張平，王多才，王海峰，付亞平，王健，朱子恒，黃發(fā)木，余長(zhǎng)江

摘要：為了預(yù)防儲(chǔ)層傷害的發(fā)生，屏蔽暫堵技術(shù)已經(jīng)在第1代的“1/3架橋規(guī)則”的基礎(chǔ)上優(yōu)化了暫堵劑顆粒的選擇、物理化學(xué)膜的形成、降低表面張力的仿生超雙疏劑的研發(fā)，解決了第1代暫堵技術(shù)暫堵劑顆粒選擇困難的問(wèn)題。對(duì)于在鉆完井過(guò)程中已經(jīng)受到損害的儲(chǔ)層，酸化解堵技術(shù)以及物理解堵技術(shù)的出現(xiàn)，使得損害問(wèn)題得到了一定的解決。研究對(duì)鉆完井過(guò)程中儲(chǔ)層傷害類(lèi)型、儲(chǔ)層傷害的預(yù)防以及解決已發(fā)生儲(chǔ)層傷害的解堵技術(shù)方法進(jìn)行了綜述，為學(xué)者在研究解堵技術(shù)方面提供借鑒。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)層傷害；儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)；鉆井液；解堵技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TE258文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）12-0119-04

Reservoir damage analysis，prevention and protection?and optimization of plugging technology

ZHANG Ping1，WANG Duocai1，WANG Haifeng1，F(xiàn)U Yaping1，WANG Jian1，ZHU Ziheng1，HUANG Famu1，YU Changjiang2*

（1.West-East Gas Transmission Company of National Pipeline Network Group，Shanghai 210002，China;?2.National Engineering Research Center for Oil and Gas Drilling and Completion Technology，China University of Petroleum （Beijing），Beijing 102249，China）

Abstract：In order to prevent the occurrence of reservoir damage，the shielding temporary plugging technology has optimized the selection of temporary plugging agent particles，the formation of physical and chemical film，and the research and development of bionic ultra-double hydrophobic agent to reduce the surface tension on the basis of the first generation of “1/3 bridging rule”，and solving the problem of difficulty in the selection of temporary plugging agent particles of the first generation of temporary plugging technology.For the reservoir that have been damaged in the process of drill and completion，the emergence of acidizing plugging removal technology and physical plugging removal technologies has solved the damage problem to a certain extent.This paper reviews the types of reservoir damage，the prevention of reservoir damage，and the plugging removal technology to solve the existing reservoir damage in the process of drilling and completion，which can provide reference for scholars in the research of plugging removal technology.

Key words：reservoir damage;reservoir protection technology;drilling fluid;plug removal technology

在儲(chǔ)層原始狀態(tài)條件下，地層中巖石、粘土礦物以及內(nèi)部流體處于一種平衡狀態(tài)，在對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行鉆完井等作業(yè)時(shí)，可能會(huì)打破儲(chǔ)層平衡狀態(tài)，對(duì)儲(chǔ)層造成傷害，進(jìn)而導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率下降。而儲(chǔ)層傷害一旦發(fā)生，前期油氣井產(chǎn)量會(huì)受到一定程度的限制；而后期為提高油氣產(chǎn)量，酸化、壓裂等增產(chǎn)措施的工作量和作業(yè)成本就會(huì)增加。所以，為避免和減少儲(chǔ)層傷害對(duì)油氣作業(yè)的影響，從鉆井過(guò)程考慮，先后有學(xué)者研制出保護(hù)儲(chǔ)層型鉆井液來(lái)預(yù)防儲(chǔ)層傷害的發(fā)生。而針對(duì)已經(jīng)發(fā)生的油氣層損害問(wèn)題，早在21世紀(jì)90年代就有學(xué)者先后研究出不同的解堵技術(shù)，用來(lái)解決地層堵塞造成的滲透率下降問(wèn)題，使得油氣層滲透率得以恢復(fù)，油氣井產(chǎn)量提高。

1儲(chǔ)層傷害分析

1.1固相顆粒入侵

在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，儲(chǔ)層傷害的類(lèi)型有很多種，其中固相顆粒堵塞儲(chǔ)層孔隙和裂縫，造成滲透率下降是最為普遍的一種損害現(xiàn)象。而這種固相顆粒一方面是在油氣作業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)為了保持工作液密度、黏度等性質(zhì)加入的特殊添加劑顆粒；另一方面是儲(chǔ)層內(nèi)部本身就含有大量微粒，這些微粒會(huì)隨儲(chǔ)層內(nèi)部流體一起發(fā)生運(yùn)動(dòng)。在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)中，這些顆粒會(huì)在大孔徑孔隙處沉積，堵塞地層。

1.2外來(lái)流體與儲(chǔ)層不配伍

在鉆完井過(guò)程中，儲(chǔ)層巖石不可避免的會(huì)與一系列的外來(lái)工作液發(fā)生相互作用。工作液與地層巖石不配伍時(shí)，就會(huì)發(fā)生水敏等敏感性損害、濕潤(rùn)反轉(zhuǎn)等儲(chǔ)層傷害，影響儲(chǔ)層滲透率。當(dāng)工作液等外來(lái)流體與儲(chǔ)層內(nèi)部流體不相配伍時(shí)，便會(huì)在一定外界條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生無(wú)機(jī)、有機(jī)垢等沉淀物堵塞油氣孔道。有時(shí)還會(huì)有細(xì)菌的進(jìn)入和乳狀液的生成。

1.3水鎖效應(yīng)和賈敏效應(yīng)

當(dāng)外來(lái)水相流體侵入親水的油藏孔道時(shí)，會(huì)在油水界面形成一個(gè)凹向油相的彎曲液面。由于表面張力的作用，彎曲液面存在一個(gè)附加壓力，即為毛細(xì)管壓力。如果地層能量不足以克服附加的毛細(xì)管壓力，水段堵塞就無(wú)法被油驅(qū)至井筒。由于油氣層孔道大小分布廣，驅(qū)開(kāi)的較大孔道中水膜變厚，導(dǎo)致儲(chǔ)層含水飽和度增加，油相滲透率降低，就會(huì)發(fā)生水鎖效應(yīng)；當(dāng)外來(lái)液體濾液進(jìn)入儲(chǔ)層后，其液滴或氣泡在通過(guò)狹窄的孔隙吼道發(fā)生變形，就會(huì)產(chǎn)生流體流動(dòng)的阻力，賈敏效應(yīng)也會(huì)隨之產(chǎn)生。

1.4應(yīng)力敏感性傷害

對(duì)于裂縫或微裂縫發(fā)育的油氣層，如果開(kāi)采速度過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致裂縫系統(tǒng)內(nèi)油氣不能及時(shí)得到補(bǔ)充，系統(tǒng)內(nèi)流體壓力也會(huì)隨之下降，油氣層巖石的有效應(yīng)力增加，裂縫被壓縮，影響儲(chǔ)層滲透率，除此之外，孔隙及孔隙吼道的收縮，也會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率的下降，這就是儲(chǔ)層壓力敏感性傷害。

2儲(chǔ)層傷害預(yù)防保護(hù)技術(shù)

2.1水基鉆井液技術(shù)

水基鉆井液由于價(jià)格低廉、性能容易控制等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。其中，無(wú)固相清潔鹽水聚合物鉆井液、無(wú)膨潤(rùn)土?xí)憾滦途酆衔稃}水鉆井液等由于其特有的性質(zhì)得以應(yīng)用。將車(chē)前子殼作為降濾失劑添加到水基鉆井液中，研發(fā)出一種耐高溫、環(huán)保的水基鉆井液，在高溫下仍然具有良好的降濾失作用，該降濾失劑有優(yōu)異的抗污染性能[2]。水基鉆井液雖然種類(lèi)較多，應(yīng)用也較為頻繁，但是水基鉆井液進(jìn)入地層后，水相的入侵會(huì)引發(fā)地層微粒發(fā)生水化、運(yùn)移、膨脹引起儲(chǔ)層傷害；隨著鉆井深度加深，地層溫度和壓力也越來(lái)越高，高性能的水基鉆井液也備受重視，所以高性能的鉆井液添加劑將會(huì)是以后發(fā)展的重點(diǎn)。

2.2氣體類(lèi)鉆井液技術(shù)

氣體類(lèi)鉆井液，對(duì)于低壓儲(chǔ)層，低密度鉆井液可實(shí)現(xiàn)近平衡壓力鉆井或負(fù)壓差鉆井。泡沫由于其特殊的化學(xué)性質(zhì)，使得其得以應(yīng)用。對(duì)微泡鉆井液基本特性和國(guó)內(nèi)抗溫微泡鉆井液體系做了總結(jié)，發(fā)現(xiàn)微泡具有“一核三膜”的結(jié)構(gòu)且膜具有一定厚度和黏度，使得微泡在高溫高壓下還能較長(zhǎng)時(shí)間存活[3]。而微泡鉆井液技術(shù)能有效解決井漏問(wèn)題，具有優(yōu)異的抗污染能力，儲(chǔ)層保護(hù)效果明顯。泡沫是一種熱力學(xué)極其不穩(wěn)定的流體，在高溫、高礦化度條件下的穩(wěn)定性能更差，所以抗溫及抗鹽鈣性能優(yōu)異的泡沫穩(wěn)定劑是泡沫鉆井液的重點(diǎn)研究對(duì)象。

2.3合成基鉆井液技術(shù)

合成基鉆井液，以人工合成或改性的有機(jī)物作為連續(xù)相，鹽水為分散相，再加入各類(lèi)添加劑組成。為解決環(huán)境敏感地區(qū)油基鉆井液應(yīng)用有限問(wèn)題，研發(fā)了一種生物質(zhì)合成基鉆井液，并對(duì)體系抗溫性、抑制性、環(huán)保性等性質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，該體系具良好的流變性、抑制性、無(wú)毒，且鉆井液廢棄物易處理，滿足環(huán)保要求[4]。為解決地下地層溫度較低（零下低溫）問(wèn)題，研發(fā)出耐低溫合成基鉆井液，該體系在零下10 ℃仍然具有良好流變性能[5]，為寒冷地區(qū)非常規(guī)井開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)保證。

2.4保護(hù)油氣層的鉆井液技術(shù)（屏蔽暫堵技術(shù)）屏蔽暫堵技術(shù)是油氣層被鉆開(kāi)時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)向鉆井液中人為加入各種類(lèi)型和尺寸的固相顆粒，在井壁附近形成滲透率接近零的屏蔽暫堵帶，能有效防止工作液中固相粒子入侵，引起地層損害。

Abrams等早在1977 年提出“三分之一架橋規(guī)則”，即向鉆井液中加入的固相粒子平均粒徑等于或略大于儲(chǔ)層孔隙的三分之一，同時(shí)顆粒含量大于鉆井液固相含量的5%，標(biāo)志著第1代屏蔽暫堵鉆井液技術(shù)的形成[6]。

結(jié)合DICKMA、CHELLAPPAHK、HANDSN等提出的理想充填理論，建立了油層保護(hù)技術(shù)—理想填充技術(shù)，該技術(shù)解決了第1代屏蔽暫堵技術(shù)對(duì)大孔隙無(wú)法很好封堵以及小孔隙無(wú)意義封堵問(wèn)題，也標(biāo)志著保護(hù)技術(shù)已過(guò)渡到第2代精細(xì)屏蔽暫堵技術(shù)[7]。

自Staverman提出泥頁(yè)巖成膜理論以后[8]，有學(xué)者研究了成膜效率以及其影響因素[9]。根據(jù)該思路采取物理化學(xué)相結(jié)合的手段，分別建立了油膜法[10]和成膜法[11]，即向鉆井液中特殊添加劑的加入使得近井壁巖石表面可以形成一層膜狀物，該膜能對(duì)鉆井液與井壁進(jìn)行隔離，阻止鉆井液濾液和固相顆粒進(jìn)入儲(chǔ)層，解決了孔隙尺寸與暫堵粒子的匹配性，標(biāo)志著第三代屏蔽暫堵技術(shù)的形成。

由于第3代暫堵技術(shù)通過(guò)物理化學(xué)作用成膜需要一定時(shí)間，且由于瞬時(shí)濾失仍會(huì)造成油氣層損害。受豬籠草口緣區(qū)具有超雙疏表面阻止油/水吸附或滲入，研發(fā)出降低巖石表面張力的超雙疏劑[12]，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)加有超雙疏劑的鉆井液體系對(duì)巖心封堵率和滲透率恢復(fù)值皆達(dá)到90%以上。將仿生技術(shù)應(yīng)用到鉆井液體系中，也標(biāo)志著第4代暫堵技術(shù)的形成。

3解堵技術(shù)優(yōu)化

3.1水力振蕩解堵技術(shù)

水力振蕩解堵技術(shù)是利用液體的振動(dòng)在井底產(chǎn)生壓力脈沖作用于地層，用以解除在鉆完井、開(kāi)采等過(guò)程中造成的儲(chǔ)層污染，以及流體乳化、粘土顆粒運(yùn)移、無(wú)機(jī)物、有機(jī)物沉淀和雜質(zhì)堵塞等造成的儲(chǔ)層污染，恢復(fù)或提高近井地帶儲(chǔ)層滲透率，達(dá)到增產(chǎn)增注的效果。針對(duì)勝利石油管理局埕島油田防砂井近井地帶滲透率下降問(wèn)題，對(duì)該油田6口井應(yīng)用水力振蕩解堵技術(shù)和酸化解堵措施[13]。結(jié)果表明，水力振蕩解堵技術(shù)解除近井地帶污染是可行的。

3.2深穿透復(fù)合射孔技術(shù)

深穿透復(fù)合射孔技術(shù)是把射孔技術(shù)和高能氣體壓裂技術(shù)有機(jī)融合，綜合改造油氣層的技術(shù)。

1999～2001年間，中原油田共進(jìn)行深穿透復(fù)合射孔施工189 個(gè)井，其中181 個(gè)井皆取得成功，有效率達(dá)95.7%，累積增油6.16×104? t，處理層段深度最大達(dá)3 300 m。表1為1999 年到2000年油井采用普通射孔技術(shù)和深穿透復(fù)合射孔技術(shù)的對(duì)比結(jié)果。

由表1可知，復(fù)合射孔工藝效果遠(yuǎn)好于普通射孔工藝效果，相比普通射孔技術(shù)，復(fù)合射孔技術(shù)更適合于中原油田。

3.3高壓水旋轉(zhuǎn)射流解堵技術(shù)

分析了高壓水旋轉(zhuǎn)射流解堵技術(shù)原理并對(duì)復(fù)合解堵劑進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，利用高壓水旋轉(zhuǎn)射流與HB復(fù)合解堵劑聯(lián)合解堵工藝技術(shù)對(duì)阿南油田實(shí)施解堵工藝，取得了較好的增產(chǎn)效果，且有效期達(dá)半年以上[15]。介紹了高壓水旋轉(zhuǎn)射流及化學(xué)解堵的工藝原理，對(duì)地層污染堵塞問(wèn)題進(jìn)行分析，復(fù)合解堵技術(shù)在油井、水井上的應(yīng)用都取得了較好的應(yīng)用效果，與其他技術(shù)相比具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、處理深度大等優(yōu)點(diǎn)，是高含水期油水井解堵增產(chǎn)的新技術(shù)[16]。

3.4酸化解堵技術(shù)

各大油氣田根據(jù)地區(qū)和儲(chǔ)層特征差異研發(fā)出不同的酸化處理藥劑和液體體系，都取得不錯(cuò)的進(jìn)展[17]，目前主要應(yīng)用的酸液體系包括土酸體系、緩速酸體系、乳化酸體系、泡沫酸體系以及低傷害酸體系等[18-23]。為解決碳酸鹽巖儲(chǔ)層堵塞嚴(yán)重現(xiàn)象，研制了一類(lèi)新型碘磺酸乙酯并配制出新型酸化解堵體系，進(jìn)行了一系列室內(nèi)實(shí)驗(yàn)[24];通過(guò)自生酸酸化解堵技術(shù)處理海上A區(qū)塊，其對(duì)自生酸生酸能力、溶蝕性能、腐蝕性能做了相關(guān)評(píng)價(jià)，改善地層滲流條件，增大了地層吸液能力[25]。

為了解除某采油廠油田縱向油層堵塞，常規(guī)酸液返排率低等問(wèn)題，利用CO2“超臨界流體”特性，研究出一套復(fù)合酸解堵技術(shù)[26]，2010 年現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施9個(gè)井，解決了常規(guī)酸液所存在問(wèn)題，并累積增油1 547 t，為油田開(kāi)辟了一條酸化解堵新途徑。針對(duì)某采油廠深部油層存在嚴(yán)重的結(jié)垢堵塞問(wèn)題，對(duì)配位緩速酸化的各組成配比進(jìn)行了優(yōu)化，最佳的配比緩速酸化能夠極好的適用于該地區(qū)油層的堵塞與垢結(jié)[27]。酸化解堵作為目前使用廣泛的解堵措施之一，其作用功效毋庸置疑。但是，由于酸化液的特殊化學(xué)性質(zhì)，會(huì)造成儲(chǔ)層粘土礦物及巖石被過(guò)分溶蝕，產(chǎn)生二次沉淀等造成油氣層損害，影響產(chǎn)量，所以在優(yōu)選酸化液配方時(shí)，要嚴(yán)格控制酸化液濃度。

4結(jié)語(yǔ)

油氣井產(chǎn)量是檢驗(yàn)油氣作業(yè)是否成功的直接標(biāo)準(zhǔn)。為提高油氣井產(chǎn)量和油氣田生產(chǎn)能力，作業(yè)前預(yù)測(cè)儲(chǔ)層傷害問(wèn)題是否存在或者受傷害程度大小，再進(jìn)行針對(duì)性解決。研究者研發(fā)的保護(hù)儲(chǔ)層型鉆井液在預(yù)防傷害問(wèn)題發(fā)生的同時(shí)充分解放了儲(chǔ)層的生產(chǎn)能力。而對(duì)于在鉆完井過(guò)程中發(fā)生儲(chǔ)層傷害的儲(chǔ)層，物理解堵技術(shù)處理半徑相對(duì)有限，而且施工復(fù)雜，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用容易受到限制；酸化解堵技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)成本較低，解堵效果明顯，是當(dāng)下應(yīng)用最廣泛的解堵增產(chǎn)技術(shù)之一。

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