保护高孔高渗储层的钻井完井液体系.pdf

第 2 5卷 第 1期 2 0 0 8年 1月 钻 井 液 与 完 并 液 DRI LL I NG FL UI D COMPL ETI ON FLUI D Vo 1 ． 2 5 NO ．1 J a n u ．2 0 0 8 文章 编 号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 8 0 1 0 0 0 9 0 3 保护高孑 L 高渗储层的钻井完井液体 系 赵峰 唐洪 明 孟英峰 王春华 廖纪佳 “ 油气藏地质及开发工程” 国家重点实验室 西南石油大学 ， 四川 t 成都 摘要 高孔高渗储层 由于孔喉粗大， 孔径分布范围广 ， 富含敏感性矿物， 在作业过程 中易受到损害。从分析高孔 高渗储层地质特征入手， 结合室 内模拟实验， 研究了高孔高渗储层损害机理。结果表明其损 害机理主要为 固相侵入 、 聚合物的吸附滞留以及与液相侵入相关的损害。优选 出了无固相 弱凝 胶钻 井液 和破 胶完井液为开发高孔高渗储层 的体系。在南海 M 油 田 6口井的试验结果表 明， 该无固相钻 井完井液性能稳定， 具有较强的抗温抗盐能力和抗机械 降解能力 ， 抑制性好 ， 滤失量较小， 钻井速度快 ， 有利于高孔高渗储层的安全钻进， 并具 有良好的储层保护效果。 关键词 钻井完井液 无 固相弱凝胶 破胶剂 防止地层损害 高孔高渗储层 中 图分 类 号 TE2 5 4 ． 3 文 献标 识 码 A 高孔高渗储层由于孔喉粗大 ， 且富含敏感性矿 物 ， 在钻井完井过程 中易受到损害。但是， 高孔高渗 储 层本 身 物性 好 ， 即使 产 生损 害依 然 具有 一定 的产 能 ， 所以其储层保护问题一直没有得到重视 ， 但过高 的储层损害会导致最终采收率降低。从高孔高渗储 层地质特征人手， 结合室内模拟实验， 研究了其储层 损害机理 ， 优选出了适合高孔高渗储层的钻井完井液 体系 ， 并对其储层保护效果进行了评价。 1 高孔高渗储层特征及 其损害机理 1 ． 1 储层基本地质特征 高孔高渗砂岩储层孔喉粗大 ， 孔径分布范围广， 胶结物 以泥 质 胶 结 为主 ， 敏感 性 较 强 。以绥 中 3 6 1 油 田和秦皇 岛 3 2 6油 田为例[ 】 ] ， 储 层孔 隙度在 2 O ～ 4 o 之间 ， 渗透率为 0 ． 1 1 0 ～1 0 g ． m z ， 平均渗透 率在 2 0 0 0 1 0 ／ z m z以上 ； 储 层 孔 喉半径 主要 分 布 在 5 ～6 3 m 之间 ， 最大孔 喉半 径在 2 0 0 m 以上 ； 储 层泥质胶结物含量 平均 为 9 左右 ， 黏 土矿物 主要 为 蒙脱石、 伊利石和高岭石。 1 ． 2 储层损害机理 1 ． 2 ． 1 固相侵入 高孔高渗储层孔喉粗大， 在正压差作用下钻井液 中的固相会侵入储层， 堵塞孔喉。储层渗透率越高， 固相侵入深度越大， 损害程度就越大。利用毛管流动 孔隙结构仪测试 了钻井液损害前后岩心的有效渗流 喉道分布情况 ， 结果如 图 1 所 示 。 1 0 o o 怡 6 O 厘 4 O 凶 2 O O 口损害后 匡 ～ O ． 2 5 0 ． 2 5 -4 ．5 0．5 ～1 ． 0 1 ． O ～2 ． 5 2 ． 5 - 5 ． 0 有效渗流 喉道 直径／ u m 图 1 钻井 液 损 害前 后 岩 心有 效 渗 流喉 道 分布 对 比 由图 1可以看 出， 钻井液损害后 岩心 大尺寸喉道 分布明显减少 ， 小尺 寸喉 道分 布增加 ， 说 明 固相在储 层孔喉处造成 了堵塞 。这会 缩小流体 的渗流通道 ， 使 储层渗透率变小。对损害后岩心进行扫描电镜观察 ， 也可 以发现 ， 固相在孔 喉处产 生了堆积 ， 如图 2所示 。 图 2钻井液中的固相堵塞孑 L 喉 1 ． 2 ． 2 聚合 物的吸附滞留 在正压差作用下 ， 聚合物钻井液中的聚合物会 侵入储层 ， 其分子链吸附在某些孔喉处 ， 在不同程度 第一作者简介 赵峰 ， 在读博 士研究生， 1 9 8 0年生， 主要从事开发地质、 储层损害机理与保护措施方面的研 究。地址 四川省 成都市新都 区西南石油大学博士 2 0 0 5级 ； 邮政编码 6 1 0 5 0 0 ； 电话 0 2 8 8 3 0 3 2 8 0 6 E - ma i l z h a o f e n g 9 8 0 0 3 9 s o h u ． c o rn。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8年 1月 上对储层造成损害 ， 见图 3 。岩心流动实验结果表 明 ， 大多数聚合物是通过堵塞孑 L 喉和提高剩余水饱和度 而损害储层 的 ， 其损 害程 度 与聚合 物 的结 构 、 分 子 量 及吸附量等 有关 。侵 入储 层 的聚 合物 的分 子链 刚 性 越强 、 分子量越 大和 吸 附量越 大 ， 对储 层 渗透 率 的损 害越严重 。聚合 物分 子在 多孑 L 介质 中滞 留包括 聚合 物的物理吸附和聚合物分子在 狭窄孑 L 道 的机 械捕集 ， 其结果均导致储层渗流通道变小， 渗透率降低。 图 3聚 合物 分 子在 岩 石 颗粒 表 面 吸附 滞 留 1 ． 2 ． 3 液相侵入 引起的损 害 在正压差作用下 ， 聚合物钻井液中的液相会侵入 储层 ， 对储层造成 与液相侵入相关 的损 害 。高孑 L 高渗 储层一般 富含 自生 敏感性矿 物 ， 包 括蒙 脱石 、 伊／ 蒙 间 层、 伊利石和高岭石等， 因此钻井液滤液侵入储层后， 可引发各 种类 型 的敏感 性损 害 。液 相侵 入后 与地 层 流体不 配伍 时会 生成 C a C O 3 、 C a OH 等 沉淀 ， 堵 塞 孑 L 喉 。 2 钻井完井液优选及储层保护效果评价 2 ． 1 保护高孔高渗储层钻井液优选 高孑 L 高渗储 层最 主 要 的损 害机 理 为 固相 侵 入 ， 因此 在钻井 完井 过 程 中要 尽 量避 免 固相 侵 入储 层 。 但是 由于高孑 L 高渗储层孑 L 径分布较广 ， 要进行有效 的屏蔽暂堵较困难， 因此许多研究 者推荐使用不加 固相 的钻井 液来减 弱或消 除这 种损 害[ 4 。 ] ， 同时 使 用 轻微 过平衡 钻井 技 术 ， 以尽 量 降 低液 相 侵 入 导 致 的 储层 损害 ， 达 到保 护 储 层 的 目的 。通 过 实 验 优选 出 无 固相 弱凝胶 钻井液 配方 如下 。 K C I 盐 水 0 ． 1 烧 碱 0 ． 2 纯碱 5 ． 0 有 机淀 粉 3 ． 0 聚合 醇 0 ． 3 增 黏 剂 0 ． 7 降 滤 失剂 HC OoNa 加重剂 该无 固相 钻井液具 有较 强 的抗 温抗 盐 能力 和抗 机械 降解 能力 ， 抑 制 性 好 ， 静 滤 失 量 和 动 失 水 量 较 小 ， 因此 用该钻井 液钻 井可 以减少 进入 储层 的液 相 ， 控制液 相与液相 不配伍 造成 的储层损 害。 2 ． 2 单一钻井液动态损害评价 1 实验样 品 的选取 。采用 南 海 M 油 田储 层 岩 心 。该储 层岩性 为 细 ～ 中 岩屑 石英 砂 岩 ， 颗 粒 呈 次 棱 ～次 圆状 ， 分选 中等 ， 渗透率 为 1 0 0 1 0 _ 。 ～8 0 0 0 1 0 m ， 平均为 3 0 0 0 1 0 m ， 有效孑 L 隙度为 l 2 ． 8 ～2 8 ． 4 ， 属高孑 L 高渗储层 。储层泥质胶结 物含 量平均 为 6 ． 7 ， 黏 土矿 物 以高岭 石 为主 ， 其 次 为伊 ／ 蒙 间层和伊 利石 。 2 实 验 步骤 。① 将 岩 心 洗油 、 烘 干 ， 抽 真空 ， 饱 和地层水 2 4 h以上 ， 用煤 油驱替建立束缚水饱 和 度 ； ②用煤 油正 向测定 岩心 油 相 渗透 率 K。 ； ③ 用 钻 井液 在 2 MP a正压 差 下 污 染岩 心 2 h ； ④ 正 向测 返 排油 相 渗 透 率 K ， 计 算 岩 心 渗 透率 自然 返 排恢 复 率 J 实 验结果 见表 1和表 2 。 表 1 单 一钻 井液 动 态 损 害 评 价 结 果 注 K 为气测渗透率 ； K一 为钻井液循 环过程 中岩 心最 小近似渗透率 ； j 为渗透率恢复率。 表 2 钻 井 液 循 环 过 程 中滤 失量 和 岩 心 渗 透 率 的 变 化 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5 卷 第 1期 赵峰 等 保护高孔 高渗储层 的钻 井完井液体 系 由表 1和表 2可 以看 出 ， ①在 钻井液 循环 5 rai n 后， 岩心渗 透率为 0 ． 1 3 5 6 x 1 0 ～0 ． 2 5 4 9 x 1 0 - 。 p m。 ， 下降幅度在 9 9 ． 7 4 以上 ； 5 m i n后钻井液滤失 量趋于稳定 ， 1 岩心 在循 环 1 0 、 3 0 、 6 0 、 9 0和 1 2 0 mi n 时的滤失量分加为 1 ． 2 、 2 ． 0 、 3 ． 0 、 3 ． 9和 4 ． 9 mL， 滤失 量增量 稳定 在 0 ． 8 ～1 ． 0 mI 之间 ， 说 明钻 井液在循 环 5 m i n后能形成 较致 密 的泥 饼 ； ②钻 井 液循 环 2 h的 滤失量 为 4 ． 9 ～5 ． 8 mL ， 平均 为 5 ． 5 mL； ③钻 井液循 环 2 h后 ， 岩心渗透率恢复率为 1 4 ． 8 9 ～2 7 ． 0 4 ， 平均 为 2 1 ． 7 6 ， 说 明单 一钻 井液 的储层 保 护效 果较 差 。综上所述 ， 无固相钻井 液能在 循环 5 m i n内形成 较致密 的泥 饼 ， 钻 井液 滤失 量较 低 ， 但 储层 保 护效 果 欠佳 ， 渗透率返排恢 复率低 。 2 ． 3 完井液选择及储层保护效果评价 由于无固相钻井液中的聚合物为高分子， 其分子 链长 、 体积大 、 黏度高 ， 一 旦被挤 入地层 ， 容易 吸附 、 滞 留在孔隙 中， 造成油流 受阻 、 油 井产能 降低 。因此 ， 必 须对钻井液损 害后 的储层进 行破胶 ， 有效清 除侵入 储 层的有机固相和聚合物 ， 恢复储层渗透率 。目前主要 的破胶方式有 氧 化剂 破胶 、 酶化 学 破胶 和 酸破 胶_ 8 ] 。 实验采用氧 化剂 破胶 方式 。实验 流 程 将 岩 心洗 油 、 烘干 ， 抽真空饱和地层水 2 4 h以上 ， 用煤油 驱 替建立 束缚水饱和度 ， 正向测试岩心油相渗透率； 在 2 MP a 正压差下用钻井 液污染 岩心 2 h ， 将 实 验岩 心取 出浸 泡在破胶完井液 中， 浸泡 3 d后取 出， 正 向测定油相渗 透率 ， 结果 见表 3 。通过 实验 优选 出 P R D破胶 液 ， 其 配方如下 。 盐水 2 ． 0 黏土 稳定 剂 1 ． 5 氧 化破 胶 剂 0 ． 2 助排剂 表 3 P R D破胶 完 井 液解 堵 评价 实验 结果 5 6 7 8 9 6 3 5 7 8 7 5 5 5 3 3 1 4 5 ．3 2 6 8 ． 24 8 2 ．6 7 1 3 4． 2 O 5 8_ 5 1 66 ． 6 2 47 ．4 5 9 2． 3 5 8 5 ．7 4 8 O． 5 9 8 3． 6 5 由表 3 可 以看 出， 实验 岩 心在 P R D破 胶液 中浸 泡 3 d后 ， 岩 心渗 透率 自然 返排 恢 复率 为 8 0 ． 5 9 ～ 9 2 ． 3 5 ， 平均为 8 5 ． 5 8 ， 相对单一钻井液损害后的 实验结果， 渗透率返排率有较大幅度 的提高。破胶液 浸泡 增大储 层返 排效 果 的主要 机 理是 通过 降解 一些 堵塞在储层孔 喉的高分子量 聚合 物 ， 使之 形成较 小 的 分子片， 解除高分子的黏弹效应， 使内外滤饼得到有 效 的清除， 恢复储层渗透率 。 3 现 场 应 用 该钻 井完井液在南海 M 油 田 6口井进 行 了试 验 应 用 ， 均 取得 了良好 的效果 。X L - 3井是 一 日定 向井 ， 设 计井深为 2 9 8 7 ． 7 3 m， 井底位移为 6 3 4 ． 2 5 m。在钻 至储层段后开始使用无固相弱凝胶钻井液， 循环均匀 后钻井 液密度为 1 ． 0 6 g ／ c m3 ， 塑性 黏度 为 2 1 m P a s ， 动切力为 1 2 P a ， p H值为 8 。在钻进过程 中有效使用 固控设备 ， 并 加入 处 理剂 胶液 、 甲酸 盐对 钻井 液 进行 维护 。该 井顺 利 完钻 ， 然 后采用 裸 眼 完井 ， 用 破 胶液 浸泡储层 3 d后获高产 ， 产油量 为 6 7 ． 2 t ／ d ， 产气量 为 2 8 5 0 m3 ／ d 。总体上看 ， 无 固相 弱凝胶 钻井 完井 液性 能稳定 ， 钻井速度快 ， 有 利于工程 施工 和井下安 全 ， 并 具有 良好 的储层保 护效 果 。 4 结论 1 ．高孔高渗储层 在钻井 完井 过程 中的主要损 害 机理为固相侵入、 聚合物吸附滞 留和与液体侵入有关 的损害 。 2 ．优选 出了无 固相 弱凝 胶钻 井液 和破胶 完井 液 作 为高孔高渗储层钻井完井液体 系。 3 ． 该钻 井完井液在 现场 应用 中取得 了良好 的效 果 ， 说明其可用于保护高孔高渗储层。 参 考 文 献 [ 1 ] 任晓宁 ， 赵立强 ， 刘平礼 ， 等． 渤海 S Z 3 6 1 油 田深 部解 堵 技 术 及 应 用． 海 洋 石 油 ， 2 0 0 6 ， 2 6 2 2 3 2 7 [ 2 ] 黄立新 ， 王昌军 ， 罗春芝 ， 等． 秦 皇岛 3 2 6油 田储层保 护 技术的研究． 中国海上油气 工程 ． 2 0 0 0 ， 1 2 1 3 7 3 9 [ 3 ] 李玉光． 海洋石油高孔高渗油 田开发储层保 护研究． 中 国海上油气 工程 ． 2 0 0 1 ， 1 3 4 4 2 4 7 [ 4 ] 杨玻 ， 黄林基． 无 黏土低 固相 甲酸盐钻井液． 钻 采工艺 ， 2 001， 24 4 5 8 ～ 6 0 [ 5 ] 张斌 ， 杜小 勇． 无 固相弱凝 胶钻井 液技术． 钻井 液与完 井液 ， 2 0 0 5 ， 2 2 5 3 5 3 7 [ 6 ] 尤源 ， 张洁． 一种无 固相 钻井液 的研制及应 用． 天然气 工 业 ， 2 0 0 6 ， 2 6 3 7 8 8 0 [ 7 ] 沙东 ， 汤新 国． 甲酸盐无 固相钻井液体 系在大港滩海地 区的应用． 石油钻探技术 ， 2 0 0 3 ， 3 1 2 2 9 3 2 [ 8 ] 马美娜 ， 许明标 ， 唐海雄 ， 等． 有效降解 P R D钻井液的低温 破胶剂 J P C室内研究． 油田化学， 2 0 0 5 ， 2 2 4 2 8 9 - 2 9 1 收 稿 日期 2 0 0 7 0 7 2 6； HGF0 8 1 A4； 编 辑 张 炳 芹 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m