適于疏松砂巖稠油油藏儲集層保護的水平井鉆井液

岳前升,劉書杰,向興金

(1.長江大學化學與環(huán)境工程學院;2.武漢理工大學材料科學與工程學院;3.中海石油研究中心)

適于疏松砂巖稠油油藏儲集層保護的水平井鉆井液

岳前升1,2,劉書杰3,向興金1

(1.長江大學化學與環(huán)境工程學院;2.武漢理工大學材料科學與工程學院;3.中海石油研究中心)

鉆井過程中造成疏松砂巖稠油油藏發(fā)生損害的主要因素是:鉆井液固相侵入、鉆井液液相與原油不配伍及儲集層黏土礦物水化膨脹。為此研制出適于疏松砂巖稠油油藏儲集層保護的無固相弱凝膠水平井鉆井液體系:海水+0.1%～0.2%NaOH+0.2%Na2CO3+0.7%VIS+2.0%FLO+2.0%JLX,用 KCl或甲酸鹽加重。該鉆井液具有獨特的流變性能,凝膠強度無時間依賴性,具有優(yōu)異的潤滑性能和抑制性,與儲集層流體配伍性好,不僅能夠滿足水平井鉆井作業(yè)需要,而且具有優(yōu)異的儲集層保護效果,經文昌13-1油田、渤中34-1油田、南堡35-2油田、渤中25-1油田等數十口海上油田水平井驗證,效果良好。圖5表3參17

疏松砂巖;稠油油藏;地層損害;水平井;無固相弱凝膠鉆井液

0 引言

水平井由于具有更大的泄油面積,在疏松砂巖稠油油藏開發(fā)中得到普遍應用。中國國內對疏松砂巖油藏研究多集中在出砂機理和防砂措施方面[1-8],而在鉆井液和儲集層保護研究方面涉及不多[9-12]。本文以渤海灣盆地為例,在分析疏松砂巖稠油油藏特征及損害因素基礎上,根據水平井對鉆井液的技術要求,研制出無固相弱凝膠水平井鉆井液體系。該鉆井液具有獨特的流變性能、優(yōu)異的潤滑性能,與儲集層流體配伍性好、抑制性強、無固相污染,能夠滿足水平井鉆井工程需要。目前,該鉆井液技術已經廣泛應用于海上油田水平井作業(yè)中。

1 疏松砂巖稠油油藏特征

1.1 油藏埋藏淺,溫度低

渤海灣盆地海域是中國海上油氣重要富集區(qū),該地區(qū)已發(fā)現(xiàn)蓬萊19-3油田、綏中36-1油田、秦皇島32-6油田、渤中25-1油田和南堡35-2油田等。這些油田多為稠油油藏,儲集層主要發(fā)育在明化鎮(zhèn)組、館陶組和東營組;儲集層埋藏淺,成巖性差,膠結疏松,泥質含量普遍較高,屬高孔、高滲型儲集層;儲集層溫度低,一般在80℃以下。儲集層特性見表1。

1.2 儲集層泥質含量高

疏松砂巖稠油油藏儲集層泥質含量高。黏土礦物以膨脹型蒙脫石或高蒙脫石混層比的伊蒙混層為主,其次為中高嶺石和伊利石,而且主要分布在粒間孔隙表面和喉道處(見圖1)。

圖1 綏中36-1-B19井東營組下段(1 504.0～1 505.0 m)疏松砂巖掃描電鏡照片

1.3 油質重

該地區(qū)疏松砂巖油藏原油具有密度中等—高、黏度中等—高、膠質瀝青質含量高的特點,油質較重。

1.4 孔喉連通性好

鑄體薄片和掃描電鏡分析表明,疏松砂巖孔喉連通性好(見圖2),孔隙度和滲透率高,屬高孔、高滲型儲集層。

圖2 綏中36-1-B19井東營組下段(1 419.57～1 420.00 m)巖樣鑄體薄片

1.5 應力敏感性強

應力敏感性評價結果表明,疏松砂巖具有較強的應力敏感性,隨凈應力增加,其滲透率不斷降低,而當凈應力減小時其滲透率不能恢復到初始水平,滲透率損害程度較大(見圖3)。這種現(xiàn)象可能與疏松砂巖的泥質膠結、成巖性差有關。

圖3 綏中36-1-B19井東營組下段(1 449.47 m)疏松砂巖應力敏感性

2 疏松砂巖稠油油藏損害機理及鉆井液對策

鉆井過程中,造成疏松砂巖稠油油藏儲集層損害的因素主要有以下幾方面[13-15]。

2.1 固相污染

由于疏松砂巖稠油油藏具有高孔、高滲特性,因而鉆井液固相極易侵入儲集層。當然,由于疏松砂巖儲集層物性好,大部分孔隙孔喉彎曲度小,連通性好,在一定程度上提高了對外來固相傷害的承受能力。因此,人們對鉆井液固相侵入造成的儲集層損害認識不夠。

此外,疏松砂巖由于具有較強的應力敏感性,在一定壓差作用下其孔喉尺寸會發(fā)生變化,這使得常用的“暫堵”類儲集層保護技術往往難以發(fā)揮應有的功效,這無疑增加了控制鉆井液固相侵入儲集層深度的難度。

2.2 液相污染

鉆井液液相對疏松砂巖稠油油藏的污染主要是指造成儲集層黏土礦物水化膨脹以及與儲集層流體的不配伍。

2.2.1 儲集層黏土礦物膨脹

由于疏松砂巖稠油油藏泥質含量高,而且以膨脹型黏土礦物為主,因此當鉆井液液相抑制性不足時,儲集層黏土礦物水化膨脹造成的堵塞傷害將是非常嚴重的。

2.2.2 與儲集層流體不配伍

由于疏松砂巖油藏油質較重,鉆井液濾液與原油或地層水若不配伍,則可能出現(xiàn)與原油混合增稠或與地層水生成沉淀等現(xiàn)象,從而影響原油流動或堵塞儲集層孔喉。

2.3 鉆井液技術對策

從保護儲集層的角度來看,既然鉆井過程中疏松砂巖儲集層損害原因主要為鉆井液的固相和液相污染,那么水平井鉆井液的理想體系應是無固相、與儲集層巖石和流體配伍性好的鉆井液。

無固相要求具有增黏作用、提切良好的聚合物處理劑,以滿足水平井鉆井液必備的流變性。

與儲集層巖石和流體配伍好,則要求鉆井液處理劑最好為非離子型處理劑且具有強的抑制性。

當然,作為水平井鉆井液,首先應滿足水平井鉆井作業(yè)需要,即鉆井液具有良好的清潔井眼、潤滑和穩(wěn)定井壁能力。

3 無固相弱凝膠鉆井液體系組成與性能

3.1 基本組成

基本配方:海水+0.1%～0.2%NaOH+0.2%Na2CO3+0.7%～0.9%VIS+2.0%～2.5%FLO+2.0%～3.0%JLX。其中,VIS為流型調節(jié)劑,是整套鉆井液的核心處理劑;FLO為改性淀粉類降失水劑;JLX為聚合醇防塌潤滑劑。采用 KCl或甲酸鹽等可溶性鹽加重;整套鉆井液處理劑以非離子型處理劑為主。

3.2 獨特的流變性

用甲酸鈉將鉆井液密度加重至1.15 g/cm3后,在80℃老化16 h后,鉆井液性能測試結果表明,無固相鉆井液具有高的動塑比(1.33),凝膠強度(靜切力)在很短時間內(1 min)恢復到穩(wěn)定狀態(tài),表現(xiàn)出快速弱凝膠的特性。這些特性對有效抑制水平井巖屑床形成和提高鉆井液的井眼凈化能力非常有益。

3.3 高的低剪切速率黏度

用BROOKFIELD DV-Ⅱ+測定了濃度均為0.7%的VIS和 HEC(羥乙基纖維素)海水溶液在不同轉速下的黏度,實驗結果見圖4。在相同濃度條件下,VIS較 HEC有更高的低剪切速率黏度,剪切速率越低,這種差別越大,表現(xiàn)出凝膠特性,這種獨特的流變性有助于提高鉆井液的靜態(tài)懸砂能力,也能有效防止巖屑床的形成。

圖4 VIS和 HEC低剪切速率黏度比較

3.4 與儲集層流體的配伍性

將無固相弱凝膠鉆井液濾液與稠油(綏中36-1油田原油)以不同比例混合后測定混合物在50℃下的黏度,實驗結果見圖5。結果表明,無固相弱凝膠鉆井液濾液與稠油混合后黏度下降,這是因為聚合醇防塌潤滑劑為具有表面活性的水溶性非離子型處理劑,對稠油具有乳化降黏作用;同時鉆井液濾液與地層水配伍性良好,混合后清亮無沉淀。

圖5 鉆井液濾液與稠油配伍性

3.5 抑制性

由于無固相弱凝膠鉆井液用鹽類作加重材料,因此能夠有效抑制儲集層黏土礦物水化膨脹,另外聚合醇防塌潤滑劑也具有優(yōu)異的抑制性[16]。

3.6 儲集層保護效果

根據鉆井液完井液損害油層室內評價方法[17]對經無固相弱凝膠鉆井液污染后的疏松砂巖巖心(以綏中36-1油田儲集層巖心為例)進行流動試驗,結果表明,巖心滲透率恢復值均在80%以上(見表2),說明無固相弱凝膠鉆井液儲集層保護效果良好。

表2 無固相弱凝膠鉆井液儲集層保護效果

4 無固相弱凝膠鉆井液的應用

無固相弱凝膠鉆井液在文昌13-1油田3口水平井(A3井、A6井和 A8井)成功應用以來(見表3),先后在南堡35-2油田、渤中25-1油田、渤中34-1油田等數十口水平井中推廣應用。在實際應用過程中,無固相弱凝膠鉆井液現(xiàn)場性能表現(xiàn)優(yōu)異,潤滑性能好,未出現(xiàn)黏卡、漏失等井下復雜情況,低剪切速率黏度高,現(xiàn)場低剪切速率(0.3 r/min)黏度在40 000 mPa·s以上,結合后期完井破膠作業(yè),總體儲集層保護效果優(yōu)異。

表3 文昌13-1油田3口水平井投產情況

5 結論

疏松砂巖稠油油藏具有埋藏淺、成巖性差、膠結疏松、油質較重、儲集層泥質含量高、孔喉連通情況好等特點,屬高孔、高滲型儲集層。

鉆井過程中造成疏松砂巖稠油油藏發(fā)生損害的主要因素是鉆井液固相侵入、鉆井液液相與原油不配伍以及儲集層黏土礦物水化膨脹。

從保護儲集層的角度來看,水平井鉆井液的理想體系應是無固相、與儲集層巖石和流體配伍性好的鉆井液。

開發(fā)出的無固相弱凝膠水平井鉆井液具有獨特的流變性能、優(yōu)異的潤滑性能和抑制性,凝膠強度無時間依賴性,與儲集層流體配伍性好。

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Drilling fluid technology for horizontal wells to protect the formations in unconsolidated sandstone heavy oil reservoirs

Yue Qiansheng1,2,Liu Shujie3,Xiang Xingjin1

(1.School of Chemistry and Environmental Engineering,Yangtze University,J ingzhou434023,China;2.School of Materials Science and Engineering,Wuhan University ofTechnology,Wuhan430070,China;3.Research Center of CNOOC,Beijing100027,China)

Major factors for damages in drilling the unconsolidated sandstone heavy oil reservoirs include:invasion of solids in drilling fluid,incompatibility between liquid phase of drilling fluid and crude oil,and hydration and expansion of reservoir clay minerals.Therefore,a solid-free weak gel drilling fluid system for horizontal wells to protect the formations was developed,i.e.seawater+0.1%-0.2%NaOH+0.2%Na2CO3+0.7%VIS+2.0%FLO+2.0%JLX,weighed with KCl or formate.The drilling fluid system has unique rheological property,temporally independent gel strength,and excellent lubricating and inhibition performance.It is compatible with formation fluids,it not noly meets the needs of horizontal well drilling,but also effectively protects reservoir.The technique is well performed in tens of horizontal wells in offshore oilfields,such as WC13-1,BZ34-1,NP35-2,and BZ25-1 oilfields.

unconsolidated sandstone;heavy oil reservoir;formation damage;horizontal well;solid-free weak gel drilling fluid

中海油科技攻關項目“衰竭油氣層儲層保護技術研究”(CNOOCRC-SZ361-002)

TE254.3

A

1000-0747(2010)02-0232-05

岳前升(1973-),男,河南信陽人,博士,長江大學化工學院副教授,現(xiàn)主要從事油田化學方面的研究工作。地址:湖北省荊州市南湖路 1號,長江大學化工學院,郵政編碼:434023。E-mail:yueqiansheng@163.com

2008-08-28

2009-12-19

(編輯 郭海莉 繪圖 李秀賢)