低孔低滲儲層完井改造一體化工作液的研究與應用

羅剛， 任坤峰， 邢希金， 舒福昌， 向興金， 郭慶（.湖北漢科新技術股份有限公司，湖北荊州44000；.中海油研究總院，北京0007；.長江大學化學與環(huán)境工程學院，湖北荊州440）

低孔低滲儲層完井改造一體化工作液的研究與應用

羅剛1， 任坤峰1， 邢希金2， 舒福昌3， 向興金1， 郭慶1
（1.湖北漢科新技術股份有限公司，湖北荊州434000；2.中海油研究總院，北京100027；3.長江大學化學與環(huán)境工程學院，湖北荊州434023）

羅剛， 任坤峰， 邢希金， 等.低孔低滲儲層完井改造一體化工作液的研究與應用[J].鉆井液與完井液， 2017， 34（3）：117-121.

LUO Gang，REN Kunfeng，XING Xijin，et al.Study and application of a composite well completion and stimulation fluid for low porosity and low permeability reservoirs[J].Drilling Fluid & Completion Fluid，2017，34（3）：117-121.

針對海上M油田儲層段低孔低滲的特點，如果使用常規(guī)完井液，僅僅起到完井的作用，不能對儲層進行改造達到提高產能的目的。通過大量室內實驗，優(yōu)選出了適合低孔低滲儲層的降壓助排劑HWDA-2、溶蝕劑HTA-H、緩蝕劑HCA101-8以及防乳破乳劑H409。最終研究出1套適合該油田低孔低滲儲層的完井改造一體化工作液體系，在完井的同時，其對儲層也具有一定的改造能力。性能評價結果表明，體系具有良好的防膨性，平均防膨率為96.4%，較低的腐蝕性以及較好的儲層改造能力，巖心驅替滲透率恢復值可以達到120%以上?，F(xiàn)場2口井的應用情況表明，使用完井改造一體化工作液的油井比使用常規(guī)隱形酸完井液時具有較低的表皮系數(shù)、較高的比采油指數(shù)，并且初期產油量增加30%以上，具有比較明顯的增產效果。

低孔低滲；儲層改造；完井液；一體化；增產效果

海上M油田儲層屬于低孔低滲砂巖儲層，孔隙度為12.8%～13.9%，滲透率為5.6～12.3 mD?？紫栋l(fā)育較差，連通性也較差，見少量粒間孔。針對M油田儲層的低滲特點，為提高近井地帶滲流通道的滲流能力。需要研究完井改造一體化工作液，使其在完井的同時，對儲層近井地帶具有一定的改造作用[1-2]。因此，根據(jù)M油田低孔低滲儲層巖石礦物組成和地層流體特點，通過室內實驗研制出1套合適的完井改造一體化工作液體系。

1 完井改造一體化工作液的優(yōu)選

根據(jù)M油田低孔低滲儲層特征，選擇合適的完井改造工作液體系：①優(yōu)選合適的降壓助排劑，以改變儲層巖石的潤濕性和防水鎖性能，達到降壓助排的目的；②優(yōu)選合適的溶蝕劑，以適當溶解地層礦物，達到疏通滲流通道的作用，從而對近井地帶具有一定的改善；③優(yōu)選性能優(yōu)良的緩蝕劑及防乳破乳劑，以調整完井改造一體化工作液的綜合性能。

1.1 降壓助排劑的優(yōu)選

巖石表面的潤濕性對相對滲透率的影響總的趨勢是，隨著巖心由強親水轉化為強親油，油的相對滲透率趨于降低，反之，親水性越強，油相的相對滲透率增加[2-4]。實驗主要從表面/界面張力、接觸角2個方面進行性能評價，優(yōu)選出一些親水性較強的處理劑，增加巖石表面的親水性，提高油相的相對滲透率，達到降壓助排的效果。

1）降壓助排劑對表面/界面張力的影響。針對不同類型的降壓助排劑，用蒸餾水配制不同濃度的溶液，使用JZ-200系列自動界面張力儀，測定其氣液表面張力以及與煤油的界面張力，初步優(yōu)選出合適的降壓助排劑，實驗結果如圖1和圖2所示。

圖1 不同降壓助排劑對氣液表面張力的影響

由圖1和圖2可以看出，4種降壓助排劑中HWDA-2的表面/界面張力值較低，性能較好，當其加量為10%時，氣液表面張力降低至20.6 mN/m，油液界面張力為0.52 mN/m。由于表面/界面張力的降低，從而可以有效防止低滲儲層的水鎖傷害。

圖2 不同降壓助排劑對油液界面張力的影響

2）降壓助排劑對接觸角的影響。按照上述實驗方法配制不同濃度的HWDA-2溶液，使用HARKE-SPCA視頻接觸角測定儀，測定水滴在不同降壓助排劑溶液浸泡后的載玻片上的接觸角。具體實驗方法為：將清洗烘干后的載玻片置于用蒸餾水配制的降壓助排劑溶液中，在85 ℃下恒溫浸泡12 h，取出載玻片在85 ℃下烘干，再用蒸餾水在載玻片表面滴取液滴，測定其接觸角，結果如圖3所示。

圖3 HWDA-2不同加量時的接觸角大小

由圖3可以看出，經過HWDA-2溶液處理后的載玻片表面，水的接觸角從57.5o降低到30.6o，且隨著降壓助排劑濃度的增大，接觸角逐漸減小，說明巖石的親水性越來越強，有利于降低油相的流動阻力，提高油相的相對滲透率。同時結合前面HWDA-2具有很好的降低表面/界面張力的作用，從而降低毛管阻力，所以HWDA-2的加入能起到降壓助排的作用。HWDA-2的主要活性成分為非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑以及少量有機助劑，屬于一種復配體系，其改變巖石潤濕性能、降低水鎖引起毛管阻力的能力，明顯優(yōu)于市售表面活性劑。綜合性能評價表明，HWDA-2的加量為10%。

1.2 溶蝕劑HTA-H的優(yōu)選

目標油田儲層屬于灰質砂巖儲層，地層礦物中白云石和方解石的含量較高，可以通過優(yōu)選出合適的溶蝕劑來適當溶解地層礦物，達到疏通滲流通道的目的。實驗方法為：將目標油田儲層段鉆屑加入到高溫螯合酸HTA-H不同濃度的水溶液中，在90℃下反應16 h，稱量反應前后鉆屑的質量，計算溶蝕率。實驗得出，HTA-H加量為0.3%、0.5%、1%和2%時鉆屑的溶蝕率分別為1.1%、2.36%、5.58%和7.34%。由此可知，隨著HTA-H加量的不斷增加，對鉆屑的溶蝕率逐漸增大，當其加量為1.0%時，溶蝕率可以達到5.58%。此時溶蝕劑可以適當?shù)厝芙獾貙拥V物，又不至于導致巖石骨架的破壞。由于HTA-H是一種有機酸，具有一定的腐蝕性，兼顧到腐蝕性能，將HTA-H加量推薦為1.0%。

1.3 緩蝕劑的優(yōu)選

要求完井液要求腐蝕性要小，對井下工具無腐蝕或低腐蝕，以滿足完井作業(yè)過程的順利實施[7-8]。室內通過優(yōu)選出合適的緩蝕劑來控制完井液的腐蝕性。實驗方法參照行業(yè)標準SY 5273—91中的靜態(tài)掛片失重法，結果見表1。

表1 緩蝕劑篩選評價

從表1可以看出，在90 ℃的儲層溫度各種緩蝕劑均具有一定的緩蝕效果，對比來看，緩蝕劑HCA101-8的緩蝕效果最好，當加量為5%時，可使腐蝕速率小于0.076 mm/a，滿足完井作業(yè)要求。

1.4 防乳破乳劑的優(yōu)選

由于優(yōu)選的體系含有的表面活性劑較多，完井改造一體化工作液易與原油形成乳狀液，容易對低孔低滲儲層造成乳化堵塞。參照行業(yè)標準SY/T 5281—2000原油破乳劑使用性能檢測方法（瓶試法），對加入不同防乳破乳劑的體系與原油按不同比例混合后的析水情況進行實驗評價。一般用析水的快慢和水相清澈程度、析水量來衡量乳化程度。析水越快、水相越清澈、析水量越接近理論值，說明乳化程度??；反之，說明乳化程度嚴重。實驗結果見表2。

表2 防乳破乳劑優(yōu)選實驗結果

從表2可以看出，加入不同類型的防乳破乳劑后，體系與原油混合后不同時間的析水量均有所增加，水相清潔度變好；對比來看，H409具有更好的防乳破乳效果，加量為0.3%時，不同時間析水量均可達到理論析水量，水相清澈、無掛壁。

1.5 完井改造一體化工作液配方的確定

最終確定適合于目標油田低孔低滲儲層的完井改造一體化工作液配方如下。

海水+2%黏土穩(wěn)定劑PF-HCS+1%溶蝕劑HTA-H+10%降壓助排劑HWDA-2+5%緩蝕劑HCA101-8+0.3%防乳破乳劑H409

2 完井改造一體化工作液性能評價

2.1 防膨性

參照行業(yè)標準SY/T 5971—94做評價實驗，優(yōu)選的完井改造一體化工作液體系具有良好的防膨性，平均防膨率為96.4%，能夠較好地抑制儲層黏土礦物膨脹。

2.2 腐蝕性

完井改造一體化工作液腐蝕評價，結果見表3。從表3可知，優(yōu)選的完井改造一體化工作液體系具有較低的腐蝕性，可以滿足完井作業(yè)施工要求。

表3 完井改造一體化工作液腐蝕評價結果

2.3 對儲層的改造能力

實驗步驟為：①選取2塊儲層段天然巖心，測定其長度、直徑，稱量干重并測定氣測滲透率Ka，然后飽和模擬地層水，備用；②將飽和后的巖心用煤油正向驅替至壓力穩(wěn)定，驅替流量為0.3 mL/min，記錄穩(wěn)定壓力并計算滲透率K0；③反向擠入3PV的常規(guī)隱形酸完井液和完井改造一體化工作液，地層溫度（90 ℃）下放置16 h；④正向用煤油驅替至壓力穩(wěn)定，記錄穩(wěn)定壓力并計算滲透率Kd；⑤計算滲透率恢復值。實驗結果見表4。

通過表4可知，使用常規(guī)完井液的滲透率恢復值為102.99%，而使用完井改造液的滲透率恢復值為124.56%，說明優(yōu)選的完井改造一體化工作液對低滲儲層具有一定的改造能力，完井改造一體化工作液中的高溫螯合酸HTA-H在高溫下緩慢釋放出H+，使完井液呈酸性，其不僅可以有效解除前期鉆井過程中對儲層的污染，而且對儲層具有一定的改造作用，從而疏通近井地帶的滲流通道。而常規(guī)隱形酸完井液只能解除前期鉆井過程中形成的堵塞，并不具備很好的儲層改造作用，所以巖心驅替滲透率恢復值僅僅為100%左右。

3 現(xiàn)場應用情況

自2015年10月份以來，在M油田A1井和A2井的投產作業(yè)施工中使用完井改造一體化工作液作為完井液，完鉆清井后直接替完井改造一體化工作液。與同一區(qū)塊使用常規(guī)隱形酸完井液的水平井M1井進行現(xiàn)場應用效果對比分析，結果見表5。

表5 使用完井改造一體化工作液和常規(guī)隱形酸完井液的投產效果對比

從表5可以看出，使用常規(guī)隱形酸完井液的M1井投產初期表皮系數(shù)為0.17，說明對儲層有輕度的污染；而使用完井改造一體化工作液的2口井投產初期表皮系數(shù)為負值，說明對儲層起到了一定的改造效果；另外，使用完井改造一體化工作液的油井初期產油量比使用常規(guī)隱形酸完井液提高30%以上。說明使用完井改造一體化工作液進行完井施工取得了比較明顯的增產效果。

4 結論

1.室內優(yōu)選出了適合低孔低滲儲層的降壓助排劑HWDA-2、溶蝕劑HTA-H、緩蝕劑HCA101-8以及防乳破乳劑H409。

2.完井改造一體化工作液體系，具有良好的防膨能力、較低的腐蝕性以及良好的儲層改造能力等綜合性能，巖心驅替滲透率恢復值在120%以上，優(yōu)于常規(guī)隱形酸完井液。

3.在M油田的現(xiàn)場應用，表明使用完井改造液的油井的比采油指數(shù)和日產油量均高于使用常規(guī)完井液的油井，說明該完井改造液對儲層有一定程度的改造作用。

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Study and Application of A Composite Well Completion and Stimulation Fluid for Low Porosity and Low Permeability Reservoirs

LUO Gang1, REN Kunfeng1, XING Xijin2, SHU Fuchang3, XIANG Xingjin1, GUO Qing1
(1. Hubei Hanc New-Technology Co. Ltd., Jingzhou, Hubei 434000;2. CNOOC Research Institute, Beijing 100027; 3.College of Chemistry & Environmental Engineering,Yangtze University, Jingzhou, Hubei 434000)

Wells drilled in the offshore low porosity low permeability M oilfield are completed with conventional completion fluidsthatlack the ability to stimulate the reservoirs. A composite well completion and stimulation fluid has recently been formulated with some optimized additives suitable for use in low porosity low permeability reservoirs, such as a clean-up additive HWDA-2, a corrosion solvent HTA-H, a corrosion inhibitor HCA101-8, and a demulsifier (with emulsification prevention ability) H409. This fluid is both a well completion fluid and a stimulation fluid. In laboratory experiments, the fluid showed percent reduction of core swelling of 96.4% and percent permeability recovery of 120%, indicating that the fluid had good inhibitive capacity and low corrosion. Application of the fluid on two wells acquired lower skin factor and higher specific productivity index compared with other wells completed with conventional latent acid completion fluids. Early-stage oil production was increased by about 30%, indicating that the fluid had good stimulation capacity.

Low porosity low permeability; Reservoir stimulation; Well completion fluid; Composite; Stimulation effect

TE257.6

A

1001-5620（2017）03-0117-05

2017-1-7；HGF=1703F4；編輯 付玥穎）

10.3969/j.issn.1001-5620.2017.03.023

中海油研究總院科研項目“儲層敏感性評價及鉆完井液體系優(yōu)選”（CCL2016RCPS0084PSN）。

羅剛，高級工程師，碩士研究生，1978年生，主要從事油田化學方面的研究工作。電話（0716）8327103；E-mail：luogang8658@163.com。

舒福昌，教授，博士，1966年生，從事油田化學方面的研究工作。E-mail：shufc@163.com。