劉豇瑜　袁學芳　馮覺勇　黃龍藏　張　鍵　徐海霞

（中國石油塔里木油田公司）

解除重晶石深度污染技術(shù)

劉豇瑜袁學芳馮覺勇黃龍藏張鍵徐海霞

（中國石油塔里木油田公司）

塔里木盆地庫車山前克深氣田地層壓力系數(shù)高，鉆揭目的層時鉆井液采用了大量的重晶石加重，因儲層裂縫發(fā)育，重晶石固相侵入裂縫系統(tǒng)，堵塞滲流通道，結(jié)果導致氣井產(chǎn)量偏低或沒有產(chǎn)出。針對重晶石堵塞，運用螯合理論，通過室內(nèi)實驗和現(xiàn)場返排液離子分析表明，重晶石解堵劑能夠溶解裂縫內(nèi)的重晶石固相。該技術(shù)首次在X井試驗，作業(yè)后氣井日產(chǎn)氣量由0.9×104m3增加到5.2×104m3，增產(chǎn)5.7倍，恢復了深度傷害氣井的產(chǎn)能。該技術(shù)已推廣應(yīng)用在Y氣田，增產(chǎn)效果顯著，日產(chǎn)氣量由26.2×104m3提高到75.2×104m3，增產(chǎn)近3倍。圖4表4參6

塔里木盆地克深氣田儲層傷害重晶石解堵高溫高壓氣井產(chǎn)能

0　引言

塔里木盆地庫車山前克深氣田儲層裂縫發(fā)育，地層壓力超過110 MPa，地層溫度大于150℃，平均孔隙度4.7%，平均滲透率0.055 mD，屬于典型的高溫高壓裂縫性致密砂巖儲層［1-2］。由于地層壓力系數(shù)高，鉆井過程中采用大量重晶石加重，因儲層裂縫發(fā)育，目的層鉆完井液漏失嚴重，鉆完井液侵入天然裂縫，液相部分滲入地層孔隙基質(zhì)中，固相部分（重晶石等加重材料）殘留在裂縫中，經(jīng)過長時間老化，造成重晶石等固相堵塞，結(jié)果導致氣井產(chǎn)量偏低或沒有產(chǎn)出。重晶石（BaSO4）是一種化學性質(zhì)非常穩(wěn)定的礦物質(zhì)，極難溶于強酸、強堿，酸化（壓）作業(yè)難以有效清除重晶石固相堵塞［3-4］。針對重晶石堵塞，運用螯合理論，結(jié)合儲層特征，通過室內(nèi)實驗和返排液研究表明重晶石解堵劑溶解力強、易返排。首先在X井開展先導性試驗，結(jié)果表明，該解堵劑能夠溶解天然裂縫內(nèi)的重晶石固相堵塞，解除儲層傷害，恢復了氣井產(chǎn)能，為高溫高壓裂縫型低滲氣藏的增產(chǎn)提供了新思路。

1　裂縫型低滲氣藏傷害機理

由于儲層裂縫的寬度往往大于鉆、完井液和修井液中的固相顆粒尺寸，作業(yè)過程中，工作液的固相顆粒就會在正壓差作用下進入裂縫，在縫內(nèi)形成堆積，堵塞滲流通道從而降低裂縫導流能力（圖1）［5］。

圖1　固相侵入裂縫傷害機理示意圖

庫車山前克深氣田地層壓力系數(shù)高，目的層鉆進時以水基鉆進液體系為主，但無論是水基還是油基鉆井液體系均采用了大量的重晶石加重，重晶石用量671～2 534 t，平均用量1 345.6 t，且目的層漏失嚴重，漏失最高達1 361.1 m3，平均漏失量904.9 m3（表1）。儲層裂縫發(fā)育，平均裂縫密度0.4條/m，裂縫寬度在220～290 μm之間，平均為260 μm，而重晶石的直徑為10～75 μm。因此，鉆完井過程中，就會有大量的重晶石固相顆粒侵入天然裂縫系統(tǒng)。

表1　克深氣田部分井鉆井液重晶石用量和目的層漏失情況統(tǒng)計表

2　重晶石解堵劑室內(nèi)評價

2.1解堵機理

重晶石解堵劑是一種無色-淡黃色液體，密度為1.03 g/cm3，pH值介于12～14。其主要成分為螯合劑，能夠與多價金屬離子發(fā)生螯合，溶解堵塞固相，尤其能夠螯合Ba2+，與重晶石形成真溶液。其解堵作用過程是先將裂縫中的固相軟化、溶解，然后通過螯合將重晶石顆粒分散、懸浮，最后隨返排液排出井筒（圖2）［6］。其反應(yīng)方程式為：

BaSO4+2YNa=｛Y-Ba2+Y-｝+SO42-+2Na+

式中：

YNa—螯合劑的鈉鹽。

2.2溶解力評價

將濾紙在110℃下烘30 min（恒重）稱量，稱取5 g重晶石粉加入到50 mL重晶石解堵劑中，在170℃烘箱中密閉反應(yīng)3 h，然后在常溫下反應(yīng)1 h，過濾，烘至恒重，稱量；同時用自來水和15%的鹽酸做實驗，進行對比。實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果見表2。

圖2　重晶石解堵劑解堵作用過程示意圖

表2　重晶石解堵劑溶解力實驗結(jié)果

重晶石解堵劑的溶蝕量為12.5～12.8 g/L，自來水和鹽酸的溶蝕量分別為0.94 g/L，和2.42 g/L，，說明重晶石解堵劑對重晶石粉較15%的鹽酸的溶解力強。

2.3界面張力評價

用旋滴界面張力儀測定水、20%解堵劑、20%解堵劑+1%助排劑與原油的界面張力，實驗結(jié)果見表3，結(jié)果表明解堵劑與油的界面張力低，易于返排。

表3　水、20%解堵劑、（20%解堵劑+1%助排劑）與原油的界面張力測試結(jié)果

3　現(xiàn)場試驗

2013年，重晶石解堵工藝技術(shù)首次在X井試驗。X井位于庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶克深區(qū)帶克深2號構(gòu)造高點上，目的層為白堊系巴什基奇克組6 573.00～6 631.00 m。鉆井過程中目的層漏失密度2.15 g/cm3的鉆井液641 m3，采用671 t重晶石加重劑。本井自2008年完鉆后，先后經(jīng)歷三次修井作業(yè)，修井液密度1.98 g/cm3。鉆、修井液均用重晶石加重、密度高，導致鉆、修井液侵入天然裂縫，造成重晶石等固相堵塞傷害。為解除鉆、修井過程中的重晶石堵塞，首次進行了解除重晶石堵塞技術(shù)嘗試。

3.1解堵劑用量設(shè)計

采用容積法計算解堵劑的用量，用量由基質(zhì)和裂縫兩部分組成

儲層基質(zhì)孔隙解堵劑用量計算公式：

裂縫解堵劑用量計算公式：

式中：

V1—基質(zhì)孔隙解堵劑用量，m3

V2—裂縫解堵劑用量，m3；

R—儲層基質(zhì)污染半徑，m；

h—射孔段長，m；

φ—目的層平均孔隙度，%；

N—改造段天然裂縫條數(shù)，條；

L—天然裂縫平均長度，m；

H—天然裂縫高度，m；

r—天然裂縫寬度，m；

α—重晶石堵塞體積修正系數(shù)，取0.4；

ρ—重晶石密度，g/cm3；

β—安全系數(shù)，取1.6；

83—單位重量重晶石消耗解堵劑量，m3/t。

通過計算確定解堵劑用量為180 m3。

3.2施工參數(shù)及效果

2013年10月進行解堵施工，擠入地層總液量262.9 m3，其中隔離液80 m3，重晶石解堵劑185 m3。泵壓3.6～112 MPa，排量0.6～3.65 m3/min，停泵壓降79.9下降到76.2 MPa。解堵前油壓4.87 MPa，折日產(chǎn)氣0.9×104m3，解堵后油壓18 MPa，日產(chǎn)氣5.2×104m3。通過以上分析認為，解堵劑對井周重晶石堵塞有一定的溶解能力。

3.3返排液離子分析

為進一步驗證重晶石解堵劑的作用效果，對返排液進行了取樣分析，取得返排液樣46個。進行返排液密度和pH值測定，返排液密度由開始返排的1.00上升至1.09，說明解堵液溶解了裂縫內(nèi)的重晶石堵塞而使返排液密度增加，返排到15 h返排液密度最高，隨后密度逐漸降低，說明隨著反應(yīng)的進行，裂縫內(nèi)可供溶解的重晶石固相越來越少，到返排結(jié)束時，返排液密度與解堵劑的密度是（1.03 g/cm3）一致。此外，返排液的pH值由13下降到7（圖3），說明返排開始時返排液的pH值與解堵劑的pH值一致，隨著重晶石固相的溶解，使返排液的pH值逐漸降低。通過返排液密度和pH值的變化說明儲層裂縫中的重晶石堵塞物被溶解而隨返排液帶出。

此外，據(jù)返排液的鈣、鎂、鋇、鐵離子濃度分析，返排液所攜帶的陽離子濃度在返排3 h時達到最高，此后逐漸降低（圖4），說明鈣、鎂、鋇、鐵陽離子隨返排液帶出井筒，這也表明裂縫內(nèi)的固相堵塞物得到溶解。

圖3　返排液pH值及密度變化圖

圖4　返排率陽離子濃度變化圖

綜合現(xiàn)場施工效果和返排液密度、pH值和離子濃度分析均表明，重晶石解堵劑對天然裂縫內(nèi)的重晶石固相的溶解具有積極的作用。

3.4推廣應(yīng)用

克深X井成功實施解堵后，該技術(shù)推廣應(yīng)用到庫車山前Y區(qū)塊。解堵劑用量最高440m3，平均373.75m3，排量4.9 m3/min，施工泵壓最高108.7 MPa，措施后最高產(chǎn)氣96×104m3，平均日產(chǎn)氣由26.25×104m3提高到75.2×104m3，增產(chǎn)效果顯著（表4）。

表4　克深8氣田應(yīng)用效果

目前，施工的4口井均正常生產(chǎn)，其中A井和B井已生產(chǎn)500余天，累產(chǎn)氣3.7×108m3。重晶石解堵工藝技術(shù)對解除高溫高壓致密砂巖氣藏的重晶石堵塞效果顯著，有效性持續(xù)時間較長。

4　結(jié)論與建議

（1）塔里木盆地庫車山前克深氣田儲層天然裂縫發(fā)育，目的層漏失嚴重，固相侵入是儲層傷害的主要因素。

（2）室內(nèi)實驗和返排液離子研究表明重晶石解堵劑能夠溶解裂縫中的重晶石固相，且易返排。

（3）重晶石污染技術(shù)首次在X井試驗，產(chǎn)量由0.9×104m3增加到5.2×104m3，恢復了該井產(chǎn)能。在Y氣田推廣應(yīng)用效果顯著，產(chǎn)量由26.2×104m3提高到75.2×104m3，增產(chǎn)近3倍，部分井已累產(chǎn)500余天。因此，建議對于此類儲層污染，可先采取該工藝實施解堵，疏通天然氣滲流通道，恢復氣井產(chǎn)能。

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（修改回稿日期2016-07-24編輯景岷雪）

劉豇瑜，女，1985年出生，碩士，現(xiàn)從事油氣田儲層改造研究。地址：（841000）新疆庫爾勒市塔里木油田油氣工程研究院酸化壓裂研究室。電話：（0996）2173394。E-mail：ljyu-tlm@petrochina.com.cn