李 萌，王俊濤，馬德材

（中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營(yíng) 257017）

近年隨著非常規(guī)油氣田能源開(kāi)發(fā)力度的不斷加大，開(kāi)發(fā)效率越發(fā)重要，特別是低滲儲(chǔ)層的鉆井油氣層保護(hù)工作越來(lái)越受到重視，各油田在這方面的研究不斷深入，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用也得到了不斷推廣。筆者就近年，我國(guó)在低滲儲(chǔ)層、頁(yè)巖儲(chǔ)層的傷害因素的認(rèn)識(shí)、油氣層保護(hù)理念的創(chuàng)新以及基于避免或解決儲(chǔ)層傷害因素的手段進(jìn)行了分析總結(jié)。

1 低滲儲(chǔ)層保護(hù)的基本認(rèn)識(shí)

1.1 低滲儲(chǔ)層特點(diǎn)

國(guó)內(nèi)低滲油氣藏的地質(zhì)特點(diǎn)概括起來(lái)主要表現(xiàn)為儲(chǔ)層物性較差，滲透率低，孔隙度小，一旦遭到破壞極難恢復(fù)，需要在鉆井、作業(yè)以及采油的全過(guò)程中重視儲(chǔ)層保護(hù)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題將嚴(yán)重影響采收率。

1.2 低滲儲(chǔ)層損害因素

在低滲儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)中需要重視固相污染的損害，很久以來(lái)由于低滲儲(chǔ)層孔隙度小，固相污染在低滲儲(chǔ)層保護(hù)中往往被忽略。但是，近年由于在低滲儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)中水平井和裸眼完井相結(jié)合的開(kāi)發(fā)方式越來(lái)越多，而以往采用射孔完井可以解除的固相污染往往成為儲(chǔ)層損害的重要因素。需要特別指出的是，在裸眼井中儲(chǔ)層損害最重要的原因是過(guò)于致密、過(guò)于堅(jiān)韌的泥餅堵塞孔隙和篩管孔眼造成的。

儲(chǔ)層敏感損害是另一個(gè)重要損害因素，特別是粘土水化膨脹所引起的水敏損害。當(dāng)?shù)蜐B儲(chǔ)層與中、高滲地層在壓差相同的情況下，由于低孔低滲的特點(diǎn)，鉆井液瞬時(shí)濾失量較低，在鉆井液循環(huán)的動(dòng)態(tài)條件下難以形成致密濾餅阻止液相進(jìn)一步侵入，因此鉆井液濾液會(huì)持續(xù)滲入地層。如果鉆井液濾液與儲(chǔ)層不配伍，就會(huì)因粘土的水化膨脹使孔喉進(jìn)一步縮小，導(dǎo)致滲透率嚴(yán)重下降。

其三，對(duì)于低滲、特低滲氣藏，由于孔道狹窄，毛細(xì)管效應(yīng)非常明顯。當(dāng)油（或氣）、水兩相在巖石孔隙中滲流時(shí)，水滴在流經(jīng)孔喉處遇阻，導(dǎo)致油相或氣相滲透率降低，即造成所謂的“水鎖損害”。引起水鎖傷害的本質(zhì)是毛細(xì)管的自吸力和毛細(xì)管中液相的滯留。這種損害在低滲氣藏勘探中尤為重要。

2 低滲儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)

2.1 屏蔽暫堵技術(shù)

屏蔽暫堵理論是防止入井流體固相和液相侵入儲(chǔ)層的最有效方法。在低滲儲(chǔ)層勘探中，屏蔽暫堵理論[1]得到廣泛應(yīng)用，并有發(fā)展。在傳統(tǒng)屏蔽暫堵技術(shù)基礎(chǔ)上，先后發(fā)展了廣譜暫堵[9]、理想充填暫堵[10]、自適應(yīng)屏蔽暫堵[4]等多項(xiàng)技術(shù)理論。各類屏蔽暫堵技術(shù)的發(fā)展和特點(diǎn)（見(jiàn)表1）。

在屏蔽暫堵理論指導(dǎo)下，結(jié)合低滲儲(chǔ)層的特殊性，近年形成了一系列技術(shù)體系，如非滲透鉆井液技術(shù)、聚合醇鉆井液技術(shù)等。

2.1.1 非滲透鉆井液體系 該體系是以FLC2000為主要添加劑，在井壁巖層表面形成密封層（或薄膜），阻擋鉆井液侵入地層，從而有效保護(hù)儲(chǔ)層，且該密封層很容易被清除。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：自然巖心在3.5 MPa的污染壓力下污染深度低于1.5 cm。從2005年至今，該體系已在勝利油田[6]、川西氣田、準(zhǔn)格爾盆地、吉林油田應(yīng)用1 000余口，取得了良好的效果。

2.1.2 聚合醇鉆井液體系 聚合醇是20世紀(jì)90年代以來(lái)廣泛應(yīng)用的一種鉆井液體系。其特點(diǎn)為抑制性好，在一定溫度下具有封堵性，低毒且易生物降解[6]。聚合醇鉆井液體系可廣泛應(yīng)用于特殊地層，如水敏地層、易坍塌地層，適用于淡水、鹽水和海水體系，可廣泛應(yīng)用于特殊工藝井實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該體系對(duì)于低滲儲(chǔ)層具有非常好的適應(yīng)性，油氣層保護(hù)效果理想。

表1 屏蔽暫堵技術(shù)的發(fā)展及特點(diǎn)

2.2 欠平衡工藝技術(shù)

2.2.1 傳統(tǒng)欠平衡工藝 該技術(shù)包括充氣鉆井液、可循環(huán)泡沫鉆井液兩種形式。充氣鉆井液就是在常規(guī)鉆井液中通過(guò)充入氮?dú)?、空氣、CO2等氣體以實(shí)現(xiàn)降低鉆井液密度的目的，適用于低壓易漏地層，可解決普通鉆井液漏失無(wú)法正常施工的儲(chǔ)層?？裳h(huán)充氣鉆井液則是近年開(kāi)發(fā)的一種新型欠平衡鉆井液技術(shù)，它使用抗油發(fā)泡劑，配合空氣鉆設(shè)備，在高壓氣流作用下讓發(fā)泡劑充分發(fā)泡注入鉆具，經(jīng)井底循環(huán)返出，在井口處設(shè)置分離、消泡等設(shè)備，創(chuàng)造循環(huán)利用的條件。該技術(shù)可較大限度的釋放油氣資源，但需限定于穩(wěn)定的均質(zhì)儲(chǔ)層。充氣鉆井液在勝利油田的草古100、樁古10、王古1等多口井進(jìn)行了成功應(yīng)用。在王古1井中的中途測(cè)試，該井日產(chǎn)油467 m3，天然氣3 504 m3，解決了長(zhǎng)達(dá)770多米漏失井段的嚴(yán)重漏失問(wèn)題，有效地保護(hù)了油氣層，同時(shí)實(shí)效比不充氣實(shí)效提高約70%。

傳統(tǒng)欠平衡工藝是通過(guò)在泥漿中充氣實(shí)現(xiàn)密度降低的目的。在低壓易漏地層，使用的充氣鉆井液，解決了普通鉆井液漏失無(wú)法正常施工及油氣層損害等問(wèn)題，同時(shí)鉆速還有一定提高。但是由于傳統(tǒng)欠平衡工藝是間斷性欠平衡，一個(gè)不容忽視的問(wèn)題是水力震蕩引起的損害。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，用同樣的儀器、相同的條件進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明間斷性的水力沖擊，濾液進(jìn)入低滲儲(chǔ)層的深度更深，滲透率恢復(fù)值也較穩(wěn)壓更低。

表2 水力沖擊對(duì)濾液侵入巖心深度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 泡沫鉆井液技術(shù) 泡沫鉆井液技術(shù)見(jiàn)諸報(bào)端最多的是在川西地區(qū)上不地層推廣應(yīng)用，起到了提高機(jī)械鉆速的目的。筆者了解到，目前有機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行泡沫鉆井液鉆探儲(chǔ)層的研究工作。泡沫鉆井液技術(shù)是通過(guò)充氣發(fā)泡實(shí)現(xiàn)泡沫攜帶鉆屑，由于泡沫的非均質(zhì)連續(xù)性保證了全過(guò)程欠平衡。該技術(shù)的關(guān)鍵在于基液發(fā)泡、井壁穩(wěn)定以及空氣量，而由于無(wú)法給井壁提供液柱支撐力，因此該技術(shù)適用范圍有一定要求。

2.2.3 空心漂珠鉆井液技術(shù) 空心漂珠鉆井液技術(shù)是在鉆井液體系中加入一類空心材料，實(shí)現(xiàn)低密度的鉆井流體。該技術(shù)在勝利油田、鄂爾多斯氣田等區(qū)塊進(jìn)行了大量應(yīng)用，取得良好效果。其中，鄂爾多斯大牛地氣田應(yīng)用該技術(shù)開(kāi)發(fā)水平段，施工7口井均獲自然產(chǎn)能；在勝利油田的埕島油田CB22G-平1井中應(yīng)用該技術(shù)，投產(chǎn)獲得130 m3/d的產(chǎn)能。

2.3 有效解除封閉層技術(shù)

在低滲儲(chǔ)層中，近井壁的污染帶是造成污染的主要因素，如何有效解除近井壁的封閉層成為降低儲(chǔ)層損害的關(guān)鍵因素。天然可降解材料應(yīng)用到鉆井油層保護(hù)主要是基于這部分處理劑進(jìn)入儲(chǔ)層后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，其成分能夠自然降解，從而達(dá)到釋放孔道的目的，實(shí)現(xiàn)保護(hù)儲(chǔ)層。目前有報(bào)道的此類技術(shù)包括烷基糖苷鉆井液技術(shù)、有機(jī)鹽可降解鉆井液技術(shù)以及生物完井液技術(shù)等。

2.3.1 MEG鉆井液技術(shù) 烷基糖苷鉆井液是一種新型對(duì)環(huán)境無(wú)污染的油基鉆井液替代體系?？商岣咩@井液流變性能，潤(rùn)滑性能及對(duì)油氣層的保護(hù)性能，并可生物降解（MEG降解性能見(jiàn)圖2），無(wú)毒，保護(hù)環(huán)境。該體系作為勝利油田的重要油層保護(hù)技術(shù)推廣，每年推廣上百口井。應(yīng)用該技術(shù)的鄭364井中途測(cè)試表皮系數(shù)為-2，鄭369井中途測(cè)試表皮系數(shù)為0，日產(chǎn)原油21噸，有力的證明了該鉆井液適用于是鉆井油層保護(hù)的理想鉆井液。

圖1 MEG降解性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3.2 有機(jī)鹽可降解鉆井液技術(shù) 有機(jī)鹽可降解鉆井液技術(shù)的關(guān)鍵包括有機(jī)鹽主處理劑、高分子絮凝劑、抗溫增粘劑，特別是保證所有高分子處理劑都是易降解的。利用現(xiàn)場(chǎng)某低滲儲(chǔ)層巖樣進(jìn)行了滾動(dòng)分散實(shí)驗(yàn)，考察了不同無(wú)機(jī)鹽的頁(yè)巖分散抑制性的大小，結(jié)果（見(jiàn)表 3）。

表3 有機(jī)鹽處理劑篩選結(jié)果

表4 有機(jī)鹽可降解鉆井液性能

從表3可以看出，甲酸鹽的抑制性要比無(wú)機(jī)鹽的抑制性好得多，在有機(jī)鹽里面，甲酸鉀的抑制性要比其他有機(jī)鹽的抑制性好。

通過(guò)系列優(yōu)選試驗(yàn)形成有機(jī)鹽可降解鉆井液的基本配方，主要為：3%膨潤(rùn)土漿+0.1%~0.3%ZH-02+3%~5%HCOOK+0.5%~0.8%NPAN+2%~3%TV-2+1%~1.5%LV-CMC+2%~3%聚合醇+5%~10%復(fù)合潤(rùn)滑劑，主要參數(shù)（見(jiàn)表4）。

從表4可以看出，該體系性能較穩(wěn)定，當(dāng)粘土含量增加至6.0%時(shí)，其性能還比較穩(wěn)定，當(dāng)NaCl增加至3.0%時(shí)，其粘度變化不大，而失水略有增加，當(dāng)CaCl2濃度增加至1.5%時(shí)，其失水增加幅度更甚，當(dāng)其溫度增加至150℃時(shí)，其性能仍然穩(wěn)定。因此，該體系表現(xiàn)出其良好的抗溫、抗污染能力，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。

該技術(shù)首次在勝利油田低滲油藏深井開(kāi)發(fā)中得到應(yīng)用，義901-平1井取得了良好的油氣層保護(hù)效果，單井產(chǎn)量較相鄰直井提高了5倍。該技術(shù)的成功施工改變了以往低滲油藏開(kāi)發(fā)方法，探索解決低滲透油氣田鉆井完井至開(kāi)發(fā)生產(chǎn)全過(guò)程損害問(wèn)題，開(kāi)創(chuàng)了利用有機(jī)鹽強(qiáng)抑制可降解鉆井液、生物完井液保護(hù)儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)低滲油藏的全新模式，將成為低滲透油藏開(kāi)發(fā)的新途徑和手段。

2.3.3 生物完井液技術(shù) 該技術(shù)是利用生物酶分解近井壁泥餅以解除泥餅對(duì)孔吼的堵塞[7]，起到改善儲(chǔ)層的一種鉆完井液技術(shù)。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)情況（見(jiàn)圖2）。自2008年至今，研制的生物完井液體系在埕北22G-P1、義901-P1等井總計(jì)完成了18口水平井的施工，成功避免了酸洗的不足，大幅度調(diào)高了油氣產(chǎn)量，均取得了良好的油氣層保護(hù)效果。

圖2 生物酶完井液處理前后濾餅滲透率對(duì)比圖

圖3 生物酶處理前后濾餅效果圖

2.4 無(wú)（低）固相儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)

無(wú)（低）固相儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)是基于避免或減少外來(lái)流體中的固相顆粒以及鉆屑堵塞吼道，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)儲(chǔ)層的目的。該技術(shù)主要是鉆井流體中固相顆粒較少，配合高效固相控制系統(tǒng)，可較少鉆井流體中固體顆粒的數(shù)量。

2.4.1 無(wú)粘土鉆井液技術(shù) 無(wú)粘土鉆井液是一類新型鉆井液體系，該體系主要特點(diǎn)在于無(wú)粘土、抗高溫，流變性能控制良好。我國(guó)目前在該體系研究中處于起步階段。低孔低滲儲(chǔ)層，固相雖然侵入較淺，但堵塞嚴(yán)重，而且一旦侵入就難以返排，由于水平井采用裸眼完井，固相污染帶難以通過(guò)射孔解除，造成滲透率難以恢復(fù)。

在室內(nèi)，使用FDS800-6000儲(chǔ)層傷害評(píng)價(jià)裝置，分別使用3種鉆井液：油基鉆井液、無(wú)粘土鉆井液和常規(guī)粘土鉆井液，對(duì)巖心進(jìn)行污染，然后使用相同的完井液進(jìn)行處理，測(cè)定氣層滲透率恢復(fù)情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表 5）。

表5 不同鉆井液污染恢復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析可知：由于避免了固相對(duì)地層的污染，無(wú)粘土鉆井液對(duì)該地層巖心的傷害最小，滲透率恢復(fù)值最高，達(dá)到85%以上。而油基鉆井液可能是由于發(fā)生了乳化，造成了更加嚴(yán)重的氣層傷害。

2.4.2 無(wú)固相復(fù)合鹽水鉆完井液技術(shù) 該項(xiàng)技術(shù)能夠調(diào)節(jié)可溶性無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)鹽間的配比，形成復(fù)合鹽水作為鉆井完井液體系的密度調(diào)節(jié)劑，密度范圍1.05～2.30 g/cm3，頁(yè)巖回收提高率達(dá)90%以上，滲透率恢復(fù)值在85%以上，起到了很好的儲(chǔ)層保護(hù)效果。無(wú)固相復(fù)合鹽水鉆完井液技術(shù)在勝利油田的渤深6等多個(gè)區(qū)塊進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得了良好的效果。在渤深6-1井中應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)密度可調(diào)范圍1.05~1.28 g/cm3，投產(chǎn)后自噴原油300 t/d，天然氣60 000 m3/d，與使用常規(guī)鉆井液鉆探的臨井渤601井相比，產(chǎn)量提高了近4倍，充分顯示了該技術(shù)的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

2.4.3 無(wú)固相抗高溫鉆井液技術(shù) 勝利油田根據(jù)儲(chǔ)層特點(diǎn)研發(fā)了特殊的無(wú)固相抗高溫聚合物，形成了一種適用于井底溫度較高的深井儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)。該鉆井完井液在車古206井、CB30A-1、車571-7、車571-9等多口井進(jìn)行了成功應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)使用溫度＞180℃。埕北30A-1井在古生界井段試油，10 mm油嘴，油壓8.5 MPa，日產(chǎn)油 236.8 t，日產(chǎn)氣 9 800 m3；車 571-7 井試油18 m3/h。

3 認(rèn)識(shí)及結(jié)論

通過(guò)對(duì)我國(guó)近年來(lái)鉆井液油氣層保護(hù)技術(shù)發(fā)展的研究，主要有如下認(rèn)識(shí)和結(jié)論：

（1）近年來(lái)對(duì)儲(chǔ)層損害因素的認(rèn)識(shí)有了較大的提高，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到20多種損害因素，鉆井過(guò)程中主要是物理?yè)p害、化學(xué)損害。

（2）對(duì)于油層保護(hù)重點(diǎn)從降低固相、液相侵入，避免液相圈閉提高啟動(dòng)壓力，分解近井壁堵塞層等方面進(jìn)行了理論創(chuàng)新和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

（3）降低固相、液相共同侵入的儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)手段包括屏蔽暫堵、膜屏蔽暫堵以及欠平衡工藝技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)地質(zhì)狀況均取得了較好的效果。

（4）無(wú)（低）固相儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)是避免固相污染的重要手段，對(duì)于高孔高滲儲(chǔ)層尤其重要。

（5）利用生物解堵技術(shù)，以及應(yīng)用可以自身降解的新型處理劑可以有效保護(hù)儲(chǔ)層，提高單井產(chǎn)量。

（6）在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，鉆井油氣層保護(hù)理念的實(shí)施需要鉆井液體系的支持，緊靠一兩種處理劑的加入不足以從根本上保證儲(chǔ)層保護(hù)效果，因此在實(shí)施鉆井油氣層保護(hù)時(shí)應(yīng)結(jié)合工程時(shí)效、鉆井液體系性能等方面整體控制，以保證儲(chǔ)層保護(hù)效果。

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