低滲儲層高效勘探鉆井液技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

李 萌，王俊濤，馬德材

（中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257017）

近年隨著非常規(guī)油氣田能源開發(fā)力度的不斷加大，開發(fā)效率越發(fā)重要，特別是低滲儲層的鉆井油氣層保護工作越來越受到重視，各油田在這方面的研究不斷深入，現(xiàn)場應(yīng)用也得到了不斷推廣。筆者就近年，我國在低滲儲層、頁巖儲層的傷害因素的認(rèn)識、油氣層保護理念的創(chuàng)新以及基于避免或解決儲層傷害因素的手段進行了分析總結(jié)。

1 低滲儲層保護的基本認(rèn)識

1.1 低滲儲層特點

國內(nèi)低滲油氣藏的地質(zhì)特點概括起來主要表現(xiàn)為儲層物性較差，滲透率低，孔隙度小，一旦遭到破壞極難恢復(fù)，需要在鉆井、作業(yè)以及采油的全過程中重視儲層保護，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題將嚴(yán)重影響采收率。

1.2 低滲儲層損害因素

在低滲儲層開發(fā)中需要重視固相污染的損害，很久以來由于低滲儲層孔隙度小，固相污染在低滲儲層保護中往往被忽略。但是，近年由于在低滲儲層開發(fā)中水平井和裸眼完井相結(jié)合的開發(fā)方式越來越多，而以往采用射孔完井可以解除的固相污染往往成為儲層損害的重要因素。需要特別指出的是，在裸眼井中儲層損害最重要的原因是過于致密、過于堅韌的泥餅堵塞孔隙和篩管孔眼造成的。

儲層敏感損害是另一個重要損害因素，特別是粘土水化膨脹所引起的水敏損害。當(dāng)?shù)蜐B儲層與中、高滲地層在壓差相同的情況下，由于低孔低滲的特點，鉆井液瞬時濾失量較低，在鉆井液循環(huán)的動態(tài)條件下難以形成致密濾餅阻止液相進一步侵入，因此鉆井液濾液會持續(xù)滲入地層。如果鉆井液濾液與儲層不配伍，就會因粘土的水化膨脹使孔喉進一步縮小，導(dǎo)致滲透率嚴(yán)重下降。

其三，對于低滲、特低滲氣藏，由于孔道狹窄，毛細(xì)管效應(yīng)非常明顯。當(dāng)油（或氣）、水兩相在巖石孔隙中滲流時，水滴在流經(jīng)孔喉處遇阻，導(dǎo)致油相或氣相滲透率降低，即造成所謂的“水鎖損害”。引起水鎖傷害的本質(zhì)是毛細(xì)管的自吸力和毛細(xì)管中液相的滯留。這種損害在低滲氣藏勘探中尤為重要。

2 低滲儲層保護技術(shù)

2.1 屏蔽暫堵技術(shù)

屏蔽暫堵理論是防止入井流體固相和液相侵入儲層的最有效方法。在低滲儲層勘探中，屏蔽暫堵理論[1]得到廣泛應(yīng)用，并有發(fā)展。在傳統(tǒng)屏蔽暫堵技術(shù)基礎(chǔ)上，先后發(fā)展了廣譜暫堵[9]、理想充填暫堵[10]、自適應(yīng)屏蔽暫堵[4]等多項技術(shù)理論。各類屏蔽暫堵技術(shù)的發(fā)展和特點（見表1）。

在屏蔽暫堵理論指導(dǎo)下，結(jié)合低滲儲層的特殊性，近年形成了一系列技術(shù)體系，如非滲透鉆井液技術(shù)、聚合醇鉆井液技術(shù)等。

2.1.1 非滲透鉆井液體系 該體系是以FLC2000為主要添加劑，在井壁巖層表面形成密封層（或薄膜），阻擋鉆井液侵入地層，從而有效保護儲層，且該密封層很容易被清除。實驗結(jié)果表明：自然巖心在3.5 MPa的污染壓力下污染深度低于1.5 cm。從2005年至今，該體系已在勝利油田[6]、川西氣田、準(zhǔn)格爾盆地、吉林油田應(yīng)用1 000余口，取得了良好的效果。

2.1.2 聚合醇鉆井液體系 聚合醇是20世紀(jì)90年代以來廣泛應(yīng)用的一種鉆井液體系。其特點為抑制性好，在一定溫度下具有封堵性，低毒且易生物降解[6]。聚合醇鉆井液體系可廣泛應(yīng)用于特殊地層，如水敏地層、易坍塌地層，適用于淡水、鹽水和海水體系，可廣泛應(yīng)用于特殊工藝井實驗室內(nèi)對比發(fā)現(xiàn)，該體系對于低滲儲層具有非常好的適應(yīng)性，油氣層保護效果理想。

表1 屏蔽暫堵技術(shù)的發(fā)展及特點

2.2 欠平衡工藝技術(shù)

2.2.1 傳統(tǒng)欠平衡工藝 該技術(shù)包括充氣鉆井液、可循環(huán)泡沫鉆井液兩種形式。充氣鉆井液就是在常規(guī)鉆井液中通過充入氮氣、空氣、CO2等氣體以實現(xiàn)降低鉆井液密度的目的，適用于低壓易漏地層，可解決普通鉆井液漏失無法正常施工的儲層?？裳h(huán)充氣鉆井液則是近年開發(fā)的一種新型欠平衡鉆井液技術(shù)，它使用抗油發(fā)泡劑，配合空氣鉆設(shè)備，在高壓氣流作用下讓發(fā)泡劑充分發(fā)泡注入鉆具，經(jīng)井底循環(huán)返出，在井口處設(shè)置分離、消泡等設(shè)備，創(chuàng)造循環(huán)利用的條件。該技術(shù)可較大限度的釋放油氣資源，但需限定于穩(wěn)定的均質(zhì)儲層。充氣鉆井液在勝利油田的草古100、樁古10、王古1等多口井進行了成功應(yīng)用。在王古1井中的中途測試，該井日產(chǎn)油467 m3，天然氣3 504 m3，解決了長達(dá)770多米漏失井段的嚴(yán)重漏失問題，有效地保護了油氣層，同時實效比不充氣實效提高約70%。

傳統(tǒng)欠平衡工藝是通過在泥漿中充氣實現(xiàn)密度降低的目的。在低壓易漏地層，使用的充氣鉆井液，解決了普通鉆井液漏失無法正常施工及油氣層損害等問題，同時鉆速還有一定提高。但是由于傳統(tǒng)欠平衡工藝是間斷性欠平衡，一個不容忽視的問題是水力震蕩引起的損害。在實驗室內(nèi)，用同樣的儀器、相同的條件進行了一些實驗，結(jié)果表明間斷性的水力沖擊，濾液進入低滲儲層的深度更深，滲透率恢復(fù)值也較穩(wěn)壓更低。

表2 水力沖擊對濾液侵入巖心深度的實驗結(jié)果

2.2.2 泡沫鉆井液技術(shù) 泡沫鉆井液技術(shù)見諸報端最多的是在川西地區(qū)上不地層推廣應(yīng)用，起到了提高機械鉆速的目的。筆者了解到，目前有機構(gòu)正在進行泡沫鉆井液鉆探儲層的研究工作。泡沫鉆井液技術(shù)是通過充氣發(fā)泡實現(xiàn)泡沫攜帶鉆屑，由于泡沫的非均質(zhì)連續(xù)性保證了全過程欠平衡。該技術(shù)的關(guān)鍵在于基液發(fā)泡、井壁穩(wěn)定以及空氣量，而由于無法給井壁提供液柱支撐力，因此該技術(shù)適用范圍有一定要求。

2.2.3 空心漂珠鉆井液技術(shù) 空心漂珠鉆井液技術(shù)是在鉆井液體系中加入一類空心材料，實現(xiàn)低密度的鉆井流體。該技術(shù)在勝利油田、鄂爾多斯氣田等區(qū)塊進行了大量應(yīng)用，取得良好效果。其中，鄂爾多斯大牛地氣田應(yīng)用該技術(shù)開發(fā)水平段，施工7口井均獲自然產(chǎn)能；在勝利油田的埕島油田CB22G-平1井中應(yīng)用該技術(shù)，投產(chǎn)獲得130 m3/d的產(chǎn)能。

2.3 有效解除封閉層技術(shù)

在低滲儲層中，近井壁的污染帶是造成污染的主要因素，如何有效解除近井壁的封閉層成為降低儲層損害的關(guān)鍵因素。天然可降解材料應(yīng)用到鉆井油層保護主要是基于這部分處理劑進入儲層后經(jīng)過一段時間，其成分能夠自然降解，從而達(dá)到釋放孔道的目的，實現(xiàn)保護儲層。目前有報道的此類技術(shù)包括烷基糖苷鉆井液技術(shù)、有機鹽可降解鉆井液技術(shù)以及生物完井液技術(shù)等。

2.3.1 MEG鉆井液技術(shù) 烷基糖苷鉆井液是一種新型對環(huán)境無污染的油基鉆井液替代體系?？商岣咩@井液流變性能，潤滑性能及對油氣層的保護性能，并可生物降解（MEG降解性能見圖2），無毒，保護環(huán)境。該體系作為勝利油田的重要油層保護技術(shù)推廣，每年推廣上百口井。應(yīng)用該技術(shù)的鄭364井中途測試表皮系數(shù)為-2，鄭369井中途測試表皮系數(shù)為0，日產(chǎn)原油21噸，有力的證明了該鉆井液適用于是鉆井油層保護的理想鉆井液。

圖1 MEG降解性能實驗結(jié)果

2.3.2 有機鹽可降解鉆井液技術(shù) 有機鹽可降解鉆井液技術(shù)的關(guān)鍵包括有機鹽主處理劑、高分子絮凝劑、抗溫增粘劑，特別是保證所有高分子處理劑都是易降解的。利用現(xiàn)場某低滲儲層巖樣進行了滾動分散實驗，考察了不同無機鹽的頁巖分散抑制性的大小，結(jié)果（見表 3）。

表3 有機鹽處理劑篩選結(jié)果

表4 有機鹽可降解鉆井液性能

從表3可以看出，甲酸鹽的抑制性要比無機鹽的抑制性好得多，在有機鹽里面，甲酸鉀的抑制性要比其他有機鹽的抑制性好。

通過系列優(yōu)選試驗形成有機鹽可降解鉆井液的基本配方，主要為：3%膨潤土漿+0.1%~0.3%ZH-02+3%~5%HCOOK+0.5%~0.8%NPAN+2%~3%TV-2+1%~1.5%LV-CMC+2%~3%聚合醇+5%~10%復(fù)合潤滑劑，主要參數(shù)（見表4）。

從表4可以看出，該體系性能較穩(wěn)定，當(dāng)粘土含量增加至6.0%時，其性能還比較穩(wěn)定，當(dāng)NaCl增加至3.0%時，其粘度變化不大，而失水略有增加，當(dāng)CaCl2濃度增加至1.5%時，其失水增加幅度更甚，當(dāng)其溫度增加至150℃時，其性能仍然穩(wěn)定。因此，該體系表現(xiàn)出其良好的抗溫、抗污染能力，具有很強的穩(wěn)定性。

該技術(shù)首次在勝利油田低滲油藏深井開發(fā)中得到應(yīng)用，義901-平1井取得了良好的油氣層保護效果，單井產(chǎn)量較相鄰直井提高了5倍。該技術(shù)的成功施工改變了以往低滲油藏開發(fā)方法，探索解決低滲透油氣田鉆井完井至開發(fā)生產(chǎn)全過程損害問題，開創(chuàng)了利用有機鹽強抑制可降解鉆井液、生物完井液保護儲層開發(fā)低滲油藏的全新模式，將成為低滲透油藏開發(fā)的新途徑和手段。

2.3.3 生物完井液技術(shù) 該技術(shù)是利用生物酶分解近井壁泥餅以解除泥餅對孔吼的堵塞[7]，起到改善儲層的一種鉆完井液技術(shù)。實驗室內(nèi)試驗情況（見圖2）。自2008年至今，研制的生物完井液體系在埕北22G-P1、義901-P1等井總計完成了18口水平井的施工，成功避免了酸洗的不足，大幅度調(diào)高了油氣產(chǎn)量，均取得了良好的油氣層保護效果。

圖2 生物酶完井液處理前后濾餅滲透率對比圖

圖3 生物酶處理前后濾餅效果圖

2.4 無（低）固相儲層保護技術(shù)

無（低）固相儲層保護技術(shù)是基于避免或減少外來流體中的固相顆粒以及鉆屑堵塞吼道，從而實現(xiàn)保護儲層的目的。該技術(shù)主要是鉆井流體中固相顆粒較少，配合高效固相控制系統(tǒng)，可較少鉆井流體中固體顆粒的數(shù)量。

2.4.1 無粘土鉆井液技術(shù) 無粘土鉆井液是一類新型鉆井液體系，該體系主要特點在于無粘土、抗高溫，流變性能控制良好。我國目前在該體系研究中處于起步階段。低孔低滲儲層，固相雖然侵入較淺，但堵塞嚴(yán)重，而且一旦侵入就難以返排，由于水平井采用裸眼完井，固相污染帶難以通過射孔解除，造成滲透率難以恢復(fù)。

在室內(nèi)，使用FDS800-6000儲層傷害評價裝置，分別使用3種鉆井液：油基鉆井液、無粘土鉆井液和常規(guī)粘土鉆井液，對巖心進行污染，然后使用相同的完井液進行處理，測定氣層滲透率恢復(fù)情況。實驗結(jié)果（見表 5）。

表5 不同鉆井液污染恢復(fù)實驗結(jié)果

由室內(nèi)實驗分析可知：由于避免了固相對地層的污染，無粘土鉆井液對該地層巖心的傷害最小，滲透率恢復(fù)值最高，達(dá)到85%以上。而油基鉆井液可能是由于發(fā)生了乳化，造成了更加嚴(yán)重的氣層傷害。

2.4.2 無固相復(fù)合鹽水鉆完井液技術(shù) 該項技術(shù)能夠調(diào)節(jié)可溶性無機鹽和有機鹽間的配比，形成復(fù)合鹽水作為鉆井完井液體系的密度調(diào)節(jié)劑，密度范圍1.05～2.30 g/cm3，頁巖回收提高率達(dá)90%以上，滲透率恢復(fù)值在85%以上，起到了很好的儲層保護效果。無固相復(fù)合鹽水鉆完井液技術(shù)在勝利油田的渤深6等多個區(qū)塊進行了現(xiàn)場應(yīng)用，取得了良好的效果。在渤深6-1井中應(yīng)用中，實現(xiàn)密度可調(diào)范圍1.05~1.28 g/cm3，投產(chǎn)后自噴原油300 t/d，天然氣60 000 m3/d，與使用常規(guī)鉆井液鉆探的臨井渤601井相比，產(chǎn)量提高了近4倍，充分顯示了該技術(shù)的儲層保護效果。

2.4.3 無固相抗高溫鉆井液技術(shù) 勝利油田根據(jù)儲層特點研發(fā)了特殊的無固相抗高溫聚合物，形成了一種適用于井底溫度較高的深井儲層保護技術(shù)。該鉆井完井液在車古206井、CB30A-1、車571-7、車571-9等多口井進行了成功應(yīng)用，現(xiàn)場使用溫度＞180℃。埕北30A-1井在古生界井段試油，10 mm油嘴，油壓8.5 MPa，日產(chǎn)油 236.8 t，日產(chǎn)氣 9 800 m3；車 571-7 井試油18 m3/h。

3 認(rèn)識及結(jié)論

通過對我國近年來鉆井液油氣層保護技術(shù)發(fā)展的研究，主要有如下認(rèn)識和結(jié)論：

（1）近年來對儲層損害因素的認(rèn)識有了較大的提高，已經(jīng)認(rèn)識到20多種損害因素，鉆井過程中主要是物理損害、化學(xué)損害。

（2）對于油層保護重點從降低固相、液相侵入，避免液相圈閉提高啟動壓力，分解近井壁堵塞層等方面進行了理論創(chuàng)新和現(xiàn)場應(yīng)用。

（3）降低固相、液相共同侵入的儲層保護技術(shù)手段包括屏蔽暫堵、膜屏蔽暫堵以及欠平衡工藝技術(shù)，現(xiàn)場根據(jù)地質(zhì)狀況均取得了較好的效果。

（4）無（低）固相儲層保護技術(shù)是避免固相污染的重要手段，對于高孔高滲儲層尤其重要。

（5）利用生物解堵技術(shù)，以及應(yīng)用可以自身降解的新型處理劑可以有效保護儲層，提高單井產(chǎn)量。

（6）在實踐中發(fā)現(xiàn)，鉆井油氣層保護理念的實施需要鉆井液體系的支持，緊靠一兩種處理劑的加入不足以從根本上保證儲層保護效果，因此在實施鉆井油氣層保護時應(yīng)結(jié)合工程時效、鉆井液體系性能等方面整體控制，以保證儲層保護效果。

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