于田宇，姜 源，韓保羅，鐘會影

（1. 東北石油大學 提高油氣采收率教育部重點實驗室， 黑龍江 大慶 163318；2. 大慶油田裝備制造集團 抽油機制造分公司國際總裝廠，黑龍江 大慶 163316； 3. 大慶石油管理局，黑龍江 大慶 163453）

低滲透油田油層保護策略室內實驗研究

于田宇1，姜 源2，韓保羅3，鐘會影1

（1. 東北石油大學 提高油氣采收率教育部重點實驗室， 黑龍江 大慶 163318；2. 大慶油田裝備制造集團 抽油機制造分公司國際總裝廠，黑龍江 大慶 163316； 3. 大慶石油管理局，黑龍江 大慶 163453）

考慮投資與成本，開展了低滲透率巖心傷害評價實驗，結果表明鉆井液對儲層的傷害程度最大，達到60%以上；在系列流體流動實驗中，當鉆井、射孔均不保護，只在壓裂環(huán)節(jié)采取保護措施時，巖心的最終傷害率為 32.92%，僅比各環(huán)節(jié)均采取保護措施時的傷害率多 20%，結合經(jīng)濟效益分析認為，鉆井、射孔均不保護，在壓裂環(huán)節(jié)保護可作為低滲透油層保護的一項策略。

低滲透；油層保護；傷害率；巖心實驗

對于流體滲透能力差、產能低的低滲透油田，目前普遍采用水力壓裂技術進行改造以維持其正常生產，同時，在各生產環(huán)節(jié)輔以相應的油層保護工作[1-5]。引入油藏經(jīng)營理念，把投資與成本有效結合起來，綜合考慮油田的長期和短期收入，實現(xiàn)一定產量規(guī)模下投資與成本的最佳組合，已經(jīng)是新形勢下石油戰(zhàn)略的一個重要方面[6]。采取壓裂投產，投入費用本來就高，加之前期鉆井、射孔過程若采取油層保護措施，更需大量的資金投入。為了降低成本，選擇適宜的油層保護液類型，以滲透率傷害率為目標，開展了系列流體評價實驗，研究鉆井、射孔、壓裂以及后續(xù)的投產、投注等各環(huán)節(jié)間的油層保護策略，以探索對低滲透油藏經(jīng)濟高效開發(fā)的新途徑。

1 儲層保護措施效果的評價依據(jù)

滲透率傷害率是評價儲層傷害程度，反映儲層保護措施效果的主要指標。室內一般以整根巖心污染前后滲透率的比值來描述入井流體對儲層的傷害，影響油井產能各因素的關系為：

式中：Qd/Q — 堵塞比；

Qd— 實際產能；

Q — 理論產能；

re— 井眼排液半徑；

rw— 井眼半徑；

rd— 污染帶半徑；

k — 儲層原始滲透率；

kd— 污染帶儲層滲透率。

式（1）說明對某一確定的油藏，堵塞比主要由污染帶半徑rd和儲層原始滲透率與污染帶儲層滲透率的比值k / kd所決定。與此相應，本研究中，將儲層保護措施效果的評價指標即污染巖心的傷害率D定義為：

式中： k — 巖心原始滲透率；

kd— 污染后傷害段巖心滲透率。

2 室內實驗

2.1 實驗內容

2.1.1 實驗方法

對于低孔隙度低滲透率的砂巖儲集層，根據(jù)三分之一架橋原理[2]，外來工作液濾液的侵入是損害油層的主要因素。因此，鉆井環(huán)節(jié)中是在鉆井液濾液中添加相關抑制劑保護油層；射孔環(huán)節(jié)中以射孔液代替清水保護油層；壓裂環(huán)節(jié)中以清潔壓裂液代替普通壓裂液保護油層，具體步驟需結合油層保護評價依據(jù)，執(zhí)行儲層傷害常規(guī)評價程序。

2.1.2 實驗條件

巖心：大慶外圍油田天然巖心，直徑為25 mm，長度為100 mm，經(jīng)抽提清洗，平均氣測滲透率約為5×10-3μm2，在壓裂環(huán)節(jié)模擬中對巖心人工造縫，實驗溫度45 ℃。實驗儀器及裝置：滲透率測定儀；高溫高壓濾失儀；梯度式高壓巖心流動實驗儀（4個測壓點）；壓力傳感器（量程：400，186，60，15 kPa）。

2.1.3 實驗方案

單相流體傷害評價：分別評價鉆井液濾液、壓裂液等入井流體對低滲油層的傷害程度。系列流體傷害評價：鉆井、射孔、壓裂均不保護；鉆井、射孔、壓裂均保護；鉆井保護，射孔、壓裂均不保護；射孔保護，鉆井、壓裂均不保護；壓裂保護，鉆井、射孔均不保護；鉆井、射孔、壓裂均不保護，采取后續(xù)解堵。

2.2 實驗結果

2.2.1 單相流體傷害評價實驗

單相流體傷害評價實驗結果見表1。

表1 單相流體傷害評價實驗結果Table 1 Experimental evaluation of single-phase fluid damage

單相流體傷害評價實驗結果表明，鉆井液對儲層的損害較大，巖心滲透率傷害率達到60.60%，普通壓裂液同樣能使傷害率接近50%，相比之下，射孔液和清潔壓裂液對儲層的傷害程度較弱。

2.2.2 系列流體傷害評價實驗

系列流體評價實驗的目的在于通過室內靜動態(tài)模擬，了解巖心按實際工程施工工序與各種外來流體接觸時受到的傷害及程度，評價結果見表2。

表2 系列流體傷害評價實驗結果Table 2 Series of fluid damage evaluation experimental results

從表2結果可以看出，鉆井、壓裂均不保護，而射孔環(huán)節(jié)保護時，污染巖心的最終傷害率為44.12%，較各環(huán)節(jié)均不保護或單獨鉆井環(huán)節(jié)保護時的傷害率分別低出19.90%和 13.23%，這說明鉆井環(huán)節(jié)對儲層的傷害最大，體現(xiàn)出射孔液能有效恢復儲層滲透能力的特性；當鉆井、射孔均不保護，而壓裂環(huán)節(jié)保護時，污染巖心的最終傷害率為32.92%，巖心注入壓差明顯降低，見圖1。

圖1 鉆井、射孔均不保護時不同壓裂方案的實施對注入壓差的影響Fig.1 The influence of different fracturing schemes on injection pressure when drilling and perforation are not protected

對比其它各方案實驗結果，該方案與鉆井、射孔及壓裂各環(huán)節(jié)全保護時 12.28%的傷害率相差最小，表明即使鉆井和射孔環(huán)節(jié)不采取油層保護措施，在壓裂環(huán)節(jié)施以清潔壓裂液，同樣可有效減弱不同外來工作液與地層接觸而產生的負面影響。該方案可以作為低滲透油田油層保護的一個策略。

鉆井、完井及壓裂過程中，工作液濾液以及微粒因正壓差的作用將不可避免地進入油層，造成對地層滲透率的損害。為此，采取后續(xù)解堵措施使儲層的滲透率得以恢復，即“鉆井、射孔、壓裂均不保護，采取后續(xù)解堵”方案。而室內實驗研究結果表明，即使鉆井、完井及壓裂各環(huán)節(jié)均不采取相應的保護措施，其對儲層所造成不同程度的傷害，在采取解堵措施后，滲透率恢復可大于90%。但需考慮一個風險性問題：若解堵劑配方不恰當，或施工工藝不合適會對地層造成二次損害，使地層滲透率進一步降低，不但達不到改造儲層提高產量的目的，相反會使產量進一步降低，并且解堵的有效作用距離和成本也是影響實施儲層滲透率恢復技術及其應用效果的重要因素。

3 油層保護策略經(jīng)濟回報率分析

結合經(jīng)濟回報率評價的一般通行方法，主要引入“原油價格”和“油層保護措施費用”，并以鉆井、射孔及壓裂全不保護方案為計算基準，根據(jù)室內巖心實驗傷害率的測定結果，按照5 m的油層有效厚度和1 a的開采時間，對單井采取不同策略的油層保護技術進行經(jīng)濟回報率分析，分析結果見表3。

表3 經(jīng)濟回報率分析結果Table 3 Economic return analysis results

從表3經(jīng)濟回報率的初步分析結果可以肯定，在鉆井、射孔不保護，而壓裂環(huán)節(jié)采取保護措施時，雖然單井投入費用高，但所得經(jīng)濟回報率較高，大約是各環(huán)節(jié)均保護方案經(jīng)濟回報率的 1/2，對儲層的最終傷害程度較低，采油強度又適于油田開發(fā)的長遠戰(zhàn)略，故該油層保護策略對于降低成本和保證油田開發(fā)效益具有一定的價值。

4 結 論

（1）入井流體中鉆井液對低滲透儲層的傷害程度最大，巖心滲透率傷害率大于60%，而與儲層流體配伍性好的射孔液和壓裂液能有效解除前期油層的污染；后續(xù)解堵能較大幅度地恢復儲層的滲透率，但在實際生產過程中，除了優(yōu)化解堵劑配方外，還得考慮解堵作用半徑、解堵有效期等一系列問題。

（2）鉆井、射孔及壓裂環(huán)節(jié)均采取保護措施時的效果最好，但結合對儲層的傷害程度及相應成本控制，鉆井、射孔不保護，而僅在壓裂環(huán)節(jié)采取保護措施不失為低滲透油田油層保護的一項策略。

［1］蔣金寶，林英松，阮新芳，等．低滲透油藏改造技術的研究及發(fā)展[J]．鉆采工藝，2005，28（5）：50-53．

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

［3］張福坤，于永波，劉麗華，等．敏感性油藏油層保護技術的研究與應用[J]．中國石油勘探，2002，7（3）：69-72．

［4］陳鳳，羅美娥，張維平，等．大慶外圍油田鉆井過程中的油層保護技術[J]．石油鉆采工藝，2005，27（3）：28-30．

［5］黨龍梅，姚凱，孫明磊，等．史深 100油藏鉆井油層保護技術研究及應用[J]．特種油氣藏，2004，11（2）：60-62．

［6］元子瑞．對提高老油田投資效益的思考[J]．勝利油田黨校學報，2004，17（4）：88-89.

Experimental Study of Reservoir Protection in Low-Permeability Oilfield

YU Tian-yu1，JIANG Yuan2，HAN Bao-luo3，ZHONG Hui-ying1
（1. Key Laboratory of Enhanced Oil & Gas Recovery of Ministry of Education, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China；2. Beam Pumping Manufacture Branch, Daqing Oilfield Equipment Manufacturing Group Co.,Ltd., Heilongjiang Daqing 163316, China；3. Daqing Petroleum Administration Bureau, Heilongjiang Daqing 163453, China）

Taking the investment and costs into account, the evaluation experiment of low-permeability core damage was carried out, and the results indicated that the damage level of drilling fluid to reservoir was the highest, exceeding 60%. In series of fluid flow experiments, the drilling and perforation were not protected unless it’s in fracturing process, and the final damage rate of core reached at 32.92%, only 20% more than that in all protection process. After analyzing the economic benefits, it’s pointed out that the drilling and perforation need be not protected, and the protection of fracturing link can be used as a strategy for protecting the low-permeability reservoirs.

Low permeability; Reservoir protection; Harmful rate; Core experiment

TE 348

A

1671-0460（2015）08-1882-03

東北石油大學青年科學基金，項目號：NEPUQN2014-29。

2015-06-15

于田宇（1991-），男，黑龍江齊齊哈爾人，2015年畢業(yè)于東北石油大學油氣儲運工程專業(yè)，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)工程方面的研究。E-mail：dytyty@126.com。

鐘會影（1981-），女，講師，碩士，從事油氣田開發(fā)工程方面的教學和科研工作。E-mail：nepuwzh@163.com。