裂縫性碳酸鹽巖儲層酸化完井液解堵效果研究

林 楓 ，胡 順 ，張 敏 ，趙 強 ，彭石峰

（1.中國海油 伊拉克有限公司，北京100010；2.荊州嘉華科技有限公司，湖北 荊州434000）

鉆井液作為石油生產(chǎn)開發(fā)前期最先與油氣層相接觸的工作液，其類型和性能好壞直接關系到對油氣層的損害程度，因而構(gòu)建好一套能有效保護油氣層的鉆井液體系是搞好保護油氣層工作的首要技術(shù)環(huán)節(jié)[1-3]。這其中，儲層類型及發(fā)育情況對鉆井液的選型及體系構(gòu)建起著至關重要的作用。眾所周知，碳酸鹽巖儲層工程地質(zhì)條件復雜，孔隙類型多樣、裂縫不同程度發(fā)育，宏觀-微觀多尺度結(jié)構(gòu)復雜，應力敏感性強、裂縫動態(tài)寬度變化大、易突然開啟并伴隨大量新裂縫產(chǎn)生，引起災變性漏失[4,5]。本文即是以M油田的主力油層中碳酸鹽巖儲層為背景展開，該儲層伴有微裂縫及縫洞發(fā)育，極易造成坍塌引起井壁失穩(wěn)[6,7]。與此同時，還存在孔洞、裂縫性地層漏失，且部分井段鉆遇酸性氣體，極易污染鉆井液[8]，這對鉆井液的工程性能要求帶來了不小的挑戰(zhàn)。目前，M油田主要以直井射孔完井為主，考慮到今后水平井裸眼完井的需要，我們在針對性地設計了適合于水平井裸眼完井的可液化CleanFLO鉆開液體系基礎上，對后續(xù)的完井液設計進行了研究。由于M油田碳酸鹽巖儲層的主要化學成分是CaCO3或者MgCO3，碳酸鹽能夠很快與酸性介質(zhì)反應生成CO2和水，常規(guī)酸化液體系易造成較大的儲層傷害。為迎合M油田儲層特性，同時考慮到水平井鉆進及裸眼完井相應的技術(shù)要求。本文采用了針對M油田儲層特點的酸化完井技術(shù)對可液化CleanFLO鉆開液體系進行清除及解堵，該項工作的開展對于以M油田為例的低滲透碳酸鹽儲層段的安全快速鉆進、減少儲層傷害、提高油田開發(fā)效率有著十分重要的意義。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品

M油田現(xiàn)場巖樣F1和F2，成分分別為白云巖和灰?guī)r，直徑 2.5cm，氣測滲透率 10×10-3μm2上下；人造砂巖巖心A1，規(guī)格同現(xiàn)場巖樣一致；NaCl、NaOH、Na2CO3、KCl，分析純，均來自阿拉丁試劑（上海）有限公司；HCOONa（工業(yè)級東佰化工有限公司）；HTA、JCI、流型調(diào)節(jié)劑、降失水劑、A2堵劑、JQ堵劑、潤滑劑均來自荊州嘉華科技有限公司。

本次實驗的開展是建立在確定的鉆開液體系基礎上展開，主要用以清除井筒內(nèi)殘余鉆開液，解除地層堵塞，所選用的基礎配方體系如下：

1#（完井液）：淡水+25%NaCl+10%HCOONa+3%HTA+3.0%JCI（1.20g·cm-3）；

2#（CleanFLO可液化鉆開液）：淡水+0.2%NaOH+0.2%Na2CO3+16%NaCl+3%KCl+1.0%VIS流型調(diào)節(jié)劑+3%降失水劑+0.5%A2堵劑+5%JQ堵劑+1.5%潤滑劑 +40%HCOONa（1.28g·cm-3）

1.2 實驗設備

FANN35SA六速旋轉(zhuǎn)黏度計，德州市高通實驗儀器有限公司；TY-2C型巖心夾持器，南通市飛宇石油科技開發(fā)有限公司；HKY-1型多功能巖心驅(qū)替裝置，海安石油科研儀器有限公司；HYL-2高溫高壓巖心污染儀，荊州市塔林機電設備制造有限公司。

2 結(jié)果與討論

2.1 對碳酸鹽巖儲層保護效果評價

為了測試完井液的儲層保護效果，選用了M油田碳酸鹽巖心F1作為測試巖心，巖心的基礎數(shù)據(jù)見表1。

表1 碳酸鹽巖心18-4的基本數(shù)據(jù)Tab.1 Basic data of carbonate core 18-4

采用CleanFLO鉆開液對巖心進行污染。隨后，將鉆開液污染后的巖心用完井液進行侵污處理后再次測試巖心的滲透率恢復值，完井液的儲層保護效果可以通過兩次滲透率恢復值的比較得出。巖心驅(qū)替測試結(jié)果見圖1。

圖1 碳酸鹽巖巖心驅(qū)替實驗（完井液處理后F1巖心）Fig.1 Core displacement experiment of carbonate rock

由圖1可知，完井液處理后的滲透率恢復值為97.54%。結(jié)果表明，經(jīng)完井液處理后巖心的滲透率恢復值有了較大幅度的提高，說明該完井液體系具有較好的儲層保護效果。

2.2 對砂巖儲層保護效果評價

由于現(xiàn)場所取砂巖巖心數(shù)量有限，因此，采用滲透率相當?shù)娜嗽焐皫r巖心（表2）進行試驗，評價結(jié)果見圖2。

表2 巖心基本數(shù)據(jù)Tab.2 Basic core data

圖2 砂巖巖心經(jīng)完井液處理后的滲透率恢復值Fig.2 Permeability recovery value of sandstone core after completion fluid treatment

由圖2可知，完井液處理后的滲透率Kd值為198.9910-3μm2，完井液處理后的滲透率恢復值為114.7%。以上測試結(jié)果表明該完井液體系對砂巖巖層同樣具有較好的儲層保護效果。

2.3 碳酸鹽巖心與完井液反應后殘留組分分析及滲透率變化

為了研究碳酸鹽巖心與完井液反應后其殘留組分是否對儲層造成傷害，室內(nèi)對殘留組分進行了分析，并對經(jīng)完井液浸泡后的巖心滲透率的變化進行了測試。具體實驗內(nèi)容如下：

（1）純CaCO3粉末在3%HTA溶液及3%HCl溶液中的溶解量測試

本測試的目的是確定碳酸鹽巖心在3%HTA溶液中的溶解量，并比較HTA固體酸與HCl的酸性。實驗結(jié)果見表3。

表3 純CaCO3粉末的溶解量Tab.3 Solubility of pure calcium carbonate powder

由表3可知，100mL HTA溶液只能溶解1.19g的純碳酸鈣粉末，而同樣濃度的HCl則可溶解4.18g，說明HTA的酸性要遠遠弱于HCl。

（2）碳酸鹽巖心與完井液反應后殘留成分分析

配制兩杯2000mL完井液（配方：淡水+25%NaCl+10%HCOONa+3%HTA+3.0%JCI）,分別加入碾磨后的白云巖和灰?guī)r巖心23.8g（加量由溶解實驗確定,即1.19×20=23.8，巖心碾磨至 200目左右）,攪拌，待巖心充分溶解后過濾，用蒸餾水沖洗殘留物再過濾，然后將殘留物放置在烘箱中烘至恒重。

表4 碳酸鹽巖心與完井液反應后殘留量Tab.4 Residual amount of carbonate core after reaction with completion fluid

上述溶解實驗說明，只有很少一部分磨細后的巖心溶于完井液中，其殘留組分分析結(jié)果見表5。

表5 殘留物礦物成分分析Tab.5 Mineral composition analysis of residues

表6 殘留物化學成分分析Tab.6 Chemical composition analysis of residues

從以上實驗結(jié)果可以看出，大部分的碳酸鹽巖心是不溶于完井液的，我們認為巖心中的碳酸鹽與其他礦物相互結(jié)晶在一起，且可能被其他不溶礦物包裹，因此，導致巖心大部分不溶于完井液中。

（3）巖心浸泡在酸性完井液中滲透率的變化 由于從現(xiàn)場得到的巖心大部分已用于實驗室測試，因此，我們選擇了已經(jīng)用于敏感性測試的巖心（F2和F3）進行測試，但不會影響測試結(jié)果。測試步驟如下：

①將巖心測空氣滲透率Ka；抽空飽和模擬地層水，靜置24h后，正向測巖心的煤油滲透率Ko；

②完井液驅(qū)替巖心2h，取出后靜置在完井液中浸泡3d；

③正向測定巖心浸泡后的煤油滲透率Kd。

表7是測試結(jié)果，圖3是巖心浸泡3d后的圖片。

表7 巖心浸泡3天后滲透率變化Tab.7 Permeability change after 3 days of core soaking

圖3 巖心在完井液中浸泡3d后圖片F(xiàn)ig.3 Picture of core soaked in completion fluid for 3 days

從上述實驗可以看出，巖心在完井液中浸泡3d后其滲透率明顯增加，但巖心整體仍能保持完整。

綜合以上實驗可以看出，HTA酸是一種弱酸，只有少量的碳酸鹽巖心溶于完井液中。含3%HTA的完井液并不能破壞巖心的骨架結(jié)構(gòu)且并不能產(chǎn)生造成儲層傷害的可移動不溶物。相反，完井液可以疏通巖心孔隙，使巖心的滲透率增加。

3 結(jié)論

通過優(yōu)選，得到酸性完井液的基本配方為：淡水+25%NaCl+10%HCOONa+3%HTA+3.0%JCI（1.20g·cm-3）；該完井液體系為加有固體酸的酸性完井液，能夠?qū)⑽廴镜貙拥哪z液或聚合物等降解清除掉，從而恢復油流通道，達到保護油氣層的效果。巖心驅(qū)替實驗表明，經(jīng)完井液處理后的碳酸鹽巖巖心的滲透率恢復值可以達到97.54%，砂巖巖心處理后的滲透率恢復值達到了114.7%，展現(xiàn)出了較好的清除、解堵及酸化作用，這對于M油田碳酸鹽巖儲層段鉆完井配套工藝的開展實施起到了重要的鋪墊作用。