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(wú)固相弱凝膠鉆井液體系儲(chǔ)層保護(hù)效果室內(nèi)試驗(yàn)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(duì)儲(chǔ)層，尤其是高滲透儲(chǔ)層，造成不可逆的損害，無(wú)固相鉆井液體系的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。雖然無(wú)固相鉆井液體系的應(yīng)用大大減弱了固相侵入對(duì)儲(chǔ)層造成的損害，但是它也有其特殊的損害機(jī)理。以一種無(wú)固相弱凝膠鉆井液體系為例，利用高溫高壓動(dòng)態(tài)損害評(píng)價(jià)儀、掃描電鏡、毛管流動(dòng)孔隙結(jié)構(gòu)儀等，系統(tǒng)評(píng)價(jià)了無(wú)固相體系的主要損害機(jī)理及其儲(chǔ)層保護(hù)效果。研究結(jié)果表明，單一的鉆井液體系對(duì)儲(chǔ)層損害程度較大，特別是對(duì)于高滲透儲(chǔ)層；無(wú)固相鉆井液體系的主要儲(chǔ)層損害機(jī)理為有機(jī)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(duì)巖心進(jìn)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(wú)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(chǎng)，才能獲得優(yōu)良的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

無(wú)固相；鉆井液；儲(chǔ)層保護(hù)；損害機(jī)理；破膠

高孔高滲砂巖儲(chǔ)層由于孔喉粗大，固相侵入是鉆井過程中最重要的儲(chǔ)層損害機(jī)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(lái)減弱或消除這種損害，從而研制出了多種無(wú)固相鉆井液體系。其中無(wú)固相弱凝膠體系是目前應(yīng)用較廣泛的一種無(wú)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(chǎng)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(chǔ)層，并減少對(duì)井壁的沖蝕等[1-6]。下面。筆者針對(duì)無(wú)固相弱凝膠鉆井液體系的特點(diǎn)，通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)對(duì)其損害機(jī)理及儲(chǔ)層保護(hù)效果進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，為無(wú)固相鉆井液體系的配方優(yōu)化及其在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)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(jī)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(yàn)采用某油田儲(chǔ)層巖心，儲(chǔ)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(chǔ)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(cè)量參數(shù)

所有試驗(yàn)均在西南石油大學(xué)“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。利用自制的高溫高壓動(dòng)態(tài)損害評(píng)價(jià)儀，模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鉆井過程，評(píng)價(jià)鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的損害程度。儀器測(cè)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(yàn)巖心為柱塞狀巖樣，直徑為2.54cm，長(zhǎng)度為3～8cm。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1單一鉆井液動(dòng)態(tài)損害評(píng)價(jià)

表2 單一鉆井液動(dòng)態(tài)損害評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果 (壓差2MPa)

試驗(yàn)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(cè)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(shí)間的變化關(guān)系；④煤油正向再測(cè)反排恢復(fù)油相滲透率Kod，計(jì)算巖心滲透率自然反排恢復(fù)率Ir1。試驗(yàn)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(dòng)態(tài)濾失量為5.4～6.5ml，平均5.9ml。③試驗(yàn)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(chǔ)層保護(hù)效果不是太好，特別對(duì)于高滲透砂巖儲(chǔ)層?？傮w上來(lái)看，無(wú)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(chǔ)層保護(hù)效果不是太好，特別是對(duì)于高滲透儲(chǔ)層。

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

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

2.2破膠液解堵效果評(píng)價(jià)

由于無(wú)固相體系是聚合物體系，大分子鏈長(zhǎng)、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(duì)鉆井液損害后的儲(chǔ)層進(jìn)行破膠，有效地清除侵入儲(chǔ)層的固相和聚合物，恢復(fù)儲(chǔ)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(yàn)流程如下：①試驗(yàn)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(cè)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(yàn)巖心取出，在儲(chǔ)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(cè)定油相滲透率Kod，計(jì)算滲透率恢復(fù)率Ir1。

圖1 鉆井液中的有機(jī)固相在儲(chǔ)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(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表4。試驗(yàn)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(duì)于鉆井液損害后立即反排的試驗(yàn)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(chǔ)層反排效果的主要機(jī)理就是通過降解一些堵塞儲(chǔ)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(chǔ)層滲透率。破膠液浸泡后的儲(chǔ)層反排恢復(fù)率相對(duì)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(wú)固相鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的堵塞，可取得較佳的解堵效果。

3 結(jié)論與建議

1)無(wú)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(chǔ)層保護(hù)效果不是太好，尤其是對(duì)于高滲透儲(chǔ)層。

2)無(wú)固相鉆井液體系對(duì)儲(chǔ)層主要的損害機(jī)理為有機(jī)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(wú)固相鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的堵塞，浸泡后試驗(yàn)巖心滲透率反排恢復(fù)率大于80%。因此建議把無(wú)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(chǔ)層保護(hù)效果。

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[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409.2012.01.021

TE254.3

A

1673-1409(2012)01-N064-03