扶余油田非均質儲層鉆井液污染研究

歐陽傳湘，李　樂，秦　熙，林　飛，胡　兵

(長江大學石油工程學院，湖北武漢 430100)

扶余油田非均質儲層鉆井液污染研究

歐陽傳湘，李樂，秦熙，林飛，胡兵

(長江大學石油工程學院，湖北武漢 430100)

摘要：扶余油田儲層滲透率級差大，層內非均質性較強，鉆井液污染儲層程度不一，嚴重制約油氣儲層的識別。通過鉆井液損害油層室內評價實驗，回歸出不同滲透率儲層鉆井液污染深度隨時間變化的數學模型，分析了非均質儲層鉆井液污染程度的規律；同時結合區塊儲層敏感性數據，通過對比污染前后巖心氣測滲透率的方法，探究了鉆井液污染非均質儲層的機理。

關鍵詞：扶余油田；鉆井液污染程度；非均質儲層；氣測滲透率

扶余油田主要為構造油藏，油層砂體呈條帶狀、透鏡狀分布，目的層泉頭組泉四段主要為灰綠色泥巖、棕或棕褐色油砂巖，含油砂巖由上至下粒度變粗，底部為灰色鈣質膠結砂巖。儲層孔隙度一般為6%～35%，平均為24.2%。滲透率一般為(0.02～3 652)×10-3μm2，平均為170.9×10-3μm2。扶余油田滲透率級差大，儲層非均質現象嚴重，通過測井解釋分析，鉆井液對儲層污染嚴重，且污染程度不一。因此，有必要探究鉆井液對于非均質儲層的污染程度[1-4]。

1儲層污染程度研究

1.1鉆井液污染程度研究

取自泉四段的天然巖心經洗油、烘干、氣測滲透率、飽和地層水后，按照氣測滲透率的結果將巖心分為高中低三個組，每組3塊共選取9塊天然巖心。依據SY/T6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內評價方法》，先正向測試巖心對于煤油損害前初始滲透率Ko，然后反向進行鉆井液的動態濾失污染，同時記錄125 min內不同時間的濾失體積，最后正向測定鉆井液損害巖心后巖心對煤油的滲透率Kod。鉆井液的配方為：(4～5)%膨潤土+0.5%純堿+0.5%銨鹽+ (0.5～1)%HA樹脂+(0.1～0.3)%KPA。實驗結果如表1所示。

表1　鉆井液損害油層室內評價結果

由表1可知，鉆井液對低滲巖心(J27-1、J27-2、J27-3)的平均損害率為25.8%，對中滲巖心(J27-4、J27-5、J27-6)的平均損害率為77.5%，對高滲巖心(J27-7、J27-8、J27-9)的平均損害率為80.1%。評價結果表明：中高滲巖心受到的污染程度最高，而低滲巖心受到的污染程度較低。

1.2鉆井液污染深度研究

通常測試的天然巖心長度只有5～7 cm，而鉆井液的污染深度通常為十幾厘米至幾十厘米，因此室內實驗很難評價鉆井液的污染深度。前人通過人造巖心或者長巖心夾持器進行模擬，但均不能較準確地測出實際鉆井液侵入地層的深度。筆者通過大量實驗數據分析認為，可用鉆井液侵入巖心的深度表征鉆井液侵入地層的深度，從而得出鉆井液對于非均質儲層污染情況。依據理想毛管理論，將儲層巖石空間處理成平行毛管，鉆井液侵入巖心的深度計算公式如下：

π(R2-rw)hφη=2πrwhQ

(1)

(2)

(3)

Ld=R-rw

(4)

式中：R——污染半徑，m；rw——井眼半徑，m；h——地層厚度，m；φ——孔隙度；Q——流量，m3/min；η——驅替效率；Ld——污染深度，m。

將動態濾失時記錄的125 min內不同時間的濾失體積(如表2所示)代入公式中，得到不同時間與鉆井液侵入巖心深度的關系，采用線性回歸分析法建立數學模型，預測模型為：Y=A×XB。

以J27-4為例(圖1)，回歸出的數學模型為Y=3.1325X0.3663，相關性R為0.9879，能較好地反

映125 min內鉆井液侵入深度與時間的關系。依據回歸出的數學模型，可以預測巖心在125 min后，鉆井液入侵巖心的深度。將其它巖心實驗結果按上述方法處理并作出曲線，如圖2所示。

圖1　J27-4巖心污染深度回歸曲線

圖2　鉆井液污染深度隨時間變化關系曲線

由圖2可以看出，在125 min后隨著時間的推移，對于滲透率中等的巖心，鉆井液侵入深度最大，侵入速率最大，并且污染深度持續增加；對于滲透率較高的巖心，鉆井液侵入深度中等，侵入速率逐漸放緩；對于低滲巖心，鉆井液侵入深度最小，侵入速率最小，污染深度幾乎保持不變。

2鉆井液污染機理研究

2.1鉆井液污染巖心前后氣測滲透率對比

為了探究鉆井液對于非均質儲層的污染機理，將經過鉆井液污染后的巖心切成長度相等三段巖心，從污染端面由遠至近分別標為1號、2號、3號巖心。將切割后的巖心經48小時烘干至恒重，最后對每塊巖心測定空氣滲透率，結果如表3所示。

氣測滲透率在一定程度上反映出固體顆粒在巖心孔喉處的的分布情況。由實驗結果可以看出：在高中低滲透率不同組別巖心中，遠離污染端面巖心的氣測滲透率均呈現出下降趨勢。對于滲透率中等的巖心，巖心氣測滲透率損害率最大，三段巖心損害程度基本相同，說明鉆井液固相顆粒侵入較深；對于滲透率低的巖心，靠近污染端面巖心損害程度較高，遠離污染端面巖心損害程度明顯降低，說明鉆井液固相顆粒侵入巖心距離較淺。

表3　鉆井液污染前后巖心氣測滲透率結果

圖3　不同巖心深度鉆井液損害率

2.2非均質儲層鉆井液污染機理

綜合該區儲層敏感性情況[5-9]，儲層水敏平均損害率為26.5%，水敏程度較弱；堿敏平均損害率為24.83%，堿敏程度較弱；最低臨界pH為11；而該區鉆井液pH為9，低于臨界pH值。結合上述實驗結果可以看出，造成該區鉆井液污染地層深度不一的主要原因為固相顆粒的侵入。

當鉆井至儲層時，在鉆井液中各種類型和尺寸的固相粒子將快速進入儲層，對于滲透率較高的層位，由于鉆井液大量、高速的侵入，固相顆粒流經孔喉時，在小于粒徑的孔喉處大量聚集形成橋堵,阻止固相和液相進一步侵入儲層，故鉆井液侵入較淺；而對于滲透率較低的層位，狹窄的滲流通道阻礙了鉆井液的侵入，鉆井液濾失小，侵入深度也較淺；對于中等滲透率的巖心，由于鉆井液中無適當粒徑的固相顆粒在喉道處短期內形成橋堵,而是只形成部分堆砌堵塞,隨著鉆井液的繼續侵入，橋堵和解堵逐漸平衡，故鉆井液侵入較深。

3結論

(1)鉆井液對于扶余油田非均質儲層污染程度不一，低滲和高滲儲層受到鉆井液污染程度較小，中滲儲層受到的污染程度最為嚴重。

(2)通過動態濾失實驗建立了鉆井液污染儲層數學模型，對比鉆井液污染巖心前后氣測滲透率的結果，認為造成該區鉆井液污染儲層深度不一的主要原因為固相顆粒的侵入。

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編輯：李金華

文章編號：1673-8217(2016)01-0118-03

收稿日期：2015-09-02

作者簡介：歐陽傳湘，教授，1963年生，主要從事油藏工程和采油工程方面的研究。

中圖分類號：TE357

文獻標識碼：A