南堡油田中低滲儲層損害機理及鉆井液技術對策

王 薦，盧淑芹，朱寬亮，向興金，陳金霞，吳 彬，舒福昌 ，蔣 卓

(1.湖北漢科新技術股份有限公司，湖北 荊州 434000；2.中國石油冀東油田鉆采工藝研究院，河北 唐山 063000)

目前已發現和在生產的油氣田中，中高孔滲儲層占有相當大的比重，隨著能源需求的不斷旺盛，石油開發技術的日益發展，中低孔低滲油氣藏在原油生產供給中必將越來越重要，但由于中低孔低滲油氣藏的地層巖石物性特征和地層流體特性的影響，其勘探開發相對復雜和困難[1]。

冀東南堡油田中深層巖心實測平均有效孔隙度為9.12%～15.61%、平均滲透率為9.87×10-3μm2，屬于中孔低滲-低孔特低滲儲層。勘探結果表明，其中深層儲層預測儲量較好，但試油效果不理想，分析原因是鉆完井、試油過程中的入井液可能存在較強的損害，但由于儲層損害機理認識不清楚，缺乏針對性的儲層保護技術。作者在此對南堡油田中低滲儲層損害機理及鉆井液技術對策進行分析研究，對于在南堡油田中低滲儲層開發工程中保護油氣層、減少井下復雜情況具有重要意義。

1 鉆井過程中儲層損害機理

1.1 固相侵入損害分析

在過平衡條件下，鉆井液液柱和地層流體之間的正壓差驅使鉆井液中的固相進入油層，堵塞地層孔喉，造成損害。根據過濾理論的三準則：(1)橋堵準則：粒徑為孔喉尺寸1/2～2/3的顆粒會堵塞孔喉；(2)沉積準則：粒徑為孔喉尺寸1/7的顆粒可以通過巖石基質，但會產生沉淀并形成堵塞；(3)通過準則：粒徑為孔喉尺寸1/10的顆粒會順利通過巖石基質[2～4]。

南堡油田已用鉆井液粒度分布曲線見圖1。

圖1 南堡油田已用鉆井液粒度分布曲線

由圖1可知，南堡油田已用鉆井液粒徑主要分布在9～137.59 μm之間，對南堡油田中低滲儲層主流喉道半徑(平均小于3 μm))來說都相對偏粗，均不會造成嚴重固相侵入損害。因此，對于中低滲儲層而言，由于孔喉半徑小、連通性差，工作液中的固相難以進入儲層深部，損害半徑較小，利用常規射孔就可以射開固相損害帶。但是如果儲層存在裂縫如南堡1～4、南堡208井東三段存在兩段Ⅱ、Ⅲ級裂縫段，而鉆井液密度過大，則可能將固相壓入裂縫中引起比較嚴重的固相侵入損害。

1.2 儲層敏感性損害分析(圖2)

圖2 速敏(a)、水敏(b)、鹽酸酸敏(c)、土酸酸敏(d)、堿敏(e)、應力敏感(f)實驗結果

由圖2可知，冀東南堡油田中低滲儲層存在：無～弱速敏、中等偏弱～強水敏、弱～中等偏弱堿敏、無酸敏、弱～中等偏強應力敏感。由于鉆井過程中總體上以水敏損害為主，因此應調節好工作液礦化度，控制濾失量，增強抑制性，預防水敏損害。

1.3 水鎖損害分析

外來液相流體進入油層孔道后，將儲層中的油氣推向儲層深部，并在油氣-水界面形成一個凹向油相的彎液面，產生毛管阻力。當產層的能量不足以克服上述阻力時，就不能驅開水段塞而造成損害，即水鎖損害。油氣層鉆開后首先與鉆井液接觸，且時間較長，極易引發水鎖損害。水鎖損害是低滲儲層的主要損害形式[5]。

室內研究評價了在不同初始含水飽和度時儲層巖心注入一定PV體積的水后，油相滲透率的損害程度，結果見表1。

表1 冀東南堡中低滲儲層巖心水鎖評價結果

由表1可知，儲層巖心與液相接觸后由于巖心原始飽和度和束縛水飽和度的影響使巖心存在明顯的水鎖效應。因此，在鉆井和完井過程中使用的流體應具有降低表面張力和界面張力的優良性能，以防止水鎖。

1.4 化學沉淀和結垢分析

與儲層流體不配伍的鉆井液濾液進入儲層后，與儲層流體相互作用造成化學沉淀和結垢，從而對儲層滲透率產生損害。對南堡油田中低滲儲層已用鉆井液的濾液與地層水之間的配伍性進行了室內評價，結果見表2。

表2 鉆井液濾液/地層水配伍性情況

由表2可知，正電聚醇鉆井液濾液和鹽水聚合物鉆井液濾液與地層水混合后濁度都有變大，對儲層有一定的影響；聚磺鉆井液濾液自身濁度值較高，有明顯的渾濁現象。表明南堡油田中已用鉆井液的濾液與地層水混合后有明顯的渾濁和沉淀產生，存在一定的不配伍性，對儲層滲透率產生傷害。

1.5 已用鉆井液的儲層保護性能評價

按照中國石油天然氣行業標準SY/T 6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內評價方法》，在模擬鉆井條件下采用高溫高壓動態失水儀及JHST-IV巖心滲透率梯度測試儀對南堡油田中低滲儲層已用鉆井液的儲層保護性能進行評價，結果見表3，具體評價步驟如下：

(1)選取巖心3塊，抽真空飽和地層水后備用。

(2)在80 ℃、泵流量0.2 mL·min-1下，用煤油正向測定巖心滲透率K0。

(3)反向用鉆井液進行動態污染，實驗條件：140 ℃、3.5 MPa、125 min。

(4)在80 ℃、泵流量0.2 mL·min-1下，用煤油正向測定巖心滲透率K1。

(5)計算巖心滲透率恢復值K1/K0。

(6)將巖心污染端切片1 cm，然后施加與巖樣污染前相同的圍壓，用相同穩定流量驅替，用煤油正向測定巖心滲透率K2，計算污染巖心切片后的滲透率恢復值K2/K0。

由表3可知，動態條件下經正電聚醇鉆井液污染后的巖心滲透率恢復值為75.51%，截取1 cm后為77.55%；聚磺鉆井液為61.57%，截取1 cm后為62.96%；鹽水聚合物鉆井液為70.89%，截取1 cm后為73.42%。說明已用鉆井液對于中低滲儲層滲透率恢復值較低，損害率在20%～40%左右，切片后滲透率恢復值仍然較低，說明儲層損害主要為液相損害，因此需要進一步加強鉆井液防水鎖和液相損害機理方面的研究。

表3 已用鉆井液儲層保護性能評價

2 儲層保護技術對策

根據儲層敏感性實驗和儲層損害因素分析結果可知，該地區主要儲層損害機理是鉆井液的濾液侵入儲層引起的水敏、水鎖、弱的速敏、堿敏和應力敏感以及外來液相與儲層流體不配伍造成的有機垢和無機垢堵塞等傷害，其嚴重程度見表4。

表4 引起南堡油田中低滲儲層損害的各種因素及其嚴重程度

由表4可知，要實現冀東南堡油田中低滲儲層保護，減輕鉆井和完井作業過程中對儲層的損害，應選擇適宜的保護儲層的鉆井液技術對策，包括：使用強封堵、低張力鉆井液，減輕濾液侵入造成的水敏和水鎖損害；加強鉆完井液的抑制性，降低水敏損害；使用密度合適的鉆井液，防止鉆井液漏失及縮短鉆井液浸泡儲層時間；提高鉆完井液與儲層流體的配伍性。

3 結論

(1)冀東南堡油田中低滲儲層在鉆井過程中主要損害類型有水敏、水鎖、弱的速敏、堿敏和應力敏感，以及外來液相與儲層流體不配伍造成的有機垢和無機垢堵塞等傷害。

(2)保護儲層的適宜措施包括：使用強封堵、低張力鉆井液，減輕濾液侵入造成的水敏和水鎖損害；加強鉆完井液的抑制性，降低水敏損害；使用密度合適的鉆井液，防止鉆井液漏失及縮短鉆井液浸泡儲層時間；提高鉆完井液與儲層流體的配伍性。

參考文獻：

[1] 楊建華,劉全國,韓建亭.中、低滲透油田油層污染原因及保護對策[J].試采技術，2006，27(2)：16-17.

[2] Abrams A.Mud design to minimize rock impairment due to particle invasion[J].Journal of Petroleum Technology，1977,29(5):586-592.

[3] 羅向東,羅平亞.屏蔽式暫堵技術及儲層保護中的應用研究[J].鉆井液與完井液，1992,9(2):19-27.

[4] 羅平亞.鉆井完井過程中保護油層的屏蔽式暫堵技術[M].北京:中國大百科全書出版社,1997:68-98.

[5] 賴南君，葉仲斌，劉向君,等.低滲透致密砂巖氣藏水鎖損害室內研究[J].天然氣工業，2005,25(4):125-126.