保护缝洞性碳酸盐岩储层的钻井液技术.pdf

第 2 9卷 2 0 l 2年 第 6期 l 1月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLUI D 、 ， o 1 ． 2 9 No． 6 No v ．201 2 【 理论研究与应用技术 】 保护缝洞性碳酸盐岩储层的钻井液技术 杨兰田 ， 耿云鹏 ， 牛晓 ， 鄢捷年 ， 赵珊珊 1 ． 中石化西北油田分公司工程技术研究院，新疆乌鲁木齐 ； 2 ． 中国石油大学 北京 石油工程学院，北京 杨兰田等 ． 保护缝洞性碳酸盐岩储层的钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 6 1 7 ． 2 0 ． 摘要塔里木盆地玉北地区储层损害机理主要表现为碱敏程度 中等偏强，储层水锁损害严重。针对以上损害 机理，通过加入理想充填暂堵剂、无荧光仿沥青和超低渗透成膜剂，形成了钻井液优化配方，其高温高压滤失量 可降至小于 1 2 mL ，岩心渗透率恢复值可达 8 5 ％ 以上，达到储层保护的要求 ； 建立了暂堵剂粒度分布与储层裂缝 宽度上限值之问的匹配关系 当缝宽上限小于 1 5 0 u m可使用超细碳酸钙 ；当储层缝宽上限值大于 1 5 0 p m之后， 应使用超低渗透成膜剂和无荧光仿沥青。玉北 5井和玉北9井的现场试验表明， 所使用的优化四开钻井液性能优良， 井浆的岩心渗透率恢复值达到 8 7 ％ 以上，对储层的保护达到预期效果。 主题词 缝洞性 ； 低渗碳酸盐岩储层 ； 损害机理 ； 防止地层损害 ； 聚磺钻井液 中图分类 号 T E 2 5 4 - 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 o 2 O 1 2 o 6 0 0 1 7 0 4 塔里木盆地麦盖提斜坡玉北地 区位 于新疆维吾 尔自治区和田地区墨玉县境内，属于奥陶系低渗缝 洞性碳酸盐岩油气藏，是中石化西北油田分公司主 要勘探新 区。针对该 区开展储层保护技术研究 ，对 及时发现 、评价油气层 、提高单井产能和高效开发 油气藏均具有重要意义 [1 -2 ] 。 1 玉北地 区碳 酸盐岩的储层 特性 根 据 玉 北 1井 储 层 资 料 ，该 区 主要 目的 层 为奥 陶系鹰 山组 ，储 集空 间为裂缝 ． 弱 溶蚀孔 洞 型。储层基质渗透率极低，岩心渗透率主要分布在 0 ． 1 1 0 一～0 ． 1 01 0 p ． m 之间，储层岩心孔隙度主 要分布在 O ． 5 ％～5 ． 0 ％ 之间， 平均孔 隙度为 2 ． 0 1 4 ％。 储层 的裂缝 特征如下 奥 陶系风化壳 以立缝 、 斜交缝最发育 ，水平缝几乎不发育 ，裂缝 的一般宽 度 为 0 ． 0 5 ～0 ． 2 5 mm，最长 5 7 C I I 1 ；裂缝密度 平均 为 1 ． 3 6条 ／ m； 裂缝 以中缝为主 8 4 ． 4 ％ ， 小缝次之 ； 裂缝 以未充填状 为主 7 0 ％ ，不 规则溶缝充填有 亮晶方解石 ，少见泥质充填 ； 其开启程度 良好 ，但 连通性较差 ，裂缝宽度变化大。 2 玉北地 区储层敏 感性评价 由于玉北地区碳酸盐岩储层基质渗透率低 ，因 此采用 “ 人工造缝法”【 3 对玉北 3井储层岩心预处 理后 ，进行敏感性实验及应力敏感性实验。为准确 评价低渗透率储层水锁损害程度，采用玉北 3 井原 始岩心开展 了水锁评价实验 ，部分实验结果见表 1 、 图 1 和图 2 。 表 1 玉北 3井储层岩心碱敏实验结果 岩心 不同 p H值下的盐水渗透率 ／ 1 0 I x m 碱敏损 碱敏 编号 7 ．0 9 ． 0 1 1 ． 0 1 3 ． 0 害率 ／ ％ 程度 注 碱敏损害平均值为 5 0 ． 6 9 ，中等偏强。 实验结果表明 玉北地区碳酸盐岩储层岩心速 敏、水敏及盐敏损害程度均为弱 ，不存在酸敏 ，碱 敏 损害 中等偏 强 ；水锁效应 明显 ，当岩心含水饱 第一作者简介 杨兰田，1 9 6 8年生，2 0 0 2年毕业于中国石油大学 华东 石油工程专业，现任中国石化西北油田分 公司工程技术研究院副院长。地址 新疆乌鲁木齐市长春南路4 6 6号西北油田分公司工程技术研究院耿云鹏收 ；邮政编码 8 3 0 0 1 1；电话 0 9 9 1 3 1 6 1 1 5 7 ／ 1 3 2 0 1 2 1 4 3 2 4； E ． ma i l g e n g y u n p e n g h o t ma i l ． c o m。 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1 1月 和度达到 6 0 ％以上，储层岩心渗透率损害率达到 6 0 ％ 7 0 ％ 以上 ； 应力敏感性较强 ，并且应力敏感 滞后效应十分显著。 罨 蠡 螽 璐 黎 含水饱和度／ ％ 图 1 玉北 3井岩心 3 ． 1 5水锁实验曲线 有效应力， MP 丑 图 2 玉北 3 井储层岩心 YB 3 ． 2应力敏感性评价曲线 根据资料调研和储层敏感性实验结果 ，玉北地 区储 层损害机理如下 ①储层裂缝 一 孔洞 、裂缝 、 微裂缝堵塞损害 ； ②存在明显的水锁损害 ； ③中等 偏强的碱敏引起的无机垢堵塞 ； ④较强的应力敏感 性损害，尤其对于裂缝 、微裂缝特别发育的碳酸盐 岩储层 ，该项损害较为严重 。 3 玉北地 区碳 酸盐岩储层保 护技 术 3 ． 1 防止钻井液固相对孔洞， 裂缝的堵塞 钻井液 固相侵入储层造成孔洞或裂缝的堵 塞， 如果油气井投产时不能解堵 ，则会直接影响裂缝的 导流能力，导致产能下降。针对玉北区块，其预防 措施主要有以下几点。 1 使用低固相钻井液体系。应尽可能降低 钻井液中低密度固相的含量。对于密度为 1 ． 1 0 ～ 1 ． 2 0 g ／ c m 的四开钻井液体系，应控制 总固相含量 在 8 ％ 以下 ，低密度 固相含量在 4 ％ 以下 ，膨润土 含量在 3 0 g m 以下。除了充分利用固控设备之外 ， 还可通过补充胶液的稀释方法来降低固相含量。 2 尽可能降低正压差，实现近平衡压力钻井。 由于正压差是导致 固相颗粒侵入储层 的原动力 ，因 此在确保井下安全前提下 ，采用欠平衡或近平衡钻 井技术。近平衡钻井技术的实施准则如下 H 】 当钻 遇油气层时， 钻井液密度按 O ． 0 5 ～0 ． 1 0 c m 安全系 数附加 ； 钻遇气层时按 0 ． 0 7 ～0 ． 1 5 g ／ c m。 附加 。研 究表 明，始终保持近平衡压力钻井是控制 固相堵塞 的有效方法 。此外 ，钻遇储层时，应严格控制起下 钻速度 ，避免产生压力激动 ，导致瞬间正压差骤增 。 3 尽量使用酸溶性加重剂。由于玉北地 区储 层段钻井 液密度在 1 ． 0 5 ～1 ． 1 5 g ／ c m 之间 ，且该 区 储层多数需进行酸压改造 ，因此加重剂应选用石灰 石粉 。侵入储层裂缝的石灰石粉可通过酸化解堵 。 3 ． 2 水 锁损害 的预防 水锁损害的原理如图 3 所示 ， 对于裂缝性储层 ， 水滴侵入后 ，由于毛细管效应 ，易在裂缝喉道处发 生滞留，使裂缝失去导流能力。水锁损害具有叠加 性 ，后续侵入的水滴在裂缝 中大量滞 留 ，形成水相 圈闭，这种堵塞很难通过反排压力解除。 图3 水滴在裂缝中滞留导致的水锁损害示意图 加入适宜表面活性剂降低油 ／ 水界面张力 ，可 有效 防止或者解 除水锁损害。常用 的防水锁 剂有 AS 烷基磺酸盐 、A B S N 烷基苯磺酸三乙醇胺 和 O P 一 1 0 烷基苯酚聚氧乙烯醚 等，它们大多是 阴离子或非离子型表面活性剂 】 。这类防水锁剂对 于表面带负电荷砂岩储层应用效果较好 ，但会使表 面带正电荷碳酸盐岩储层润湿性发生改变，造成油 相相对渗透率下降 ，从而导致另一种储层损害 ] 。 对于玉北地区碳酸盐岩储层 ，应通过加入理想 充填暂堵剂、成膜剂以及仿沥青 的协同增效作用严 格控制钻井液的滤失量 ，实现强封堵 ，从而使钻井 液的液相侵入量及侵入深度尽可能减小 ，将水锁损 害降至最低程度 。 3 ． 3 碱敏损害 的预防 碱敏实验表明 ，玉北 区块存在中等偏强碱敏。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 9卷 第 6期 杨兰田等 保护缝洞性碳酸盐岩储层的钻井液技术 1 9 钻井液滤液 p H值大于 9 ． 5时易形成 Ca C O， 垢 ，因 此储层段钻井液 p H值保 持在 9 ． 5以下。为兼顾硫 化氢 防护要求 ，建议从钻开储层 开始将钻井液 p H 值维持为 9 ． 0 ～9 ． 5 ，同时监测硫化氢含量 ，一旦发 现含量超标 ，及时添加烧碱溶液或 除硫剂 如碱式 碳酸锌等 清除。当硫化氢含量恢 复至正常值以后 ， 添加中性胶液将钻井液 p H值逐渐调 回至 9 ． 5以下。 3 ． 4 防止应力敏感损害的技术措施 应力敏感损害主要发生在油气开发过程 中，其 有 效措施是保 持地层 能量合理开采 以及早期注水 等 ，在此不做详细讨论。 4 低 固相、低损害聚磺钻井液配方优 化 与 性 能评 价 根据该区块储层伤害机理 ，同时考虑到封堵层 的可解堵性 ，对聚磺钻井液进行配方优化的基本思 路如下 采取 “ 理想充填暂堵方法”对不同缝宽的 裂缝实施封堵 ； 使用成膜剂对储层段井壁进行连续 封堵 ； 配合使用无荧光仿沥青等可变形的封堵材料。 4 ． 1 暂堵剂复配比例的确定 根据理想 充填理论 ，暂堵剂 的 值 与最大缝 宽 相等 时可达到最 佳暂堵 效果。利用 “ 理想充填 暂堵方案优化设计软件 ” ，计算出最大缝宽在 1 0 ～ 1 5 0 m范围内的理想充填暂堵复配比例， 考虑到暂 堵剂在井筒内的剪切磨损 ， 对计算结果进行了微调 ， 结果 见表 2 。 表 2 各种缝宽条件下的理想充填暂堵方案 从表 2可知 ，当储层最大缝宽超过 1 5 0 la m后 ， 通过加入超细碳酸钙对储层裂缝进行封堵 已失去作 用 ，此时暂堵剂很难在井壁形成泥饼 ，大部分暂堵 剂颗粒会进入裂缝深部 。这种情况下 ，保护储层的 有效方法是在钻井液 中使用成膜剂和仿沥青。 由理 想充填理 论可 知，岩心裂 缝宽度是 制定 保 护储层暂堵 方案 的重要 依据 ，但是 由于受力不 同，在地 面测得 的缝 宽通常大 于储层 原地应力状 态下的缝宽。由于储层裂缝特征的复杂性 ，目前 只 能大致确定裂缝 宽度 随井 深的变化。玉北地 区储 层深度在 6 0 0 0 m左 右 ，参考 克 8 4井裂缝性碳 酸 盐岩储层模拟计算结果 ，6 0 0 0 m埋深处 的实际裂 缝宽度大约是地面测得玉北 1 井储层岩心裂缝宽度 2 5 0 u m的 1 ／ 5 ，确定原地应力状态下玉北储层缝 宽为 5 0 u m。查表 2得知理想充填及复配 比例 为 0 ． 1 5 4 0 ． 0 3 0 0 ． 0 1 3 mm 3 0 6 0 1 0 ，通 过实验确 定其总加量以 3 ％为宜。 4 ． 2 成膜剂 、无荧光仿沥青优选 成膜钻井液 主要是通过钻井液与井壁岩石之间 的物理、化学作用 ，在井壁上形成一层致密并具有 一 定强度的膜 ，从而封堵储层裂隙 ， 保护油气产层 。 目前，中国应用较为普遍的超低渗透成膜剂 有 美 国 E DT I 公 司 生产 的 F L C 2 0 0 0和 国内研发 的 J YW l ，以及 中国研发 的隔离膜成膜剂 C MJ - 2 。实 验表明，加入 I ％J YW- 1 或 1 ． 5 ％C MJ 一 2对降低钻井 液的 H T H P滤失量均具有明显效果。通过实验确定 选用超低渗透成膜剂 J Yw． 1 。无荧光仿沥青的特点 是不易增稠并且属于可变形粒子 ，与超细碳酸钙配 合使用可增强泥饼的致密性 ， 其加量可在 1 ． 5 ％～5 ％ 范围内进行调整。 4 ． 3 优化配方的性能 经过实验最终确定玉北地区保护储层钻井液优 化配方如下，其性能与原钻井液对比见表 3 、表 4 。 3 ． 5 ％膨 润 土 0 ． 2 ％Na OH 0 ． 2 ％Na ， C O 4 ％ S MP ． 1 3 ％S P NH 0 ． 3 ％ 抗温抗 盐降滤失剂 MC ． 1 0 ． 4 ％ 聚 丙 烯 酸 钾 8 ％ 油 保 加 重 剂 B Y J 1 ％ J YW- 1 2 ． 5 ％无荧光仿沥青 3 ％ 复配暂堵剂 表 3 优化前后配方老化后 1 5 0℃ 、1 6h 的性 能 注 滤液 p H值为 9 ． 5 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 2年 1 1月 表 4 优化前后聚磺钻井液污染评价结果 注 由于该区储层岩心致密，渗透率极低，因而渗透率 采用气测法测定， 实验仪器为 B H ． 1 型高温高压污染损害仪。 由表 3 、表 4 可知，优化配方在高温高压滤失 量及保护储层方面均优于原配方。为了进一步确认 优化配方对裂缝的封堵效果 ，将玉北 1 井奥 陶系鹰 山组储层段岩心进行劈缝处理 ，并按照岩心污染损 害评价实验行业标准 ，使用 L H一 1 智能型钻井液动 态污染实验仪测定其渗透率恢复值，结果见表 5 。 从表 5可以看 出，经优化配方污染后 ，裂缝性岩心 渗透率恢复值在 8 6 ％ 以上，平均渗透率恢复值为 8 8 ． 6 5 ％，表明可满足储层保护的要求。 表 5 优化钻井液配方的渗透率恢复值实验结果 5 现 场应 用 2 0 1 2 年 ，在玉北 5 、玉北 9井开展了现场试验 ， 结果表明， 采用优化配方后， 钻井液各项性能优良， 并达到了储层保护效果。 1 A P I 滤失量和高温高压滤失量变化。玉北 5 井现场钻井液的滤失量随井深的变化见图 4 。不难 看 出，四开井浆 的 AP I 滤失量始终低于 4 mL，高 温高压滤失量始终低于 1 2 m L ，达到预期效果。 井朔 } ／ m 图4 玉北 5井现场钻井液滤失量随井深变化趋势图 2 现场井浆保护储层效果评价。用玉北 1 井 岩心制备 了 2块劈缝岩心 ，使用 L H． 1 智能型钻井 液动态污染实验仪分别测定 了经玉北 5 、玉北 9井 现场井浆污染后岩心的渗透率恢复值，结果见表 6 。 从表 6可知 ，经 2种井浆污染的储层岩心的渗透率 恢复值分别为 9 0 ． 5 0 ％和 8 7 ． 8 7 ％，平均为 8 9 ． 1 8 ％。 表 6 玉北 5和玉北 9井现场 四开井 浆污染损 害储层岩心评价结果 使用劈缝岩 心 岩心 。 。 。 6 结论 1 ． 造成玉北区块储层损害的主要因素是 固相 堵塞 、钻井液 p H值偏 高引起的碱敏损害及滤液侵 入地层造成 的水锁酸化。 2 ． 通过加入理想充填暂堵剂 、无荧光仿沥青和 超低渗透成膜剂，形成了钻井液优化配方。其高温 高压滤失量可降至小于 1 2 m L ，岩心渗透率恢复值 可达 8 5 ％ 以上 ，达到储层保护的要求 。 3 ． 建立了暂堵剂粒度分布与储层裂缝宽度上限 值之间的匹配关系 当缝宽上限小于 1 5 0岬 可使 用超细碳酸钙； 当储层缝宽上限值大于1 5 0 u m之后， 应使用超低渗透成膜剂和无荧光仿沥青。 4 ． 玉北 5井和玉北 9 井 的现场试验表明，所使 用的优化 四开钻井液性能优 良，井浆 的岩心渗透率 恢复值达到 8 7 ％ 以上 ， 对储层的保护达到预期效果。 参 考 文 献 [ 1 ] 杨枝，孙金声，张洁，等 ． 裂缝性碳酸盐岩储层应力敏 感性实验研究 【 J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 9 ，2 6 6 5 ． [ 2 ] 张洪霞，鄢捷年，吴彬，等 ． 减轻深层低渗储层水锁 损害的钻井液研究与应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 9 ， 2 6 4 4 ． 7 ． [ 3 ] 鄢捷年 ． 油藏岩石润湿反转与储层损害 [ J ] ． 油田化学 ， 1 9 9 1 ，8 4 3 4 2 3 5 0 ． [ 4 】 张金波，鄢捷年 ． 钻井液中暂堵剂颗粒尺寸分布优选的 新理论和新方法 [ J ] ． 石油学报，2 0 0 4 ，2 5 6 8 8 ． 9 1 ． [ 5 ] 张浩，康毅力，陈景山，等 ． 储层裂缝宽度应力敏感性 可视化研究 [ J ] _ 钻采工艺，2 0 0 7 ，3 0 1 4 1 4 3 ． [ 6 ] 蒋海军 ． 适于保护裂缝性储层的暂堵技术研究 [ D ] ． 中 国石油大学 北京 ，2 0 0 0年 6 7 ． 7 1 ． 收稿 日期2 0 1 2 ． 0 6 2 5 ；HG F 1 2 0 6 N2 ；编辑王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m