復(fù)合屏蔽暫堵技術(shù)在低滲儲(chǔ)層的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

周曉蕾，李 卉，李 萌

（中石化勝利石油工程技術(shù)有限公司鉆井工藝研究院，山東東營(yíng) 257012）

寶浪油田地處新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州焉耆縣永寧鄉(xiāng)，地質(zhì)構(gòu)造屬于焉耆盆地寶浪蘇木構(gòu)造帶寶北背斜構(gòu)造，其主力油藏位于三工河組。寶浪油田經(jīng)過近10 年勘探已處于油田開發(fā)的中后期，地質(zhì)資料顯示寶1 井區(qū)控制地質(zhì)儲(chǔ)量62.77×104t，I+II 油組累積產(chǎn)油8.3×104t，采出程度20.3 %。I+II 油組產(chǎn)能經(jīng)過開發(fā)產(chǎn)能自然遞減。III 油組累積產(chǎn)油3.3×104t，采出程度17.8 %。寶1 井III1 層曾在2009 年6 月進(jìn)行了調(diào)層生產(chǎn)，因油層污染及對(duì)應(yīng)注水井單向指進(jìn)高含水。然而寶1 井區(qū)III1 層有4 口采油井，除西北部的寶1321 井采出程度較高，累計(jì)采油量32 964 t 外，其余3口井寶1、寶1225 和寶1325 基本未采出油，分析認(rèn)為寶1 井區(qū)為III1 層剩余油富集區(qū)，具有較大開采潛力。

1 儲(chǔ)層物性及損害因素

1.1 儲(chǔ)層物性

儲(chǔ)層巖石性質(zhì)表現(xiàn)為巖屑砂巖、少量次巖屑長(zhǎng)石砂巖和次長(zhǎng)石巖屑砂巖。巖石中石英含量10 %～30 %，長(zhǎng)石含量5 %～15 %。巖屑成分主要為變質(zhì)巖巖屑，巖漿巖巖屑和沉積巖巖屑在碎屑巖儲(chǔ)層中也占一定比重，大多數(shù)碎屑巖巖屑在50 %～80 %。填隙物主要包括雜基和膠結(jié)物兩部分，雜基主要為泥質(zhì)，膠結(jié)物主要為粘土礦物、碳酸鹽膠結(jié)物、硅質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)物。

儲(chǔ)層滲透率分布在1～10×10-3μm2的在36 %～77.2 %，10×10-3μm2以上占6.7 %～20.9 %。孔隙度分布在10 %～15 %的占81 %～85.3 %，小于10 %占6.7 %～10.3 %。本區(qū)塊三工河組儲(chǔ)層屬于典型低孔～特低孔、低滲～特低滲儲(chǔ)層。儲(chǔ)層孔隙度主要受成巖作用控制，而滲透率主要受粒度和孔隙度控制，其次也與巖石中填隙物的含量有關(guān)系。滲透率隨孔隙度的增大而增大，同時(shí)隨著深度增加，壓實(shí)逐步增加，孔隙度滲透率減小。

1.2 儲(chǔ)層損害因素

1.2.1 儲(chǔ)層敏感性 通過對(duì)儲(chǔ)層天然巖心進(jìn)行敏感評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示儲(chǔ)層存在著較弱的速敏、中等的水敏、中等的鹽敏、中等的堿敏和弱的酸敏等潛在損害因素。雜基中細(xì)分散的膠體粘土、水化的云母和長(zhǎng)石表面的絹云母水化膨脹容易導(dǎo)致水敏感。由于水化膨脹，最終導(dǎo)致礦物結(jié)構(gòu)解體而發(fā)生顆粒分散運(yùn)移，水敏性、堿敏性是儲(chǔ)層潛在傷害的主要因素之一。

1.2.2 毛細(xì)管效應(yīng) 對(duì)于低滲、特低滲儲(chǔ)層，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(shí)，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，因?yàn)V液表面張力不同而導(dǎo)致液相在毛細(xì)管中的阻力有著非常明顯的差異。為了證實(shí)這種差異，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)計(jì)了毛細(xì)管自吸力實(shí)驗(yàn)裝置（見圖1）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在低滲砂巖中通過添加表面活性劑，改善濾液的表面活性可以達(dá)到降低毛細(xì)管效應(yīng)的目的。需要特別強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，水鎖傷害在低滲儲(chǔ)層勘探中非常重要。

圖1 毛細(xì)管力自吸實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1.2.3 固相污染 相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，由于低滲儲(chǔ)層孔隙度小、顆粒難以進(jìn)入孔喉的特點(diǎn)固相污染損害往往被忽略，但是通過對(duì)比固相顆粒侵入天然裂縫前后的微觀結(jié)構(gòu)（見圖2）發(fā)現(xiàn)，在低滲儲(chǔ)層開發(fā)中固相污染相當(dāng)嚴(yán)重。近年由于在低滲儲(chǔ)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(chǔ)層損害的重要因素。需要特別指出的是，在裸眼井中儲(chǔ)層損害最重要的原因是過于致密、過于堅(jiān)韌的泥餅堵塞孔隙和篩管孔眼造成的。

圖2 侵入天然縫鉆井液固相顯微結(jié)構(gòu)

1.3 儲(chǔ)層保護(hù)的基本思路

1.3.1 復(fù)合屏蔽暫堵技術(shù) 國(guó)內(nèi)外解決鉆井正壓差作業(yè)與固相、液相侵入矛盾的方法，是實(shí)施有效的屏蔽暫堵技術(shù)，盡量防止和減少固相和液相的侵入；同時(shí)要盡量采用低濾失量的工作液，進(jìn)一步減少在屏蔽暫堵作用下液相侵人地層的數(shù)量和深度，使損害程度和損害深度盡量小，以便在射孔作業(yè)及投產(chǎn)反排下實(shí)現(xiàn)解堵，減少污染。

近年無滲透屏蔽暫堵保護(hù)油氣層技術(shù)取得了很好的使用效果，該技術(shù)通過在鉆井液中引入特殊的無滲透劑來實(shí)現(xiàn)屏蔽暫堵作用。在壓差的作用下，無滲透劑在井壁巖石表面濃集而形成活性劑膠束，膠束可依靠其界面吸力及其可變形性，自適應(yīng)封堵巖石表面較大范圍的孔喉，在井壁巖石表面形成致密的封堵薄層，有效封堵不同滲透性地層。無滲透劑屏蔽暫堵技術(shù)擺脫了傳統(tǒng)的架橋充填理論的束縛，克服了屏蔽暫堵技術(shù)對(duì)地層孔隙尺寸的依賴。自適應(yīng)廣譜屏蔽暫堵技術(shù)的封堵層薄、形成速度快，且位于巖石表面，沒有滲入到巖石深處，所以只要消除過平衡壓力，封堵膜的作用就將消弱，只要有反向流動(dòng)，封堵膜就會(huì)被清除，不會(huì)產(chǎn)生永久堵塞、損害儲(chǔ)層，不需額外的解堵作業(yè)，節(jié)省成本。無滲透劑屏蔽暫堵技術(shù)能夠?qū)^寬孔徑分布的地層有很好的暫堵作用, 即能夠同時(shí)封堵不同孔喉直徑的地層，可以在不知地層孔喉直徑和地層溫度分布的情況下,達(dá)到有效封堵油氣層的目的，是一種新型的高效保護(hù)油氣層、穩(wěn)定井壁的新技術(shù)。

1.3.2 體系配伍性 由于鉆井液與地下流體配伍性不好，發(fā)生的化學(xué)沉淀傷害及儲(chǔ)層粘土水化膨脹分散運(yùn)移，骨架礦物在一定條件下的轉(zhuǎn)化等作用，使儲(chǔ)層孔喉直徑縮小、毛細(xì)管力增加、束水飽和度上升，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率下降。因此，需要從系統(tǒng)工程的高度考察各個(gè)入井流體之間的配伍性，以保證它們?cè)趦?chǔ)層相遇時(shí)不產(chǎn)生污染儲(chǔ)層的反應(yīng)。需要做好從鉆井到注采各個(gè)環(huán)節(jié)的配伍性，唯有如此才能最大限度的減少儲(chǔ)層傷害，保證確保原油采收率的提高。

2 室內(nèi)研究

2.1 鉆井液基漿

鉆井液基礎(chǔ)體系選用常用聚合物鉆井液體系，主要鉆井液室溫性能參數(shù)（見表1）。

鉆井液配方為：6 %膨潤(rùn)土+0.1 %NaOH+0.2 %聚丙烯酰胺干粉PAM+3 %鉆井液用水解聚丙烯腈銨鹽+3 %鉆井液用防塌降粘降濾失劑+3 %鉆井液用封堵防塌劑+3 %低粘羧甲基纖維素鈉鹽+0.1 %胺基抑制劑+0.2 %防水鎖劑+重晶石粉。

表1 基漿鉆井液室溫性能參數(shù)表

2.2 非滲透處理劑優(yōu)選

將配制好的基漿在150 ℃的滾子加熱爐中滾動(dòng)陳化24 h，然后分別加入3 %不同廠商的非滲透鉆井液處理劑產(chǎn)品，再次在前述陳化環(huán)境中老化處理，測(cè)定其老化前后的各項(xiàng)性能，對(duì)比優(yōu)劣，最后確定最佳產(chǎn)品。砂床所用砂子粒徑為20～40 目。非滲透處理劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表2）。

表2 不同非滲透鉆井液處理劑優(yōu)選對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2 列出了在基漿中分別加入2 %的1#～4#不同產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過上述篩選實(shí)驗(yàn)，1#、2#、4#非滲透處理劑對(duì)鉆井液流變性有比較明顯的影響，都有提粘效果，3#非滲透處理劑對(duì)鉆井液流變性影響不大，且砂床侵入深度最小，應(yīng)用效果最理想。

2.3 屏蔽暫堵效果實(shí)驗(yàn)分析

寶浪油田儲(chǔ)層是典型低孔～特低孔、低滲～特低滲儲(chǔ)層，實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)使用低滲陶瓷巖心分別對(duì)比了單一屏蔽暫堵與復(fù)合屏蔽暫堵對(duì)儲(chǔ)層污染的效果。為實(shí)現(xiàn)剛性離子與目的層孔吼的理想充填，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)選用500 目和1 500 目的QS 按一定比例進(jìn)行了復(fù)配處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表3）。

表3 屏蔽暫堵效果實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果

由表3 可以看出，非滲透的加入滲透率恢復(fù)值已接近90 %，但加入合適粒徑級(jí)配的剛性離子能夠提高低滲儲(chǔ)層的滲透率恢復(fù)值，說明剛性離子與膜屏蔽暫堵構(gòu)成的復(fù)合屏蔽暫堵具有很好的保護(hù)儲(chǔ)層性能。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工

3.1 施工難點(diǎn)

本井的井壁穩(wěn)定問題主要涉及兩方面的原因，（1）存在4 段，共計(jì)30 余米的煤層；（2）蓋層及儲(chǔ)層段含有大段硬質(zhì)泥巖。

泥巖鉆屑的抑制分散問題是施工的另一難點(diǎn)。泥巖鉆屑進(jìn)入鉆井液后極易水化分散，對(duì)鉆井液的性能影響較大，在本井的施工過程中通過添加強(qiáng)抑制劑抑制粘土顆粒的分散，減少固相堵塞孔隙。

3.2 施工對(duì)策

鉆進(jìn)過程中，及時(shí)補(bǔ)充封堵防塌劑，確保形成封堵能力強(qiáng)的泥餅，確保鉆遇煤層時(shí)的井壁穩(wěn)定性。堅(jiān)持四級(jí)固控，合理控制密度，盡量近平衡鉆井，減少壓差對(duì)油氣層的損害，及時(shí)清除了巖屑和有害固相，防止形成虛厚泥餅，減少固相污染。進(jìn)入油氣層井段，提前處理并調(diào)整好鉆進(jìn)液性能，加入非滲透處理劑、超細(xì)碳酸鈣并及時(shí)補(bǔ)充處理劑，將API 失水量控制在4 mL 以內(nèi)，降低濾液對(duì)油氣層的損害，并保持鉆井液性能穩(wěn)定，最大限度地減少液相對(duì)油氣層的污染。泥巖段加入強(qiáng)抑制劑，防止泥巖水化分散。

表4 寶側(cè)1 井施工井段鉆井液性能統(tǒng)計(jì)表

3.3 鉆井液配方

寶側(cè)1 井的現(xiàn)場(chǎng)鉆井液施工配方為：5 %～6 %鈉膨潤(rùn)土+0.1 %～0.2 %高分子聚合物+0.3 %～0.6 %胺基抑制劑+0.5 %～1 %銨鹽+2 %～3 %防塌降粘降濾失劑+3 %～5 %抗溫降失水劑+2%～3%封堵防塌劑+2%～3%非滲透處理劑+3 %～5 %超細(xì)碳酸鈣+0.5 %～1 %防水鎖劑+3 %～5 %潤(rùn)滑劑。

本井為在寶1 井基礎(chǔ)上的側(cè)鉆，在施工過程中嚴(yán)格控制鉆井液性能。鉆井液主要性能參數(shù)（見表4）。

3.4 施工過程遇到的問題

在本井的施工過程中主要遇到并很好的解決了包括煤層、脆性泥巖鉆探的井壁穩(wěn)定，泥巖抑制分散問題等，但也遇到了鉆井液起泡、鉆井液性能穩(wěn)定問題。

起泡問題：在施工過程中，加入胺基抑制劑后約36 h 內(nèi)鉆井液粘度迅速增長(zhǎng)后隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸下降，同時(shí)伴隨明顯的起泡現(xiàn)象，但這一現(xiàn)象形成原因未得到明確結(jié)論。

鉆井液性能控制：寶側(cè)1 井區(qū)開采處于中后期，且周圍注水井、生產(chǎn)井較多，地層壓力難以確定，在施工過程中需要嚴(yán)格控制鉆井液密度，實(shí)際密度范圍為1.18～1.24 g/cm3。另一問題是流變性控制，粘土顆粒的分散對(duì)流行性產(chǎn)生了一些波動(dòng)，由于本經(jīng)施工時(shí)間較短，因此分散時(shí)間對(duì)粘土顆粒的水化分散產(chǎn)生多少影響無明確結(jié)論。

4 認(rèn)識(shí)

通過寶側(cè)1 井的施工，主要有如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）對(duì)低滲-超低滲儲(chǔ)層應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到固相污染和毛細(xì)管效應(yīng)所帶來的損害。在低滲儲(chǔ)層中，膜屏蔽暫堵能夠較好地封閉地層孔吼起到降低儲(chǔ)層傷害的效果，但是由于巖石不均質(zhì)性，采用復(fù)合屏蔽暫堵比單一屏蔽暫堵效果更好，剛性離子與膜屏蔽暫堵構(gòu)成的復(fù)合屏蔽暫堵具有很好的保護(hù)儲(chǔ)層性能。

（2）胺基強(qiáng)抑制劑具有較強(qiáng)的抑制粘土分散的能力，但實(shí)施過程中遇到了起泡、濾失量控制等難題。如何解決胺基抑制分散與降低濾失量間的關(guān)系是一個(gè)需要進(jìn)一步研究的課題方向。

（3）通過后期試采，證實(shí)寶浪油田老井改造能夠提高開發(fā)效率，有效地屏蔽暫堵技術(shù)對(duì)寶側(cè)1 井的儲(chǔ)層保護(hù)起到了重要作用。

［1］ 河南油田新疆勘探公司寶浪油田相關(guān)資料［R］.1997.

［2］ 屈沅治，賴曉晴，楊宇平，等.含胺優(yōu)質(zhì)水基鉆井液研究進(jìn)展［J］.鉆井液與完井液，2009，26（3）：73-75.

［3］ 王中華.國(guó)內(nèi)外鉆井液技術(shù)進(jìn)展及對(duì)鉆井液的有關(guān)認(rèn)識(shí)［J］.中外能源，2011，16（1）：48-59.

［4］ 邱正松，鐘漢毅，黃維安.新型聚胺頁巖抑制劑特性及作用機(jī)理［J］.石油學(xué)報(bào)，2011，32（4）：678-682.

［5］ 宮立武，劉安建，齊海鷹，等.鉆井液與儲(chǔ)層配伍性研究［J］.西部探礦工程，1994，6（6）：19-20.

［6］ 魏進(jìn)榮，趙林，姚蘭，等.聚胺鉆井液性能的優(yōu)化［J］.石油化工應(yīng)用，2010，29（4）：18-20.

［7］ 王薦，舒福昌，吳彬，等.強(qiáng)抑制聚胺鉆井液體系室內(nèi)研究［J］.油田化學(xué)，2007，24（4）：296-300.

［8］ 呂開河，邱正松，王在明，等.自適應(yīng)屏蔽暫堵鉆井液技術(shù)［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，32（2）：68-72.

［9］ 劉愛軍.新型屏蔽暫堵鉆井完井液技術(shù)研究［J］.濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，17（1）：37-40.