王建標(biāo)

(中國石化華北分公司，河南 鄭州450042)

0 引言

目前福山油田仍沒有成型的適用鉆井完井液體系，本文通過儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)，及潛在損害因素分析，優(yōu)選福山油田適用鉆井完井液體系，并通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)其效果，主要評(píng)價(jià)內(nèi)容包括:(1)儲(chǔ)層特征、敏感性評(píng)價(jià)及潛在損害因素;(2)現(xiàn)場應(yīng)用及效果;(3)工藝及措施。

結(jié)合地質(zhì)特征分析潛在的損害因素，研究和篩選適用鉆井完井液體系。

1 福山油田區(qū)塊地質(zhì)特征

1.1 儲(chǔ)層沉積特征及物性分析

福山油田位于福山凹陷花場斷鼻，北鄰白蓮生油洼陷，烴源條件優(yōu)越。各井揭示下第三系流沙港組暗色泥巖發(fā)育。主要目的層潿洲組和流沙港組，主力油氣層流一組和流三組，埋藏深度主要在2000～3000和4000～4500 m，孔隙度10% ～20%，滲透率(0.004～500)×10－3μm2，屬于中孔低滲儲(chǔ)層，部分低孔特低滲凝析油氣藏，氣油比相對(duì)較高。

1.2 粘土礦物

孔隙流動(dòng)系統(tǒng)中的粘土礦物晶體尺寸小、比表面高，極易受到流體流動(dòng)和化學(xué)性質(zhì)改變的影響。粘土礦物有高嶺石、綠泥石、伊利石、伊/蒙間層和蒙皂石。非粘土礦物類主要有非晶質(zhì)硅、微晶石英、微晶長石、云母碎片和碳酸鹽礦物等，其粒徑通常＜37 μm，是潛在的可運(yùn)移微粒源。

由花8井L1段儲(chǔ)層敏感性實(shí)驗(yàn)分析證明福山油田具有弱→中等偏弱速敏，中等偏強(qiáng)水敏，中等偏弱堿敏，中等偏強(qiáng)酸敏，同時(shí)還有水鎖和液鎖損害;地層傾角大、存在較長的泥巖井段，鉆井完井液長時(shí)間浸泡容易坍塌，易導(dǎo)致井下情況復(fù)雜和事故。敏感性損害具不可逆性，解堵能力差，致使油井產(chǎn)能低下。

2 保護(hù)油氣層多級(jí)架橋屏蔽暫堵技術(shù)研究

結(jié)合儲(chǔ)層特征采用多級(jí)架橋屏蔽暫堵鉆井完井液，是利用鉆井液中的固相顆粒，在一定的正壓差作用下，在很短的時(shí)間內(nèi)(小于10 min)，在距井壁很近的距離內(nèi)(3～5 cm)形成有效堵塞(滲透率為零)的屏蔽環(huán)，以阻止鉆井液中大量固相和液相進(jìn)一步侵入儲(chǔ)層，屏蔽環(huán)要有一定的承壓能力(屏蔽環(huán)強(qiáng)度 ＞9 MPa)［1～4］。

2.1 多級(jí)架橋屏蔽暫堵技術(shù)設(shè)計(jì)原則

(1)根據(jù)巖心壓汞實(shí)驗(yàn)得出孔喉對(duì)儲(chǔ)層滲透率貢獻(xiàn)值曲線，求取孔喉滲透率貢獻(xiàn)率分布圖;

(2)根據(jù)滲透率貢獻(xiàn)率值的大小將孔喉劃分為二級(jí)、三級(jí)乃至多級(jí)區(qū)間;

(3)按照“2/3架橋規(guī)則”，確定各區(qū)間的暫堵粒徑;

(4)根據(jù)孔喉滲透率貢獻(xiàn)率占總貢獻(xiàn)率的百分比確定暫堵粒子濃度(一般其總量保持在3%);

(5)添加軟化變形粒子(濃度保持在1.5%)，對(duì)選出各種粒徑的暫堵粒子進(jìn)行復(fù)配［5，6］。

2.2 暫堵劑粒子的篩選

多級(jí)架橋屏蔽暫堵模型如下:

Y=Y0+AX1+BX2+CX3+DZ，即原漿+一級(jí)架橋粒子+二級(jí)架橋粒子+三級(jí)架橋粒子+軟化粒子+其它。

屏蔽暫堵劑中各種粒子按如下原則進(jìn)行篩選:

(1)屏蔽暫堵劑架橋粒子的尺寸為平均孔喉尺寸的1/2～1/3，濃度一般為3% ～4%(質(zhì)量體積百分比濃度)。福山油田儲(chǔ)層屬于中低孔低滲儲(chǔ)層，油層保護(hù)井段相對(duì)較長，架橋粒子總的加量可以取4%～5%，如果鉆進(jìn)過程中固控設(shè)備對(duì)暫堵粒子的損耗較大或者鉆井液中有效粒子含量低，則應(yīng)考慮適當(dāng)加大其加量。

(2)填充粒子的尺寸應(yīng)該比架橋粒子小一個(gè)級(jí)別，且濃度≮1%。

(3)可變形軟化粒子的尺寸一般在0.01～0.1 μm之間，其濃度≮1%。

2.2.1 架橋粒子的篩選

由福山油田的壓汞資料分析孔喉半徑分布如圖1所示。

圖1 福山油田孔喉分布直方圖

將福山油田孔喉根據(jù)滲透率貢獻(xiàn)率分成0～1、1～2、2～10 μm這3個(gè)區(qū)間。根據(jù)多級(jí)架橋數(shù)學(xué)模型，X1對(duì)應(yīng)0～1 μm 區(qū)間，按照“2/3架橋原則”以及現(xiàn)有暫堵材料的各種粒徑，取X1暫堵粒子D中=0.5 ～1.3 μm;X2對(duì)應(yīng)孔喉半徑1 ～2 μm 區(qū)間，同樣取X2暫堵粒子D中=1.3～3 μm;根據(jù)部分樣品壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，2～13 μm的孔喉區(qū)間對(duì)巖心滲透率的貢獻(xiàn)率達(dá)到40% ～50%以上，是部分巖心滲透率貢獻(xiàn)率最大的主區(qū)間，取X3暫堵粒子D中=3~19.5 μm。

2.2.2 變形軟化粒子的篩選

充填變形軟化粒子是保證屏蔽暫堵環(huán)致密有效的關(guān)鍵，對(duì)應(yīng)中孔中低滲儲(chǔ)層，充填變形軟化粒子還可以起到一定的直接暫堵主要連通喉道的目的。

2.2.3 填充粒子的篩選

我們從低熒光油溶性暫堵劑LR－1、LR－2、LR－3中優(yōu)選填充粒子，為優(yōu)選出填充效果最好的填充粒子，設(shè)計(jì)了表1中的3種配方，從而進(jìn)行暫堵劑的優(yōu)選。

表1 暫堵劑配方方案

分別將不同的暫堵劑加入到泥漿體系中，通過測API失水來初步評(píng)價(jià)架橋粒子與充填粒子的選擇是否適當(dāng)，測高溫高壓失水來評(píng)價(jià)軟性變形粒子的封堵效果，并優(yōu)選合適的暫堵劑(如表2所示)。

表2 暫堵劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

由表2中的數(shù)據(jù)可看出，加入暫堵劑XZD－Ⅱ后API失水和高溫高壓濾失量降低得最多，封堵效果最明顯。

2.3 暫堵劑的加量及鉆井完井液體系的配伍性

為了達(dá)到最優(yōu)的暫堵效果，對(duì)暫堵劑最佳加量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。暫堵劑最佳加量5%，暫堵率達(dá)到97.45%。

表3 暫堵劑加量的確定

將暫堵劑加入到聚磺防塌鉆井液體系中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。除了使體系漏斗粘度略微增加以外，體系的其它流變性幾乎沒有什么變化，因而配伍性良好，能滿足鉆井作業(yè)對(duì)泥漿性能的要求。

表4 加入暫堵劑前后泥漿體系的流變性能

2.4 福山油田保護(hù)油氣層鉆井完井液體系及效果評(píng)價(jià)

2.4.1 配方及測試結(jié)果

優(yōu)選的聚磺防塌鉆井液體系配方:膨潤土40～55 kg/m3，Na2CO32 ～ 3 kg/m3，NaOH 1 ～ 3 kg/m3，PAM 3 ～5 kg/m3，SWFJ－ X 7 ～15 kg/m3，HPYFTS－1 10 ～20 kg/m3，HAD －3 10 ～20 kg/m3，SPA 10～20 kg/m3，SMP －l 20～30 kg/m3，降粘劑 7～10 kg/m3，極壓潤滑劑10～20 kg/m3，石墨潤滑劑10～20 kg/m3。

(l)將復(fù)配后的屏蔽暫堵劑按5%的加量加入到鉆井液中，增加體系保護(hù)油氣層的效果;

(2)在鉆井液中加入1%DYRH－3，增加鉆井液的潤滑性。

(3)在原漿(聚磺防塌鉆井完井液)中加入5%XZD －Ⅱ、1%DYRH －3。

用靜態(tài)巖心流動(dòng)測試儀室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)鉆井完井液保護(hù)油氣層效果如表5所示。

表5 鉆井完井液形成屏蔽環(huán)的有效性評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

數(shù)據(jù)表明，不使用屏蔽暫堵劑，井漿2 h后失水仍比較大。使用屏蔽暫堵在相同試驗(yàn)條件下，20 min之后失水就很小了，也就是說，使用屏蔽暫堵劑20 min后就能夠形成屏蔽環(huán)。

2.4.2 鉆井完井液保護(hù)儲(chǔ)層效果評(píng)價(jià)(表6)

表6 鉆井完井液保護(hù)儲(chǔ)層效果評(píng)價(jià)試驗(yàn)

表6評(píng)價(jià)的是巖心經(jīng)過泥漿污染，截取污染帶后的滲透率恢復(fù)值?？梢钥闯黾尤霑憾聞┖髱r心的滲透率恢復(fù)值可達(dá)98.20%，沒有加入暫堵劑的巖心滲透率恢復(fù)值為80.94%，前者比后者高出近18個(gè)百分點(diǎn)。說明暫堵劑的封堵效果非常好，具有很好的保護(hù)油氣層的能力。

3 結(jié)論

(1)福山油田屬于中孔低滲儲(chǔ)層，呈弱→中等偏弱速敏，中等偏強(qiáng)水敏，中等偏弱堿敏，中等偏強(qiáng)酸敏。主要敏感性因素為水敏，其次為酸敏、堿敏、速敏。

(2)通過暫堵劑的篩選實(shí)驗(yàn)，確定了適合福山油田的多級(jí)架橋屏蔽暫堵鉆井完井液體系。

［1］張紹槐，羅平亞.保護(hù)儲(chǔ)集層技術(shù)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1993.

［2］徐同臺(tái).水平井鉆井液與完井液［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1998.

［3］樊世忠，竇紅梅.保護(hù)油氣層技術(shù)發(fā)展趨勢［J］.石油勘探與開發(fā)，2001，(1).

［4］向興金，肖穩(wěn)發(fā).保護(hù)儲(chǔ)層的新型完井液體系研究［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1996，(1).

［5］張春祥.屏蔽式暫堵保護(hù)油氣層技術(shù)［J］.油氣田地面工程，2003，(5).

［6］鄧松.多級(jí)架橋屏蔽暫堵及其在冀中孔隙型砂巖儲(chǔ)層中的應(yīng)用研究［D］.四川南充:西南石油大學(xué)，2008.