量為鉆后配產(chǎn)2.25倍，含油率超過97.7%，產(chǎn)能數(shù)據(jù)（見表6）。

表6 渤中34-9-A6 井產(chǎn)能數(shù)據(jù)

6 結(jié)論

（1）針對射孔完井，提供了定向井射孔隱形酸完井液技術(shù)，溶蝕疏通孔喉。

（2）增大隱形酸濃度，腐蝕速率增大，加入緩蝕劑可以較好地抑制碳鋼腐蝕發(fā)生。

（3）隱形酸完井液體系配方:過濾海水+0.3%隱形酸PF-HTA+2.0%緩蝕劑PF-CA101-3+2%黏土穩(wěn)定劑PF-HCS。

（4）隱形酸完井液體和地層流體之間的配伍性較好，不會(huì)對儲(chǔ)層造成傷害。

（5）隱形酸完井液單相流體污染后滲透率恢復(fù)值較大，具有很好儲(chǔ)層保護(hù)效果。

（6）入井流體應(yīng)保持合理抑制性，預(yù)防酸敏和速敏及水敏傷害。