王恒陽

(俄羅斯國立石油天然氣大學(xué) 油氣田開發(fā)系,俄羅斯 莫斯科 117485)

一勝利油區(qū)低滲透砂巖儲層鉆井液的室內(nèi)評價

王恒陽

(俄羅斯國立石油天然氣大學(xué) 油氣田開發(fā)系,俄羅斯 莫斯科 117485)

選用勝利油區(qū)低滲透砂巖儲層巖心,使用地層傷害動態(tài)評價系統(tǒng),模擬鉆井、完井實際工作條件,通過濾失量、泥餅質(zhì)量、滲透率損害率、損害半徑、表皮系數(shù)等評價參數(shù)測定,對MMH正電膠鉆井液、BPS黑色正電膠鉆井液、聚合醇(PEM)鉆井液進行了動、靜態(tài)評價。試驗結(jié)果表明，MMH正電膠鉆井液對儲層巖心傷害小,是勝利油區(qū)低滲透儲層有效的油層保護鉆井液,在現(xiàn)場應(yīng)用大幅度提高了油井產(chǎn)量,取得了較好的應(yīng)用效果。

低滲透砂巖;鉆井液;室內(nèi)評價;油層保護

早在20 世紀30 年代,國外有學(xué)者提出鉆井過程中存在的油氣層傷害問題,建立了一系列的試驗室評價方法及配套技術(shù),并應(yīng)用于現(xiàn)場實踐,取得了良好的經(jīng)濟效益[1-2]。在鉆開儲集層過程中,鉆井液與儲集層接觸產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)損害和物理反應(yīng)損害,使儲集層的有效滲透率受到不同程度損害,而且在勘探鉆井中還會失去發(fā)現(xiàn)油氣層的機會。因此在鉆井前,通過室內(nèi)物理模擬手段,針對性地選擇目的層的巖心,對預(yù)使用的鉆井液進行評價是防止油氣層污染的第一關(guān)。符馨月、 楊向同等[3]對鉆井液對地層傷害的物理模擬評價技術(shù)進行研究,在多種試驗評價手段中,地層傷害動態(tài)評價方法即全尺寸動態(tài)模擬法可以完全模擬鉆井、完井時井內(nèi)實際工作條件下的油氣層損害過程和程度,具有更加完善的模擬功能,使得試驗結(jié)果更加準確而可靠。本文所使用的評價方法即為全尺寸動態(tài)模擬法。

1 評價方法

利用美國TMECO公司生產(chǎn)的FDS-800-10000地層傷害動態(tài)評價系統(tǒng),使用勝利油區(qū)低滲透砂巖儲層5口取心井的8塊低滲透巖心(巖心物性參數(shù)見表1),模擬鉆井時鉆井液的動態(tài)濾失過程和停鉆時鉆井液的靜態(tài)濾失過程,對勝利油區(qū)低滲透儲層鉆井中常用的MMH正電膠鉆井液、BPS黑色正電膠鉆井液、聚合醇(PEM)鉆井液進行評價,從而優(yōu)選出適合低滲透儲層的鉆井液類型。

表1 巖心物性參數(shù)

1.1 試驗條件

往復(fù)泵速度為2 000 cm3/min;動濾失時間為125 min,靜濾失時間為25 min;試驗溫度為110 ℃。

1.2 試驗程序

巖心洗油洗鹽→測定氣體滲透率→抽真空飽和4%KCl水→飽和原油→測定油相滲透率→反向動濾失試驗125 min→反向靜濾失試驗25 min→刮去泥餅→正向測定鉆井液污染后油相滲透率。

2 結(jié)果及其分析

試驗結(jié)果如表2所示。

表2 鉆井液評價試驗數(shù)據(jù)

注：Dk1為鉆井液入口端到第一個測壓點之間(相距3.3 cm)的滲透率損害率;Dk2為第一個測壓點到第二個測壓點之間(相距2.2 cm) 的滲透率損害率;Dk3為第二個測壓點到第三個測壓點之間(相距2.2 cm)的滲透率損害率;Dk4為第三個測壓點到鉆井液出口端之 間的滲透率損害率;Dk為整段巖心的滲透率損害率。

2.1 試驗結(jié)果

2.1.1 濾失量

在一個動、靜濾失周期內(nèi),動濾失量大于靜濾失量,動濾失量占總濾失量的84%以上,在125 min的動濾失時間內(nèi),動濾失量不斷增加;滲透率相近的巖心在相同的濾失壓差下,MMH正電膠鉆井液的濾失量明顯低于其他兩種鉆井液。

傳感器節(jié)點同步開啟采集工作，一方面，網(wǎng)絡(luò)可以及時處理系統(tǒng)啟動初期的突發(fā)槍聲事件；另一方面，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點同步開啟采集工作能夠調(diào)整網(wǎng)絡(luò)全局時鐘，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2.1.2 泥餅質(zhì)量

鉆開油氣層的過程中,鉆井液中的固相進入儲層孔道、裂縫等,在滲濾介質(zhì)表面或儲層深部孔道沉積,形成外濾餅和內(nèi)濾餅,導(dǎo)致儲層滲透率降低,泥餅質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到濾失量和損害半徑的大小。

試驗后的樣品只能觀察到外濾餅的形態(tài)和致密程度。從本次試驗的外泥餅觀察結(jié)果看,MMH正電膠鉆井液的泥餅均致密完整,而BPS黑色正電膠鉆井液與聚合醇鉆井液的泥餅均稀松不完整。

內(nèi)濾餅的質(zhì)量可通過試驗后的巖心分段滲透率損害率來表征。滲透率損害率越大,形成的內(nèi)濾餅質(zhì)量越好。

滲透率損害率

(1)

式中,ka、k分別為鉆井液污染前、后巖心的滲透率,10-3μm2。

從表2中滲透率損害率結(jié)果看,被MMH正電膠鉆井液污染后巖心的滲透率傷害主要發(fā)生在距入口段5.5 cm以內(nèi),平均滲透率損害率為74.7%,聚合醇鉆井液和BPS黑色正電膠鉆井液滲透率損害率平均值分別為54.0%和38.4%。由此可見MMH正電膠鉆井液浸入巖心后形成的內(nèi)濾餅質(zhì)量最好,其次為聚合醇鉆井液和BPS黑色正電膠鉆井液。

2.1.3 滲透率損害率

MMH正電膠鉆井液對整段巖心的滲透率損害率為27.4%～48.0%,平均滲透率損害率與聚合醇鉆井液的滲透率損害率相近(35.7%),但明顯高于BPS黑色正電膠鉆井液的滲透率損害率。從滲透率傷害指標上看,BPS黑色正電膠鉆井液對儲層傷害最小。

2.1.4 損害半徑

將巖心端面面積πr2換算成井底徑向流面積(2πrwh)的地層時可得損害半徑

(2)

式中,rs為損害半徑,cm;d為巖心直徑,cm;rw為井眼半徑,cm;ED為驅(qū)替效率,%;QFL為濾失量,mL;φ為孔隙度。

從式(2)來看,濾失量和損害半徑兩者之間表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系。計算結(jié)果如圖1所示,MMH正電膠鉆井液的損害半徑為11.8～25.3 cm,聚合醇鉆井液及BPS黑色正電膠鉆井液損害半徑遠大于MMH正電膠鉆井液,為99.3～199 cm,這個范圍已經(jīng)超過射孔彈的有效穿透距離,因此即使完成射孔作業(yè),因為未穿透污染帶,射孔作業(yè)失敗。

2.1.5 表皮系數(shù)

根據(jù)均質(zhì)地層損害程度評定標準的規(guī)定,表皮系數(shù)S>0,表示儲層受到損害;表皮系數(shù)S=0,表示儲層未損害;表皮系數(shù)S<0,表示儲層獲得改善。一般來說,在油田開發(fā)過程中,儲層不可避免地會受到外來因素引起的傷害,因此從現(xiàn)場實際出發(fā),表皮系數(shù)越接近零越好。

圖1 鉆井液損害半徑對比

表皮系數(shù)的計算公式為

(3)

從表2的計算結(jié)果看,MMH正電膠鉆井液的表皮系數(shù)為0.107～1.27,表皮系數(shù)較小,說明該鉆井液對儲層傷害較小,聚合醇鉆井液表皮系數(shù)為4.09,BPS黑色正電膠鉆井液平均為15.2,這說明聚合醇鉆井液及BPS黑色正電膠鉆井液對低滲透儲層傷害較嚴重。

2.2 結(jié)果分析

崔迎春等[4]研究認為對于含固相的鉆井液,可通過巖心近端的孔隙堵塞來阻止固相和液相繼續(xù)侵入,繼而達到保護油氣層的目的。鉆井液對巖心近端的堵塞程度主要取決于鉆井液中的固相顆粒與儲層巖石孔喉大小的匹配關(guān)系[5],兩者匹配合理，鉆井液在巖心中將形成質(zhì)量較好的內(nèi)、外濾餅。

使用MS 2000激光粒度分析儀對試驗室所用MMH正電膠鉆井液中的顆粒進行了粒度分析(圖2)。從圖2中可以看出，該鉆井液中固相顆粒粒徑分布范圍較寬,為0.12～200 μm,粒徑中值為6.774 μm。

圖2 MMH正電膠鉆井液粒度分布

壓汞試驗所分析的孔隙結(jié)構(gòu)試驗數(shù)據(jù)中,河159井、牛872井和史108井進行鉆井液動、靜濾失所用樣品的平均孔隙半徑分別為0.889、0.715和0.244 μm,由此可見,所使用的MMH正電膠鉆井液的固相顆粒粒徑在大于1/3孔隙直徑和小于2/3孔隙直徑均有分布,所以能夠形成質(zhì)量較好的內(nèi)、外濾餅,有效阻止固相顆粒及液體的進一步侵入,整段巖心的滲透率大幅度下降,濾失量、損害半徑、表皮系數(shù)也相應(yīng)較小。

3 應(yīng)用效果

現(xiàn)場采用MMH正電膠鉆井液后效果普遍較好。羅35-X4井,預(yù)計日產(chǎn)量為40 t,實際日產(chǎn)量為72 t。C48-1井日產(chǎn)量為18 t,與周圍井產(chǎn)量相比成倍增加。在樁106塊、純梁等地區(qū)使用MMH正電膠鉆井液鉆井,投產(chǎn)產(chǎn)量均比使用普通鉆井液完井鉆井產(chǎn)量高。

4 結(jié)束語

與BPS黑色正電膠鉆井液、聚合醇鉆井液相比,MMH正電膠鉆井液動、靜濾失量小,形成的內(nèi)外濾餅致密,損害半徑和表皮系數(shù)小,是勝利油區(qū)低滲透儲層有效的油層保護鉆井液。MMH正電膠鉆井液在勝利油區(qū)低滲透油藏中應(yīng)用取得了良好效果。

[1] KEELAN D K, KOEPF E H. The role of cores and core analysis in evaluation of formation damage[J].Journal of Petroleum Technology,1977,29(5):482- 490.

[2] OHEN H, CIVAN F. Simulation of formation damage in petroleum reservoirs[J]. SPE Advanced Technology Series,1993,1(1): 27-35.

[3] 符馨月,楊向同,郭平,等.鉆井液對地層傷害的物理模擬評價技術(shù)進展[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,2014,16(4):77-80.

[4] 崔迎春,張琰.低滲氣層損害室內(nèi)評價標準的初步研究[J].石油鉆探技術(shù),2001,29(6):46- 48.

[5] 劉保雙,曹勝利.國外無傷害鉆井液技術(shù)研究進展[J].精細石油化工進展,2004,5(12):29-32.

[責(zé)任編輯] 王艷麗

2015-10-07

王恒陽(1990—),男,山東臨朐人,俄羅斯國立石油天然氣大學(xué)油氣田開發(fā)系博士研究生,主要從事水平井完井研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2015.04.006

TE258

A

1673-5935(2015)04- 0024- 03