理想充填理論在吐哈油田溫西三區塊的應用

馬平平，熊開俊，楊榮奎，徐天平，楊萬成 (吐哈油田工程技術研究院，新疆 鄯善 838202)

理想充填理論在吐哈油田溫西三區塊的應用

馬平平，熊開俊，楊榮奎，徐天平，楊萬成 (吐哈油田工程技術研究院，新疆 鄯善 838202)

在屏蔽暫堵技術基礎上，引入“理想充填理論”，并根據暫堵顆粒與地層孔喉最佳匹配原則建立暫堵新方法。通過對溫西三區塊儲層物性研究，使用暫堵方案優化設計軟件對該區塊主力儲層進行暫堵方案優選，建立完整的暫堵劑粒徑分布序列對各種尺寸孔喉實施暫堵和保護，現場在溫西三區塊應用40井次。現場應用表明，應用理想充填保護儲層新技術可使油井初期產量提高13%以上，儲層保護效果顯著。

理想充填理論；d90規則；暫堵技術；吐哈油田

長期以來，吐哈油田一直沿用屏蔽暫堵技術[1]進行儲層保護，其主要依據儲集層的平均孔喉直徑優選暫堵劑的顆粒尺寸，以此作為暫堵方案對儲層實施暫堵。當儲層孔隙結構的均質性較強時，這種方法是比較有效，而一般儲層的孔隙結構具有很強的非均質性，孔喉尺寸基本呈正態分布，較大尺寸的孔喉數量少，但對滲透率的貢獻非常大，數量較多的小孔喉對滲透率貢獻很小，傳統方案難以有效封堵對油氣層滲透率貢獻很大的這部分大尺寸孔喉，達不到理想的油氣層保護效果。為了更好地保護儲層，特別是使中、高滲透性儲層達到理想的暫堵效果，筆者根據吐哈油田溫西三區塊主力儲層的孔喉分布特點，利用理想充填暫堵技術優選暫堵方案，優化粒度分布指標，開發了針對溫西三區塊主力儲層的復合油層保護劑，并對其保護儲層的效果進行室內評價和現場應用，為該技術的推廣和理論完善提供依據。

1 理想充填理論和d90規則

1.1理想充填理論

對于保護儲層的鉆井液，需要根據孔喉尺寸加入具有連續粒徑序列分布的暫堵劑顆粒來有效地封堵儲層中大小不等的各種孔喉以及暫堵顆粒之間形成的孔隙，只有形成這種合理的粒徑序列分布，才能確保形成濾失量極低的致密泥餅，進而更有效地保護儲層。研究表明，鉆井液中暫堵劑顆粒的累計體積分數與粒徑的平方根(即d1/2)之間呈線性關系時，顆粒堆積效率最高；采用單一暫堵劑顆粒不能達到理想充填，須采用復配的方式；若采用2～3種暫堵劑復配，較細顆粒的數量應恰好足夠充填于緊密排列較大顆粒構成的空隙中，此時充填效果最佳[2-3]。建立在顆粒緊密堆積理論基礎上的理想充填理論可應用于鉆井液暫堵劑最佳粒徑分布的優選，優選出的暫堵劑能夠形成有效的致密泥餅，阻止固相顆粒以及濾液的侵入地層，達到保護油氣層的目的。

1.2d90規則

d90規則即當暫堵劑顆粒在其粒徑累積分布曲線上的d90值(指90%的顆粒粒徑小于該值)與儲層的最大孔喉直徑或最大裂縫寬度相等時，可取得理想的暫堵效果[4]。

2 儲層保護鉆井液暫堵方案設計及室內評價

2.1溫西三區塊儲層物性特征

溫西三區塊位于溫吉桑-米登構造帶馬紅斷層上盤，主要目的層為中侏羅統三間房組(J2s)，油藏埋深2300～2600m。儲層平均孔隙度為16.4%，平均滲透率為51×10-3μm2，屬低孔、中-低滲儲層，局部發育中高滲儲層，層內和平面非均質性較強。儲層巖性為中細粒長石巖屑砂巖，粘土礦物以高嶺石和綠泥石為主，兩者相對含量大于80%。儲集空間以次生孔隙為主，占60%以上，以微細-細喉為主，分選性差，小于1μm的孔隙占53%。潤濕性為弱親水，具有較強的鹽敏。

2.2暫堵劑匹配方案優選

結合溫西三區塊儲層孔滲特性及近3年鉆井中實施油層保護前鉆井液固相平均粒度分布，利用理想充填暫堵方案優化軟件，對溫西三區塊主要目的層進行了暫堵劑顆粒尺寸的匹配優化設計，形成了該區塊的暫堵劑匹配方案。

表1 油層保護前鉆井液固相粒度分布(固相含量約為12%)

圖1 溫西三區塊J2s組儲層暫堵方案優化曲線

圖2 溫西三區塊J2s組儲層暫堵方案調整曲線

2.3儲層保護鉆井液性能評價

圖3 實施暫堵前、后與調整曲線粒度分布對比

1) 鉆井液粒度分布對比 取溫西3-5694井現場鉆井液，實施暫堵方案前井深為2162m，地層J2s，加入暫堵劑實施理想充填暫堵方案充分循環后井深為2235m，層位J2s。分別測試實施前和實施后鉆井液的粒度分布，并和最終確定的暫堵方案對比(見圖3)。圖3顯示，與最終優化的暫堵方案相比，實施前、后固相顆粒粒度分布曲線均比調整曲線偏右，說明顆粒粒徑較暫堵方案總體偏大，但是實施后固相分布較實施前明顯左移，更接近于最終優化的調整曲線，依據理想充填暫堵理論，實施后鉆井液經過性能優化能夠更有效減少儲層傷害。

2) 流變性及降濾失性能評價 確定溫西三區塊J2s組儲層的理想充填暫堵方案后，在暫堵方案的基礎上加入1.5%可變形粒子(軟化點70～80℃)，以此加強鉆井液封堵孔喉效果。取溫西三區塊現場鉆井液進行室內評價試驗，分別在聚合物和聚磺鉆井液中加入優選出的暫堵方案配方，對方案實施前后鉆井液樣品進行性能評價，并評價實施后鉆井液高溫熱滾后性能，試驗結果如表2所示。試驗結果表明，實施理想充填儲層保護暫堵方案后，聚合物、聚磺鉆井液粘度、切力均有所上升，而中壓失水和高溫高壓失水均大幅度下降，降失水效果非常明顯，高溫熱滾后，鉆井液粘度、切力均有下降，中壓失水和高溫高壓失水則升高，但仍然比暫堵前略低，說明新暫堵方案能夠幫助鉆井液形成致密泥餅，加強儲層保護效果。

表2 鉆井液儲層保護前后性能評價(熱滾條件：120℃/16h)

3) 暫堵優化鉆井液的動態污染評價 為檢驗采用理想充填暫堵方法的儲層保護效果，按文獻[7]中的方法,分別對未加入暫堵劑、實施傳統暫堵方案及理想充填暫堵方案的鉆井液用DW-Ⅱ型高溫高壓動態污染儀進行了損害程度評價，試驗結果見表3。試驗結果表明，不加入暫堵劑滲透率恢復率僅有40%左右，應用傳統暫堵方案技術可提高到70%以上，而應用理想充填暫堵方案可將滲透率恢復率提高至82%以上，可以有效降低鉆井液對油層污染程度。

表3 巖心污染評價試驗

3 現場應用

2010年,理想充填儲層保護技術在吐哈油田溫西三區塊J2s組儲層應用共40井次，其中34口油井(其余6口井為注水井)，平均初期產量(前30d平均值)最低的井日產量1.52t，最高日產量18.94t，平均為8.51t/d；鄰井有12口，均為2009年以前開發的井，采用屏蔽暫堵技術，投產后平均初期產量為7.50t/d，理想充填暫堵新技術產量同比提高了13.46%，儲層保護效果明顯提高，說明新暫堵技術能夠改善鉆井液性能，大大降低鉆井液對儲層的損害。

[1] 徐同臺,趙敏,熊友朋.保護油氣層技術[M].北京:石油工業出版社,1995：83-90.

[2]張鳳英,鄢捷年,楊光,等.理想充填暫堵新方法在吐哈丘東低滲透氣田的應用[J].鉆采工藝，2009，32(6)：88-90.

[3]Hands N, Kowbel K, Maikranz S.Drilling-in fluid reduces formation damage,increases production rates [J].Oil amp; Gas J,1998,96 (28):65-68.

[4]鄢捷年,王建華,張金波.優選鉆井液中暫堵劑顆粒尺寸的理想充填新方法[J].石油天然氣學報(江漢石油學院學報)，2007，29(4)：129-135.

[5]王利國,鄢捷年,馮文強.理想充填暫堵型鉆井完井液的設計及室內評價[J].中國石油大學學報(自然科學版)，2007，31(3)：72-76.

[6]孟尚志,鄢捷年,艾貴成,等.理想充填暫堵新方法在昆2井儲層保護中的應用[J].天然氣工業，2007，27(8)：79-91.

[7]SY/T 6540-2002，鉆井液完井液損害油層室內評價方法[S].

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.02.019

TE254.3

A

1673-1409(2012)02-0061-03

2011-12-26

中石油吐哈油田攻關項目(cuy2010106)。

馬平平(1983-)，男，2006年大學畢業，工程師，現主要從事鉆井液、完井液及現場技術服務方面的研究工作。