解除鉆井液對儲層污染的研究

黃 倩，張 馳

（長江大學石油工程學院，湖北武漢 430100）

1 鉆井液對低滲透儲層的污染

一般鉆井液中的固相顆粒侵入儲層時，會堵塞儲層孔道，使儲層滲透率降低。同時，鉆井液液相進入儲層后，會使儲層粘土發(fā)生膨脹，顆粒分散運移，進而堵塞儲層的孔道。對于低滲透儲層液相侵入也會產(chǎn)生水鎖效應(yīng)，阻礙油氣流動。

鉆井液中有機處理劑被油氣孔道的巖石，粘土吸附，降低儲層的滲透率，或吸附運移的粘土微粒絮凝沉淀堵塞儲層，或遇高價離子產(chǎn)生沉淀堵塞儲層。鉆井液中表面活性劑進入儲層，改變孔道的潤濕性，使油相的滲透率降低[1]。

1.1 鉆井液液相侵入低滲透儲層深度研究

模擬井下動態(tài)條件，采用DW-Ⅱ高溫高壓動態(tài)污染儀對儲層動態(tài)污染，圍壓5 MPa，驅(qū)替壓力3.5 MPa，用聚合物鉆井液污染巖心，污染時間120 min，觀察鉆井液對不同滲透率儲層侵入深度與浸泡時間的關(guān)系變化。通過介入現(xiàn)場相關(guān)資料換算后，可知低滲近致密儲層浸泡30 d才能侵入50 mm，即使對儲層有一定損害也可以通過射孔解決，所以可以不用考慮鉆井液對低滲近致密儲層的損害。而對特低滲透儲層，如果打開儲層后浸泡時間不超過7 d，也可以不考慮鉆井液的損害[2]。

1.2 鉆井液固相侵入低滲透儲層深度研究

為了確定鉆井液固相對低滲儲層的損害深度和不同深度儲層的傷害程度，利用三種滲透率的人造陶瓷巖心進行動態(tài)模擬實驗后，測出鉆井液污染后巖心的滲透率恢復(fù)值，最后將巖心烘干，氣測烘干后巖心的滲透率，從而確定鉆井液固相對巖心的傷害程度。實驗結(jié)果（見表 1）。

從實驗結(jié)果表1可以看出，巖心TC-1滲透率為0.62×10-3μm2，被鉆井液污染后滲透率恢復(fù)值為99.2%，烘干滲透率為100%，即鉆井液固相對巖心TC-1的傷害率為0；巖心TC-2滲透率為2.15×10-3μm2，被鉆井液污染后滲透率恢復(fù)值為98.5%，烘干滲透率為99.1%，即鉆井液固相對巖心TC-2的傷害率為0.9%；巖心TC-3滲透率為43.39×10-3μm2，被鉆井液污染的深度為0～6 cm，被鉆井液污染后滲透率恢復(fù)值為39.5%～94.9%，烘干滲透率為100.9%，即鉆井液固相對巖心TC-3的傷害率為0。由此可以看出，鉆井液固相對三種低滲儲層的污染都不嚴重，所以鉆井液固相不是鉆井液對低滲儲層污染的主要方面[3]。

1.3 鉆井液液相損害儲層實驗研究

以基山巖心為實驗對象，注入聚合物鉆井液，同時測量巖心的滲透率，實驗結(jié)果（見表2）。

從表2可以看出，注聚合物鉆井液后，使巖心滲透率從原來的 12.976×10-3μm2下降到 5.41×10-3μm2，滲透率損失58.31%，從而可以看出鉆井液液相對低滲透儲層傷害的嚴重性。

吉林油田的讓字井區(qū)塊扶余油層，伊通區(qū)塊雙二段儲層，德惠區(qū)塊沙河子組儲層和王府區(qū)塊油層都為特低孔、超低滲砂巖油氣藏。結(jié)合以上的實驗數(shù)據(jù)可以得出：鉆井液液相污染才是吉林油田四個區(qū)塊鉆井液對油藏污染的主要方面。

表1 聚合物鉆井液污染后不同滲透率恢復(fù)值

表2 靜態(tài)流動實驗數(shù)據(jù)

2 解除鉆井液液相對儲層污染的方法

鉆井液液相對儲層的污染主要體現(xiàn)在兩個方面：一是鉆井液液相與地層水礦化度不平衡，特別是水敏性礦化物含量較高的地層，就會造成孔隙粘土的膨脹，使孔喉進一步變小，導(dǎo)致滲透率嚴重下降。二是鉆井液液相侵入低滲透層引起儲層水鎖效應(yīng)[4]。

2.1 解除鉆井液液相對儲層的水敏性傷害

通過室內(nèi)試驗測試得出KCl對泥頁巖的抑制性很強，KCl在抑制頁巖水化方面有較好的效果，原因主要在于:一是由于K+常常比Na+或Ca2+優(yōu)先被粘土所吸附，會促使晶層間脫水，使晶層受到壓縮，形成緊密的構(gòu)造，從而能夠有效地抑制粘土水化。二是由于K+的直徑為0.266 nm，其大小剛好可以嵌入氧六角環(huán)結(jié)構(gòu)，很難交換下來[5]。

對國內(nèi)所用效果較好的配方進行優(yōu)選，首先運用滾動回收法，測出各種配方抑制性，然后再將原始滲透率為0.011 3 μm2的巖心（該巖心的水敏性指數(shù)為83.95%，為強水敏）用海水污染，再依次用不同濃度的KCl溶液，聚合醇溶液和KPAM溶液驅(qū)替，依次測得驅(qū)替后巖心的滲透率恢復(fù)率。從實驗結(jié)果中可知當KCl含量3%時，巖屑的一次回收率較高，達到了94%以上。巖心的初始滲透率為0.011 3 μm2，當用海水污染后，巖心的滲透率降為0.005 1 μm2，當用3%KCl溶液驅(qū)替后，滲透率恢復(fù)率為95%，所以3%KCl溶液能有效的解除儲層的水敏性傷害[6]。

2.2 解除鉆井液液相對儲層的水鎖傷害

解除儲層水鎖傷害的方法主要有物理法和化學法。物理解除法主要通過改變生產(chǎn)制度或加熱等手段來解除水鎖，但改變生產(chǎn)制度現(xiàn)在對大部分氣井來說，不具有推廣價值，加熱法耗能大，現(xiàn)場操作性不強，對低滲致密氣藏適應(yīng)性差?；瘜W解除法主要是通過加入表面活性劑，達到解除水鎖傷害的目的。該方法操作簡單，成本低，因此更具有現(xiàn)場操作的可行性[7]。

2.2.1 表面活性劑在解除鉆井液水鎖傷害中的應(yīng)用通過對常用表面活性劑降低表面張力能力進行了測定，結(jié)果顯示ABSN和OP-10的表面張力較小，分別為34.75 mN/m和35.45 mN/m。所以董淼選擇了ABSN和OP-10作為防水鎖劑。

對常用表面活性劑溶液解除儲層水鎖的能力進行測試，實驗結(jié)果（見表3）。

從表3中可以看出，四種不同滲透率的巖心，被模擬地層水污染后，再用表面活性劑溶液驅(qū)替后，巖心的滲透率恢復(fù)率在91.25%～95.33%。所以表面活性劑溶液能很好的解除儲層的水鎖，恢復(fù)地層的滲透率[8]。

表3 表面活性劑溶液解除儲層水鎖的能力數(shù)據(jù)

2.2.2 甲醇在解除鉆井液水鎖傷害中的應(yīng)用 以蘇6井區(qū)為研究對象，在蘇6井區(qū)氣藏傷害因素研究及降低水鎖方法研究中研究解除蘇6氣藏水鎖的方法，并對各種解除方法進行評價，解除劑有：甲醇，乙醇和表面活性劑FS208-CAO溶液[9]。其實驗具體過程如下：

首先，測試了三種試劑在不同濃度下的界面張力，（見表4）。從表4中可以看出只要在水中加入一定量的甲醇，體系的界面張力就可降至31.8 mN/m，所以甲醇能較好的降低界面張力。

然后，又測試了同一濃度解除劑對巖心的水鎖傷害解除效果，實驗結(jié)果顯示，同濃度三種試劑處理后，甲醇對三塊巖心的氣體氣測滲透率恢復(fù)率最高，平均達到27.7%，乙醇為12.8%，表面活性劑FS208-CAO為5.2%，三種試劑甲醇的解除水鎖效果最好。同時甲醇有易揮發(fā)性，注入醇再升高溫度，可結(jié)合蒸發(fā)作用降低含水飽和度，使解除水鎖效應(yīng)的效果更好[10]。

表4 界面張力測量結(jié)果（20℃）

3 結(jié)論

（1）對于低滲透油氣藏而言，鉆井液液相污染才是儲層污染的主要原因。

（2）通過實驗研究發(fā)現(xiàn)KCl對泥頁巖的抑制性很強，其中，3%KCl溶液在一定程度上是能有效解除儲層水敏傷害的。

（3）通過室內(nèi)研究以及現(xiàn)場實踐發(fā)現(xiàn)，表面活性劑溶液能很好的解除儲層水鎖現(xiàn)象，恢復(fù)儲層的滲流能力。甲醇也能較好的降低儲層空間中的油水界面張力。同時，甲醇易揮發(fā)，在注入醇后再升高儲層溫度，可結(jié)合蒸發(fā)作用降低含水飽和度，使解除水鎖效應(yīng)的效果更好，起到輔助解水鎖的效果。

[1]Bennion D B,Thomas F B，Ma T.Formation Damage Processes Reducing ProductivityofLow PermeabilityGas Reservoirs[R］.SPE 60325.

[2]徐同臺，趙敏，熊友民，等.保護油氣層技術(shù)[M］.北京：石油工業(yè)出版社，2003.

[3]樊世忠，等著.鉆井液完井液及保護油氣層技術(shù)[M］.山東：石油大學出版社，1996：524-530.

[4]張紹槐，羅平亞.保護儲集層技術(shù)[M］.北京：石油工業(yè)出版社，1995.

[5]薛玉志，藍強，李公讓，等.超低滲透鉆井液體系及性能研究[J］.石油鉆探技術(shù)，2009，37（1）：46-52.

[6]徐同臺，趙敏，熊友明，等.保護儲集層技術(shù)[M］.北京：石油工業(yè)出版社，2003.