通過開展QC活動降低DS井儲層表皮系數(shù)

楊金龍

（大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江大慶 163712）

DS井是一口淺層儲氣庫先導(dǎo)試驗井，屬于一級井控風(fēng)險井，周圍采氣井均已開采20年以上，開采井周圍的儲層壓力系數(shù)較低（0.36～1.04），并且儲層為P 層，埋藏較淺，一般在700m左右，儲層物性非常好，在鉆井過程中，鉆井液有可能發(fā)生滲漏或漏失，對儲層造成傷害。鉆完井過程中應(yīng)最大限度降低鉆井液對儲層的污染，制定合理的儲層保護措施，才能降低儲層表皮系數(shù)，從而有效提高儲氣庫的注采效果。

因此，為了降低DS 井儲層表皮系數(shù)，QC 小組從儲層特征研究、分析儲層傷害原因、屏蔽暫堵材料的優(yōu)選入手，開展了以《降低DS井儲層表皮系數(shù)》為課題的活動。表皮系數(shù)評價標準見表1。

表1 表皮系數(shù)評價標準

1 現(xiàn)狀調(diào)查

小組成員深入現(xiàn)場，調(diào)研DS井周圍存在儲層污染的氣井，對氣井污染查找癥結(jié)問題。統(tǒng)計了25 口存在儲層污染情況的氣井，得到了儲層污染與以下因素有關(guān)，詳見表2。

從表2中可以看出，造成氣井儲層污染的因素共有5 種，分別是：儲層保護措施差、人員技術(shù)水平低、鉆井周期長、巖石本身特性差、其它。五種導(dǎo)致固井質(zhì)量差的問題占總問題的比例分別為：68%、16%、4%、8%、4%。

表2 氣井儲層污染因素統(tǒng)計表

從圖1儲層污染因素累積百分比圖可以看出，儲層保護技術(shù)差和人員技術(shù)水平低這兩個因素累計百分比達到84%，因此，將這兩個因素設(shè)定為需要解決的主要問題。

2 目標確定

2.1 設(shè)定目標

依照標準《儲層敏感性流動實驗評價方法測定》SY/T5358-2009進行室內(nèi)實驗，通過實驗獲得巖芯物性、粘土含量、孔喉半徑等儲層參數(shù)，制定屏蔽暫堵措施，最終達到儲層表皮系數(shù)S等于零的目標。

2.2 目標可行性分析

（1）技術(shù)方面：小組具有1 名現(xiàn)場工作經(jīng)驗豐富的高級工程師，能夠為現(xiàn)場調(diào)查和檢驗提供技術(shù)支持，小組具備先進的鉆井設(shè)計軟件和設(shè)計優(yōu)化能力，能夠完成DS井儲層保護技術(shù)研究，使儲層表皮系數(shù)S等于零的目標可以實現(xiàn)。

（2）材料方面：勘探開發(fā)研究院能夠提供巖芯樣品，鉆井隊能夠提供實驗所需鉆井液，實驗室提供屏蔽暫堵材料，保障課題研究材料的供給。

（3）人員方面：小組人員中有兩名從事鉆井工作十多年的技術(shù)骨干，能夠滿足現(xiàn)場研究方面的需求，還有3名鉆井設(shè)計人員能夠熟練掌握辦公軟件，人力資源充沛。

（4）設(shè)備方面：合作單位具備孔滲測量儀、布魯克D8 Advance X 射線衍射儀、FEI 450 掃描電鏡等相關(guān)實驗設(shè)備。

綜合以上四方面因素，小組判斷設(shè)定的目標可以實現(xiàn)。

3 原因分析

小組針對現(xiàn)狀進行討論，利用頭腦風(fēng)暴法從人員、資料、方法等方面對儲層保護措施差和人員技術(shù)水平低的原因進行分析，最終找到8個末端原因，因果關(guān)系見圖2。

4 要因確認

經(jīng)過小組成員對現(xiàn)場調(diào)查、檢驗等結(jié)果的總結(jié)，確定以下三方面是影響儲層保護措施的主要原因。即：未進行儲層物性分析、未進行鉆井液對儲層傷害評價、未進行屏蔽暫堵技術(shù)研究，要因確認見表3。

表3 要因確認表

5 制定對策

小組成員按專業(yè)技術(shù)特點制定了目的層儲層特征研究、鉆井液對儲層傷害評價實驗、屏蔽暫堵儲層保護技術(shù)研究等對策和相應(yīng)目標值、措施、實施地點、完成時間，并按照對策逐一進行了實施。

6 對策實施

6.1 目的層儲層特征研究

為了準確獲得目的層巖芯物性、粘土含量、孔喉半徑等儲層參數(shù)，小組對試驗井取芯巖樣50塊，進行物性分析、巖芯孔喉分析、掃描電鏡分析等室內(nèi)實驗。實驗結(jié)果如下：

（1）巖芯物性分析。依據(jù)《巖心分析方法》SYT 5336-2006，利用氣體孔隙度、滲透率測試方法測試巖芯樣品（巖芯尺寸：直徑25mm±1mm，長度50mm）的孔滲參數(shù)，得到平均空氣滲透率為550.1×10-3μm2，平均孔隙度為27.05%。

（2）粘土含量分析。按照《沉積巖中黏土礦物和常見非粘土礦物X 射線衍射分析方法》SY/T 5163-2010，利用X 射線衍射儀對儲層巖芯粘土礦物進行絕對含量和相對含量的分析。由實驗結(jié)果可知，巖芯樣品滲透率越低，粘土含量越少；巖芯樣品粘土中伊利石和綠泥石占比較大。

（2）巖芯孔喉分析。按照標準《巖石毛管壓力曲線的測定》GB/T29171-2012，對巖芯樣品進行孔喉分析實驗，獲取不同滲透率儲層的孔喉大小分布特征及孔喉對滲透率的貢獻，進而為屏蔽暫堵劑顆粒粒徑的優(yōu)選提供依據(jù)。由圖3可知：巖芯樣品的平均孔隙半徑中值為3.656μm。

（3）掃描電鏡分析。微觀孔隙結(jié)構(gòu)從根本上決定了宏觀孔喉分布和屏蔽暫堵劑顆粒的選擇。小組選用掃描電鏡來分析目的儲層孔隙結(jié)構(gòu)，并且可以分析研究后續(xù)微粒運移和固相顆粒侵入情況。由圖4可知：巖芯樣品中的膠結(jié)物含量較少，且微裂縫較多。

由于儲層傷害的主要由于地層巖石礦物內(nèi)在因素和各種施工等外來條件的影響[1-2]。通過六敏實驗結(jié)果得到，試驗井儲層傷害過程中由巖石內(nèi)在因素引起的傷害較小，主要受鉆井液和外來施工影響較大，可以通過實施屏蔽暫堵技術(shù)進行改善。

6.2 鉆井液對儲層傷害評價實驗

小組成員調(diào)查分析得到，在井壁上未形成泥餅之前，濾液對油、氣層的傷害更為嚴重。同時鉆井液的固相顆粒主要是在井壁上未形成泥餅之前侵入油、氣層孔道，使油、氣層滲透率大大降低。壓差越大、顆粒越細，侵入深度越深[3-5]。按照石油與天然氣行業(yè)標準《鉆井液完井液傷害油層室內(nèi)評價方法》SY-T6540-2002開展實驗，對鉆井液動態(tài)前后進行巖芯傷害評價、表皮系數(shù)測定和掃描電競分析，并對鉆井液儲層傷害原因進行分析。

動態(tài)實驗結(jié)果表明：低滲巖芯巖芯傷害率最大，滲透率下降了71.35%。巖樣表皮系數(shù)均大于零，表明注入鉆井液體系后井受到了污染，儲層存在污染。

由圖5 巖芯動態(tài)傷害前后掃描電鏡對比圖可以得到：動態(tài)傷害使得巖樣孔隙變小。

6.3 屏蔽暫堵儲層保護技術(shù)研究

根據(jù)屏蔽暫堵技術(shù)的原理，小組主要通過屏蔽暫堵劑性能評價，優(yōu)化架橋粒子和填充粒子的尺寸、加量，最終給出適合DS井的屏蔽暫堵材料最佳配比[6-7]。

為了優(yōu)選合適的架橋粒子、填充粒子尺寸和加量，分別以當(dāng)前使用的架橋粒子、填充粒子尺寸和加量為基準，分別上浮、下調(diào)，開展4 因素3 水平的正交實驗，根據(jù)實驗結(jié)果進行粒子尺寸及加量的優(yōu)選，見表4。

表4 架橋粒子、填充粒子尺寸和加量正交實驗設(shè)計

根據(jù)API 失水和高溫高壓濾失量的數(shù)據(jù)對封堵效果進行評價。若某一組方案對應(yīng)的API 失水和高溫高壓濾失量降低得最多，則封堵效果最佳。根據(jù)表5 分析得到，方案6（架橋粒子尺寸5μm、架橋粒子加量3%、填充粒子尺寸2.5μm、填充粒子加量0.5%）屏蔽效果最好。

表5 API失水和高溫高壓濾失量實驗數(shù)據(jù)表

7 效果檢查

7.1 課題目標值完成情況

經(jīng)過小組成員近一年的努力，以技術(shù)研究、室內(nèi)實驗和現(xiàn)場試驗分析為基礎(chǔ)，整合各項優(yōu)勢技術(shù)，形成一套適用于儲氣庫鉆井的屏蔽暫堵材料最佳配比。DS試斜1 井、DS 試斜2 井、DS 試斜3 井和DS 試斜4 井試氣壓力恢復(fù)數(shù)據(jù)解釋儲層的表皮系數(shù)S 值均小于零，本次活動超過預(yù)期目標值，獲得了較好效果。

7.2 直接經(jīng)濟效益

統(tǒng)計已完鉆的試驗井無阻流量15.3×104m3/d，為直井的3倍左右，儲層污染較小。采用儲層保護屏蔽暫堵技術(shù)的試驗井平均采氣量為1.2×104m3/d，相同地質(zhì)條件的未采用儲層保護屏蔽暫堵技術(shù)的鄰井采氣量為0.5×104m3/d；通常年采氣期為5個月，按照目前的天然氣價格1.5元/m3，單井每年直接創(chuàng)造經(jīng)濟效益約152.5萬元。

7.3 社會效益

開展降低DS井儲層表皮系數(shù)研究，產(chǎn)生了良好的社會效益：

（1）降低了鉆井過程中的儲層傷害，達到保護儲層和儲氣庫安全注采的目的，提高了儲氣庫的注采效率。

（2）本次活動使小組成員得到了鍛煉，提高了解決現(xiàn)場問題的能力。提供了儲層保護質(zhì)量工藝技術(shù)手段，滿足油田開發(fā)的需要。

（3）保障了鉆井施工安全，有效控制了井控風(fēng)險，降低了施工風(fēng)險，滿足安全環(huán)保施工要求，為儲氣庫井鉆井安全高效施工提供了技術(shù)支持和保障。

8 鞏固措施

QC小組為了繼續(xù)鞏固成績，將成功的經(jīng)驗加以總結(jié)，制定以下鞏固措施：

（1）措施納入鉆井設(shè)計中。為了提高儲氣庫井儲層保護質(zhì)量，我們從設(shè)計做起，把對策措施納入鉆井設(shè)計中，要求各施工單位執(zhí)行。

（2）措施融入到培訓(xùn)中。措施融入到技術(shù)培訓(xùn)、論壇講座、技術(shù)交流等，大家相互學(xué)習(xí)，共同進步。

（3）現(xiàn)場跟蹤效果。鉆井液屏蔽暫堵材料是儲層保護的關(guān)鍵，必須現(xiàn)場跟蹤，每月都要有現(xiàn)場跟蹤記錄，保證鉆井液性能參數(shù)達到設(shè)計要求，及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，科學(xué)地指導(dǎo)鉆井施工。

9 總結(jié)

通過這次QC活動，達到了預(yù)期的效果，降低了DS井儲層表皮系數(shù)，分析了鉆井液對儲層傷害的原因，進行了屏蔽暫堵技術(shù)研究，提出了一套鉆井液屏蔽暫堵材料的最佳配比。

減少了鉆井事故的發(fā)生，降低了儲層污染，提高了采氣量，增強了鉆井設(shè)計優(yōu)化水平。同時小組成員的團隊意識、個人能力、質(zhì)量意識及QC知識等方面都有了明顯提高，能正確地運用QC方法解決工作中遇到的難題。