王 松，魏 霞 （長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

熊臘生 （渤海鉆探公司工程處，天津300270）

張順元 （中國(guó)石油集團(tuán)總公司鉆井工程研究院海外鉆井所，北京100195）

用于儲(chǔ)層保護(hù)的鉆井液體系研究
——以大港油田扣49區(qū)塊為例

王 松，魏 霞 （長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

熊臘生 （渤海鉆探公司工程處，天津300270）

張順元 （中國(guó)石油集團(tuán)總公司鉆井工程研究院海外鉆井所，北京100195）

通過(guò)對(duì)大港油田扣49區(qū)塊的儲(chǔ)層特征研究，分析了儲(chǔ)層損害的潛在因素。研制出了一套代號(hào)為JHM的無(wú)黏土相鉆井液體系配方，全面評(píng)價(jià)了該鉆井液體系的失水性、流變性、熱穩(wěn)定性、抑制性、生物毒性、暫堵效果等，并與該區(qū)塊原使用的鉆井液體系進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，JHM無(wú)黏土相鉆井液體系具有良好的常規(guī)性能，抑制性強(qiáng)，保護(hù)油氣層效果好，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

儲(chǔ)層特征；潛在損害因素；無(wú)黏土相鉆井液；油氣層保護(hù)；大港油田

保護(hù)油氣層技術(shù)是一項(xiàng)貫穿油田開(kāi)發(fā)全過(guò)程的系統(tǒng)工程，其中各種工作液的作用很大，它們成為保護(hù)油氣層技術(shù)的重要組成部分。優(yōu)選各種工作液是防止地層損害，實(shí)現(xiàn)油氣層保護(hù)的重要手段［1～3］。

1 大港油田扣49區(qū)塊儲(chǔ)層特征

大港油田扣49區(qū)塊鉆遇地層自上而下為第四系平原組，上第三系明化鎮(zhèn)組、館陶組，下第三系東營(yíng)組、沙河街組。目的層沙河街組一段：中上部為大段灰色、深灰色泥巖、夾淺灰色泥質(zhì)粉砂巖薄層，下部為深灰色泥巖、灰褐色油頁(yè)巖、灰褐色白云質(zhì)灰?guī)r及灰白色灰質(zhì)細(xì)砂巖，底部為5m灰白色生物灰?guī)r；沙河街組二段：為深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、夾淺灰色泥質(zhì)粉砂、淺灰色含礫不等粒砂巖，淺灰色熒光－油斑細(xì)砂巖。

該地區(qū)儲(chǔ)層主要巖性為巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖，其中石英體積分?jǐn)?shù)為22%～33%，長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)為34%～46%，巖屑體積分?jǐn)?shù)為36%～42%。其成分成熟度低，為低成熟砂巖，砂巖一般以細(xì)砂巖及細(xì)－中砂巖為主，成熟度略低，分選中，磨圓差，儲(chǔ)集性好。孔隙類型以粒間孔為主，其次為次生粒間孔。其物性特征為：孔隙度12.8%～24.9%，滲透率10.29～34.65mD，含油飽和度平均為28.18%。填隙物包括泥質(zhì)雜基和自生礦物，自生礦物主要由各類黏土礦物、碳酸鹽膠結(jié)物和黃鐵礦等組成。大部分填隙物是潛在的影響儲(chǔ)層性質(zhì)的敏感性礦物，是進(jìn)行油層保護(hù)時(shí)必須考慮的一個(gè)重要因素［4］。

2 扣49區(qū)塊儲(chǔ)層的潛在損害因素分析

扣49區(qū)塊儲(chǔ)層敏感性礦物主要包括微晶石英、黃鐵礦、黏土礦物、碳酸鹽礦物等，這些礦物在酸化過(guò)程中可能造成儲(chǔ)層潛在損害，與地層水不配伍的外來(lái)流體可能造成儲(chǔ)層損害，固體微粒的運(yùn)移也可能導(dǎo)致儲(chǔ)層的損害。選取扣49-2井巖心對(duì)其潛在損害因素進(jìn)行了試驗(yàn)分析，得出了以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：①其臨界流量為0.1ml／min，為中等速敏；②儲(chǔ)層具有中等水敏，因此設(shè)計(jì)的工作流體應(yīng)具有較強(qiáng)的抑制性；③儲(chǔ)層巖心為中等偏弱酸敏地層；④儲(chǔ)層巖心為中等鹽敏儲(chǔ)層，其臨界礦化度為3000mg／L，故要求工作液的礦化度最好不低于3000mg／L；⑤儲(chǔ)層巖心為弱堿敏地層，其臨界pH值為10，因此入井流體的pH值最好不要超過(guò)10。

3 保護(hù)儲(chǔ)層的鉆井液體系研究與應(yīng)用

3.1 現(xiàn)有鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的損害

在室內(nèi)模擬配制該區(qū)塊所使用的鉆井液：100ml水＋4g膨潤(rùn)土＋0.2g KPAM （聚丙烯酸鉀）＋1g硅黏土穩(wěn)定劑＋0.2g硅降黏劑＋1g SAS（磺化瀝青）＋0.5g單封，其鉆井液常規(guī)性能為：密度ρ＝1.18g／cm3，漏斗黏度μf＝43s，表觀黏度μa＝42mPa·s，塑性黏度μp＝29mPa·s，動(dòng)切力τd＝13Pa，API濾失量VAPI＝4ml，濾餅厚度δc＝0.5mm。選取該區(qū)塊的巖心，按照 《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)方法》分別在動(dòng)、靜失水儀上進(jìn)行巖心動(dòng)、靜態(tài)損害試驗(yàn)。用（Kd／Ko）×100%表示滲透率恢復(fù)值，其中Kd為損害后的滲透率，Ko為損害前的滲透率。結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 現(xiàn)有鉆井液巖心靜態(tài)損害和動(dòng)態(tài)損害試驗(yàn)結(jié)果

從表1可以看出，扣49區(qū)塊現(xiàn)有鉆井液對(duì)儲(chǔ)層巖心損害后的滲透率恢復(fù)值不超過(guò)75%，說(shuō)明現(xiàn)有鉆井液對(duì)該區(qū)塊的儲(chǔ)層具有一定的損害。

3.2 新型無(wú)固相鉆井液的研制

因?yàn)榭?9區(qū)塊儲(chǔ)層中含有一定量的膨脹性黏土礦物，若入井工作液選用不當(dāng)，儲(chǔ)層會(huì)受到一些潛在的損害，如固相顆粒堵塞，易水化的黏土礦物的分散運(yùn)移，外來(lái)流體與儲(chǔ)層地層水之間不配伍產(chǎn)生沉淀等。鑒于此，在室內(nèi)研制了一套既保護(hù)儲(chǔ)層又保護(hù)環(huán)境的新型多功能鉆井液體系——聚醚多元醇無(wú)黏土相鉆井液體系 （JHM體系）。聚醚多元醇是一種水溶性有機(jī)物，含有醚鍵和多個(gè)羥基，屬于多糖類衍生物，JHM體系主要由聚醚多元醇防塌劑、降濾失劑、油層保護(hù)劑及其他性能調(diào)節(jié)劑等組成［5，6］。

JHM體系的基本配方為：100ml水＋0.3g XC （生物聚合物）＋1g DFD-140（改性淀粉）＋1g DRISPAC （聚陰離子纖維素）＋0.1g KCl＋2g JHY （油溶性樹(shù)脂）＋2g JHM （聚醚多元醇防塌劑），其高溫老化前后的流變性和濾失性見(jiàn)表2。

表2 JHM鉆井液的流變性和濾失性

由表2結(jié)果可知，優(yōu)選出的鉆井液體系經(jīng)過(guò)120℃、16h老化后的流變性和濾失性變化較小，性能相對(duì)穩(wěn)定，120℃條件下的高溫高壓濾失量Vhthp也能滿足鉆井要求。

3.2.1 JHM體系加重性能研究

由于鉆井過(guò)程中平衡地層壓力的需要，現(xiàn)場(chǎng)常常要求添加加重劑。這就要求鉆井液在保持良好的流變性和濾失性的同時(shí)，有良好的加重劑懸浮能力。為此，進(jìn)行了JHM體系加重試驗(yàn)。

在原配方各成分及其含量不變的前提下加入重晶石，直至密度為1.45g／cm3。將加重鉆井液在常溫下靜置24h后，緩緩將其上層鉆井液倒入密度計(jì)，測(cè)得其密度為1.44g／cm3；將下層約150ml的鉆井液倒入密度計(jì)，測(cè)其密度為1.47g／cm3，這說(shuō)明JHM體系在24h靜置后密度較均勻，具有優(yōu)良的懸浮性能。同時(shí)測(cè)其老化前后的常規(guī)性能，結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可以看出，加重鉆井液的性能比較穩(wěn)定。

表3 老化前后JHM加重鉆井液流變性和濾失性

3.2.2 JHM體系的抑制性評(píng)價(jià)

為了評(píng)價(jià)JHM體系的抑制性，進(jìn)行了頁(yè)巖線性膨脹試驗(yàn)。頁(yè)巖的線性膨脹高度與時(shí)間的變化曲線對(duì)比試驗(yàn)在NP-01線性膨脹儀上進(jìn)行，計(jì)量膨脹高度隨時(shí)間 （至24h）的變化曲線，線性膨脹高度越小，抑制性越好。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1中可以看出，所配制的JHM體系的抑制性能比油基鉆井液略差一些，但優(yōu)于聚合物鉆井液和細(xì)分散鉆井液。

圖1 抑制性評(píng)價(jià)試驗(yàn)

3.2.3 JHM體系的抗污染性

為了考察JHM體系的抗污染性能，在室內(nèi)進(jìn)行了該鉆井液體系經(jīng)鹽、鈣、鉆屑等污染物污染后的試驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。由表4可以看出：當(dāng)外來(lái)污染物如氯化鈣、氯化鈉和鉆屑侵入JHM體系時(shí)，其流變性和濾失性能變化。這表明JHM體系能夠有效地抵抗這些物質(zhì)的侵染，從而有效地保證了鉆井工作的順利進(jìn)行。

表4 JHM體系抗污染性能評(píng)價(jià)

3.2.4 JHM體系的生物毒性

采用GB／T 15441-1995《水質(zhì)急性毒性的測(cè)定發(fā)光細(xì)菌法》進(jìn)行檢測(cè)［7］，結(jié)果見(jiàn)表5。測(cè)定鉆井液體系的生物毒性時(shí)，以半致死質(zhì)量濃度ρL50的大小為依據(jù)，參照生物毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，判斷所測(cè)樣品的生物毒性，當(dāng)ρL50＞10000mg／L時(shí)，所測(cè)樣品無(wú)毒性。

從表5可以看出，所研制的JHM體系與其他3種對(duì)比的鉆井液ρL50相比，其值最大，說(shuō)明其毒性最小。

表5 鉆井液體系的生物毒性

表6 JHM體系的油氣層保護(hù)效果

3.2.5 JHM體系的儲(chǔ)層保護(hù)性能

采用扣49區(qū)塊的天然巖心來(lái)評(píng)價(jià)JHM體系的儲(chǔ)層保護(hù)特性，結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可知，被鉆井液損害后的天然巖心的滲透率恢復(fù)值均在90%以上。說(shuō)明JHM體系的儲(chǔ)層保護(hù)效果優(yōu)良。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在大港油田扣49區(qū)塊使用該體系進(jìn)行了5口井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。進(jìn)入目的層前調(diào)整好鉆井液的性能參數(shù)，及時(shí)補(bǔ)充各處理劑的用量，保證其在鉆井液中的有效含量，充分使用固控設(shè)備，要求離心機(jī)、除砂器24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，盡量降低鉆井液中的有害固相。中途測(cè)試結(jié)果表明：試驗(yàn)井與對(duì)比井相比，表皮系數(shù)的平均值由2.52下降至0.14，油井產(chǎn)量平均提高27.8%，綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）扣49區(qū)塊儲(chǔ)層主要巖性為長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖，屬于中孔、中滲儲(chǔ)層。

2）對(duì)儲(chǔ)層潛在損害因素分析表明，儲(chǔ)層為中等速敏、中等水敏、中等偏弱酸敏、弱堿敏、中等鹽敏地層，因此在研制保護(hù)儲(chǔ)層的鉆井液時(shí)應(yīng)充分考慮這些因素。

3）所研制的JHM無(wú)黏土相鉆井液體系各項(xiàng)性能良好，滲透率恢復(fù)值在90%以上，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。

［1］李克向.保護(hù)油氣層鉆井完井技術(shù) ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1993.

［2］樊世忠，何綸.國(guó)內(nèi)外油氣層保護(hù)技術(shù)的新發(fā)展 （Ⅱ）——工程技術(shù)描述 ［J］.石油鉆探技術(shù)，2005，33（3）：1～6.

［3］張建國(guó)，王松，羅躍，等.大港油田灘海地區(qū)防塌及保護(hù)油氣層鉆井液體系試驗(yàn)研究 ［J］.石油鉆探技術(shù)，2004，32 （4）：44～46.

［4］鄭秀才.港西油田儲(chǔ)層損害的潛在地質(zhì)因素分析 ［J］.長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版），2011，8（5）：19～30.

［5］黃達(dá)全，陳少亮.大港油水平井保護(hù)油層鉆井液技術(shù) ［J］.鉆井液與完井液，2006，23（5）：31～35.

［6］黃維安，邱正松，呂開(kāi)河，等.環(huán)境友好油層保護(hù)鉆井液的研究與應(yīng)用 ［J］.石油鉆采工藝，2006，28（3）：31～36.

［7］GB／T 15441-1995，水質(zhì)急性毒性的測(cè)定——發(fā)光細(xì)菌法 ［S］.

Techniques of Drilling Fluid Used for Formation Protection——By Taking Block Kou 49in Dagang Oilfield for Example

WANG Song，WEI Xia，XIONG La-sheng，ZHANG Shun-yuan（First Author’s Address：College of Chemistry and Environmental Engineering，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

By studying the reservoir characteristics of Block Kou 49in Dagang Oilfield，the potential element of formation damage was analyzed.A set of drilling fluid formulae for clay free JHM were developed.A comprehensive evaluation was carried out for its fluid loss property，rheological property，heat stability，fluid inhibition，biological toxicity，temporary blocking effect and so on，and it was contrasted with the originally used drilling fluid.The results show that JHM has good conventional performance and stronger inhibition，better formation protection，it is of certain value of application and popularization.

reservoir characteristics；potential damage factor；clay free drilling fluid；formation protection；Dagang Oilfield

TE254.3

A

1000-9752（2012）10-0090-04

2012-03-09

王松 （1964-），男，1985年大學(xué)畢業(yè)，教授，現(xiàn)從事油田化學(xué)方面的教學(xué)與科研工作。

［編輯］ 蕭 雨