低滲儲層高效勘探鉆井液技術應用現狀分析

李 萌，王俊濤，馬德材

（中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257017）

近年隨著非常規油氣田能源開發力度的不斷加大，開發效率越發重要，特別是低滲儲層的鉆井油氣層保護工作越來越受到重視，各油田在這方面的研究不斷深入，現場應用也得到了不斷推廣。筆者就近年，我國在低滲儲層、頁巖儲層的傷害因素的認識、油氣層保護理念的創新以及基于避免或解決儲層傷害因素的手段進行了分析總結。

1 低滲儲層保護的基本認識

1.1 低滲儲層特點

國內低滲油氣藏的地質特點概括起來主要表現為儲層物性較差，滲透率低，孔隙度小，一旦遭到破壞極難恢復，需要在鉆井、作業以及采油的全過程中重視儲層保護，任何一個環節出現問題將嚴重影響采收率。

1.2 低滲儲層損害因素

在低滲儲層開發中需要重視固相污染的損害，很久以來由于低滲儲層孔隙度小，固相污染在低滲儲層保護中往往被忽略。但是，近年由于在低滲儲層開發中水平井和裸眼完井相結合的開發方式越來越多，而以往采用射孔完井可以解除的固相污染往往成為儲層損害的重要因素。需要特別指出的是，在裸眼井中儲層損害最重要的原因是過于致密、過于堅韌的泥餅堵塞孔隙和篩管孔眼造成的。

儲層敏感損害是另一個重要損害因素，特別是粘土水化膨脹所引起的水敏損害。當低滲儲層與中、高滲地層在壓差相同的情況下，由于低孔低滲的特點，鉆井液瞬時濾失量較低，在鉆井液循環的動態條件下難以形成致密濾餅阻止液相進一步侵入，因此鉆井液濾液會持續滲入地層。如果鉆井液濾液與儲層不配伍，就會因粘土的水化膨脹使孔喉進一步縮小，導致滲透率嚴重下降。

其三，對于低滲、特低滲氣藏，由于孔道狹窄，毛細管效應非常明顯。當油（或氣）、水兩相在巖石孔隙中滲流時，水滴在流經孔喉處遇阻，導致油相或氣相滲透率降低，即造成所謂的“水鎖損害”。引起水鎖傷害的本質是毛細管的自吸力和毛細管中液相的滯留。這種損害在低滲氣藏勘探中尤為重要。

2 低滲儲層保護技術

2.1 屏蔽暫堵技術

屏蔽暫堵理論是防止入井流體固相和液相侵入儲層的最有效方法。在低滲儲層勘探中，屏蔽暫堵理論[1]得到廣泛應用，并有發展。在傳統屏蔽暫堵技術基礎上，先后發展了廣譜暫堵[9]、理想充填暫堵[10]、自適應屏蔽暫堵[4]等多項技術理論。各類屏蔽暫堵技術的發展和特點（見表1）。

在屏蔽暫堵理論指導下，結合低滲儲層的特殊性，近年形成了一系列技術體系，如非滲透鉆井液技術、聚合醇鉆井液技術等。

2.1.1 非滲透鉆井液體系 該體系是以FLC2000為主要添加劑，在井壁巖層表面形成密封層（或薄膜），阻擋鉆井液侵入地層，從而有效保護儲層，且該密封層很容易被清除。實驗結果表明：自然巖心在3.5 MPa的污染壓力下污染深度低于1.5 cm。從2005年至今，該體系已在勝利油田[6]、川西氣田、準格爾盆地、吉林油田應用1 000余口，取得了良好的效果。

2.1.2 聚合醇鉆井液體系 聚合醇是20世紀90年代以來廣泛應用的一種鉆井液體系。其特點為抑制性好，在一定溫度下具有封堵性，低毒且易生物降解[6]。聚合醇鉆井液體系可廣泛應用于特殊地層，如水敏地層、易坍塌地層，適用于淡水、鹽水和海水體系，可廣泛應用于特殊工藝井實驗室內對比發現，該體系對于低滲儲層具有非常好的適應性，油氣層保護效果理想。

表1 屏蔽暫堵技術的發展及特點

2.2 欠平衡工藝技術

2.2.1 傳統欠平衡工藝 該技術包括充氣鉆井液、可循環泡沫鉆井液兩種形式。充氣鉆井液就是在常規鉆井液中通過充入氮氣、空氣、CO2等氣體以實現降低鉆井液密度的目的，適用于低壓易漏地層，可解決普通鉆井液漏失無法正常施工的儲層。可循環充氣鉆井液則是近年開發的一種新型欠平衡鉆井液技術，它使用抗油發泡劑，配合空氣鉆設備，在高壓氣流作用下讓發泡劑充分發泡注入鉆具，經井底循環返出，在井口處設置分離、消泡等設備，創造循環利用的條件。該技術可較大限度的釋放油氣資源，但需限定于穩定的均質儲層。充氣鉆井液在勝利油田的草古100、樁古10、王古1等多口井進行了成功應用。在王古1井中的中途測試，該井日產油467 m3，天然氣3 504 m3，解決了長達770多米漏失井段的嚴重漏失問題，有效地保護了油氣層，同時實效比不充氣實效提高約70%。

傳統欠平衡工藝是通過在泥漿中充氣實現密度降低的目的。在低壓易漏地層，使用的充氣鉆井液，解決了普通鉆井液漏失無法正常施工及油氣層損害等問題，同時鉆速還有一定提高。但是由于傳統欠平衡工藝是間斷性欠平衡，一個不容忽視的問題是水力震蕩引起的損害。在實驗室內，用同樣的儀器、相同的條件進行了一些實驗，結果表明間斷性的水力沖擊，濾液進入低滲儲層的深度更深，滲透率恢復值也較穩壓更低。

表2 水力沖擊對濾液侵入巖心深度的實驗結果

2.2.2 泡沫鉆井液技術 泡沫鉆井液技術見諸報端最多的是在川西地區上不地層推廣應用，起到了提高機械鉆速的目的。筆者了解到，目前有機構正在進行泡沫鉆井液鉆探儲層的研究工作。泡沫鉆井液技術是通過充氣發泡實現泡沫攜帶鉆屑，由于泡沫的非均質連續性保證了全過程欠平衡。該技術的關鍵在于基液發泡、井壁穩定以及空氣量，而由于無法給井壁提供液柱支撐力，因此該技術適用范圍有一定要求。

2.2.3 空心漂珠鉆井液技術 空心漂珠鉆井液技術是在鉆井液體系中加入一類空心材料，實現低密度的鉆井流體。該技術在勝利油田、鄂爾多斯氣田等區塊進行了大量應用，取得良好效果。其中，鄂爾多斯大牛地氣田應用該技術開發水平段，施工7口井均獲自然產能；在勝利油田的埕島油田CB22G-平1井中應用該技術，投產獲得130 m3/d的產能。

2.3 有效解除封閉層技術

在低滲儲層中，近井壁的污染帶是造成污染的主要因素，如何有效解除近井壁的封閉層成為降低儲層損害的關鍵因素。天然可降解材料應用到鉆井油層保護主要是基于這部分處理劑進入儲層后經過一段時間，其成分能夠自然降解，從而達到釋放孔道的目的，實現保護儲層。目前有報道的此類技術包括烷基糖苷鉆井液技術、有機鹽可降解鉆井液技術以及生物完井液技術等。

2.3.1 MEG鉆井液技術 烷基糖苷鉆井液是一種新型對環境無污染的油基鉆井液替代體系。可提高鉆井液流變性能，潤滑性能及對油氣層的保護性能，并可生物降解（MEG降解性能見圖2），無毒，保護環境。該體系作為勝利油田的重要油層保護技術推廣，每年推廣上百口井。應用該技術的鄭364井中途測試表皮系數為-2，鄭369井中途測試表皮系數為0，日產原油21噸，有力的證明了該鉆井液適用于是鉆井油層保護的理想鉆井液。

圖1 MEG降解性能實驗結果

2.3.2 有機鹽可降解鉆井液技術 有機鹽可降解鉆井液技術的關鍵包括有機鹽主處理劑、高分子絮凝劑、抗溫增粘劑，特別是保證所有高分子處理劑都是易降解的。利用現場某低滲儲層巖樣進行了滾動分散實驗，考察了不同無機鹽的頁巖分散抑制性的大小，結果（見表 3）。

表3 有機鹽處理劑篩選結果

表4 有機鹽可降解鉆井液性能

從表3可以看出，甲酸鹽的抑制性要比無機鹽的抑制性好得多，在有機鹽里面，甲酸鉀的抑制性要比其他有機鹽的抑制性好。

通過系列優選試驗形成有機鹽可降解鉆井液的基本配方，主要為：3%膨潤土漿+0.1%~0.3%ZH-02+3%~5%HCOOK+0.5%~0.8%NPAN+2%~3%TV-2+1%~1.5%LV-CMC+2%~3%聚合醇+5%~10%復合潤滑劑，主要參數（見表4）。

從表4可以看出，該體系性能較穩定，當粘土含量增加至6.0%時，其性能還比較穩定，當NaCl增加至3.0%時，其粘度變化不大，而失水略有增加，當CaCl2濃度增加至1.5%時，其失水增加幅度更甚，當其溫度增加至150℃時，其性能仍然穩定。因此，該體系表現出其良好的抗溫、抗污染能力，具有很強的穩定性。

該技術首次在勝利油田低滲油藏深井開發中得到應用，義901-平1井取得了良好的油氣層保護效果，單井產量較相鄰直井提高了5倍。該技術的成功施工改變了以往低滲油藏開發方法，探索解決低滲透油氣田鉆井完井至開發生產全過程損害問題，開創了利用有機鹽強抑制可降解鉆井液、生物完井液保護儲層開發低滲油藏的全新模式，將成為低滲透油藏開發的新途徑和手段。

2.3.3 生物完井液技術 該技術是利用生物酶分解近井壁泥餅以解除泥餅對孔吼的堵塞[7]，起到改善儲層的一種鉆完井液技術。實驗室內試驗情況（見圖2）。自2008年至今，研制的生物完井液體系在埕北22G-P1、義901-P1等井總計完成了18口水平井的施工，成功避免了酸洗的不足，大幅度調高了油氣產量，均取得了良好的油氣層保護效果。

圖2 生物酶完井液處理前后濾餅滲透率對比圖

圖3 生物酶處理前后濾餅效果圖

2.4 無（低）固相儲層保護技術

無（低）固相儲層保護技術是基于避免或減少外來流體中的固相顆粒以及鉆屑堵塞吼道，從而實現保護儲層的目的。該技術主要是鉆井流體中固相顆粒較少，配合高效固相控制系統，可較少鉆井流體中固體顆粒的數量。

2.4.1 無粘土鉆井液技術 無粘土鉆井液是一類新型鉆井液體系，該體系主要特點在于無粘土、抗高溫，流變性能控制良好。我國目前在該體系研究中處于起步階段。低孔低滲儲層，固相雖然侵入較淺，但堵塞嚴重，而且一旦侵入就難以返排，由于水平井采用裸眼完井，固相污染帶難以通過射孔解除，造成滲透率難以恢復。

在室內，使用FDS800-6000儲層傷害評價裝置，分別使用3種鉆井液：油基鉆井液、無粘土鉆井液和常規粘土鉆井液，對巖心進行污染，然后使用相同的完井液進行處理，測定氣層滲透率恢復情況。實驗結果（見表 5）。

表5 不同鉆井液污染恢復實驗結果

由室內實驗分析可知：由于避免了固相對地層的污染，無粘土鉆井液對該地層巖心的傷害最小，滲透率恢復值最高，達到85%以上。而油基鉆井液可能是由于發生了乳化，造成了更加嚴重的氣層傷害。

2.4.2 無固相復合鹽水鉆完井液技術 該項技術能夠調節可溶性無機鹽和有機鹽間的配比，形成復合鹽水作為鉆井完井液體系的密度調節劑，密度范圍1.05～2.30 g/cm3，頁巖回收提高率達90%以上，滲透率恢復值在85%以上，起到了很好的儲層保護效果。無固相復合鹽水鉆完井液技術在勝利油田的渤深6等多個區塊進行了現場應用，取得了良好的效果。在渤深6-1井中應用中，實現密度可調范圍1.05~1.28 g/cm3，投產后自噴原油300 t/d，天然氣60 000 m3/d，與使用常規鉆井液鉆探的臨井渤601井相比，產量提高了近4倍，充分顯示了該技術的儲層保護效果。

2.4.3 無固相抗高溫鉆井液技術 勝利油田根據儲層特點研發了特殊的無固相抗高溫聚合物，形成了一種適用于井底溫度較高的深井儲層保護技術。該鉆井完井液在車古206井、CB30A-1、車571-7、車571-9等多口井進行了成功應用，現場使用溫度＞180℃。埕北30A-1井在古生界井段試油，10 mm油嘴，油壓8.5 MPa，日產油 236.8 t，日產氣 9 800 m3；車 571-7 井試油18 m3/h。

3 認識及結論

通過對我國近年來鉆井液油氣層保護技術發展的研究，主要有如下認識和結論：

（1）近年來對儲層損害因素的認識有了較大的提高，已經認識到20多種損害因素，鉆井過程中主要是物理損害、化學損害。

（2）對于油層保護重點從降低固相、液相侵入，避免液相圈閉提高啟動壓力，分解近井壁堵塞層等方面進行了理論創新和現場應用。

（3）降低固相、液相共同侵入的儲層保護技術手段包括屏蔽暫堵、膜屏蔽暫堵以及欠平衡工藝技術，現場根據地質狀況均取得了較好的效果。

（4）無（低）固相儲層保護技術是避免固相污染的重要手段，對于高孔高滲儲層尤其重要。

（5）利用生物解堵技術，以及應用可以自身降解的新型處理劑可以有效保護儲層，提高單井產量。

（6）在實踐中發現，鉆井油氣層保護理念的實施需要鉆井液體系的支持，緊靠一兩種處理劑的加入不足以從根本上保證儲層保護效果，因此在實施鉆井油氣層保護時應結合工程時效、鉆井液體系性能等方面整體控制，以保證儲層保護效果。

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