王春華，易 鋒 (西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610500)

無固相弱凝膠鉆井液體系儲層保護效果室內(nèi)試驗研究

王春華，易 鋒 (西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610500)

為了防止固相侵入對儲層，尤其是高滲透儲層，造成不可逆的損害，無固相鉆井液體系的應(yīng)用越來越廣泛。雖然無固相鉆井液體系的應(yīng)用大大減弱了固相侵入對儲層造成的損害，但是它也有其特殊的損害機理。以一種無固相弱凝膠鉆井液體系為例，利用高溫高壓動態(tài)損害評價儀、掃描電鏡、毛管流動孔隙結(jié)構(gòu)儀等，系統(tǒng)評價了無固相體系的主要損害機理及其儲層保護效果。研究結(jié)果表明，單一的鉆井液體系對儲層損害程度較大，特別是對于高滲透儲層；無固相鉆井液體系的主要儲層損害機理為有機固相侵入和聚合物的吸附滯留損害；在鉆井液損害后使用破膠液對巖心進行解堵，滲透率恢復(fù)率得到了大幅度的提高。所以，最好把無固相鉆井液體系與破膠液作為一體化的鉆完井液體系應(yīng)用于現(xiàn)場，才能獲得優(yōu)良的儲層保護效果。

無固相；鉆井液；儲層保護；損害機理；破膠

高孔高滲砂巖儲層由于孔喉粗大，固相侵入是鉆井過程中最重要的儲層損害機理之一。因此許多研究者試圖通過不在鉆井液中加入固相來減弱或消除這種損害，從而研制出了多種無固相鉆井液體系。其中無固相弱凝膠體系是目前應(yīng)用較廣泛的一種無固相鉆井液體系，特別是在水平井的造斜段和水平段現(xiàn)場應(yīng)用很成功，它具有許多不同于傳統(tǒng)鉆井液的特殊性能：很好的熱穩(wěn)定性；有利于攜砂；高的低剪切粘度，能有效地阻止固相、液相侵入儲層，并減少對井壁的沖蝕等[1-6]。下面。筆者針對無固相弱凝膠鉆井液體系的特點，通過室內(nèi)模擬試驗對其損害機理及儲層保護效果進行深入系統(tǒng)的研究，為無固相鉆井液體系的配方優(yōu)化及其在現(xiàn)場的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 試驗材料及方法

1.1鉆井液體系配方及性能

通過優(yōu)選，所用鉆井液體系配方為：KCl鹽水+0.1%燒堿+0.2%純堿+5.0%有機淀粉+3.0%聚合醇+0.3%增粘劑+0.7%降濾失劑+HCOONa(加重劑)，其主要性能見表1。

表1 鉆井液體系主要性能指標(biāo)

1.2巖心樣品的選取

試驗采用某油田儲層巖心，儲層巖石類型為細(xì)-中巖屑石英砂巖，顆粒呈次棱～次圓狀，分選中等；巖心有效孔隙度分布范圍在3.8%～28.4%，滲透率為(6.5～1272)×10-3μm2；儲層泥質(zhì)膠結(jié)物含量平均為4.5%，粘土礦物以高嶺石和伊利石為主，其次為伊/蒙間層和綠泥石。

1.3儀器及測量參數(shù)

所有試驗均在西南石油大學(xué)“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室完成。利用自制的高溫高壓動態(tài)損害評價儀，模擬現(xiàn)場實際鉆井過程，評價鉆井液對儲層的損害程度。儀器測量參數(shù)如下：溫度為室溫～200℃；圍壓為2～50MPa；鉆井液循環(huán)流量為0～20L/min；試驗巖心為柱塞狀巖樣，直徑為2.54cm，長度為3～8cm。

2 試驗結(jié)果

2.1單一鉆井液動態(tài)損害評價

表2 單一鉆井液動態(tài)損害評價試驗結(jié)果 (壓差2MPa)

試驗步驟如下：①巖心洗油、烘干，抽空飽和地層水24h以上，煤油驅(qū)替建立束縛水飽和度；②煤油正向測定巖心油相滲透率Ko；③鉆井液在2MPa正壓差條件下反向循環(huán)2h，循環(huán)過程中詳細(xì)記錄鉆井液濾失量和巖心滲透率隨時間的變化關(guān)系；④煤油正向再測反排恢復(fù)油相滲透率Kod，計算巖心滲透率自然反排恢復(fù)率Ir1。試驗結(jié)果見表2和表3。由表2和表3可以看出：①在鉆井液循環(huán)5min后，巖心滲透率為(0.0774～0.1986)×10-3μm2，滲透率下降幅度為90.12%～99.85%；鉆井液濾失量也趨于穩(wěn)定，說明鉆井液體系在循環(huán)后5min內(nèi)即能形成較為致密的泥餅。②鉆井液循環(huán)2h的動態(tài)濾失量為5.4～6.5ml，平均5.9ml。③試驗巖心煤油滲透率自然反排恢復(fù)率為21.96%～64.18%，平均40.95%。其中低滲透巖心滲透率恢復(fù)率為42.35%～62.18%，平均52.11%；高滲透巖心恢復(fù)率為21.96%～26.47%，平均24.22%。單一鉆井液體系的儲層保護效果不是太好，特別對于高滲透砂巖儲層?？傮w上來看，無固相鉆井液體系能在循環(huán)5min內(nèi)形成較為致密的泥餅，鉆井液濾失量較低。但鉆井液體系儲層保護效果不是太好，特別是對于高滲透儲層。

表3 鉆井液循環(huán)過程中不同時間點的累計濾失量和巖心近似滲透率變化

鉆井液體系對儲層主要損害機理是固相侵入和聚合物分子的吸附滯留(見圖1、圖2)。無固相鉆井液雖然名為無固相，但是其中只是不含無機固相，仍然含有有機固相淀粉。在正壓差作用下鉆井液中的固相會侵入儲層，堵塞孔喉。這種損害在高滲透儲層更加嚴(yán)重。同時由于無固相體系是聚合物體系，聚合物分子侵入儲層吸附在顆粒表面。

2.2破膠液解堵效果評價

由于無固相體系是聚合物體系，大分子鏈長、體積大、粘度高，一旦被擠入地層，容易吸附、滯留在孔隙中，造成油流受阻、油井產(chǎn)能降低。因此，必須使用破膠劑對鉆井液損害后的儲層進行破膠，有效地清除侵入儲層的固相和聚合物，恢復(fù)儲層滲透率。目前主要的破膠方式有3種：氧化劑破膠、酶化學(xué)破膠和酸破膠[6]。筆者采用氧化劑破膠，通過優(yōu)選，破膠液配方：鹽水+2.0%粘土穩(wěn)定劑+0.2%助排劑+1.5%氧化破膠劑。試驗流程如下：①試驗巖心洗油、烘干，抽空飽和地層水24h以上，煤油驅(qū)替建立束縛水飽和度；②煤油正向測試巖心油相滲透率Ko；③在2MPa正壓差下反向循環(huán)鉆井液2h；④將試驗巖心取出，在儲層溫度下浸泡在破膠液中；⑤巖心在破膠液中浸泡3d后取出，煤油正向測定油相滲透率Kod，計算滲透率恢復(fù)率Ir1。

圖1 鉆井液中的有機固相在儲層

圖2 聚合物分子在巖石顆粒表面吸附滯留

表4 破膠液解堵評價試驗結(jié)果

試驗結(jié)果見表4。試驗巖心在PRD破膠液中浸泡3d后，巖心滲透率自然反排恢復(fù)率為80.04%～88.62%，平均84.17%。相對于鉆井液損害后立即反排的試驗結(jié)果，破膠液浸泡后滲透率反排率得到較大幅度的提高。

破膠液浸泡增大儲層反排效果的主要機理就是通過降解一些堵塞儲層孔喉的大分子聚合物，形成較小的分子片，解除大分子的粘彈效應(yīng)，使內(nèi)外濾餅得到有效的清除，恢復(fù)儲層滲透率。破膠液浸泡后的儲層反排恢復(fù)率相對于鉆井液循環(huán)后立即反排有了大幅度的提高，使用破膠液能較好地解除無固相鉆井液對儲層的堵塞，可取得較佳的解堵效果。

3 結(jié)論與建議

1)無固相弱凝膠鉆井液體系能在循環(huán)5min內(nèi)形成較為致密的泥餅，鉆井液濾失量較低。但鉆井液體系儲層保護效果不是太好，尤其是對于高滲透儲層。

2)無固相鉆井液體系對儲層主要的損害機理為有機固相侵入和聚合物的吸附滯留。

3)使用破膠液浸泡能較好的解除無固相鉆井液對儲層的堵塞，浸泡后試驗巖心滲透率反排恢復(fù)率大于80%。因此建議把無固相鉆井液和破膠液作為一體化的鉆完井液體系應(yīng)用，才能取得較好的儲層保護效果。

[1]楊玻,黃林基.無粘土低固相甲酸鹽鉆井液[J].鉆采工藝，2001,24(4):58-60.

[2]張斌,杜小勇.無固相弱凝膠鉆井液技術(shù)[J].鉆井液與完井液，2005,22(5):35-37.

[3]尤源,張潔.一種無固相鉆井液的研制及應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2006,26(3):78-80.

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[6]馬美娜，許明標(biāo)，唐海雄,等.有效降解PRD鉆井液的低溫破膠劑JPC室內(nèi)研究[J].油田化學(xué)， 2005,22(4):289-291.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409.2012.01.021

TE254.3

A

1673-1409(2012)01-N064-03