液体欠平衡钻井中的储层损害研究.pdf

第 2 6 卷 第 5期 2 0 0 9年 9月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI LI I NG FLUI D COM P LETI ON FLUI D Vo 1 ． 2 6 NO ． 5 Se p t ． 20 0 9 文章 编 号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 9 0 5 0 0 2 7 0 2 液体 欠 平衡钻 井 中的储 层损害研究 夏海英 兰林 董 波 中国石化西南油气分公 司工程技术研究 院油化研究所 ， 四川德 阳 摘 要 目前 中国针对 欠平衡钻 井的油气藏损害类型和方 式进行 的研究工作还 比较少 ， 这 必然会 阻碍欠平 衡钻 井技术 的进一步发展 。通过液体 欠平衡 钻井 中逆流 自吸和短 时间过平 衡对储层 的损 害实验 ， 分析 了液体 欠平 衡钻 井 中储层损害 的主要 方式及损 害程度。结果表明， 保持连 续欠平衡状态 ， 逆流 自吸作 用对储层 的损害较 小， 短 时间 过平衡可 以对裂缝储 层造 成较为严重的损害。 关键词 欠平衡钻 井； 水基钻井液 ； 地层损害 ； 自吸； 过平衡 中图分类号 TE 2 5 8 文献标识码 A 欠平衡钻井真的能消除储层损害吗针对此 问题 ， 许 多学者 发 表 了不 同的看法 ， 并 展 开 了相 应 的 研究 。D ． B ． B e n n i o n等 人l 1 ] 通过 实验研 究 指 出欠平 衡钻 井也 有很 多不 利方 面 。但 中 国针 对欠 平衡 钻井 过程 中 的油气层 损 害类 型和 方式 进行 的研 究还 比较 少 ， 兰林等 2 分析得出， 液体欠平衡钻井不可能完全 避免储层损害 ， 并建立了液体欠平衡钻井储 层损害 的评 价方 法 。针对 不 同类 型 的 岩 心 ， 实 验 研 究 了 液 体欠平 衡 钻井 中逆 流 自吸作 用和 短时 间过 平衡 钻井 对储层的损害情况 ， 为液体欠平衡钻井储层 保护技 术研究 提 供 了依据 。 l 逆 流 自吸 损 害研 究 1 ． 1 逆流自吸的基本原理 储集层岩石含有 大量 的孔径大小不等的孔隙， 这些 孔隙 相 当于一 系列 的毛 细管 。由于受 到润 湿 性 的影 响 ， 毛细管 中的两相 界 面并 不是 平面 ， 而是 一个 弯液面， 并且弯液面总是凸向润湿相一侧 。弯液面 两侧 的两 相压 力差 ， 定 义为 毛管 压力 ， 其计 算方 法 依 据 L a p l a c e公式 P 一2 e o s O ／ r ， 式 中， P 为 毛管压 力 ； 为两 相 界面张 力 ， N／ m； r为毛 管 半 径 ， tx m。毛 细管 自吸主要 受到 毛细 管 力 的 控 制 ， 润 湿 性 决 定 了 毛 管力 的大小 和方 向 。逆 流 自吸过程 是 非润 湿相 流 动方 向与 润湿 相吸 渗方 向相 反 的 自吸过程 。逆 流 自 吸作用对储层的具体损害程度如何 ， 则需要通过实 验研 究进 一 步考察 。 1 ． 2 实验评价结果 实验采用聚磺钻井液对具有不同孔径的低渗基 块 岩样 及高 渗基 块 岩 样 进 行 逆 流 自吸损 害 实 验 ， 结 ■ 果 如 图 1所 示 。 一 星 趟 融 图 1 a 低渗基块岩样 莹 ．Ijl L 量 m 。 ≤ 槲 图 1 b 高 渗 基 块 岩样 图 1 液体欠平 衡钻井过程 中储层渗透率变化情况 由 图 1 可 知 ， 液 体 欠平衡 钻 井过 程 中 ， 如果 保持 连 续欠 平 衡状 态 ， 逆 流 自吸可 以对 低 渗 基 质储 层 造 成一定程度的损害。这主要是 由于致密气藏大多数 为 水润 湿性 地层 ， 在 欠平 衡钻 进 时 ， 水 基钻 井液 中 的 自由水 与储 层 长期 接触 ， 即使 是 在井 底负 压情况 下 ， 自由水仍可在毛细管压力效应作用 下进入储层 ， 使 第一作者简 介 夏海英 ， 硕士 ， 1 9 7 5年 生， 主要从 事钻 井液 与完井液 、 储 层损 害与控 制理论及 技术 研 究工 作。地址 四J 省德 阳市龙泉 山北路 2 9 8 ； 邮政编码 6 1 8 0 0 0 ； 电话 0 8 3 8 2 5 5 1 5 0 3 ／ 1 3 5 6 8 2 3 5 6 1 4 ； E ma i l x h y l y my a h o o ． c o rn． c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 9年 9月 岩心的流动通道变窄 ， 进 口压力增加 ， 储层的渗透率 降低。但通过 自然返排， 进入岩心的部分流体被驱 出 ， 进 口压力逐 渐降 低 ， 渗 透率 可恢 复至 9 9 ． 5 ， 而 对高渗 基质储 层几乎 没有损 害 。这主 要是 由于 高渗 透储层 相对低 渗储 层 来说 其 孔 隙 较大 ， 产 生 的 毛 细 管力较小， 很难克服储层流体 的压力而进入储层 ， 因 此 ， 钻井 液与储 层接 触 时 就不 会 因毛 管压 力 而 对储 层造成 损害 。 2 非连续欠平衡钻井储层 损害研 究 2 ． 1 非连续欠平衡钻井产生的原因及危害 在 欠平 衡 钻井 过 程 中 ， 欠 平 衡 条件 的 连续 性 会 受到各 种因素 的干扰 ， 导致 间歇 的过平 衡压 力波动 。 由于储层 没有具 有 一 定 承压 能 力 的滤 饼 的保 护 ， 会 造成钻 井液 固相 和液 相 侵 入储 层 ， 产 生 损 害 。这 种 严重的侵入和损害通常超过 了常规的、 设计 良好的 过平衡 钻井液 所造成 的损 害 。 2 ． 2 实验评价结果 实验选用低渗透、 高渗透基质岩样及裂缝岩样 模拟非 连续欠 平衡 钻 井 状态 进 行 了 实验 ， 因短 时 间 过平衡 钻井 时产生 的正压 差小 于常规 钻井 过程 中的 正压差 ， 因此 实验选 用 的过平衡 压力 为 0 ． 4 MP a ， 钻 井液采 用聚磺 钻 井液 ， 实验 结 果 如 图 2所 示 。 由 图 2可知 ， 在欠平衡 钻井 段 ， 低 渗 和高 渗 基块 岩样 的实 验结 果与 1 ． 2中的结 果 相 同； 对于裂 缝岩 样 ， 由于液 相 同时侵入 裂缝 和基 块 ， 因此其 自吸速 率 明显 大 于 基块 岩样 的 自吸速 率 ， 但 由于 裂缝 宽 度 较基 块 岩 样 的孔 隙大 ， 产 生 的毛细 管力相 对较小 ， 其损 害程 度也 较小 。反 向施加 0 ． 4 MP a的正压 差 后 ， 低 渗 基块 岩 样刚开始的渗透率为 2 1 0 ／z m ， 为初始渗透率 的 7 6 ． 2 ， 但通 过 储 层 的 自然 返 排 ， 渗 透 率 可 恢 复 至 8 1 。对 于高渗 基质岩 样 ， 刚开 始 渗透 率 降低 至 7 1 ． 1 ， 但通 过储 层的 自然返 排 ， 渗透 率 可以恢 复至 8 5 ． 8 。这 主要 是 由于 在 正压 差作 用 下 ， 钻井 液 的 固相 进入储 层造成 孔 喉堵塞 ， 液相进 入储 层 ， 产 生水 相圈闭、 聚合物吸附和一些敏感性损害I 3 ， 因此储层 的渗透率有较大程度的降低。但由于基质岩样和高 渗透 岩样 的孔 隙相 对 较 小 ， 固相及 液 相 的侵入 深 度 较浅 ， 因此通过 自然返排均有较高的渗透率恢复值。 对于 裂缝岩 样 ， 反 向施 压后 渗 透 率仅 为原 始渗 透 率 的 6 0 ． 6 ， 这 主要是 由于裂 缝岩 样 有 较强 的应 力 敏 感性 ， 在正压 差作 用 下 ， 可 导致 裂 缝 宽 度增 大 ， 固相 颗粒和液相将沿裂缝长驱直入 ， 带来一系列损害问 题 。 自然返 排过 程 中 ， 裂缝 闭合 ， 仅 有部 分 固相 颗粒 和吸附滞留的处理剂会被排出， 进 口压力有所降低， 使最终渗透率恢复率仅为 6 8 ． 1 ， 储层损害严重 。 ．89 【／fK o2 ．6 2 6x． 1舛0．3 l u n2 1 ． 7 1 ． 6 1 ． 5 l 4 1 - 3 鎏 曹 塞 力 ’ 进 口 压 力 3 ．0 2 ．7 ＼一 一 j2 ．4000 ＼ x 1 0 -3 ．． 2 {2 ．1 0 ．4 MP a _ 2 ． 1 2 6 x 1 1 ．8 至 盔 藿 至 己 里 皇 竺 兰 苎 璺 。 i 图 2 a 低 渗 基 块 岩 样 0 0 3O l o ‘2 5 菩o -2 0 蓦0 ．1 5 0 ． 1 0 1 O O ． 0 0 曼 n 。 槲 姻 睦IOU - - 9 9 -0 8 1 0 -’ I n n ‘ 渗 透 率 I ～ 进 aL竺 主 j 4。 嚣 0 “3 7 2 鋈 普 耋 力 K 64． 1 5 x1 0 “ _ ／ 3 9 1 0 “i．1 m 1 0 tt m ．s 4 x ‘ 4 欠平衡 井段} 匕 雎 自 然 返排段 8 0 6 0 莹 l。 4 0 2 0鎏 J 0 3 o 0 3 5 0 0 5 0 1 o o 1 5 0 2 o 0 25 0 t l mi n 图 2 c 裂缝岩样 图 2 短时 间过平衡钻井 中储层渗透率变化情况 3 结论 1 ．液体欠平衡钻井过程 中， 保持全过程欠平衡 钻 井条件 下 ， 逆流 自吸作用 对储 层损 害较小 。 2 ．短 时间过 平 衡 钻 井 会 对 储 层 造 成 较 为 严 重 的损害 ， 但低渗基块岩样和高渗基块岩样通过 自然 返排可以得到较高的渗透率恢复值。裂缝发育的储 层 渗透率 恢复值 较 小 ， 储层 损 害严重 。 参 考 文 献 [ 1 ] B e n n i o n D B， Th o ma s F B ．Un d e r b a l a n c e d Dr i l l i n g o f Hor i z o nt a l W e l l sDoe s i t Re a l l y El i mi n at e For ma t i on Da ma g e [ R] ． S P E 2 7 3 5 2 [ 2 ] 兰林 ， 夏海英 ， 牛静 ， 等． 关于液体欠平衡钻井的储层损 害评 价[ J ] ． 钻井 液与完井 液， 2 0 0 8 ， 2 5 2 1 2 1 3 [ 3 ] 徐 同台 ， 赵敏 ， 熊友 明， 等．保 护油 气层技 术 [ M] ．北 京 石 油 工 业 出 版 社 ，2 0 0 3 收稿 日期 2 0 0 9 0 3 2 6 ； HGF0 9 0 5 W 7 ； 编 辑 汪桂 娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m