油基钻井液对储层伤害程度的室内评估.pdf

第 2 9卷 2 0 1 2年 第 3 期 5月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D C0M PLETI ON FLUI D Vb 1 ． 29 No． 3 M a V 2 01 2 【 理论研究与应用技术 】 油基钻井液对储层伤害程度的室 内评估 崔应中 ， 管 申2 7 李磊 ， 舒福 昌 ， 向兴金 1 ． 荆州市汉科新技术研究所 ，湖北荆州 ； 2 ． 中海油湛江分公司钻井部，广东湛江 ； 3 ． 长江大学石油工程学院，湖北荆州 崔应中等 ． 油基钻井液对储层伤害程度的室内评估 ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 3 1 3 - 1 5 ，1 8 ． 摘要针对油基钻井液的储层损害机理，室内评估了油基钻井液各个组分的储层损害程度，表明油基钻井液 造成储层伤害的主要因素是微细颗粒固相『 蓦害和润湿反转伤害，相渗透率伤害也是一个重要原因，油基钻井液更 容易对低渗储层或低渗区域造成损害，其各个单独组分对地层能够造成不同程度的伤害，但是由于能够严格控制 钻井液滤失和封堵性能，体系能够有效减少 固相和液相的侵入。这也说 明油基钻井液整体侵害并不是简单的各个 组分侵害的叠加，严格控制滤失和有效封堵是保护储层的主要手段。 关键词 油基钻井液 ； 地层损害 ； 钻井液性能 ； 中图分类号 T E 2 5 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 20 3 0 0 1 3 - 0 3 崖城 1 3 1 气 田是 中国南海海域 发现的第 1 个 大气 田，也是储量丰度高的特高产大气 田，该气 田 采用油基钻井液进行钻完井作业。油基钻井液本身 具有滤失量低、流体侵害少、 抑制性强、 地层稳定、 抗高温、性能稳定 、适用范围广等特点 ，而且滤液 为油相 ，能够避免水锁 ，这些均有利 于储层保护。 但是，油基钻井液也存在以下的损害 油相进入地 层使得有效流动面积减小 ，表面活性剂使油层发生 润湿反转 ，降低油相渗透率 ； 与地层水形成乳状液 而堵塞油层 ； 油气层中亲油固相颗粒运移和油基钻 井液 中固相颗粒侵入等。通过岩心流体驱替和返排 实验 ，对崖城 1 3 ． 1 气 田现场 的开钻油基钻井 液体 系进行 了单剂组分和整体体系的储层损害程度评估 性实验 ，根据临界返排压力和实验前后的渗透率变 化情况 ，来找 出和确定油基钻井液造成储层损害的 主要 因素和影响程度 [ 1 - 6 ] 。 1 不 同 因素对储层 污染 的影响 与室内配制油基钻井液的性能对 比见表 l 。 5 白油 2 ． 8 5 ％ 主乳 化 剂 vE RS AMU L 1 ． 1 4 ％ 辅乳化剂 V E R S A C O A T H F I ． 1 4 ％高温 降滤失剂 vE R S A T R OL HT 0 ． 5 7 ％润湿剂VE RS A WE T 0 ． 8 9 ％ 磺化沥青 S O L T E X 3 ．4 2 ％石灰 2 0 ％C a C 1 ， 水溶液 1 ． 7 1 ％有机土 VE RS AG E L H T 重 晶石 油水 比为 8 0 2 0 ，钻井液密度为 1 ． 0 5 ed c m。 表 1 现场开钻和室内配制油基钻井液的性能 注 F L ， 测量条件为 1 7 0℃、3 ． 5 MP a 。 崖城 1 3 ． 1 气田现场油基钻井液配方如下，其 由表 1 可知，现场开钻钻井液因为经过了充 第一作者简介 崔应 中，工程师，1 9 7 8年生，2 0 0 8年获得长江大学石油与天然气开发专业工程硕士学位，现在从事 钻井液方面的研究工作。地址 湖北省荆州市玉桥开发区月堤路 3 9号 ； 邮政编码 4 3 4 0 0 0；电话 1 3 9 8 6 7 0 3 9 0 2； E ． ma i l my 0 1 g o d 1 6 3 ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 钻 井 液 与 完 并 液 2 0 1 2年 5月 分的循环和水眼剪切 ，相对室内配制 的油基钻井液 具有更好的流变性能 ，高温高压滤失量只有 4 mL， 高温高压滤失泥饼很薄，有助于减少对储层的 伤害。 1 ． 1 5 白油 油基钻井液外相为油相 ，侵入地层后 ，会吸附 在岩石孑 L 喉及通道表面形成油层 ，导致流体有效流 动面积减小， 从而损害渗透率。岩心被 5 白油侵污 前后气测渗透率的实验数据见表 2 。实验结果表 明， 返排压力都很小，渗透率恢复值在 8 0 ％左右，白 油对储层存在一定 的相渗透率损害 ，而且相渗透率 伤害较为普遍 。 表 2 人造岩心被 5 白油侵污前后气测渗透率的实验数据 注 侵污实验条件为常温、3 ． 5 MP a 、3 0 mi n 。 1 ． 2乳化剂 乳 化 剂 是 油 基 钻 井 液 的主 要 处 理剂 ，属 于 表面活性剂类 型 ，进入储层 会吸附和 附着在 流动 通道壁 面和孔喉处 ，影响油气 的流动。乳化 剂对 岩心渗透率 的影响见表 3 。侵污体系为 5 白油 1 ． 1 4 ％V E R S A C OA T HF 2 ． 8 5 ％V E RS AMUL 。从实 验结果来看，返排压力都较小，而且渗透率恢复值 都 比较高 ，说明乳化剂对储层产能的影响有限。 表 3 天然岩心被乳化剂侵污前后气测渗透率的实验数据 注 为 Y C1 3 ． 1 ． 4井主力储层陵水组井深 4 0 3 8 ． 5 2 ～ 4 0 4 4 ． 6 5 11 1 的天然岩心 ；侵污实验条件为常温、3 ． 5 MP a 、 30 ra i n。 1 ． 3 润湿剂 由于润湿剂的润湿反转使得岩石表面从亲水 变成亲油 ，油相和钻井液中的亲油胶体更容易附着 在亲油的通道和孔喉表面 ，使气体的有效流通面积 减小，储层渗透率下降。侵污体系配方为 5 白油 0 ． 5 7 ％V E R S A WE T， 其对岩心渗透率的影响见表 4 。 由此可知 ，因为低渗岩心本身孔喉和流动通道较小 ， 亲油和油性物质的附着和黏附导致本来就很小的孔 喉和流动通道变得更加狭小 ，所以损害表现 比渗透 率高的岩心更明显 。 表 4 岩心被润湿剂体系侵污前后气测渗透率的实验数据 注 为 Y C1 3 1 - 4井主力储层陵水组井深 4 0 3 8 ． 5 2 ～ 4 0 4 4 ． 6 5 n l 天然岩心 ； 侵污实验条件为常温、 3 ． 5 MP a 、 3 0 mi n 。 1 ． 4 油 包水乳液 油包 水乳液是 因为乳化 液滴很小 ，容易进 入 岩心孔道 ，堵塞孔喉 ，造成气体流动阻力增大，从 而造成储层伤害。侵 污体 系配方为 5 白油 1 ． 1 4 ％ V E R S AC O A T H F 2 ． 8 5 ％V E R S AMuL 2 0 ％ 的 C a C 1 2 盐水 ，其 中油水比为 8 0 2 0 。如表 5 所示 ，乳状液 体系侵污后 ，低渗岩心的渗透率损害率较大 ，油包 水乳液对储层有一定 的伤害。 表 5 岩心被油包水乳液侵污前后气 测渗 透率的实验 数据 注 侵污实验 条件为常温、3 ． 5 MP a 、3 0 rai n；“ 为 Y C1 3 ． 1 ． 4井主力储层陵水组井 深 4 0 3 8 ． 5 2 ～4 0 4 4 ． 6 5 1 T I 天然 岩心重复利用第 2次。 1 ． 5有机土 有机土作为亲油黏土，在浆体 中以微粒形式存 在 ，更容易进入孔喉通道 ，造成 固相堵塞。侵污体 系配方 为 5 白油 1 ． 7 1 ％VE R S AG E L HT，岩心 被 有机土体系侵污前后 的气测渗透率如表 6所示 。由 表 6可知 ， 有机土对不同渗透率岩心普遍存在伤害。 分析认为 ，有机土是膨润土通过表面活性剂处理而 制成的亲油膨润土，在油相中能够分散呈细分散固 相颗粒 ， 容易侵入孔喉和流动通道 内造成 固相堵塞 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 9 卷 第 3 期 崔应 中等 油基钻井液对储层伤 害程度的室 内评估 1 5 相对容易侵害较大的孔喉通道 ， 就不会进一步产生深度损害。 但是一旦形成封堵 1 ． 7 开钻 油基钻井液 对储层 的影响 表 6 岩心被有机土体系侵污前 后气测渗透率 的实验数据 注 侵污实验条件 为常温、3 ．5 MP a 、3 0 mi n；“ 为 YC1 3 1 4井主力储层陵水组井深 4 0 3 8 ． 5 2 ～4 0 4 4 ． 6 5 I l l 天然 岩心重复利用第 2次，其他为人造岩心； D为渗透率损害率。 1 ． 6 降滤 失剂 油基钻 井液降滤失 剂作为 固相 颗粒材料 ，不 仅会在岩心表面形成封堵 ，小的颗粒也会进入岩心 孔道 ，堵塞孔 道和孔 喉，造成渗 透率 的下 降。岩 心被不 同降滤失 剂侵污前后气测渗透率 的变化见 表 7 侵 污 体 系配方 为 5 白油 1 ． 1 4 ％ 降 滤 失剂 VE RS A T R O L H T 、表 8 侵污体系配方为 5 白油 0 ． 8 9 ％S OL T EX 表 7 人造岩心被 V E R S A T RO LHT 侵污前后气测渗透率的变化 注 侵污实验条件为常温、3 ． 5 MP a 、3 0 mi n 。 表 8 人造岩心被 S O L T E X侵污 前后气测渗透率的变化 注 侵污实验条件为常温、3 ． 5 MP a 、3 0 mi n 。 由此可知，2种 降滤失剂材料侵污岩心后 ，会 造成岩心渗透率的下降，渗透率损害率基本在 1 5 ％ 左右 ，对岩心渗透率存在一定的伤害。 以崖城 1 3 1 气 田现场取 回的开钻油基钻井液 作为评价对象，评估油基钻井液整体对岩心损害的 情况 ，结果见表 9 。由表 9可知，侵污后返排压力 都小于 2 MP a ，容易返排，返排后岩心渗透率恢复 值均在 9 1 ％ 以上 ，说 明油基钻井 液与单独 组分还 是存在较大差异 ，油基钻井液整体对岩心侵害小 。 表 9 岩心被崖城 1 3 ． 1 现场开钻油基钻井液侵污的实验数 据 注 侵污实验条件为常温 、3 ． 5 MP a 、3 0 mi n 。 1 ． 8 现场油基钻井液对储层的影响 通过进行油基钻井液各组分及整体对岩心渗透 率的影响评价实验 ，得出各组分对储层影响程度 的 评估结果 ，如表 1 0所示。由此可知 ，润湿剂 、有 机土和油包水乳液相对其他组分更容易造成岩心渗 透率下 降， 现场开钻钻井液反而对岩心 的侵害有限。 表 1 0 油基钻井液组分对储层伤 害程度评估表 组分或体系 渗透率损害率 ／ ％ 5 白油 乳化剂 V E R S A MUL、VE RS AC O A T HF 润湿剂 VE R S A WE T 油包水乳液 有机土 V E R S A GE L H T 降滤失 剂 V E R S A T R OL HT 降滤失剂 S O L T E X 1 9． 0～ 28． O 0～ 5． 8 1 6． 0～ 49． 0 1 3 ． 5～ 3 2- 3 3 0 ． 0～ 4 9 ． 0 1 4． 0～ 27． 0 7． 0～ 1 7． 0 现场开钻 VE RS AC L E A N油基钻井液 1 ．4 ～8 ． 3 分析认为 ，现场为了加强储层保 护，将油基钻 井液的高温高压滤失量控制在 6 mL左右，油基钻 井液本身具有 良好 的滤失和封堵性能 ，能够在岩心 上形成高质量泥饼 ，阻止了钻井液各个组分尤其是 细颗粒固相材料对储层深处 的侵害 ，所以对岩心渗 透率影响很小 ，具有 良好 的储层保护效果 。 下转第1 8 页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 2年 5月 由表 2可知 ，在海上使用的甲酸钾钻井液 中加 入 I ％F R T - 1 后 ，其高温高压滤失量为 1 2 mL，且钻 井液流变性符合钻井工艺要求 。说明 F R T - 1 在 甲酸 钾钻井液 中体现出较好的降滤失性能。 F R T - 1 在 聚磺钻 井液 中 的加 量为 1 ． 0 ％～ 1 ． 5 ％ 时 ，体现出较好的降滤失 『生能。 3 结论 1 ． 由丙烯腈 A N 、2 一 丙烯酰胺基 一 2 一 甲基丙 磺 酸 A MP S和带 侧环取 代基 乙烯 单体 C V ， 采用水溶液聚合方法，制备了新型抗高温聚合物降 滤失剂 F R T - 1 。 2 ． F R T - 1 在淡水基浆 、盐水基浆、海水基浆 中 均体现出较好的降滤失性能。加入 1 ％ 的F R T - 1 ， 可将淡水 、盐水、海水基浆高温高压滤失量分别降 低 5 0 ％、7 8 ％、8 3 ％。同国外市场样 品相 比，其降 滤失性能达到同等水平 。 3 ． 在甲酸钾钻井液中加入 1 ％F R T - 1 ，可将钻井 液高温高压滤失量 1 5 0 o C 控制在 1 2 m L ，体现出 较好的降滤失性能。 o●0● ●口●o●o●o●0●o●o● ●o● ●o●o●o●o●o●o● 上接第1 5 页 2 结论 1 ． 油基钻井液各单独组分和整个钻井液对储层 的损害程度按照从大N／ ] , N序排列为 有机土 润 湿剂油包水乳液 5 白油降滤失剂 乳化剂 现场开钻油基钻井液。需要说明的是 ，这里没有考 虑乳化剂与地层水作用形成乳化封堵的影响。 2 ． 油基钻井液造成储层伤害的主要因素是微细 颗粒固相侵害和润湿反转伤害 ，相渗透率伤害也是 一 个重要原 因。 3 ． 油基钻井液更容易对低渗储层或低渗区域造 成损害。 4 ． 油基钻井液各单独组分对地层能够造成不 同 程度的伤害，但是形成体系并严格控制钻井液滤失 和封堵性能后 ，能减少固液侵人 。这也说 明油基钻 井液整体侵害并不是简单的各个组分侵害的叠加。 5 ． 现场作业时，调控和维护好油基钻井液的稳 定性 ，尽量控制较低 的滤失量 以及加强封堵 ，是预 4 ． 在聚磺钻 井液 中加入 1 ％～ 1 ． 5 ％F R T - 1 ． 可将钻井液高温高压滤失量 1 8 0℃ 控制在 2 5 mL 左右，体现出较好的降滤失性能。 参 考 文 献 [ 1 】 夏小春，赵志强 ，郭磊 ，等 ． 国外 HT HP水基钻井液 的研究进展 [ J ] ． 精细石油化工进展，2 0 1 0 ，1 1 1 0 1 ． 8 ． [ 2 ] P e r r i c o n e A C，E n fi g h t D P ，L u c a s J M． V i n y l s u l f o n a t e c o p o l y me r f o r h i g h --t e mp e r a t u r e f i l t r a t i o n c o n t r o l o f wa t e r - b a s e d mu d s [ R ] ．S P E 1 3 4 5 5 ，1 9 8 6 ． [ 3 ] h i l l e M ，h o e c h s t A G． Vi n y l s u l f o n a t e ／ v i n y l a mi d e c o p o l y me r s i n d r i l l i n g f l u i d f o r d e e p， h i g h t e mp e r a t u r e we l l s [ R 】 ． S P E 1 3 5 5 8 ，1 9 8 5 ． [ 4 】 Di c h e r t J J ，h e i l we i l J I ． A d d i t i v e s s y s t e ms for c o n t r o l o f fl u i d l o s s i n a q u e o u s d r i l l i n g fl u i d s a t h i g h t e mp e r a t u r e s [ P ] ． US P N 4 6 2 6 3 6 2 ． [ 5 ] T h a e mL i t z C J ，P a t e l A D，C o ffin Ge o r g e ，e t a 1 ．A Ne w E n v i r o me n t a l l y 、 s a f e h i g h t e mp e r a tur e ，wa t e r b a s e d d r i l l i n g fl u i d s y s t e m[ R ] ． S P E 3 7 6 0 6 ，1 9 9 7 ． [ 6 ]6 王中华 ． 钻井液化学品设计与新产品开发 【 M] ． 西安 西 北大学 出版社 ，2 0 0 6 ． 收稿 日期2 0 1 1 - 1 1 - 1 0 ；H GF 1 2 0 2 F 7 ；编辑付 王 月 颖 曲●o● ●o●o●o●o● o●o●o●o●o●o●o●o● 防各项侵害的主要措施 。 参 考 文 献 [ 1 】 田荣剑， 罗健生， 王楠， 等 ． 钻井完井液储层损害室内评 价关键技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 0 ，2 7 6 1 6 1 9 ． [ 2 ] 舒勇，鄢捷年，李志勇，等 ． 低孔低渗高压砂岩储层损 害机理及保护技术研究 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 8 ，2 5 6 1 7 - 1 9 ． [ 3 ] 吴娟 ， 康毅力， 张浩 ， 等 ． 储层损害的岩石力学 一 化学耦 合作用研究进展 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 7 1 7 6 - 8 1 ． f 4 ] 白晓东 ，蒲晓林 ． 国外保护储层的油基钻井完井液新技 术研究与应用 [ J ] ． 精细石油化工进展 ， 2 0 0 5 ， 6 1 2 1 2 1 4， 1 7． [ 5 ] 陈武，赖璐，梅平 ． 油 田作业液储层损害机理试验研 究 [ J ] ． 石油天然气学报，2 0 0 9 ，3 1 3 9 5 9 8 ． 【 6 ] 余可芝，李 自立，耿铁 ，等 ． 油基钻井液在番禺 3 0 ． 1 气 田大位移井中的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 l ， 2 8 2 5 - 9 ． 收稿 日期2 0 1 1 - 1 2 2 0 ；HG F 1 2 0 3 N6 ；编辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m