淺層疏松砂巖氣層損害評價方法研究及應用

馬勇新，張立權，楊仲涵，許發(fā)賓，向雄，楊洪烈，劉喜亮

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057；2.中海油服油化湛江作業(yè)公司，廣東湛江 524057）

1 優(yōu)選適用于油氣層損害評價的巖心

為了真實地模擬油藏中油、氣、水的運動規(guī)律，進行鉆完井液保護油氣層損害研究，最好選用鉆井取心天然油氣層巖心進行實驗。但目前進行調(diào)整井鉆井，需進行鉆完井液技術優(yōu)化研究時，已無巖心可用，因而只能選用與其組構特征相近似的模擬巖心。國內(nèi)外常用填砂管、人造巖心、天然露頭巖心等3 類模擬巖心進行實驗。下面對這3 類模擬巖石是否適用于評價鉆完井液對南海西部淺層疏松砂巖的損害進行研討。

1.1 填砂管

填砂管巖心是采用油氣層砂樣，采用人工裝填砂管方式制作模型巖心。在模型的兩端都要加上一層孔徑為0.045 mm 的不銹鋼篩網(wǎng)，視裝入砂樣的總量將砂樣分成若干等份陸續(xù)裝入，并用橡皮錘不斷地向下敲擊夯實[3-4]，并使巖心的滲透率與要模擬的地層滲透率相近，但是由于填砂管制作的可重復性較差，沒有統(tǒng)一的標準，制造的填砂管表現(xiàn)出來的差異性較大。該方法制作中、高滲巖心較容易，制作低滲巖心較困難。

1.2 人造巖心

人造巖心以天然巖心為參照，采用石英充填、磷酸鋁石英燒結(jié)等制作的巖心，高溫作用會使巖心碎樣中的礦物（如黏土礦物、石英和長石等）轉(zhuǎn)化成不穩(wěn)定礦物，而燒結(jié)的陶瓷效應會改變巖石潤濕性和相對滲透率[5-7]，用這種方法制備的人造巖心不能很好地代表疏松中、低滲油氣層巖石組構特性，不適宜用于鉆完井液對此類油氣層損害評價實驗的研究。

1.3 天然露頭砂巖

由于構造運動，部份儲層裸露至地面，此類地層的巖石組構特征與實際儲層巖石相近似，其孔隙結(jié)構更接近于實際油藏巖石，能夠較為真實反映孔隙結(jié)構對滲流過程的影響，進行鉆完井液對油氣層損害研究較為合適。因而采用此類露頭砂巖制作巖心柱進行油氣層損害評價較為合適。

天然露頭巖心產(chǎn)地較多，組構特征有所差別。進行鉆完井液對南海西部淺層疏松砂巖損害研究，必須選用與該氣藏組構特征相近似的天然露頭巖心進行實驗。

2 評價鉆完井液對氣層損害的方法優(yōu)選

南海西部疏松砂巖氣層地面沒有裸露。通過對國內(nèi)多處露頭砂巖組構特性進行測試分析得出，四川露頭石英砂巖的組構特性與南海西部中低疏松砂巖相近似，采用其作為鉆完井液對疏松氣層損害評價較為合適，下面對兩者巖石組構特征及用作鉆完井液氣層損害評價可行性進行研討。

2.1 南海西部疏松砂巖氣層巖石組構特征

南海西部A 氣田氣層巖石類型以石英砂巖為主，主要巖性為極細砂巖和粉砂巖，巖石礦物組分以石英為主，其次是菱鐵礦，泥質(zhì)含量較低，為2.5%；巖石成分成熟度較高，砂巖分選中等～好，見表1。氣層黏土礦物伊利石占31%，伊蒙無序混層、綠泥石、高嶺石均存在，所占比例相接近，見表2。儲層物性具有中高孔、中低滲的特點，儲層段巖心孔隙度分布范圍為15%～34%，平均24%，巖心滲透率分布范圍為0.3～640 mD，平均為33 mD?？缀斫Y(jié)構見表3。

12月1日，中國第35次南極科學考察隊搭乘的“雪龍”號極地考察船經(jīng)過一天多的破冰作業(yè)，到達南極中山站冰上卸貨地點，展開中國南極科考史上最大規(guī)模的一次卸貨作業(yè)。

表1 A 氣田X 井氣層砂巖薄片鑒定

表2 A 氣田X 井儲層黏土礦物分析

表3 A 氣田X 井氣層砂巖孔喉結(jié)構

南海西部B 氣田氣層為中～特高孔、低～特高滲儲層；氣層滲透率非均質(zhì)性強，氣體滲透率分布較寬，從10 mD 至1000 mD，跨度較大；儲層黏土礦物絕對含量較高，平均含量高達36%，屬于疏松型泥質(zhì)砂巖氣藏儲層；黏土礦物主要為無序伊蒙混層，伊利石和高嶺石含量相對也較高，儲層表現(xiàn)出強-極強水敏損害、中等偏強速敏以及氣水相滲的水鎖損害。

2.2 四川露頭石英砂巖組構特征

四川露頭石英砂巖孔隙度11%～28%，巖心滲透率分布范圍為0.3～1500 mD。該低滲砂巖薄片鑒定結(jié)果見表4，高滲砂巖礦物組分見表5?？缀斫Y(jié)構見表6。此類巖心為天然的，因而其相同孔滲的巖心，組構特征較為穩(wěn)定。

表4 四川低滲露頭石英砂巖薄片鑒定

表5 四川高滲露頭石英砂巖礦物組分

表6 四川露頭石英砂巖孔喉結(jié)構

2.3 用四川露頭巖心作中低疏松砂巖氣層損害評價可行性研討

對比南海西部A、B 氣田的氣層巖心與四川露頭巖心結(jié)構特征發(fā)現(xiàn)，四川露頭巖心與南海西部A氣田儲層結(jié)構特征相類似，可選用四川露頭巖心作為A 氣田儲層損害評價；對于B 氣田由于氣層黏土礦物含量較高，儲層存在潛在的強水敏、鹽敏損害，因此若采用四川露頭巖心模擬A、B 氣田儲層損害，需要增加鉆完井液抑制性能評價。同時，鑒于A、B 氣田各氣層鉆調(diào)整井時，氣層均存在不同程度的壓力衰竭，A 氣田壓力系數(shù)從1.01～1.14 降低至0.32～0.50，B 氣田從原始壓力系數(shù)1.02～1.14降低至0.87～0.92 左右，因此鉆進該氣層調(diào)整井時，易發(fā)生漏失，造成對氣層損害，需要在上述實驗基礎上增加鉆開液承壓能力實驗。此外，A、B 氣田的氣層是疏松砂巖，在投產(chǎn)時，易出砂，為了防砂，要求鉆完井液具有低返排壓力，需進行此項實驗。

3 淺層疏松砂巖氣層損害評價方法

3.1 鉆完井液對氣層滲透率恢復值存在問題

采用行業(yè)標準SY/T5358—2012《儲層敏感性流動實驗評價方法》、SY/T 6540—2010《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評價方法》評價鉆完井液對油氣層損害實驗。

采用A、B 氣田鉆進所使用的EZFLOW 鉆井液進行油層保護實驗，實驗數(shù)據(jù)見表7。結(jié)果表明EZFLOW 鉆井液對中滲油層的滲透率恢復值都在90%左右，重復性比較好。

表7 采用行業(yè)標準評價EZFLOW 鉆井液對油層損害

采用行業(yè)標準評價EZFLOW 鉆開液對氣層損害實驗結(jié)果見表8。平行巖樣，由于氣體存在滑脫效應，氣測滲透率恢復值差距較大，表明行業(yè)標準不適用于鉆開液對氣層損害評價。

表8 采用行業(yè)標準評價EZFLOW 鉆井液對氣層損害

3.2 鉆完井液對淺層疏松砂巖氣層滲透率恢復值測定方法改進

測試巖心氣體滲透率，同時在巖心出口端施加回壓，通過監(jiān)測氣相通過巖心后穩(wěn)定的流量、壓力，利用氣體達西公式計算巖心損害前后的氣體滲透率，此方法稱為“界限壓力法”[8]，游利軍等使用此方法評價鉆完井液對低滲、超低滲裂縫氣層損害。筆者將此方法引用來評價鉆完井液對中低滲砂巖孔隙氣層損害。

評價的EZFLOW 鉆開液對中低滲砂巖孔隙氣層損害結(jié)果見表9。平行巖樣，滲透率恢復值十分接近，滲透率恢復值都在90%左右，表明在進行滲透率恢復實驗，出口端增加回壓，能較好克服測試過程氣體滑脫效應，測試結(jié)果具有較好準確性。

表9 采用界限壓力法評價鉆開液對氣層損害

3.3 評價鉆完井液對氣層損害的配套方法

采用四川天然露頭石英砂巖來測定鉆完井液對南海海西部淺層疏松枯竭砂巖氣層的滲透率恢復值，還不能全面評價鉆完井液保護氣層的效果，還需增加鉆完井液抑制性、承壓能力、返排壓力等3項指標。

3.3.1 抑制性

對于南海西部B 氣田氣層存在強水敏、鹽敏損害，需提高鉆完井液抑制性，才能減輕對氣層損害。采用美國石油協(xié)會標準泥巖鉆屑（HOLEPLUG），按標準《SY/T 5613—2016 鉆井液測試泥頁巖理化性能試驗方法》評價EZFLOW 鉆井液（不同氯化鉀、氯化鈉加量）對標準泥巖鉆屑的回收率與膨脹率。實驗結(jié)果表明：當KCl 加量≥3%，滾動回收率提高幅度趨于平衡（見圖1）；當NaCl 加量≥7%，滾動回收率提高幅度趨于平衡（見圖2），將3%KCl與8%NaCl 復配來提高鉆開液抑制性（鉆開液密度為1.10 g/cm3），鉆屑滾動回收率可高達94.34%，鉆屑線性膨脹率在15%以下（見表10）。

圖1 KCl 加量對鉆開液抑制性能的影響

圖2 NaCl 加量對鉆開液抑制性能的影響

表10 EZFLOW 鉆開液抑制性評價（80 ℃、16 h）

3.3.2 承壓能力

采用國內(nèi)石油行業(yè)標準GB/T29170—2012《石油天然氣工業(yè) 鉆井液 實驗室測試》中第27 節(jié)內(nèi)容“滲透性封堵儀（PPT/PPA）”封堵評價方法，評價EZFLOW 鉆開液承壓能力，該鉆開液在7.0 MPa壓力下，能成功封堵住400～20000 mD 不同孔喉尺寸的砂盤（見表11）。

表11 EZFLOW 鉆開液對不同滲透率陶瓷盤封堵性

3.3.3 返排壓力

鉆開液對氣層保護要求解堵返排壓力低，因此中海油田服務股份有限公司發(fā)明了一種泥餅返排性能測定裝置”（實驗儀器見圖3），并建立了實驗方法[9]。

圖3 泥餅返排性能測定裝置

該儀器在“滲透性封堵儀”基礎上改裝而來，增加了返排壓力泵、壓力監(jiān)控系統(tǒng)等，可測試鉆井液形成泥餅后的突破壓力或者返排平衡壓力。使用此裝置對比PRD、EZFLOW 兩種弱凝膠鉆開液返排性能（見圖4、表12），實驗結(jié)果表明EZFLOW鉆開液返排性能較好，突破壓力、返排壓力都較低，換算成滲透率恢復值為（污染前壓力/返排平衡壓力）90.39%。

圖4 PRD、EZFLOW 兩種弱凝膠鉆井液返排壓力

表12 PRD、EZFLOW 二種弱凝膠鉆井液返排性能

3.4 EZFLOW鉆開液對低、高滲砂巖氣層滲透率恢復值實驗

利用界限壓力法評價EZFLOW 鉆井液對南海西部A、B 氣田低、高滲儲層組構相類似的四川天然露頭砂巖氣體滲透率恢復值，實驗結(jié)果見表13，巖心氣體滲透率恢復值均在90%以上，說明EZFLOW 鉆井液具有很好保護氣層效果。

表13 EZFLOW 鉆井液對氣層損害評價

4 現(xiàn)場應用

南海西部A、B 兩個氣田應用EZFLOW 鉆井液鉆進氣層的7 口井，完井投產(chǎn)后，試氣過程實測表皮系數(shù)見表14。

表14 采用EZFLOW 鉆井液鉆進氣層實測表皮系數(shù)

從表14 得知，EZFLOW 鉆井液具有很好保護氣層效果，表皮系數(shù)分別均為0.2～0.5。此結(jié)果與室內(nèi)采用界限壓力法評價該鉆井液對氣層損害評價效果一致，對氣層損害程度很小，具有很好的保護淺層疏松砂巖效果；同時驗證了采用評價疏松砂巖氣層損害方法的可行性。

5 結(jié)論

1.四川露頭石英砂巖可用來模擬以石英為主的疏松油氣層巖心，進行鉆完井液對油氣層損害評價。

2.提出了一種適合疏松砂巖壓力衰竭型氣層損害評價方法，此方法包括鉆完井液抑制性、滲透率恢復值（界限壓力法）、承壓能力、返排壓力等四項指標，較全面地評價了鉆完井液對疏松砂巖壓力衰竭型氣層損害；

3.通過對國內(nèi)南海西部A、B 氣田現(xiàn)場個別開氣層所使用的使用的EZFLOW 鉆井液進行損害評價發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)評價結(jié)果與現(xiàn)場井試井結(jié)果一致，說明該方法評價結(jié)果模擬現(xiàn)場較為真實，可供使用。