歐陽(yáng)傳湘，李　樂(lè)，秦　熙，林　飛，胡　兵

(長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢 430100)

扶余油田非均質(zhì)儲(chǔ)層鉆井液污染研究

歐陽(yáng)傳湘，李樂(lè)，秦熙，林飛，胡兵

(長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢 430100)

摘要：扶余油田儲(chǔ)層滲透率級(jí)差大，層內(nèi)非均質(zhì)性較強(qiáng)，鉆井液污染儲(chǔ)層程度不一，嚴(yán)重制約油氣儲(chǔ)層的識(shí)別。通過(guò)鉆井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，回歸出不同滲透率儲(chǔ)層鉆井液污染深度隨時(shí)間變化的數(shù)學(xué)模型，分析了非均質(zhì)儲(chǔ)層鉆井液污染程度的規(guī)律；同時(shí)結(jié)合區(qū)塊儲(chǔ)層敏感性數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)比污染前后巖心氣測(cè)滲透率的方法，探究了鉆井液污染非均質(zhì)儲(chǔ)層的機(jī)理。

關(guān)鍵詞：扶余油田；鉆井液污染程度；非均質(zhì)儲(chǔ)層；氣測(cè)滲透率

扶余油田主要為構(gòu)造油藏，油層砂體呈條帶狀、透鏡狀分布，目的層泉頭組泉四段主要為灰綠色泥巖、棕或棕褐色油砂巖，含油砂巖由上至下粒度變粗，底部為灰色鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖。儲(chǔ)層孔隙度一般為6%～35%，平均為24.2%。滲透率一般為(0.02～3 652)×10-3μm2，平均為170.9×10-3μm2。扶余油田滲透率級(jí)差大，儲(chǔ)層非均質(zhì)現(xiàn)象嚴(yán)重，通過(guò)測(cè)井解釋分析，鉆井液對(duì)儲(chǔ)層污染嚴(yán)重，且污染程度不一。因此，有必要探究鉆井液對(duì)于非均質(zhì)儲(chǔ)層的污染程度[1-4]。

1儲(chǔ)層污染程度研究

1.1鉆井液污染程度研究

取自泉四段的天然巖心經(jīng)洗油、烘干、氣測(cè)滲透率、飽和地層水后，按照氣測(cè)滲透率的結(jié)果將巖心分為高中低三個(gè)組，每組3塊共選取9塊天然巖心。依據(jù)SY/T6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)方法》，先正向測(cè)試巖心對(duì)于煤油損害前初始滲透率Ko，然后反向進(jìn)行鉆井液的動(dòng)態(tài)濾失污染，同時(shí)記錄125 min內(nèi)不同時(shí)間的濾失體積，最后正向測(cè)定鉆井液損害巖心后巖心對(duì)煤油的滲透率Kod。鉆井液的配方為：(4～5)%膨潤(rùn)土+0.5%純堿+0.5%銨鹽+ (0.5～1)%HA樹(shù)脂+(0.1～0.3)%KPA。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1　鉆井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果

由表1可知，鉆井液對(duì)低滲巖心(J27-1、J27-2、J27-3)的平均損害率為25.8%，對(duì)中滲巖心(J27-4、J27-5、J27-6)的平均損害率為77.5%，對(duì)高滲巖心(J27-7、J27-8、J27-9)的平均損害率為80.1%。評(píng)價(jià)結(jié)果表明：中高滲巖心受到的污染程度最高，而低滲巖心受到的污染程度較低。

1.2鉆井液污染深度研究

通常測(cè)試的天然巖心長(zhǎng)度只有5～7 cm，而鉆井液的污染深度通常為十幾厘米至幾十厘米，因此室內(nèi)實(shí)驗(yàn)很難評(píng)價(jià)鉆井液的污染深度。前人通過(guò)人造巖心或者長(zhǎng)巖心夾持器進(jìn)行模擬，但均不能較準(zhǔn)確地測(cè)出實(shí)際鉆井液侵入地層的深度。筆者通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，可用鉆井液侵入巖心的深度表征鉆井液侵入地層的深度，從而得出鉆井液對(duì)于非均質(zhì)儲(chǔ)層污染情況。依據(jù)理想毛管理論，將儲(chǔ)層巖石空間處理成平行毛管，鉆井液侵入巖心的深度計(jì)算公式如下：

π(R2-rw)hφη=2πrwhQ

(1)

(2)

(3)

Ld=R-rw

(4)

式中：R——污染半徑，m；rw——井眼半徑，m；h——地層厚度，m；φ——孔隙度；Q——流量，m3/min；η——驅(qū)替效率；Ld——污染深度，m。

將動(dòng)態(tài)濾失時(shí)記錄的125 min內(nèi)不同時(shí)間的濾失體積(如表2所示)代入公式中，得到不同時(shí)間與鉆井液侵入巖心深度的關(guān)系，采用線性回歸分析法建立數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)模型為：Y=A×XB。

以J27-4為例(圖1)，回歸出的數(shù)學(xué)模型為Y=3.1325X0.3663，相關(guān)性R為0.9879，能較好地反

映125 min內(nèi)鉆井液侵入深度與時(shí)間的關(guān)系。依據(jù)回歸出的數(shù)學(xué)模型，可以預(yù)測(cè)巖心在125 min后，鉆井液入侵巖心的深度。將其它巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果按上述方法處理并作出曲線，如圖2所示。

圖1　J27-4巖心污染深度回歸曲線

圖2　鉆井液污染深度隨時(shí)間變化關(guān)系曲線

由圖2可以看出，在125 min后隨著時(shí)間的推移，對(duì)于滲透率中等的巖心，鉆井液侵入深度最大，侵入速率最大，并且污染深度持續(xù)增加；對(duì)于滲透率較高的巖心，鉆井液侵入深度中等，侵入速率逐漸放緩；對(duì)于低滲巖心，鉆井液侵入深度最小，侵入速率最小，污染深度幾乎保持不變。

2鉆井液污染機(jī)理研究

2.1鉆井液污染巖心前后氣測(cè)滲透率對(duì)比

為了探究鉆井液對(duì)于非均質(zhì)儲(chǔ)層的污染機(jī)理，將經(jīng)過(guò)鉆井液污染后的巖心切成長(zhǎng)度相等三段巖心，從污染端面由遠(yuǎn)至近分別標(biāo)為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)巖心。將切割后的巖心經(jīng)48小時(shí)烘干至恒重，最后對(duì)每塊巖心測(cè)定空氣滲透率，結(jié)果如表3所示。

氣測(cè)滲透率在一定程度上反映出固體顆粒在巖心孔喉處的的分布情況。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：在高中低滲透率不同組別巖心中，遠(yuǎn)離污染端面巖心的氣測(cè)滲透率均呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。對(duì)于滲透率中等的巖心，巖心氣測(cè)滲透率損害率最大，三段巖心損害程度基本相同，說(shuō)明鉆井液固相顆粒侵入較深；對(duì)于滲透率低的巖心，靠近污染端面巖心損害程度較高，遠(yuǎn)離污染端面巖心損害程度明顯降低，說(shuō)明鉆井液固相顆粒侵入巖心距離較淺。

表3　鉆井液污染前后巖心氣測(cè)滲透率結(jié)果

圖3　不同巖心深度鉆井液損害率

2.2非均質(zhì)儲(chǔ)層鉆井液污染機(jī)理

綜合該區(qū)儲(chǔ)層敏感性情況[5-9]，儲(chǔ)層水敏平均損害率為26.5%，水敏程度較弱；堿敏平均損害率為24.83%，堿敏程度較弱；最低臨界pH為11；而該區(qū)鉆井液pH為9，低于臨界pH值。結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，造成該區(qū)鉆井液污染地層深度不一的主要原因?yàn)楣滔囝w粒的侵入。

當(dāng)鉆井至儲(chǔ)層時(shí)，在鉆井液中各種類型和尺寸的固相粒子將快速進(jìn)入儲(chǔ)層，對(duì)于滲透率較高的層位，由于鉆井液大量、高速的侵入，固相顆粒流經(jīng)孔喉時(shí)，在小于粒徑的孔喉處大量聚集形成橋堵,阻止固相和液相進(jìn)一步侵入儲(chǔ)層，故鉆井液侵入較淺；而對(duì)于滲透率較低的層位，狹窄的滲流通道阻礙了鉆井液的侵入，鉆井液濾失小，侵入深度也較淺；對(duì)于中等滲透率的巖心，由于鉆井液中無(wú)適當(dāng)粒徑的固相顆粒在喉道處短期內(nèi)形成橋堵,而是只形成部分堆砌堵塞,隨著鉆井液的繼續(xù)侵入，橋堵和解堵逐漸平衡，故鉆井液侵入較深。

3結(jié)論

(1)鉆井液對(duì)于扶余油田非均質(zhì)儲(chǔ)層污染程度不一，低滲和高滲儲(chǔ)層受到鉆井液污染程度較小，中滲儲(chǔ)層受到的污染程度最為嚴(yán)重。

(2)通過(guò)動(dòng)態(tài)濾失實(shí)驗(yàn)建立了鉆井液污染儲(chǔ)層數(shù)學(xué)模型，對(duì)比鉆井液污染巖心前后氣測(cè)滲透率的結(jié)果，認(rèn)為造成該區(qū)鉆井液污染儲(chǔ)層深度不一的主要原因?yàn)楣滔囝w粒的侵入。

參考文獻(xiàn)

[1]范翔宇,夏宏泉,陳平,等.鉆井液固相侵人深度的計(jì)算方法研究[J].天然氣工業(yè),2006,26(3):75-77.

[2]王建華,焉捷年,鄭曼,等.鉆井液固相和濾液侵入儲(chǔ)層深度的預(yù)測(cè)模型[J].石油學(xué)報(bào),2009,30(6):923-926.

[3]趙峰,唐洪明,林海春,等.壓差的連續(xù)改變對(duì)鉆井液儲(chǔ)層損害程度的影響[J].鉆井液與完井液，2007,24 (6):4-7.

[4]D Minto. Dynamic underbalanced perforating system increases productivity and reduces cost in East Kalimantan Gas Field[C].SPE97363,2005.

[5]裘亦楠,薛叔浩.油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社, 1997: 284-342.

[6]景岷雪,羅麗瓊.儲(chǔ)層中微粒運(yùn)移現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)判斷[J].天然氣勘探與開(kāi)發(fā),2005,28(6):50-53.

[7]劉清華,吳亞紅,趙仁保.特低滲儲(chǔ)層敏感性實(shí)驗(yàn)研究[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā), 2009, 28(4): 76-79.

[8]尹昕.大牛地氣田砂巖儲(chǔ)層敏感性實(shí)驗(yàn)研究[J].天然氣工業(yè), 2005, 25(8):31-34.

[9]孫連環(huán).塔河油田碎屑巖儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)及對(duì)策[J].鉆采工藝,2004,27(6):88-93.

編輯：李金華

文章編號(hào)：1673-8217(2016)01-0118-03

收稿日期：2015-09-02

作者簡(jiǎn)介：歐陽(yáng)傳湘，教授，1963年生，主要從事油藏工程和采油工程方面的研究。

中圖分類號(hào)：TE357

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A