楊金龍

（大慶油田有限責任公司采油工程研究院，黑龍江大慶 163712）

DS井是一口淺層儲氣庫先導試驗井，屬于一級井控風險井，周圍采氣井均已開采20年以上，開采井周圍的儲層壓力系數(shù)較低（0.36～1.04），并且儲層為P 層，埋藏較淺，一般在700m左右，儲層物性非常好，在鉆井過程中，鉆井液有可能發(fā)生滲漏或漏失，對儲層造成傷害。鉆完井過程中應最大限度降低鉆井液對儲層的污染，制定合理的儲層保護措施，才能降低儲層表皮系數(shù)，從而有效提高儲氣庫的注采效果。

因此，為了降低DS 井儲層表皮系數(shù)，QC 小組從儲層特征研究、分析儲層傷害原因、屏蔽暫堵材料的優(yōu)選入手，開展了以《降低DS井儲層表皮系數(shù)》為課題的活動。表皮系數(shù)評價標準見表1。

表1 表皮系數(shù)評價標準

1 現(xiàn)狀調查

小組成員深入現(xiàn)場，調研DS井周圍存在儲層污染的氣井，對氣井污染查找癥結問題。統(tǒng)計了25 口存在儲層污染情況的氣井，得到了儲層污染與以下因素有關，詳見表2。

從表2中可以看出，造成氣井儲層污染的因素共有5 種，分別是：儲層保護措施差、人員技術水平低、鉆井周期長、巖石本身特性差、其它。五種導致固井質量差的問題占總問題的比例分別為：68%、16%、4%、8%、4%。

表2 氣井儲層污染因素統(tǒng)計表

從圖1儲層污染因素累積百分比圖可以看出，儲層保護技術差和人員技術水平低這兩個因素累計百分比達到84%，因此，將這兩個因素設定為需要解決的主要問題。

2 目標確定

2.1 設定目標

依照標準《儲層敏感性流動實驗評價方法測定》SY/T5358-2009進行室內實驗，通過實驗獲得巖芯物性、粘土含量、孔喉半徑等儲層參數(shù)，制定屏蔽暫堵措施，最終達到儲層表皮系數(shù)S等于零的目標。

2.2 目標可行性分析

（1）技術方面：小組具有1 名現(xiàn)場工作經(jīng)驗豐富的高級工程師，能夠為現(xiàn)場調查和檢驗提供技術支持，小組具備先進的鉆井設計軟件和設計優(yōu)化能力，能夠完成DS井儲層保護技術研究，使儲層表皮系數(shù)S等于零的目標可以實現(xiàn)。

（2）材料方面：勘探開發(fā)研究院能夠提供巖芯樣品，鉆井隊能夠提供實驗所需鉆井液，實驗室提供屏蔽暫堵材料，保障課題研究材料的供給。

（3）人員方面：小組人員中有兩名從事鉆井工作十多年的技術骨干，能夠滿足現(xiàn)場研究方面的需求，還有3名鉆井設計人員能夠熟練掌握辦公軟件，人力資源充沛。

（4）設備方面：合作單位具備孔滲測量儀、布魯克D8 Advance X 射線衍射儀、FEI 450 掃描電鏡等相關實驗設備。

綜合以上四方面因素，小組判斷設定的目標可以實現(xiàn)。

3 原因分析

小組針對現(xiàn)狀進行討論，利用頭腦風暴法從人員、資料、方法等方面對儲層保護措施差和人員技術水平低的原因進行分析，最終找到8個末端原因，因果關系見圖2。

4 要因確認

經(jīng)過小組成員對現(xiàn)場調查、檢驗等結果的總結，確定以下三方面是影響儲層保護措施的主要原因。即：未進行儲層物性分析、未進行鉆井液對儲層傷害評價、未進行屏蔽暫堵技術研究，要因確認見表3。

表3 要因確認表

5 制定對策

小組成員按專業(yè)技術特點制定了目的層儲層特征研究、鉆井液對儲層傷害評價實驗、屏蔽暫堵儲層保護技術研究等對策和相應目標值、措施、實施地點、完成時間，并按照對策逐一進行了實施。

6 對策實施

6.1 目的層儲層特征研究

為了準確獲得目的層巖芯物性、粘土含量、孔喉半徑等儲層參數(shù)，小組對試驗井取芯巖樣50塊，進行物性分析、巖芯孔喉分析、掃描電鏡分析等室內實驗。實驗結果如下：

（1）巖芯物性分析。依據(jù)《巖心分析方法》SYT 5336-2006，利用氣體孔隙度、滲透率測試方法測試巖芯樣品（巖芯尺寸：直徑25mm±1mm，長度50mm）的孔滲參數(shù)，得到平均空氣滲透率為550.1×10-3μm2，平均孔隙度為27.05%。

（2）粘土含量分析。按照《沉積巖中黏土礦物和常見非粘土礦物X 射線衍射分析方法》SY/T 5163-2010，利用X 射線衍射儀對儲層巖芯粘土礦物進行絕對含量和相對含量的分析。由實驗結果可知，巖芯樣品滲透率越低，粘土含量越少；巖芯樣品粘土中伊利石和綠泥石占比較大。

（2）巖芯孔喉分析。按照標準《巖石毛管壓力曲線的測定》GB/T29171-2012，對巖芯樣品進行孔喉分析實驗，獲取不同滲透率儲層的孔喉大小分布特征及孔喉對滲透率的貢獻，進而為屏蔽暫堵劑顆粒粒徑的優(yōu)選提供依據(jù)。由圖3可知：巖芯樣品的平均孔隙半徑中值為3.656μm。

（3）掃描電鏡分析。微觀孔隙結構從根本上決定了宏觀孔喉分布和屏蔽暫堵劑顆粒的選擇。小組選用掃描電鏡來分析目的儲層孔隙結構，并且可以分析研究后續(xù)微粒運移和固相顆粒侵入情況。由圖4可知：巖芯樣品中的膠結物含量較少，且微裂縫較多。

由于儲層傷害的主要由于地層巖石礦物內在因素和各種施工等外來條件的影響[1-2]。通過六敏實驗結果得到，試驗井儲層傷害過程中由巖石內在因素引起的傷害較小，主要受鉆井液和外來施工影響較大，可以通過實施屏蔽暫堵技術進行改善。

6.2 鉆井液對儲層傷害評價實驗

小組成員調查分析得到，在井壁上未形成泥餅之前，濾液對油、氣層的傷害更為嚴重。同時鉆井液的固相顆粒主要是在井壁上未形成泥餅之前侵入油、氣層孔道，使油、氣層滲透率大大降低。壓差越大、顆粒越細，侵入深度越深[3-5]。按照石油與天然氣行業(yè)標準《鉆井液完井液傷害油層室內評價方法》SY-T6540-2002開展實驗，對鉆井液動態(tài)前后進行巖芯傷害評價、表皮系數(shù)測定和掃描電競分析，并對鉆井液儲層傷害原因進行分析。

動態(tài)實驗結果表明：低滲巖芯巖芯傷害率最大，滲透率下降了71.35%。巖樣表皮系數(shù)均大于零，表明注入鉆井液體系后井受到了污染，儲層存在污染。

由圖5 巖芯動態(tài)傷害前后掃描電鏡對比圖可以得到：動態(tài)傷害使得巖樣孔隙變小。

6.3 屏蔽暫堵儲層保護技術研究

根據(jù)屏蔽暫堵技術的原理，小組主要通過屏蔽暫堵劑性能評價，優(yōu)化架橋粒子和填充粒子的尺寸、加量，最終給出適合DS井的屏蔽暫堵材料最佳配比[6-7]。

為了優(yōu)選合適的架橋粒子、填充粒子尺寸和加量，分別以當前使用的架橋粒子、填充粒子尺寸和加量為基準，分別上浮、下調，開展4 因素3 水平的正交實驗，根據(jù)實驗結果進行粒子尺寸及加量的優(yōu)選，見表4。

表4 架橋粒子、填充粒子尺寸和加量正交實驗設計

根據(jù)API 失水和高溫高壓濾失量的數(shù)據(jù)對封堵效果進行評價。若某一組方案對應的API 失水和高溫高壓濾失量降低得最多，則封堵效果最佳。根據(jù)表5 分析得到，方案6（架橋粒子尺寸5μm、架橋粒子加量3%、填充粒子尺寸2.5μm、填充粒子加量0.5%）屏蔽效果最好。

表5 API失水和高溫高壓濾失量實驗數(shù)據(jù)表

7 效果檢查

7.1 課題目標值完成情況

經(jīng)過小組成員近一年的努力，以技術研究、室內實驗和現(xiàn)場試驗分析為基礎，整合各項優(yōu)勢技術，形成一套適用于儲氣庫鉆井的屏蔽暫堵材料最佳配比。DS試斜1 井、DS 試斜2 井、DS 試斜3 井和DS 試斜4 井試氣壓力恢復數(shù)據(jù)解釋儲層的表皮系數(shù)S 值均小于零，本次活動超過預期目標值，獲得了較好效果。

7.2 直接經(jīng)濟效益

統(tǒng)計已完鉆的試驗井無阻流量15.3×104m3/d，為直井的3倍左右，儲層污染較小。采用儲層保護屏蔽暫堵技術的試驗井平均采氣量為1.2×104m3/d，相同地質條件的未采用儲層保護屏蔽暫堵技術的鄰井采氣量為0.5×104m3/d；通常年采氣期為5個月，按照目前的天然氣價格1.5元/m3，單井每年直接創(chuàng)造經(jīng)濟效益約152.5萬元。

7.3 社會效益

開展降低DS井儲層表皮系數(shù)研究，產(chǎn)生了良好的社會效益：

（1）降低了鉆井過程中的儲層傷害，達到保護儲層和儲氣庫安全注采的目的，提高了儲氣庫的注采效率。

（2）本次活動使小組成員得到了鍛煉，提高了解決現(xiàn)場問題的能力。提供了儲層保護質量工藝技術手段，滿足油田開發(fā)的需要。

（3）保障了鉆井施工安全，有效控制了井控風險，降低了施工風險，滿足安全環(huán)保施工要求，為儲氣庫井鉆井安全高效施工提供了技術支持和保障。

8 鞏固措施

QC小組為了繼續(xù)鞏固成績，將成功的經(jīng)驗加以總結，制定以下鞏固措施：

（1）措施納入鉆井設計中。為了提高儲氣庫井儲層保護質量，我們從設計做起，把對策措施納入鉆井設計中，要求各施工單位執(zhí)行。

（2）措施融入到培訓中。措施融入到技術培訓、論壇講座、技術交流等，大家相互學習，共同進步。

（3）現(xiàn)場跟蹤效果。鉆井液屏蔽暫堵材料是儲層保護的關鍵，必須現(xiàn)場跟蹤，每月都要有現(xiàn)場跟蹤記錄，保證鉆井液性能參數(shù)達到設計要求，及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，科學地指導鉆井施工。

9 總結

通過這次QC活動，達到了預期的效果，降低了DS井儲層表皮系數(shù)，分析了鉆井液對儲層傷害的原因，進行了屏蔽暫堵技術研究，提出了一套鉆井液屏蔽暫堵材料的最佳配比。

減少了鉆井事故的發(fā)生，降低了儲層污染，提高了采氣量，增強了鉆井設計優(yōu)化水平。同時小組成員的團隊意識、個人能力、質量意識及QC知識等方面都有了明顯提高，能正確地運用QC方法解決工作中遇到的難題。