李柏鵬，劉 洋，高旺斌，陳 虎，郝小云，寧 梅，呂玉海

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500）

在鉆井、完井、井下作業(yè)及氣井生產(chǎn)全過程中，造成儲層滲透率下降的現(xiàn)象通稱為儲層傷害。儲層傷害的實(shí)質(zhì)是儲層中流體滲流阻力增大，有效滲透率下降。在氣井生產(chǎn)過程中，造成氣層傷害的原因很多，主要的傷害機(jī)理可歸納為：外來流體造成井底污染，水鎖傷害、儲層敏感性傷害、儲層結(jié)垢等類型，靖邊氣田低滲透儲層傷害主要表現(xiàn)為水鎖傷害和儲層敏感性傷害兩種類型[1]。

1 儲層傷害識別方法研究

1.1 井底流壓確定方法

目前獲得井底流壓的途徑主要有下壓力計(jì)實(shí)測法和井口壓力計(jì)算法兩大類。本文通過采用垂直管流-簡化公式法計(jì)算井底流壓[2]。選擇套管作為研究對象。以井口為計(jì)算起點(diǎn)，沿井深向下為正向，與氣體流動方向相反。忽略動能壓力梯度，垂直氣井的壓力梯度方程[1]為：

任意流動狀態(tài)（p，T）下的氣體流速可表示為：

式中：vSC－標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體流速，m/s；V－任意位置處流動狀態(tài)下的氣體流速，m/s；qSC－氣體產(chǎn)氣量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），m3/d。

氣體密度公式：

壓力梯度方程式：

分離變量積分得：

則井底流壓為：

當(dāng)不考慮氣體流動時的摩阻，即f=0，則式（5-6）就變?yōu)橄率剑?/p>

式中：pwf-氣井井底流壓，MPa；pc-套管壓力，MPa；γg-氣體相對密度，無量綱；h-井口到氣層中部深度，m；Z-地層氣體平均偏差系數(shù)，無量綱-地層平均溫度，K。

以G1 井為例，應(yīng)用垂直管流-簡化公式法計(jì)算氣井的井底流壓。計(jì)算結(jié)果（見表1）。

從表1 可以看出：試井中實(shí)際測壓值與簡化公式法得到的井底流壓值的平均絕對誤差為0.32 MPa，為了驗(yàn)證該方法的可靠性，將有試井測壓資料井的井底流壓與利用垂直管流-簡化公式法計(jì)算得到的井底流壓進(jìn)行比較，精度較高。

1.2 地層壓力的確定方法

該方法是建立在生產(chǎn)數(shù)據(jù)中有大量關(guān)井恢復(fù)的井口壓力資料基礎(chǔ)上，在獲得井筒壓力梯度與井口壓力的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式后，便可利用井口壓力折算地層壓力。

長時間關(guān)井之后認(rèn)為整個地層壓力達(dá)到平衡狀態(tài)，即井底壓力與單井控制邊界壓力相同，只需利用井口壓力和井筒壓力梯度計(jì)算井底壓力即可。

井筒壓力梯度與井口壓力存在如下關(guān)系：

則利用井口壓力折算地層壓力公式為：

從井筒壓力梯度與井口壓力關(guān)系曲線擬合出的情況來看，井筒壓力梯度與井口壓力存在如下關(guān)系：

圖1 靖邊氣田氣井井筒壓力梯度與井口壓力關(guān)系曲線

表1 G1 井井底流壓計(jì)算結(jié)果表

通過對靖邊氣田3 口井6 次測壓數(shù)據(jù)應(yīng)用井口壓力折算法進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果（見表2）。

通過對進(jìn)行過地層壓力測試氣井的數(shù)據(jù)分析得到靖邊氣田通過井筒壓力梯度法算出的地層壓力與實(shí)測地層壓力的絕對誤差為0.02 MPa，可以得出井筒壓力梯度法可靠且計(jì)算結(jié)果比較精確。

1.3 儲層污染程度識別

1.3.1 識別方案 在鉆井和完井過程中，產(chǎn)層面受完井液（如泥漿、水泥漿、射孔液和壓井液等）侵入的影響，在井壁附近地層的滲透率受到損害, 形成與原地層特性不同的“表皮區(qū)”，用表皮系數(shù)S 表示。

圖2 井底正負(fù)附加壓降示意圖

如果以井底附近滲透率沒有任何改變時的壓力分布曲線作基線，那么井底受污染相當(dāng)于引起一個正的附加壓降，井底滲透性變好相當(dāng)于引起一個負(fù)的附加壓降。

根據(jù)氣井井口油、套壓，產(chǎn)量等參數(shù)，計(jì)算在目前地層壓力條件下儲層未受傷害時的井底流壓Pwf'（理論計(jì)算），理論計(jì)算的井底流壓Pwf'與實(shí)際井底流壓Pwf進(jìn)行比較，若Pwf（實(shí)際）

1.3.2 儲層模型建立 單相氣體滲流微分方程是在一定條件下，圍繞氣體滲流質(zhì)量守恒方程，聯(lián)系氣體狀態(tài)方程和運(yùn)動方程求解，從而得到單相氣體滲流偏微分方程。為方便推導(dǎo)單相氣體滲流微分方程一般形式，假設(shè)條件為：

（1）氣體為單相滲流，且天然氣的組分不發(fā)生變化；（2）滲流過程符合高速非達(dá)西滲流定律，并忽略重力影響；（3）巖石孔隙介質(zhì)為均質(zhì)；（4）等溫滲流過程。

氣體在裂縫中的流動屬于徑向流動，不但遵循穩(wěn)定流動的假設(shè)條件，而且服從有限導(dǎo)流壓裂裂縫井假設(shè)條件。壓裂裂縫井假設(shè)條件為：

（1）上下為不滲透邊界、水平無限大的均質(zhì)地層被壓開一條垂直裂縫；（2）裂縫滲透率為Kf，且Kf＞＞K，沿裂縫存在壓降；（3）忽略毛細(xì)管力和重力的影響，忽略氣體的垂向流動。

氣體在滲流過程中，由于壓力不斷變化，因此，氣體的體積在不斷變化，而且，氣體的粘度小，在氣藏中滲流速度比較大，會破壞達(dá)西定律，通常氣體滲流應(yīng)用下列二項(xiàng)式阻力定律如（11）式所示。

在地層任一截面處的氣體滲流速度可表示為：

由于氣體滲流流入井底越近井軸滲流速度越高，故高速非達(dá)西流動產(chǎn)生的附加壓降也主要發(fā)生在井壁附近，采用類似處理表皮效應(yīng)的思路，引入一個與流量相關(guān)的表皮系數(shù)DqSC來描述它，其中D 為慣性系數(shù)或紊流系數(shù)，其常用關(guān)系如下：

將天然氣體積系數(shù)公式代入（9）式中得出：

表2 部分氣井井筒壓力梯度計(jì)算結(jié)果與實(shí)測地層壓力結(jié)果對比表

簡化得：

其中：

式（15）右邊第一項(xiàng)表示消耗于粘滯性引起的壓力損失，第二項(xiàng)表示慣性力引起的壓力損失，這兩項(xiàng)損失之和構(gòu)成氣體流入井的總壓降。

在對儲層污染程度預(yù)測過程中，由于實(shí)際儲層滲透率未知，難以用表皮系數(shù)來衡量儲層污染程度，所以引入傷害比和附加壓降的概念來評價儲層污染程度。

傷害比的定義為：

附加壓降是表皮效應(yīng)壓降的另一種稱呼，定義為:

表3 儲層損害程度評定方法的評定指標(biāo)

2 儲層傷害改善技術(shù)機(jī)理及應(yīng)用

2.1 儲層傷害改善原理

通過國內(nèi)外調(diào)研，目前儲層傷害改善的主要方法為向地層加入滲透率改造劑，其注入地層后進(jìn)入巖石孔道和縫隙，在高溫下產(chǎn)生的蒸汽蒸發(fā)毛細(xì)管中的液體和巖石表面吸附成膜，以降低表面張力和毛細(xì)管力，改進(jìn)近井地帶儲層條件。

2.2 滲透率改造劑

滲透率改造劑主要結(jié)合地層溫度、地層水配伍性、滲透性能、腐蝕性能等進(jìn)行配置。

表4 地層滲透率改造劑理化性質(zhì)

2.3 解堵工藝

根據(jù)儲層傷害程度的計(jì)算，當(dāng)儲層發(fā)生傷害時，采用向地層添加滲透率改造劑，藥劑在氣液置換作用下進(jìn)入地層，在巖石表面產(chǎn)生吸附，潤濕角提高，液體通過阻力降低，同時排出微孔隙中的水分，增加地層氣液通過面積，從而提高氣液產(chǎn)量和采收率。滲透率改造劑僅能進(jìn)行近井地帶的改善作業(yè)，而其與傷害物的反應(yīng)也劇烈，所需時間較短，考慮其滲透性和可能帶來的傷害，可將時間定在10 h，藥劑量根據(jù)近井底地帶3 m 范圍內(nèi)地層孔隙率進(jìn)行選取，通常用量小于2 t[3]。

圖3 氣井儲層改善示意圖

3 效果評價

G4 井2014 年12 月之前油套壓差2.2 MPa，日均產(chǎn)氣1.0×104m3，不產(chǎn)水，生產(chǎn)動態(tài)反應(yīng)出井筒傷害輕微，儲層存在水鎖使得地層水難以帶出。2014 年12 月5 日-12 月20 日對該井進(jìn)行儲層解堵，措施后氣井產(chǎn)能恢復(fù)明顯，日均增產(chǎn)氣量3.0×104m3，日均產(chǎn)水0.8 m3，生產(chǎn)穩(wěn)定（見表5，圖4）。

圖4 G4 井儲層改善前后生產(chǎn)情況對比圖

表5 G4 井儲層傷害程度計(jì)算結(jié)果

靖邊氣田歷年共完成8 口氣井近井地帶儲層解堵作業(yè)，結(jié)果表明該工藝措施對于產(chǎn)能較高氣井增產(chǎn)效果明顯，對部分產(chǎn)能較低氣井?dāng)y液能力明顯提升，累計(jì)增產(chǎn)氣量0.8×108m3，措施效果顯著。

4 結(jié)論

（1）靖邊氣田儲層傷害主要表現(xiàn)為井底積液引起水鎖傷害、凝析水聚集產(chǎn)生水敏傷害以及近井地帶結(jié)垢造成的儲層堵塞。

（2）利用基本的假設(shè)條件，建立了儲層傷害預(yù)測模型。通過驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際試井結(jié)果相一致。利用傷害比和附加壓力降結(jié)合的方法預(yù)測近井地帶儲層污染程度具有一定的可行性。

（3）根據(jù)儲層污染程度的計(jì)算，對氣井近井地帶儲層進(jìn)行滲透率改造劑解除水鎖和水敏后氣井儲層改善效果明顯，氣井產(chǎn)能得到很好的發(fā)揮，考慮滲透率改造劑可能對儲層造成二次傷害，可將作業(yè)時間定在10 h，藥劑量根據(jù)近井底地帶3 m 范圍內(nèi)地層孔隙率進(jìn)行選取，用量選取在2 t 左右。

［1］ 張紹槐，等.儲層傷害的機(jī)理研究［J］.石油學(xué)報(bào)，1994，15（4）：58-65.

［2］ 張琰.儲層傷害室內(nèi)評價方法的研究［J］.地球科學(xué)－中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，24（2）：211-214.

［3］ 黃倩，等.解除鉆井液對儲層污染的研究［J］.石油化工應(yīng)用，2014，33（6）：1-4.