致密碳酸盐岩储层损害特征及钻井液保护技术.pdf

第 3 0卷 第 4期 2 0 1 3年7月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLET1 0N FLUI D 、 ， 0 1 ． 3 0 No ． 4 J ul y 2 0l 3 【 理论研究与应用技术 】 致密碳酸盐岩储层损害特征及钻井液保护技术 邓 田青 ， 鄢捷年 ， 杨贵峰 。 ， 叶艳 ， 魏红梅 ， 姚如钢 1 ． 中海油田服务股份有限公司油田化学事业部钻完井液所 ，河北燕郊 ； 2 ． 中国石油大学 北京 石油工程教育部重点实验室，北京 ； 3 ． 中石化西南石油工程有限公司重庆钻井分公司，重庆 邓田青等 ． 致密碳酸盐岩储层损害特征及钻井液保护技术 【 J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 3 ，3 0 4 2 5 2 8 ． 摘要致密碳酸盐岩储层孔喉细小，渗透性差，非均质性严重，微孔微裂缝较为发育，储层易发生应力敏感 性损害和水锁损害。结合英买2油田致密碳酸盐岩油气藏特征，系统分析 了低渗碳酸盐岩储层的损害特征。评价 结果表明，该油田储层应力敏感损害率达 8 2 ． 9 ％、水锁损害率为7 2 ． 5 3 ％～9 1 ．2 2 ％ 是该储层的主要损害类型。在该 区原用聚磺钻井液基础上， 通过优选高性能处理剂和可有效降低油／ 水界面张力的表面活性剂， 应用理想充填技术， 优化设计出了保护储层低损害钻井液 ； 通过开展配伍性、动态污染等实验对该钻井液的储层保护特性进行 了评价。 实验结果表明，该钻井液具有 良好的流变性与配伍性，天然岩心和不锈钢缝板岩心污染实验均表明，优化配方的 渗透率恢复值均要高于现用配方，其储层保护效果显著。 关键词 致密碳酸盐岩储层 ； 应力敏感损害 ； 水锁损害 ； 钻井液 ； 防止地层损害 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 30 4 0 0 2 5 0 4 碳酸盐岩储层在世界油气生产中占有极其重要 的地位 ，据统计 ，世界碳酸盐岩储层 的油气产量约 占油气总产量的 6 0 ％， 储量 占4 7 ％【 】 】 。与国外相 比， 中国碳酸盐岩储层受到大陆板块和盆地沉积条件限 制，储层埋深大于4 0 0 0 m，普遍经历了多次构造 运动 ，地质条件复杂 ，大多数碳 酸盐岩储层多属于 裂缝性碳酸盐岩储层 ，其储层物性差 ，裂缝开度具 有不确定性，非均质性极强，油气储集空间及渗流 通道多 以微孔 、微喉和微裂缝为特征 ，储层极易受 到污染，且污染后不易解除 【3 ] 。因此，研制保护储 层低损害钻井完井液，最大限度地减轻钻井过程中 造成 的储层损害尤为关键 。在分析塔里木油 田奥陶 系储层特征基础之上 ，研究 了碳酸盐岩裂缝性储层 的潜在损害机理 ； 在优选表面活性剂降低钻井液表 ／ 界面张力的同时，应用理想充填技术和高性能处 理剂，设计出了低损害钻井液体系，其可以有效阻 止滤液侵入储层，实现保护碳酸盐岩裂缝性储层的 目的 [ 4 - 8 1 1 YM一 2区块奥 陶系储层 地质特征 塔里木油田英买 2 地区 Y M一 2 总体属于低孔、 低渗碳酸盐岩储层 ，目的层段为奥陶系鹰山组和一 间房组 ，储层埋深为 5 0 0 0 ～6 0 0 0 m，压实作用强 烈。储层孔隙度平均约为 0 ． 8 5 ％，渗透率平均约为 0 ．6 4 1 0 g m ，孔渗相关性低，基质渗透率很低。 YM一 2区块奥陶系碳酸盐岩储层岩性总体为灰 色荧 光 、油斑粉 晶灰岩 ，以方解石为 主，含少量石英 ， 黏土矿物含量很低 ，平均为 2 ％。裂缝主要为构造 缝和缝合线 ，缝宽主要分布为 1 0 ～5 0 g m。该 区储 层裂缝普遍发育 ，储层渗透率大小与裂缝的发育程 度密切相关 ， 裂缝充填成分主要为方解石和铁泥质 ， 充填方式为全充填或半全充填 ，孔缝率小于 l ％l 4 ] 。 2 碳酸盐岩裂缝性储层 损害特征 1 储层 敏感性 损害。按 照行业标 准 S Y ／ T 5 3 5 8 --2 0 0 2 ，采用低渗敏感性测试仪，选用 Y M2 ． 3 基金项目 国家自然科学基金项目 5 0 9 7 4 1 2 9和国家科技重大专项 2 0 0 9 Z X0 5 0 0 9 0 0 5联合资助。 第一作者简介 邓田青，1 9 8 5 年生，2 0 1 2 年获中国石油大学 北京 油气井工程专业硕士学位，现在主要从事油田化学 及储层保护研究。地址 河北省三河市燕郊开发区行宫西大街 3号 ； 邮政编码 0 6 5 2 0 1； E ma i l t i a n _ q i n g _ 2 0 0 6 1 2 6 ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 3年 7月 井奥陶系储层岩样进行了室 内敏感性分析。结果证 实，该储层盐敏损害和水敏损害相对较弱，存在中 等程度速敏损害 ，酸敏和碱敏损害强 。 2水锁效应。应用 S C MS C 3气液稳定渗流测 量系统模拟地层水锁情况 【 6 】 ，评价 YM一 2油 田奥陶 系储层岩心发生水锁前后的渗透率损害程度，结果 见表 1 。由表 1 可 以看 出，该区 由于水锁效应引起 的渗 透率损害率为 6 8 ． 3 4 ％～8 9 ． 3 5 ％，水锁 损害相 当严重。 表 1 YM一 2油田奥陶系储层水锁损害实验结果 3应力敏感性损害。选取 Y M2 ． 3井岩样 埋 深为 5 8 9 3 ．5 m 对该油 田碳酸盐岩的应力敏感性 进行了研究。选定 的实验流速为 1 ． 5 mL ／ mi n ，驱替 液为模拟油，密度为 0 ．9 g ／ c m ，黏度为 0 ． 8 9 mP a S 。 岩样渗透率随有效应力 近似等于围压 变化的关 系 曲线见 图 1 。 由图 1 可 以看 出 ，当有 效应 力从 1 MP a 增至 9 MP a 时，岩心的油相渗透率由原来的 1 8 ．2 1 0 g m 降低到 3 ． 1 1 0 ～i．tm 2 ，损害程度达 8 2 ． 9 ％，储层的应力敏感性是很强的。 量 图 1 Y M2 ． 3井岩样 5 8 9 3 ． 5 m 渗透率随有效应力的变化 3 低伤害钻井液保 护技术 根据 Y M一 2 地区的地质特性，确定 Y M． 2 地区 保护储层低损害钻井液优化的基本思路为 ①优选 高性能处理剂 ， 进一步提高体系的抑制性和封堵性。 ②应用理想充填暂堵技术封堵储层 ，形成超低渗透 泥饼，将滤失量降至最低 ； ③优选适宜的表面活性 剂进行处理 ， 以降低油 ／ 水界面张力 ， 减小水锁损害。 3 ． 1 优选高性能处理剂 1 阳离子沥青粉的替换。现用配方中使用了 阳离子沥青粉处理剂，其荧光级别相对较高，因此 影响了地质录井的准确性 ，同时其对环境有一定的 污染 。研究 中，采用无荧光仿沥青替代 阳离子沥青 粉 试剂取 自天津天诚拓 源科技发 展有 限公 司 。 该无荧光仿沥青 由油溶性物质和表面活性剂通过特 殊工艺制成 ，适用于各种水敏性地层和其他复杂地 层 。其具有相对更好的一般沥青类性能 ，且荧光级 别低 ，不影响地质录井 ，可用于各种生产井 、探井 ， 此外对环境无污染 、无毒 、易降解 。 2胺基聚醇的应用。胺基聚醇是一种高性能 水基钻井液主处理剂，其防塌机理不同于普通的醇 醚产 品，它主要 是靠特殊结构牢牢吸 附在黏土上 ， 减少黏土层 间距 ，从而阻止水进入地层。将其应用 于钻井液中可防止钻头泥包 ， 适用于各种复杂地层 ； 同时还可以进一步 阻止钻井液滤液进入储层 ，提高 岩心渗透率恢复值、降低储层伤害 ； 其在钻井液中 的抗高温能力强，配伍性好，荧光级别低，不影响 地质录井 ； 对环境无污染、无毒、易降解。 通过优选实验确定该区块的钻井液中无荧光仿 沥青适合加量为 2 ％，胺基聚醇加量为 2 ％。 3 ． 2 理想充填技术暂堵剂优选 实验过程中使用 C a C O 作为屏蔽暂堵剂，根 据 YM一 2区 块 奥 陶 系 碳 酸 盐 岩 储 层 裂缝 缝 宽 分 布 规律 ，采用 D。 规 则设 计暂 堵剂 颗粒 的复配 比 例 。根据钻井液暂堵剂理想充填优化软件计算 ，该 区块理想充填暂堵剂的最佳复配 比例为 1 0 0 0目 0 ． 0 1 3 mm 5 0 0目 0 ． 0 3 r n n q 1 0 0目 0 ． 1 5 4 mm 1 7 6 4 3 3 。但考虑到暂堵颗粒磨损，做出适当 调整，优化得出Y M一 2 地区 C a C O 暂堵剂复配比例 为 0 ． 0 1 3 I T l l n 0 ． 0 3 mi i 1 0 ． 1 5 4 mi n 1 0 5 0 4 0 简 称 I P - T B A 。 在原聚磺钻井液体系 其配方如下 中加入 I P T B A，钻井液的性能见表 2 。由此可知，当暂堵 剂加量为 3 ．0 ％时，钻井液性能稳定，滤失量得到 进一步降低。因此 ，I P T B A的适宜加量为 3 ．0 ％。 3 ％膨润土 0 ． 2 ％N a z C O 0 ． 5 ％KP A M 3 ％S P NH 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0卷 第 4期 邓田青等 致密碳酸盐岩储层损害特征及钻 井液保护技术 2 7 4 ％S MP 一 1 3 ％P S C 一 2 2 ％ 阳离子沥青粉 1 ％润滑 齐 0 0 ． 5 ％ 消泡齐 0 2 ％F B 一 2 2 ％YX l 2 ％YX． 2 表 2 理想充填复合暂堵剂对聚磺钻井液性能的影响 3 ． 3 表面活性剂优选 室内通过 “ 自吸一离心”的方法对 5种常用 的 表 面活性剂进行 了评价。使 用 “ s wT岩心 自吸水 评价系统”中的高精度电子天平连续测量置于恒温 恒湿箱 内的岩心 自吸水量 ，测得最 大含水饱和度 ； 而后利用离心机进行离心 ，对 比不同转速下 的岩心 质量，计算最大转速 1 0 0 0 0 r ／ m i n 离心后的岩心 质量差与岩心孑 L 隙体积的比值 ， 即为束缚水饱和度 ， 以此作为岩心水锁损害程度 的一个评价指标。 离心过程模拟井下返排 ，不同转速离心后的岩 心含水饱和度可 以认 为是不 同返排压力下 的岩心水 锁伤害程度。束缚水饱和度值越大，说明岩样内部 的非移动水 即束缚水 饱和度越高，代表储层的 水锁效应就越强。实验结果见图 2 。 7 0 6 0 5 0 4 0 3 O 2 O 1 0 0 模拟地层水 T 一 8 O AB S S p a n 一 8 0 O P - 1 0 A B S N 浓度为O ．4 ％的不同 自吸介质 图 2 岩 t2 , 自吸 5 种表面活性剂的水锁损害程度 由此可知 ，5种表 面活性 剂 中，ABS N的最 大 含水饱和度 、 束缚水饱和度最低， 即降低表面张力、 减小水锁损害效果最明显，因此优选 A B S N为防水 锁剂，确定 A B S N加量为 0 ．4 ％。 4储层保 护性 能评价 4 ． 1 钻井液常规性能评价 对原钻井液配方进行优化 ，实验结果如表 3所 示 。表 中钻井液配方如下。 0 3 ％膨润土 0 ． 2 ％Na ， C O 0 ． 5 ％K P AM 3 ％ S P NH 4 ％S MP I 3 ％P S C 一 2 1 ％ 润滑N o ． 5 ％消泡剂 1 0 6 ％ 储层保护剂 储层保护剂按照 F B 一 2 YX． 1 YX一 2 1 1 1 复配 2 ％ 阳离子沥青粉 2 0 6 ％ 储层保护剂 2 ％无荧光仿沥青 3 0 6 ％储层保护剂 2 ％无荧光仿沥青 2 ％ 胺基聚醇 4 0 3 ％I P T B A 2 ％无荧光仿沥青 2 ％胺基 聚醇 5 4 0 ． 4％ ABS N 表 3 优化前后的钻井液性能 由表 3可知，现用聚磺钻井液配方 1 与最 终优化后配方 5 经 1 2 0℃高温热滚后 ，其塑性 黏度及动切力等变化不大 ，流变性较好 ； 但与 1 配 方相比，5 配方的滤失量明显降低，滤失量由6 ．5 m L降至 3 ．4 m L ， 高温高压滤失量由 1 8 m L降至 7 ．5 mL。可见 ，最终的优化配方综合性能最好 ，能达 到该区块储层保护的要求。 4 ． 2 钻井液与储层配伍性评价 将优化钻井液滤液与模拟地层水按不 同比例混 合，使用 L P 2 0 0 1 1 型浊度仪测量其浊度值。如表 4 所示 ，优化钻井液滤液与模拟地层水按不 同比例混 合后，均无任何沉淀生成，且浊度变化不明显， 表 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 1 3年 7月 明优化钻井液与地层水之间有良好的配伍性。 表 4 优化钻井液与模拟地层水配伍性测试结果 4 ． 3 优化钻井液储层保护效果评价 为了评价低损害优化钻井液的储层保护效 果 ， 分别使用不锈钢缝板岩心和天然岩心进行 了岩心污 染实验 ，结果见表 5 。 表 5 优化前后钻井液污染不锈钢缝板 和天然岩心渗透率恢复值对比 注 天然岩心样品 G、H分别取 自YM2 ， 3井奥陶系井 深 5 8 9 0 ． 5 m及 5 8 9 2 ． 5 m处，在人工造缝后垫人 3根细铜 丝制成 ； 不锈钢缝板模拟岩心 平行于轴向单一贯穿缝，缝 宽约 2 0I．t m。 不锈钢缝板岩心的压缩系数小 ，不易受评价流 体侵蚀，实验可重复性好，避免了天然岩心人工造 缝缝宽的不确定性。但天然岩心更具有真实性和代 表性，得到的实验数据更有说服力。2 者都具有优 缺点 ，因此在研究 中，同时采用天然岩心和不锈钢 缝板岩心进行钻井液储层保护效果评价。由表 5可 知，无论采用哪种岩心进行评价，优化配方的渗透 率恢复值均要高于现用配方，储层保护效果显著。 5 结论 1 ． Y M一 2 地区碳酸盐岩储层具有低孔、低渗、 非均质性强等特征 。室内实验结果显示 ，该储层应 力敏感性损害达 8 2 ． 9 ％，由水锁引起的渗透率损害 率为 7 2 ． 5 3 ％～9 1 ． 2 2 ％。 2 ． 应用 理想充填 暂堵技术 ，通过粒 径不等 的 碳酸钙颗粒进行复配封堵储层中大小不等的各种孔 喉 ，以及暂堵颗粒之间形成的孔隙 ，形成滤失量极 低 的致密泥饼 ，防止钻井液滤液和 固相侵入储层 。 选用无荧光仿沥青和胺基聚醇处理剂 ，不仅增强 了 体系的封堵性和抑制性 ，而且对环境无污染 、无毒 、 易降解，他们是良好的环保型处理剂。 3 ． 采用理想充填暂堵技术和选用高性能处理剂 的低伤害聚磺钻井液体系， 其流变性、 配伍性 良 好。 天然岩心和不锈钢缝板岩心污染实验均表 明，优化 配方的渗透率恢复值均高于现用配方，其储层保护 效果显著。 参 考 文 献 [ 1 ] Ge n g J i a o j i a o ，Ya n J i e n i a n，L i Z h i y o n g，e t a 1 ． M e c h a n i s ms a n d p r e v e n t i o n o f d a m a g e f o r f o r m a t i o n s wi t h l o w p o r o s i t y a n d l o w- p e r me a b i l i ty[ R ] ． S P E 1 3 0 9 6 1 ， 2 0 1 0 ． [ 2 ] E s t e b a n M， T a b e me r C ． S e c o n d a r y p o r o s i ty d e v e l o p me n t d u r i n g l a t e b u r i a l i n c a r b o n a t e r e s e r v o i r s a s a r e s u l t o f mi x i n g a n d c o o l i n g o f b r i n e s[ J ] ． J o u r n a l o f Ge o c h e mi c a l Ex pl o r a t i o n， 2 0 0 3， 7 8 - 7 9 3 5 5 3 5 9 ． [ 3 ] 黎平 ，陈景山， 王镇宇 ． 塔中地区奥陶系碳酸盐岩储层 形成控制因素及储层类型研究 [ J ] ． 天然气勘探与开发， 2 0 0 3 ，2 6 1 3 7 ． 4 2 ． [ 4 ] 邬光辉 ，岳国林 ，师骏，等 ． 塔中奥陶系碳酸盐岩裂缝 连通性分析及其意义 [ J ] ． 西部油气地质， 2 0 0 6 ，2 2 1 5 6 ． 1 5 9． [ 5 ] 耿娇娇，鄢捷年，邓田青，等 ． 低渗透凝析气藏储层损 害特征及钻井液保护技术 [ J ] ． 石油学报， 2 0 1 1 ， 3 2 5 8 93 89 9． [ 6 ] 范文永，舒勇，李礼，等 ． 低渗透油气层水锁损害机理 及低损害钻井液技术研究 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 8 ， 2 5 4 1 6 1 9 ，8 4 ． [ 7 ] 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 ， 9 5 ． [ 8 ] 叶艳，鄢捷年 ，邹盛礼，等 ． 碳酸盐岩裂缝性储层钻 井液损 害评价新方 法 [ J 】 ． 石油 学报， 2 0 0 8 ， 2 9 5 7 52 ． 75 6． [ 9 ] 张朔，蒋官澄，郭海涛，等 ． “ 协同增效”钻井液体系 在潍北油气 田的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 1 3 ， 3 0 3 2 0 ． 2 2 ． 收稿 日 ] 2 0 1 2 1 1 ． 0 5 ；H GF 1 3 0 3 N 4 ；编辑王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m