摘 要

摘　要：水鎖、水敏及堿敏等造成了低滲透砂巖儲層滲透率難以恢復的傷害，成為了儲層保護的技術(shù)瓶頸。為此，依據(jù)屏蔽暫堵技術(shù)原理，以巖心實驗確定的對滲透率貢獻最大的孔喉半徑區(qū)間

摘　要：水鎖、水敏及堿敏等造成了低滲透砂巖儲層滲透率難以恢復的傷害，成為了儲層保護的技術(shù)瓶頸。為此，依據(jù)屏蔽暫堵技術(shù)原理，以巖心實驗確定的對滲透率貢獻最大的孔喉半徑區(qū)間為依據(jù)，研制出了與儲層孔喉滲透率貢獻率分布相匹配的多級架橋暫堵油氣層保護劑，它由多級架橋粒子FDPD和可變形粒子FEP組成，在鉆井液中最佳加量分別為4％和2％～3％。室內(nèi)對加入多級架橋暫堵油氣層保護劑前后鉆井液性能變化和巖心滲透率恢復值進行了實驗評價。結(jié)果表明：①巖心滲透率恢復率達85％，能很好地保護低滲透儲層；②多級橋架暫堵劑加入鉆井液后，雖鉆井液的黏度和切力有所上升，但波動不大，能夠滿足工程的要求；③中壓濾失量和高溫高壓濾失量降低，更有利于儲層保護。2口應(yīng)用井與同區(qū)塊其他井相比油氣產(chǎn)量明顯提高，起到了良好的儲層保護作用。該技術(shù)具有低成本、施工方便等特點，是一種切實可行的低成本且安全可行的油氣層保護方法。

關(guān)鍵詞：低滲透儲集層  架橋粒子  暫堵  屏蔽  保護劑  儲層損害  鉆井液  油氣層保護

Multi-level bridge plugging for the protection of low-permeability reservoirs

Abstract：The water lock，water sensitivity and alkali sensitivity will resuh in irrecoverable damage to low permeability sandstone reservoir permeability，which becomes the bottlenecking problem of reservoir protection．Therefore，the range of pore throat radius with the most greatest contribution to the permeability was first determined in the core sample tests；then according to the principles of shielding temporary plugging．a multi-level bridge temporary plugging agent was developed for oil&gas reservoir protection matched with the distribution of contribution rate of pore throat permeability．This newly developed agent consists of FDPD(multi-level bridge particles)and FEP(deformable particles)，the optimum amounts of which added to the drilling fluid are 4％ and 2-3％ respectively．The experimental evaluation was performed on the drilling fluid performance changes and core permeability recovery values before and after this agent was added．The following findings were achieved．a．The core permeability recovery reaches 85％，which is good enough to protect low permeability reservoirs．b．With this new agent added，the drilling fluid viscosity and shear force are increased slightly with little fluctuation，meeting the drilling requirements．c．The medium pressure filtration loss and high-temperature high pressure filtration loss are both reduced，which is more favorable to reservoir protection．The actual application showed that the oil and gas outputs of the two pilot test wells are increased significantly compared with those of other wells in the same block and this technology is proved to function well in reservoir protection with a low cost and an advantage of easy and convenient operation．

Key words：low-permeability reservoir，bridging particle，temporary plugging，shield，protective agent，reservoir damage，drilling fluid，reservoir protection

目前保護儲層鉆井研究熱點集中存屏蔽暫堵保護油層技術(shù)、無滲透鉆井液技術(shù)和欠平衡鉆井技術(shù)3個方面。無滲透鉆井液技術(shù)^[1-2]是利用惰性材料和可變形膠團封堵孔隙，形成暫堵環(huán)；欠平衡鉆井技術(shù)由于井筒內(nèi)液柱壓力低于地層壓力，鉆井液和有害固相的侵入就會減輕或消除，從而有效地保護儲層，但對工藝要求高^[3-5]。屏蔽暫堵保護油層技術(shù)作為儲層保護中的一項重要技術(shù)^[6-8]，已經(jīng)在國內(nèi)外廣泛推廣應(yīng)用，并且取得了良好的效果。四川油氣田某地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組砂巖儲層孔隙度低于10％，滲透率主要分布在0.1～1mD，儲層具有典型的低孔、低滲透及裂縫不發(fā)育特點，在鉆井、完井過程中，水敏、水鎖、堿敏、固相顆粒堵塞及地層水中的Ca²⁺、Mg²⁺與不配伍的鉆井液處理劑或濾液產(chǎn)生沉淀，從而封堵孔隙和微裂縫，造成對儲層的損害。為此，通過應(yīng)用多級架橋暫堵儲層保護技術(shù)，在2口井上進行了現(xiàn)場試驗，測試數(shù)據(jù)和試驗結(jié)果表明，屏蔽暫堵鉆井完井液體系性能優(yōu)于改造前的鉆井液體系性能，有利于防止地層損害，提高儲層巖心滲透率恢復率。

1　儲層孔滲特征及潛在損害因素評價

1．1　儲層孔滲特征

通過對該地區(qū)儲層段巖樣統(tǒng)計分析表明，儲層孔隙度主要集中分布在6％～8％(圖1)，平均孔隙度為6.72％；儲層段樣品滲透率主要集中在0.035～0.5mD，占98.06％(圖2)，平均滲透率為0.1085mD。儲層孔隙度和滲透率二者存在較好的指數(shù)相關(guān)性，R達到0.6988，滲透率隨孔隙度增大而增大(圖3)。因此，該區(qū)儲層屬于低孔、低滲透性儲層。

 

 

 

根據(jù)砂巖儲層孔隙度、滲透率與最大孔喉半徑的關(guān)系，該區(qū)塊儲層滲透率主要分布在0.035～0.5mD，占98.06％，主要孔喉半徑分布在O.1～0.8mm；儲層最大滲透率范圍在0.5～2mD，其對應(yīng)的最大孔喉半徑范圍0.8～3.0mm，該儲層對滲透率貢獻率最大的孔喉半徑區(qū)間為0.1～0.8mm和0.8～3.0mm。

1．2　儲層潛在損害因素

根據(jù)行業(yè)標準SY／T 5358-2010儲層敏感性實驗評價方法，選用該地區(qū)須家河組低滲透儲層段巖樣進行儲層水鎖、水敏、堿敏、速敏、應(yīng)力敏感性評價。結(jié)果表明該類儲層巖心具有較強的水鎖、水敏和堿敏損害特征，中等速敏和壓力敏感損害。

1)儲層巖心具有較強的水鎖、水敏和堿敏損害特征：根據(jù)對該地區(qū)低滲透儲層段含水飽和度的統(tǒng)計，其儲層段含水飽和度平均為64.81％，對照實驗結(jié)果，儲層段受到中等偏強水鎖損害(表1)。儲層段巖心水敏性實驗表明，滲透率分別由0.3485mD降至0.0572mD、由0.1750mD降至0.0292mD，巖心的敏感指數(shù)分別為83.6％和83.3％，說明該地區(qū)低滲透儲層段具有強水敏性(圖4)。儲層段巖心堿敏評價實驗結(jié)果表明，當pH值由7升至l3時，巖心滲透率分別南0.3762mD降至0.0158mD、由0.2639mD降至0.0095mD，巖心的堿敏感指數(shù)分別為95.8％和96.4％，該地區(qū)低滲透儲層具有強的堿敏性(圖5)。

 

 

 

2)中等速敏和壓力敏感損害：儲層巖心液測速敏實驗表明，在1～5mL／min的測定流量范圍內(nèi)，巖心的最小滲透率Kmin和最大滲透率Kmax分別為0.1029mD、0.2514mD和0.08mD、0.155mD，臨界流量為2～2.5mL／min，Kmin／Kmax分別為0.41、0.52，液測速敏損害較強(圖6)。儲層巖心應(yīng)力敏感實驗結(jié)果由實驗結(jié)果可知：該地區(qū)低滲透儲層的應(yīng)力敏感性為中等損害，滲透率由0.49mD降低為應(yīng)力變化后的0.275mD，其應(yīng)力敏感引起的不可逆滲透率損害率為43.9％(圖7)。

 

 

2．1　基本原理

多級架橋暫堵儲層保護技術(shù)^[9-11]是利用鉆井液中的固相顆粒在一定的正壓差作用下，很短時間內(nèi)在距井壁很近的距離內(nèi)形成有效封堵(滲透率接近為零)的暫堵層。由于它具備一定的承壓能力，能夠阻止鉆井液中大量固相和液相進一步侵入儲層。最后，利用一種經(jīng)濟合理的解堵方式解除暫堵層，使儲層的滲透率恢復到原始水平。由于形成的低滲透暫堵層很薄(一般小于5cm)，容易被射孔彈射穿，同時也可通過流體返排或其他解堵技術(shù)解除堵塞，因而這種堵塞是暫時性的，不會對此后的流體產(chǎn)出帶來不利影響。該項技術(shù)把造成地層損害的兩個無法消除的因素：正壓差和同相粒子，轉(zhuǎn)換成實現(xiàn)這一技術(shù)的必要條件和有利崗素。

根據(jù)上述基本原理，如果儲層孔喉滲透率貢獻率呈單一分布，則采用原有屏蔽暫堵方法可以簡單方便地利用單一粒子群進行屏蔽暫堵油氣層保護體系配方設(shè)計。這就是普通屏蔽暫堵技術(shù)中，暫堵粒子設(shè)計多采用D90或D最大進行設(shè)計^[12]。若儲層孔喉對滲透率的貢獻率呈多峰狀分布，采用單峰狀的屏蔽暫堵方法必然導致暫堵不完全、暫堵效果差。

基于儲層孔喉滲透率貢獻率的多峰分布理論，本文提出多級架橋暫堵儲層保護技術(shù)：設(shè)計采用與儲層孔喉滲透率貢獻率分布相匹配的多級架橋暫堵粒子對儲層進行逐級暫堵屏蔽，以達到快速、準確、高效的暫堵效果。

2．2　多級架橋暫堵油氣層保護劑設(shè)計與評價

2．2．1模型設(shè)計

根據(jù)以上分析，設(shè)計該多級架橋暫堵油氣層保護劑(以下簡稱暫堵油保劑)的模型為：原鉆井液+一級架橋粒子+二級架橋粒子+可變形軟化粒子。

2．2．2孔喉暫堵粒子參數(shù)設(shè)計

該儲層的孔喉半徑區(qū)間為0.1～0.8mm、0.8～3.0mm對滲透率貢獻率最大。依據(jù)2／3架橋原理^[13]，其對應(yīng)的多級架橋粒子直徑應(yīng)為0.13～1.07mm、1.07～4.0mm。采用實測巖心孔喉大小及其分布確定架橋粒子的粒徑和分布比例^[10]，對設(shè)計出的多級架橋粒子產(chǎn)品命名為FDPD。通過大量室內(nèi)實驗結(jié)果分析表明FDPD的最佳加量為4％。

可變形粒子是保證多級橋架暫堵環(huán)致密有效的關(guān)鍵。本項研究采用FEP系列，即鉆井液用弱熒光防塌封堵劑，它由高聚物乳化而成，為白色膏狀，能在水中自動分散，粒子粒徑呈多級分布(1～10mm)。它提供了與地層溫度相適應(yīng)、粒徑與被封堵微裂縫的大小相匹配的可變形軟化粒子，從而實現(xiàn)對各類微裂縫的有效封堵，保持井壁穩(wěn)定。通過大量室內(nèi)實驗結(jié)果分析表明FEP的最佳加量為2％～3％。

2．2．3鉆井液性能評價

為考察暫堵油保劑加入后鉆井液性能的變化，采用了該地區(qū)現(xiàn)場鉆井液加入4％FDPD多級架橋暫堵粒子和2.5％FEP可變形軟化粒子前后的流變性能對比實驗(表2)。

 

由表2可知，暫堵油保劑加入鉆井液后，鉆井液的黏度和切力有所上升，但波動不大，能夠滿足工程的要求；中壓濾失量和高溫高壓濾失量降低，更有利于儲層保護。因此實驗評價結(jié)果表明：暫堵油保劑對鉆井液性能沒有較大影響。

2．2．4暫堵油保劑返排效果評價

為評價暫堵油保劑返排效果，測定了現(xiàn)用鉆井液體系中加入暫堵油保劑前后該地區(qū)巖心滲透率恢復值(表3)。

 

由實驗結(jié)果可知，加入暫堵油保劑后3口井的鉆井液無論對孔隙性巖心或是對裂縫性巖心滲透率恢復值都有顯著提高，滲透率恢復值達到90％，大大減輕了鉆井液固相和液相對儲層的傷害，說明多級架橋暫堵返排效果較好。因此，在該地區(qū)儲層實鉆鉆井液中添加適當?shù)臅憾掠捅{(diào)整鉆井完井液粒度后，鉆井完井液可以在巖心前端形成致密的橋堵帶，從而防止鉆井完井液固相和液相對儲層巖心的進一步損害，同時降低濾液和固相顆粒的侵入深度，為返排解堵提供良好條件，能夠達到保護儲層的要求。

3　現(xiàn)場應(yīng)用

針對研究的四川油氣田某區(qū)塊須家河組儲層，須家河組儲層段中的2口開發(fā)井實施多級架橋暫堵儲層保護技術(shù)前后的油氣產(chǎn)量對比(表4)。實施多級架橋暫堵儲層技術(shù)的2口開發(fā)井，其油氣產(chǎn)量得到明顯提高，充分說明多級架橋暫堵技術(shù)對值層具有良好的保護作用。

 

4　結(jié)論

1)室內(nèi)實驗表明，受水鎖、水敏、堿敏等損害的低孔低滲透砂巖儲層采用多級架橋暫堵技術(shù)可提高巖心滲透率恢復率。暫堵油保劑的暫堵粒子尺寸與低滲透儲層孔喉特征的匹配很好地保護了低滲透儲層的物性。

2)暫堵油保劑加入鉆井液后對鉆井液流變性能、失水性能和密度影響很小，與實鉆鉆井液配伍性好。

3)多級架橋暫堵技術(shù)具有低成本、施工方便等特點，在低成本勘探開發(fā)的條件下是一種切實可行的低成本及安全可行的油氣層保護方法。

 

參考文獻

[1]劉霞，羅春芝，王越之．國內(nèi)外無滲透鉆井液的研究與應(yīng)用[J]．斷塊油氣田，2006，13(3)：64-66．

LIU Xia，LUO Chunzhi，WANG Yuezhi．Study and appli canon of non invasive drilling fluid at home and abroad[J]．Fault Block Oil＆Gas Field，2006，13(3)：64-66．

[2]孫金聲，林喜斌，張斌，等．國外超低滲透鉆井液技術(shù)綜述[J]．鉆井液與完井液，Z005，2Z(1)：57-59．

SUN Jinsheng，IAN Xibin，ZHANG Bin，et al．Drilling fluid technology developing tendency predicted[J]．Drilling Fluid and Completion Fluid，2005，22(1)：57-59．

[3]敬加強，代科敏，楊露，等．水基泡沫流變特性研究進展[J]．西南石油大學學報：自然科學版，2013，35(1)：173-178．

JING Jiaqiang，DAI Kemin，YANG Lu，et al．Investigation advances in rheological properties of water based foam[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science& Technology Edition，2013，35(1)：173-178．

[4]鄧紅琳．大牛地致密砂巖氣田水平井鉆完井技術(shù)[J]．天然氣工業(yè)，2010，30(12)：59-62．

DENG Honglin．Drilling  and  completion technology for horizontal wells in Daniudi tight sandstone gas reservoirs[J]．Natural Gas Industry，2010，30(12)：59-62．

[5]張林偉．氣體鉆井井下燃爆分析[J]．西南石油大學學報：自然科學版，2012，34(5)：146-152．

ZHANG Linwei．Analysis of downhole explosion in gas drilling[J]．Journal of Southwest Petroleum University Science & Technology Edition，2012，34(5)：146-152．

[6]鄭有成．邛西6井全過程欠平衡鉆井及特殊襯管完井技術(shù)試驗[J]．鉆采工藝，2004，37(6)：20-21．

ZHENG Youcheng．Underbalanced drilling technology and special liner completion technique in Qiongxi well 6[J]．Drilling＆Production Technology，2004，37(6)：20-21．

[7]黎金明，楊斌，陳在君，等．鄂爾多斯盆地長北氣田儲層保護技術(shù)[J]．天然氣工業(yè)，2009，29(3)：68-70．

LI Jinming，YANG Bin，CHEN Zaijun，et al．Reservoir protection technology in the Changbei Gas Field，Ordos Basin[J]．Natural Gas Industry，2009，29(3)：68-70．

[8]戎克生，李建國，徐生江，等．準噶爾盆地砂礫巖氣層鉆井中的儲層保護技術(shù)[J]．天然氣工業(yè)，2012，32(2)：63-66．

RONG Kesheng，LI Jianguo，XU Shengjiang，et al．Reservolr protection in drilling through gas bearing gludnite for matlons in the Junggar Basin[J]．Natural Gas Industry．2012．32(2)：63-66

[9]李志勇，鄢捷年，沙東，等．大港油田保護儲層暫堵劑優(yōu)化沒計新方法[J]．天然氣工業(yè)，2007，27(10)：79-81．

LI Zhiyong，YAN Jienian，SHA Dong，et al．A new optimization design method for reservoir protecting temporary plugging agent used in Dagang oilfield[J]．Natural Gas Industry，2007，27(10)：79-81．

[10]張鳳英，鄢捷年，李志勇．鉆井過程中暫堵劑顆粒尺寸優(yōu)選研究[J]．西南石油大學學報：自然科學版，2011:33(3)：130-l32．

ZHANG Fengying，YAN Jienian，LI Zhiyong．The application of optimizing particle size of grain blocking agents in the drilling process[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2011，33(3)：130-132

[11]王利國，鄢捷年，馮文強．理想充填暫堵型鉆井完井液的設(shè)計及室內(nèi)評價[J]．中國石油大學學報：自然科學版，2007，31(3)：72-76．

WANG Liguo，YAN Jienian，FENG Wenqiang．Designand lab evaluation of ideal packing bridging drilling and completion fluids[J]．Journal of China University of Petroleum：Natural Science Edition，2007，31(3)：72-76．

[12]張金波，鄢捷年，趙海燕．優(yōu)選暫堵劑粒度分布的新方法[J]．鉆井液與完井液，2004，21(5)：4-6．

ZHANG Jinbo，YAN Jienian，ZHAO Haiyan．Optimization of bridging particle size distribution of drilling fluid for formation protection[J]．Drilling Fluid and Completion Fluid，2004，2l(5)：4-6．

[13]張琰，崔迎春．屏蔽暫堵分形理論與應(yīng)用研究[J]．天然氣工業(yè)，2000，20(6)：54-56．

ZHANG Yan，CUI Yingchun．Temporary plugging fractal theory and its application study[J]．Natural Gas Industry，2000，20(6)：54-56．

 

本文作者：王先兵  易炳剛  歐陽偉  吳文剛  廖旭芳  殷悅琳

作者單位：中國石油川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院

  中國石油西南油氣田公司重慶氣礦

  中國石油西南油氣田公司天然氣研究院

  中國石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠

  中國石油西南油氣田公司采氣工程研究院