渭北油田延長組儲層油層保護技術(shù)研究

彭志恒，王 翔

（長江大學(xué)地球科學(xué)院，湖北 武漢430100）

0 引言

渭北油田位于陜西省境內(nèi)，行政上隸屬于旬邑、宜君、黃陵縣管轄；構(gòu)造上位于渭北隆起與伊陜斜坡交匯處，總體上為西北傾向的單斜構(gòu)造，地層較平緩；區(qū)塊面積2 028.9km2，石油資源量1.46億噸，天然氣資源量263.6億方。2013年，華北分公司在渭北油田部署了大量的定向井、水平井、探井，現(xiàn)完鉆定向井108口、水平井4口、探井7口，開發(fā)速度非常快。然而，對于該區(qū)塊致密砂巖儲層，油層保護工作開展得較少，而油氣層保護工作是取得低滲儲層開發(fā)效果的重要一環(huán)，因此有必要研究儲層特征，明確儲層油層保護方向。

1 渭北油田儲層特征

渭北油田延長組屬于中生界內(nèi)陸湖泊相碎屑巖含油氣體系。儲層孔隙度介于4% ～22%，主要分布在10% ～16%，平均孔隙度為12.2%；滲透率介于0.05 μm2～0.001μm2，主要分布在0.1μm2～0.001μm2，為低孔特低滲致密砂巖儲層。儲層為巖屑長石砂巖，其中，石英42%、長石27.6%、巖屑24.1%，中等分選。填隙物以碳酸鹽、方解石和自身粘土礦物為主。粘土礦物含量較高，平均達到20.9%，其中伊蒙混層相對含量為33.7%、伊利相對石含量為35.3%、高嶺石相對含量為22.3%、綠泥石相對含量為8.7%，間層比20%。I類儲層（孔隙度大于12%，滲透率大于0.5×10－3μm2），排驅(qū)壓力0.48Mpa～1.06Mpa，最大孔喉半徑為0.7μm ～1.53μm，孔喉中值壓力為4.56Mpa～8.73Mpa，中值半徑0.08μm～0.16μm。渭北16井取芯見裂縫，裂縫成份以石英為主，長石次之，少量巖屑，分選好，次棱角狀，泥質(zhì)膠結(jié)，較疏松；滴稀鹽酸不反應(yīng)。構(gòu)造特征:可見1條裂縫，與水平面呈約75°夾角，縫長33cm，寬約0.5mm，裂縫面被褐色原油殘留物、少量灰黑色碳屑充填。從鉆井的情況來看，渭北54井、WB2－80－1、WB48P10在鉆至目的層長6時均發(fā)生不同程度的井漏，預(yù)計該層位存在裂縫發(fā)育?？偟膩碚f，渭北油田儲層為低孔特低滲致密砂巖儲層，發(fā)育少量微裂縫，儲層敏感性礦物特別是粘土礦物含量較高。

2 基質(zhì)巖心敏感性損害評價

2.1 巖心流動實驗結(jié)果表

對于基質(zhì)巖心進行巖心流動實驗，實驗采用常規(guī)巖心流動實驗（SY／T6540－2008）（見表1）。

表1 基質(zhì)巖心流體敏感性實驗結(jié)果

表1中，速敏實驗數(shù)據(jù)分別指在流速為0.002cm3／min、0.003cm3／min、0.003 5cm3／min下巖心滲透率；水敏實驗數(shù)據(jù)分別指在標(biāo)準鹽水、1／2標(biāo)準鹽水、蒸餾水下巖心滲透率；堿敏實驗數(shù)據(jù)分別指在PH為7、8.5、10、11.5下巖心滲透率；酸敏實驗數(shù)據(jù)分別指在注酸前和注酸后巖心滲透率。

2.2 基質(zhì)儲層損害機理分析

從巖心流動實驗可知，儲層巖心整體敏感性中等，特別是水敏中等偏強。儲層的敏感性實驗結(jié)果和儲層物性是緊密聯(lián)系?；|(zhì)儲層損害機理如下:

1）由于儲層低孔特低滲＋粘土礦物含量較高，油氣井工作液一旦進入儲層將引起比較嚴重的儲層敏感性損害。

2）儲層水鎖損害。作業(yè)液大量侵入或者返排率不高將造成儲層較嚴重的水鎖損害、乳化堵塞損害甚至潤濕反轉(zhuǎn)等附加毛管阻力損害。因渭北油田長3儲層滲透率低，初始含水飽和度不高，中值孔喉較?。?.08μm～0.16μm），可以預(yù)計油氣井工作液進入儲層會造成中等或者嚴重的水鎖損害（見表2）。

表2 水鎖損害程度與儲層滲透率及初始水飽和度的關(guān)系

3）儲層酸敏指數(shù)為負，可以通過酸化改造儲層，解除儲層損害。

3 裂縫巖心敏感性損害評價

3.1 裂縫巖樣的獲取方法

由于低孔特低滲致密砂巖儲層巖心滲透率非常低，按照目前的鉆井液巖心傷害評價標(biāo)準（SY／T6540－2008），3.5MPa條件下無法進行鉆井液傷害評價，需要改變測試條件及鉆井液傷害條件。實驗一般選擇裂縫巖樣進行。裂縫巖樣的獲取方法有以下四種:

1）天然裂縫性巖樣的獲取方法:對于已經(jīng)存在天然微裂縫的巖心，用金剛石鉆頭小心騎縫鉆取，可獲得沿巖心軸向的天然裂縫。為了避免巖心在巖心流動試驗儀上裝卸時沿微裂縫破裂，可在巖心柱面用強力粘結(jié)膠均勻地涂一薄層，待薄層固結(jié)后用細砂紙打磨光滑。該方法操縱不易，失敗率高。

2）利用天然巖心制備人工裂縫巖樣的方法:巖樣剖成兩半，用然后利用透明膠布纏緊巖心，制成人造裂縫巖心，可以通過墊鋼絲網(wǎng)或者錫箔紙控制裂縫高度。

3）純粹人造裂縫性巖樣的制備方法:按照基巖巖性及礦物組分，將不同粒度的砂樣、粘結(jié)劑按一定比例混勻，作為壓制基巖和壓制裂縫充填物的基礎(chǔ)物質(zhì)；將基質(zhì)、裂縫充填物、基質(zhì)放入模具中壓制成樣；烘干形成預(yù)制裂縫；沿預(yù)置縫縫面鉆取巖心即得實驗巖心。

4）不銹鋼縫板巖心模擬裂縫性巖樣進行評價試驗。

3.2 裂縫巖樣的巖心流動實驗方法

和常規(guī)巖心流動實驗方法基本一致，關(guān)鍵技術(shù)有以下2點:①控制有效應(yīng)力的穩(wěn)定，保證裝置可靠性，確定圍壓不變、流壓恒定；②做鉆井液污染實驗時，巖心不能取出巖心夾持器。需要注意的是:①裂縫巖樣敏感性實驗數(shù)據(jù)已不適合用常規(guī)巖心流動實驗敏感性指標(biāo)評價標(biāo)準進行評價，現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準；②裂縫巖樣可能不滿足dacy滲流，滲透率公式需要修正。然而裂縫巖樣的巖心流動實驗可以為敏感性損害、水鎖損害、油氣井工作液動態(tài)污染實驗提供參考依據(jù)，判斷各種損害的趨勢。

3.3 渭北油田長3裂縫儲層損害機理

根據(jù)對渭北油田長3儲層巖性特征、物性特征、孔隙孔喉特征、儲層流體特征及儲層溫度壓力特征分析，可以看出儲層的主要損害有:敏感性損害，水鎖損害、處理劑吸附損害等附加毛管阻力損害等。其中由于長3儲層屬于含裂縫儲層，因此流體敏感性損害較強，鉆井液動態(tài)污染實驗結(jié)果較強，損害機理如下:

1）固相微粒在裂縫表面的沉降對裂縫導(dǎo)流能力的影響。

2）濾液造成儲層流體敏感性損害:渭北油田長3儲層敏感性礦物特別是粘土礦物含量很高，裂縫開度大、排驅(qū)壓力?。ù罂缀砼膨?qū)壓力0.48Mpa～1.06Mpa），由于井底壓差＝（流體液柱壓力－地層壓力系數(shù)×靜水液柱壓力），在目前情況下鉆井液密度1.08g／cm3，地層壓力系數(shù)0.6，靜水密度1.0g／cm3，則井底壓差計算為2.35Mpa，因此鉆井液不可避免的進入儲層將引起比較嚴重的儲層敏感性損害。

3）以連續(xù)相方式進入裂縫中的濾液會在裂縫表面形成一層濾膜封堵縫孔界面。若基質(zhì)是水濕的，濾液會滲入孔隙壁，將原本是連續(xù)相的烴類物質(zhì)變?yōu)榉沁B續(xù)相而增加其流動阻力；若基質(zhì)是油濕的，水相濾液可能以非連續(xù)相（液滴）的方式進入孔隙，并在孔喉部分產(chǎn)生水鎖。

以非連續(xù)相進入裂縫中的液滴，將因重力作用沉降于傾斜縫的下表面。若裂縫表面是水濕的，濾液液滴則在裂縫表面展布而形成一層水膜，部分濾液將進入基質(zhì)孔隙，從而造成縫孔界面的損害。若裂縫表面是油濕的，濾液液滴將沉積于裂縫表面較低的位置，一般在基質(zhì)與裂縫相交的孔隙部位，從而造成對縫孔、縫洞界面的損害。

4 渭北油田鉆井液現(xiàn)場應(yīng)用情況

4.1 水平段浸泡時間對產(chǎn)油量影響分析（見表3）

表3 鉆井液浸泡時間與產(chǎn)油量關(guān)系數(shù)據(jù)表

由表3可見，WB2P2井鉆井液在浸泡49.35天仍然保持8.31t的產(chǎn)油量，證明目前使用的鉆井液對儲層的損害較小。雖然儲層低孔特低滲＋儲層粘土礦物含量較高的特征造成儲層敏感性實驗結(jié)果中等到中等偏強，但鉆井液進入儲層有限，所以現(xiàn)用鉆井液對儲層損害較小。由前面計算可知，儲層段現(xiàn)用鉆井液的壓差最多為2.35Mpa，而儲層孔喉中值壓力為4.56Mpa～8.73Mpa，鉆井液濾液不容易進入儲層。因此，對于淺層致密砂巖儲層，雖然儲層整體敏感性較強，但是由于儲層垂深淺，井底壓差小，中值壓力大，儲層油氣層保護難度小。

4.2 堵漏對產(chǎn)量的影響分析

渭北油田水平段發(fā)生漏失的井只有1口，即是WB48P10井。該井水平段長970m，油跡顯示段長235 m，油斑顯示段長681m，該井鉆井顯示較好，但該井壓后投產(chǎn)84天仍未見油（見表4）。

表4 WB48P10井基本情況

井漏情況如下:1 703m～1 713m發(fā)生漏失，漏速24m3／h，漏失量18m3，級別為中漏；2 189m～2 191m發(fā)現(xiàn)地層漏失，漏速22m3／h，漏失量15m3，級別為中漏。共漏失鉆井液33m3，注入堵漏漿50m3。

產(chǎn)油量的決定因素很多，但是本井有油跡、有油斑，產(chǎn)液量為0t，和鉆井液大量進入儲層造成儲層污染是分不開的。由于裂縫的存在，鉆井液進入儲層的壓力應(yīng)該小于排驅(qū)壓力0.48Mpa～1.06Mpa，鉆井液更容易進入儲層。儲層低孔特低滲及粘土礦物含量較高的基本特征，在大量鉆井液的浸泡下必然會產(chǎn)生儲層敏感性損害、水鎖損害以及固相顆粒對裂縫導(dǎo)流能力的損害。

5 渭北油田儲層水平井油層保護措施

由儲層特征、儲層損害機理以及鉆井液現(xiàn)場應(yīng)用情況來看，渭北油田儲層自身敏感性較強，但是基質(zhì)儲層由于巖性致密，排驅(qū)壓力高（孔喉中值壓力為4.56Mpa～8.73Mpa），在目前垂深淺的情況下，鉆井液不容易進入基質(zhì)儲層，所以不會較嚴重引起基質(zhì)儲層損害。對于渭北油田淺層井儲層保護的重點是預(yù)防油氣井工作液進入裂縫儲層或者防止憋漏儲層而引起儲層損害。簡言之，雖然儲層自身敏感性強，只要防止鉆井液大量進入儲層，儲層就不會受到嚴重損害。保護油層具體措施如下:

1）儲層段選擇鉀銨基聚合物鉆井液體系，鉀銨基聚合物鉆井液在分公司各工區(qū)成熟應(yīng)用，抑制性較好，維護井壁效果較好，鉆井液濾液進入儲層也有一定的抑制粘土礦物水化、膨脹、運移的儲層保護功效。

2）儲層段鉆井液密度控制在1.08g／cm3，一方面有一定的壓差能夠支持井壁，另一方面壓差不大，鉆井液不易進入儲層。在保證井壁穩(wěn)定的情況下，可以適當(dāng)降低鉆井液密度，通過提高鉆井速度的方式減小儲層損害的風(fēng)險。

3）從油層保護的角度來說，鉆井液必須具有較好的攜砂性能，防止井底沉砂而憋漏地層。

4）進入目的層，可以隨鉆加入一些纖維粒子，變縫為孔，并配合一定粒度級配的暫堵粒子，一方面防止井漏提高鉆井速度，另一方面可以極大地提高渭北油田長3儲層保護油氣層效果。

5）各工序無縫對接，減小工作液浸泡儲層時間。

6）進入儲層的射孔液、壓裂液應(yīng)具有較好的抑制性，盡可能地減少對儲層的損害。

6 結(jié)論與建議

6.1 結(jié)論

1）渭北油田延長組儲層屬于低孔特低滲儲層，粘土礦物含量較高，進入儲層的鉆井液可能造成儲層較強的流體敏感性損害。

2）渭北油田儲層致密，排驅(qū)壓力較高，由于儲層埋深很淺，井底壓差小，鉆井液中的濾液和固相顆粒很難進入儲層。盡管儲層自身敏感性較強，但進入儲層的鉆井液量小，對儲層敏感性損害不大。

3）含裂縫儲層，鉆井液很容易進入儲層，且儲層本身敏感性較強，鉆井液將造成儲層嚴重的固相顆粒堵塞損害及其敏感性損害。

6.2 建議

1）裂縫巖樣巖心流動實驗的實驗數(shù)據(jù)只能判斷儲層損害的大小趨勢，不能準確確定儲層損害程度，建議開展裂縫巖樣巖心流動實驗室內(nèi)研究。

2）在鉆井過程中，防止儲層段發(fā)生漏失是渭北油田延長組儲層最大的保護。進入目的層，要防止憋漏地層，也可以隨鉆加入一些纖維粒子，變縫為孔，并配合一定粒度級配的暫堵粒子，一方面防止井漏提高鉆井速度，另一方面可以極大地提高渭北油田延長組儲層保護油氣層效果。

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