西湖凹陷儲(chǔ)層保護(hù)施工門(mén)限探討

王家航，褚道余，李基偉，董文秀，方華良

（1. 中國(guó)石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司，上海 200120；2. 中石化海洋石油工程有限公司，上海 200120）

隨著西湖凹陷勘探開(kāi)發(fā)力度不斷加大，井深逐漸增加，目前已發(fā)現(xiàn)的油氣層主要在垂深3 500 m以下，儲(chǔ)層物性由中孔-中高滲向低孔-低滲過(guò)渡。深部地層縱向上非均質(zhì)性強(qiáng)，實(shí)鉆最高井溫179 ℃，最大井底壓力超過(guò)103 MPa，給鉆完井作業(yè)及儲(chǔ)層保護(hù)帶來(lái)了極大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

近年來(lái)，西湖凹陷各個(gè)油氣田采用了多項(xiàng)儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)措施，如定向井段采用反滲透低自由水鉆井液體系，儲(chǔ)層段采用EZflow免破膠鉆開(kāi)液體系、油基鉆井液體系，室內(nèi)巖心滲透率恢復(fù)值均大于90%；采用隱形酸完井液體系擴(kuò)大滲流孔道；針對(duì)高壓層采用高密度螯合金屬?gòu)?fù)合鹽壓井液；引進(jìn)一趟式射孔生產(chǎn)聯(lián)作管柱和后效體射孔工藝減少射孔壓實(shí)效應(yīng)，縮短壓井時(shí)間等[1]。從產(chǎn)能上看，各井基本達(dá)到了開(kāi)發(fā)的配產(chǎn)要求。然而部分井仍然存在誘噴不活、低產(chǎn)低效的特征。一方面是由于設(shè)備、天氣、現(xiàn)場(chǎng)施工等原因?qū)е拢硪环矫媸莾?chǔ)層本身物性較差不具備自然產(chǎn)能。因此，有必要開(kāi)展儲(chǔ)層動(dòng)用門(mén)限值研究，明確儲(chǔ)層保護(hù)和改造的界限，為儲(chǔ)層保護(hù)的實(shí)施提供理論參考。

1 基本情況

對(duì)西湖凹陷探井試油資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，滲透率與孔隙度的關(guān)系見(jiàn)圖1，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。從圖1中可以看出花港組儲(chǔ)層滲透率與孔隙度成良好的相關(guān)性，即孔隙度越大，滲透率越高。

表1 西湖凹陷探井試油數(shù)據(jù)表Table 1 Well test production of exploration wells in Xihu Sag

從表1中可知，儲(chǔ)層保護(hù)措施的效果與儲(chǔ)層物性息息相關(guān)。污染對(duì)氣井產(chǎn)能有一定的影響，

但產(chǎn)能主要受儲(chǔ)層本身物性影響，對(duì)于那些物性較好的儲(chǔ)層，仍具有自然產(chǎn)能。

為了明確儲(chǔ)層物性與污染程度的關(guān)系，做表皮系數(shù)與滲透率關(guān)系圖（圖2）。

圖2 表皮系數(shù)與滲透率關(guān)系曲線圖Fig. 2 Relationship curve of skin factor and permeability

從圖2中可以看出：

（1）當(dāng)滲透率較小時(shí)，表皮系數(shù)較??；低孔低滲儲(chǔ)層的孔喉小或連通性差，膠結(jié)物含量高，容易受到外來(lái)液相侵入引起的水敏、水鎖以及賈敏效應(yīng)的損害，而受工作液（鉆井液、完井液、射孔液等）固相顆粒侵入影響較?。?/p>

（2）隨著滲透率的增大，巖石允許一部分外來(lái)工作液中的固相侵入，造成污染，加之液相等雙重影響，表皮系數(shù)逐漸變大；

（3）當(dāng)滲透率較大時(shí)，儲(chǔ)層滲流條件好，侵入地層的固相可以通過(guò)射孔、返排和生產(chǎn)逐漸解除，表皮系數(shù)也逐漸變小。

2 儲(chǔ)層保護(hù)施工門(mén)限評(píng)價(jià)方法

取儲(chǔ)層物性動(dòng)用下限作為儲(chǔ)層保護(hù)施工門(mén)限，即低于門(mén)限值，儲(chǔ)層在不改造的情況下，無(wú)法自然生產(chǎn)。

儲(chǔ)層物性動(dòng)用下限為儲(chǔ)層有效厚度起算時(shí)對(duì)應(yīng)的孔隙度、滲透率、飽和度值。現(xiàn)有的方法歸納起來(lái)主要是基于巖心資料、試油資料和測(cè)井資料。以巖心資料為基礎(chǔ)的方法[2-14]主要包括經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、最小流動(dòng)孔喉半徑法、束縛水飽和度法、孔隙度滲透率交會(huì)法、核磁共振法、相滲曲線與含水飽和度-孔隙度關(guān)系組合法、啟動(dòng)壓力梯度法、儲(chǔ)層品質(zhì)指數(shù)法等；以巖心與試油資料相結(jié)合的方法主要包括測(cè)試法、含油產(chǎn)狀法、分布曲線函數(shù)法等。

以巖心資料為基礎(chǔ)的方法屬于靜態(tài)法，與開(kāi)采的工藝無(wú)關(guān)，主要受儲(chǔ)層本身物性的影響。為了結(jié)合實(shí)際情況，研究采用動(dòng)態(tài)法中的測(cè)試法。

測(cè)試法[2]是以試油資料為基礎(chǔ)，通過(guò)回歸得到滲透率與產(chǎn)能的關(guān)系式，進(jìn)而計(jì)算儲(chǔ)層物性動(dòng)用下限。具體方法如下：

（1）做每米采油（氣）指數(shù)隨滲透率變化的關(guān)系曲線；

（2）當(dāng)每米采油（氣）指數(shù)降為0時(shí)，所對(duì)應(yīng)的滲透率值，即為儲(chǔ)層動(dòng)用的滲透率下限；

（3）當(dāng)滲透率低于某個(gè)值時(shí)，每米采油（氣）指數(shù)不隨滲透率的變化而變化（即曲線不相交而出現(xiàn)平緩段），可把此滲透率值作為有效儲(chǔ)層物性下限。

此處的滲透率可取室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)所得絕對(duì)滲透率或是測(cè)井解釋的滲透率。如果每米采油（氣）指數(shù)與滲透率相關(guān)系數(shù)較高時(shí)（如大于70%），本方法在理論上能較全面地反映儲(chǔ)層有效性的主要控制因素。

采氣指數(shù)[6]是指氣井地面日產(chǎn)氣量與生產(chǎn)壓力平方差之比，是反映氣層性質(zhì)、流體參數(shù)、厚度、完井條件及泄氣面積與產(chǎn)量之間關(guān)系的綜合指標(biāo)。每米采氣指數(shù)計(jì)算見(jiàn)式（1）：

式中：I為每米采氣指數(shù)，104m3/（MPa2·m·d）；q為日產(chǎn)氣量，104m3/d；Pi為地層壓力，MPa；Pw為井底壓力，MPa；h為測(cè)試層厚度，m。

3 儲(chǔ)層保護(hù)門(mén)限值計(jì)算

利用公式（1）計(jì)算得到各井各層的每米采氣指數(shù)（表2）。

結(jié)合表2中的數(shù)據(jù)，首先做每米產(chǎn)氣指數(shù)與滲透率的關(guān)系圖（圖3），通過(guò)曲線回歸，計(jì)算所得相關(guān)性低，為0.334 9。為了盡可能擬合更多的數(shù)據(jù)，剔除嚴(yán)重偏離的數(shù)據(jù)點(diǎn)2個(gè)，重新回歸曲線，相關(guān)性為0.888（圖4）。

圖3 每米產(chǎn)氣指數(shù)與滲透率關(guān)系曲線圖Fig. 3 Relationship curve of gas productivity index of a meter and permeability

表2 西湖探井每米采氣指數(shù)表Table 2 Gas productivity index of exploration wells in Xihu Sag of a meter

從圖4中可以看出，回歸曲線相關(guān)性高，為0.975 5，當(dāng)每米采氣指數(shù)為0時(shí)，計(jì)算得到滲透率下限為1.19×10-3μm2。

由圖4可知，儲(chǔ)層滲透率與孔隙度存在較好的相關(guān)性，可通過(guò)滲透率與孔隙度的關(guān)系直接計(jì)算得到孔隙度的下限值。計(jì)算孔隙度下限為9.81%。

圖4 每米產(chǎn)氣指數(shù)與滲透率關(guān)系曲線圖（剔除無(wú)效點(diǎn)）Fig. 4 Relationship curve of gas productivity index of a meter and permeability (eliminate the inefficient data)

圖5為每米采氣指數(shù)與含水飽和度關(guān)系曲線圖。從圖中可以看出，含水飽和度曲線回歸所得相關(guān)性極低。由圖6可知，當(dāng)含水飽和度大于46.2%時(shí)，曲線趨于水平，即產(chǎn)氣指數(shù)不隨含水飽和度變化，并且每米采氣指數(shù)接近0。因此，取46.2%為含水飽和度上限。

圖5 每米產(chǎn)氣指數(shù)與含水飽和度關(guān)系曲線圖Fig. 5 Relationship curve of gas producitivty index of a meter and water saturation

圖6 每米產(chǎn)氣指數(shù)與含水飽和度關(guān)系曲線圖（剔除無(wú)效點(diǎn)）Fig. 6 Relationship curve of gas productivity index of a meter and water saturaion (eliminate the inefficient data)

取滲透率下限為1.19×10-3μm2，孔隙度下限為9.81%，含水飽和度上限為46.2%。利用計(jì)算所得結(jié)果，對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證（其中每米采氣指數(shù)低于1的儲(chǔ)層不具備商業(yè)開(kāi)采價(jià)值），僅G-1井H1層、H-2井H4層、Y-1井H4層不符合，總符合率為86.36%。即當(dāng)儲(chǔ)層物性在門(mén)限值范圍內(nèi)，表明儲(chǔ)層在自然條件下存在產(chǎn)能，可進(jìn)行必要的儲(chǔ)層保護(hù)措施；當(dāng)儲(chǔ)層物性不在門(mén)限值范圍內(nèi) ，需考慮必要的改造措施獲得產(chǎn)能。

4 實(shí)例驗(yàn)證

4.1 基本情況

C10H井為西湖凹陷某氣田一口裸眼水平井，水平段長(zhǎng)1 546.63 m。進(jìn)儲(chǔ)層前替入EZFLOW無(wú)固相鉆完井一體化鉆井液，并添加防水鎖劑，室內(nèi)巖心損害滲透率恢復(fù)值大于95%，鉆完井作業(yè)過(guò)程泥漿池返出正常，無(wú)漏失等異常情況發(fā)生。

氣舉期間，井口壓力一直處在較低水平，關(guān)井最高恢復(fù)至5.79 MPa，氣舉期間不超過(guò)2.07 MPa，表明地層供給不足，氣相難以建立持續(xù)流動(dòng)。先后采用環(huán)空氣舉、連續(xù)油管氮?dú)鈿馀e，誘噴未活。

4.2 原因分析

（1）利用計(jì)算所得門(mén)限值對(duì)C10H及其鄰井的儲(chǔ)層可動(dòng)用情況進(jìn)行判斷，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 儲(chǔ)層保護(hù)門(mén)限值應(yīng)用數(shù)據(jù)表Table 3 Application data table for threshold value of reservoir protection

由表3可知，C10H井H5層孔隙度為3.55%～8.41%，滲透率為（0.61～8.95）×10-3μm2，為低孔低滲儲(chǔ)層。其中滲透率、孔隙度的變化范圍大，表明儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)?？紫抖茸钚≈禐?.55%，明顯低于鄰井，且整體低于門(mén)限值，儲(chǔ)層滲流條件差。

（2）巖心核磁共振測(cè)試T2圖譜如圖7。由圖可知H5層可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)為37.18%～61.4%之間，加之孔隙度明顯偏小，可動(dòng)流體少，進(jìn)一步驗(yàn)證了門(mén)限值的準(zhǔn)確性。

圖7 巖心核磁共振T2圖譜Fig. 7 NMR T2 Atlas

（3）此外，對(duì)于低孔低滲儲(chǔ)層，流體需要克服啟動(dòng)壓力才能發(fā)生流動(dòng)，滲流特征表現(xiàn)為非線性。該氣田啟動(dòng)壓力梯度數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 啟動(dòng)壓力梯度數(shù)據(jù)表Table 4 Threshold pressure gradient data

對(duì)C10H井靜壓測(cè)試，測(cè)壓資料顯示H5層目前地層壓力系數(shù)約0.78（原始1.06），壓力下降約10 MPa，壓力虧空導(dǎo)致部分流體無(wú)法克服啟動(dòng)壓力，難以發(fā)生流動(dòng)。

建議針對(duì)此類(lèi)低孔低滲儲(chǔ)層需考慮酸化、壓裂等儲(chǔ)層改造措施，以增加儲(chǔ)層孔隙度、滲透率，提高流體可流動(dòng)性。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）對(duì)西湖凹陷探井試油資料分析，結(jié)果表明儲(chǔ)層保護(hù)措施的效果與儲(chǔ)層物性息息相關(guān)。污染對(duì)氣井產(chǎn)能有一定的影響，但產(chǎn)能主要受儲(chǔ)層本身物性影響，對(duì)于那些物性較好的儲(chǔ)層，仍具有自然產(chǎn)能。

（2）結(jié)合試油資料，采用測(cè)試法計(jì)算西湖凹陷儲(chǔ)層保護(hù)門(mén)限值：滲透率下限為1.19×10-3μm2，孔隙度下限為9.81%，含水飽和度上限為46.2%，驗(yàn)證結(jié)果符合率86.36%。

（3）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例驗(yàn)證表明，儲(chǔ)層物性不在門(mén)限值范圍內(nèi)，僅通過(guò)儲(chǔ)層保護(hù)難以獲得自然產(chǎn)能，需考慮必要的儲(chǔ)層改造措施，達(dá)到釋放產(chǎn)能的目的。