李柏鵬，劉 洋，高旺斌，陳 虎，郝小云，寧 梅，呂玉海

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500）

在鉆井、完井、井下作業(yè)及氣井生產(chǎn)全過程中，造成儲層滲透率下降的現(xiàn)象通稱為儲層傷害。儲層傷害的實質(zhì)是儲層中流體滲流阻力增大，有效滲透率下降。在氣井生產(chǎn)過程中，造成氣層傷害的原因很多，主要的傷害機理可歸納為：外來流體造成井底污染，水鎖傷害、儲層敏感性傷害、儲層結(jié)垢等類型，靖邊氣田低滲透儲層傷害主要表現(xiàn)為水鎖傷害和儲層敏感性傷害兩種類型[1]。

1 儲層傷害識別方法研究

1.1 井底流壓確定方法

目前獲得井底流壓的途徑主要有下壓力計實測法和井口壓力計算法兩大類。本文通過采用垂直管流-簡化公式法計算井底流壓[2]。選擇套管作為研究對象。以井口為計算起點，沿井深向下為正向，與氣體流動方向相反。忽略動能壓力梯度，垂直氣井的壓力梯度方程[1]為：

任意流動狀態(tài)（p，T）下的氣體流速可表示為：

式中：vSC－標準狀態(tài)下氣體流速，m/s；V－任意位置處流動狀態(tài)下的氣體流速，m/s；qSC－氣體產(chǎn)氣量（標準狀態(tài)），m3/d。

氣體密度公式：

壓力梯度方程式：

分離變量積分得：

則井底流壓為：

當(dāng)不考慮氣體流動時的摩阻，即f=0，則式（5-6）就變?yōu)橄率剑?/p>

式中：pwf-氣井井底流壓，MPa；pc-套管壓力，MPa；γg-氣體相對密度，無量綱；h-井口到氣層中部深度，m；Z-地層氣體平均偏差系數(shù)，無量綱-地層平均溫度，K。

以G1 井為例，應(yīng)用垂直管流-簡化公式法計算氣井的井底流壓。計算結(jié)果（見表1）。

從表1 可以看出：試井中實際測壓值與簡化公式法得到的井底流壓值的平均絕對誤差為0.32 MPa，為了驗證該方法的可靠性，將有試井測壓資料井的井底流壓與利用垂直管流-簡化公式法計算得到的井底流壓進行比較，精度較高。

1.2 地層壓力的確定方法

該方法是建立在生產(chǎn)數(shù)據(jù)中有大量關(guān)井恢復(fù)的井口壓力資料基礎(chǔ)上，在獲得井筒壓力梯度與井口壓力的經(jīng)驗關(guān)系式后，便可利用井口壓力折算地層壓力。

長時間關(guān)井之后認為整個地層壓力達到平衡狀態(tài)，即井底壓力與單井控制邊界壓力相同，只需利用井口壓力和井筒壓力梯度計算井底壓力即可。

井筒壓力梯度與井口壓力存在如下關(guān)系：

則利用井口壓力折算地層壓力公式為：

從井筒壓力梯度與井口壓力關(guān)系曲線擬合出的情況來看，井筒壓力梯度與井口壓力存在如下關(guān)系：

圖1 靖邊氣田氣井井筒壓力梯度與井口壓力關(guān)系曲線

表1 G1 井井底流壓計算結(jié)果表

通過對靖邊氣田3 口井6 次測壓數(shù)據(jù)應(yīng)用井口壓力折算法進行驗證，驗證結(jié)果（見表2）。

通過對進行過地層壓力測試氣井的數(shù)據(jù)分析得到靖邊氣田通過井筒壓力梯度法算出的地層壓力與實測地層壓力的絕對誤差為0.02 MPa，可以得出井筒壓力梯度法可靠且計算結(jié)果比較精確。

1.3 儲層污染程度識別

1.3.1 識別方案 在鉆井和完井過程中，產(chǎn)層面受完井液（如泥漿、水泥漿、射孔液和壓井液等）侵入的影響，在井壁附近地層的滲透率受到損害, 形成與原地層特性不同的“表皮區(qū)”，用表皮系數(shù)S 表示。

圖2 井底正負附加壓降示意圖

如果以井底附近滲透率沒有任何改變時的壓力分布曲線作基線，那么井底受污染相當(dāng)于引起一個正的附加壓降，井底滲透性變好相當(dāng)于引起一個負的附加壓降。

根據(jù)氣井井口油、套壓，產(chǎn)量等參數(shù)，計算在目前地層壓力條件下儲層未受傷害時的井底流壓Pwf'（理論計算），理論計算的井底流壓Pwf'與實際井底流壓Pwf進行比較，若Pwf（實際）

1.3.2 儲層模型建立 單相氣體滲流微分方程是在一定條件下，圍繞氣體滲流質(zhì)量守恒方程，聯(lián)系氣體狀態(tài)方程和運動方程求解，從而得到單相氣體滲流偏微分方程。為方便推導(dǎo)單相氣體滲流微分方程一般形式，假設(shè)條件為：

（1）氣體為單相滲流，且天然氣的組分不發(fā)生變化；（2）滲流過程符合高速非達西滲流定律，并忽略重力影響；（3）巖石孔隙介質(zhì)為均質(zhì)；（4）等溫滲流過程。

氣體在裂縫中的流動屬于徑向流動，不但遵循穩(wěn)定流動的假設(shè)條件，而且服從有限導(dǎo)流壓裂裂縫井假設(shè)條件。壓裂裂縫井假設(shè)條件為：

（1）上下為不滲透邊界、水平無限大的均質(zhì)地層被壓開一條垂直裂縫；（2）裂縫滲透率為Kf，且Kf＞＞K，沿裂縫存在壓降；（3）忽略毛細管力和重力的影響，忽略氣體的垂向流動。

氣體在滲流過程中，由于壓力不斷變化，因此，氣體的體積在不斷變化，而且，氣體的粘度小，在氣藏中滲流速度比較大，會破壞達西定律，通常氣體滲流應(yīng)用下列二項式阻力定律如（11）式所示。

在地層任一截面處的氣體滲流速度可表示為：

由于氣體滲流流入井底越近井軸滲流速度越高，故高速非達西流動產(chǎn)生的附加壓降也主要發(fā)生在井壁附近，采用類似處理表皮效應(yīng)的思路，引入一個與流量相關(guān)的表皮系數(shù)DqSC來描述它，其中D 為慣性系數(shù)或紊流系數(shù)，其常用關(guān)系如下：

將天然氣體積系數(shù)公式代入（9）式中得出：

表2 部分氣井井筒壓力梯度計算結(jié)果與實測地層壓力結(jié)果對比表

簡化得：

其中：

式（15）右邊第一項表示消耗于粘滯性引起的壓力損失，第二項表示慣性力引起的壓力損失，這兩項損失之和構(gòu)成氣體流入井的總壓降。

在對儲層污染程度預(yù)測過程中，由于實際儲層滲透率未知，難以用表皮系數(shù)來衡量儲層污染程度，所以引入傷害比和附加壓降的概念來評價儲層污染程度。

傷害比的定義為：

附加壓降是表皮效應(yīng)壓降的另一種稱呼，定義為:

表3 儲層損害程度評定方法的評定指標

2 儲層傷害改善技術(shù)機理及應(yīng)用

2.1 儲層傷害改善原理

通過國內(nèi)外調(diào)研，目前儲層傷害改善的主要方法為向地層加入滲透率改造劑，其注入地層后進入巖石孔道和縫隙，在高溫下產(chǎn)生的蒸汽蒸發(fā)毛細管中的液體和巖石表面吸附成膜，以降低表面張力和毛細管力，改進近井地帶儲層條件。

2.2 滲透率改造劑

滲透率改造劑主要結(jié)合地層溫度、地層水配伍性、滲透性能、腐蝕性能等進行配置。

表4 地層滲透率改造劑理化性質(zhì)

2.3 解堵工藝

根據(jù)儲層傷害程度的計算，當(dāng)儲層發(fā)生傷害時，采用向地層添加滲透率改造劑，藥劑在氣液置換作用下進入地層，在巖石表面產(chǎn)生吸附，潤濕角提高，液體通過阻力降低，同時排出微孔隙中的水分，增加地層氣液通過面積，從而提高氣液產(chǎn)量和采收率。滲透率改造劑僅能進行近井地帶的改善作業(yè)，而其與傷害物的反應(yīng)也劇烈，所需時間較短，考慮其滲透性和可能帶來的傷害，可將時間定在10 h，藥劑量根據(jù)近井底地帶3 m 范圍內(nèi)地層孔隙率進行選取，通常用量小于2 t[3]。

圖3 氣井儲層改善示意圖

3 效果評價

G4 井2014 年12 月之前油套壓差2.2 MPa，日均產(chǎn)氣1.0×104m3，不產(chǎn)水，生產(chǎn)動態(tài)反應(yīng)出井筒傷害輕微，儲層存在水鎖使得地層水難以帶出。2014 年12 月5 日-12 月20 日對該井進行儲層解堵，措施后氣井產(chǎn)能恢復(fù)明顯，日均增產(chǎn)氣量3.0×104m3，日均產(chǎn)水0.8 m3，生產(chǎn)穩(wěn)定（見表5，圖4）。

圖4 G4 井儲層改善前后生產(chǎn)情況對比圖

表5 G4 井儲層傷害程度計算結(jié)果

靖邊氣田歷年共完成8 口氣井近井地帶儲層解堵作業(yè)，結(jié)果表明該工藝措施對于產(chǎn)能較高氣井增產(chǎn)效果明顯，對部分產(chǎn)能較低氣井?dāng)y液能力明顯提升，累計增產(chǎn)氣量0.8×108m3，措施效果顯著。

4 結(jié)論

（1）靖邊氣田儲層傷害主要表現(xiàn)為井底積液引起水鎖傷害、凝析水聚集產(chǎn)生水敏傷害以及近井地帶結(jié)垢造成的儲層堵塞。

（2）利用基本的假設(shè)條件，建立了儲層傷害預(yù)測模型。通過驗證，計算結(jié)果與實際試井結(jié)果相一致。利用傷害比和附加壓力降結(jié)合的方法預(yù)測近井地帶儲層污染程度具有一定的可行性。

（3）根據(jù)儲層污染程度的計算，對氣井近井地帶儲層進行滲透率改造劑解除水鎖和水敏后氣井儲層改善效果明顯，氣井產(chǎn)能得到很好的發(fā)揮，考慮滲透率改造劑可能對儲層造成二次傷害，可將作業(yè)時間定在10 h，藥劑量根據(jù)近井底地帶3 m 范圍內(nèi)地層孔隙率進行選取，用量選取在2 t 左右。

［1］ 張紹槐，等.儲層傷害的機理研究［J］.石油學(xué)報，1994，15（4）：58-65.

［2］ 張琰.儲層傷害室內(nèi)評價方法的研究［J］.地球科學(xué)－中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報，1999，24（2）：211-214.

［3］ 黃倩，等.解除鉆井液對儲層污染的研究［J］.石油化工應(yīng)用，2014，33（6）：1-4.