張杜杰，金軍斌，康毅力

（1.中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101；2.頁(yè)巖油氣富集機(jī)理與有效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；3.西南石油大學(xué)油氣地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610500）

埋深超過(guò)4 500 m 的深層油氣資源豐富，是石油工業(yè)最重要的發(fā)展領(lǐng)域之一。目前，全球已開(kāi)發(fā)了1 000 多個(gè)目的層埋深為4 500～8 103 m 的油氣田，可采資源量大［1-2］。中國(guó)塔里木盆地和四川盆地均在深層、超深層超致密砂巖儲(chǔ)層發(fā)現(xiàn)了巨大的油氣資源，勘探前景十分廣闊［3-4］。致密砂巖儲(chǔ)層基塊致密、天然裂縫發(fā)育、孔喉細(xì)小、黏土礦物豐富、局部超低含水飽和度現(xiàn)象突出，液相圈閉損害是致密油氣藏重要的儲(chǔ)層損害類型。液相圈閉損害是指鉆完井及開(kāi)采過(guò)程中，水基或油基工作液（潤(rùn)濕相）侵入存在超低含水飽和度的致密儲(chǔ)層中，并在儲(chǔ)層內(nèi)形成暫時(shí)或永久液相滯留，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)出相相對(duì)滲透率降低的現(xiàn)象［5-8］。大量的實(shí)驗(yàn)和分析結(jié)果表明，孔隙類型、尺寸、形狀、分形維數(shù)和迂曲度都將改變巖石毛管壓力，從而影響潤(rùn)濕相的侵入及返排過(guò)程［9-10］。此外，巖石礦物類型和產(chǎn)狀、黏土礦物特征、微裂縫發(fā)育程度、初始含水飽和度、相滲曲線、侵入相流體特性、侵入深度、儲(chǔ)層溫度和壓力以及儲(chǔ)層所能達(dá)到的最大排采壓差等也都是液相圈閉損害的影響因素［11-15］。超致密砂巖氣藏儲(chǔ)層通常具有納微米孔喉發(fā)育、巖石中間潤(rùn)濕、天然裂縫發(fā)育、所用工作液類型復(fù)雜的特點(diǎn)［16］。塔里木盆地超致密砂巖氣藏儲(chǔ)層埋深為6 000～8 000 m，基塊超致密，天然裂縫發(fā)育，鉆完井過(guò)程中所用工作液類型復(fù)雜，常用的工作液包括油基鉆開(kāi)液、有機(jī)鹽鉆開(kāi)液和有機(jī)鹽完井液等［17］。由于氣藏處于開(kāi)發(fā)初期，氣井投產(chǎn)前通常需要進(jìn)行中途測(cè)試及完井測(cè)試，工程作業(yè)流程復(fù)雜［18-19］。多種工作液類型和施工作業(yè)流程以及特殊的儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征，導(dǎo)致該類儲(chǔ)層液相圈閉作用可能與常規(guī)致密砂巖氣藏存在差異。為此，以塔里木盆地超致密砂巖氣藏為研究對(duì)象，分別針對(duì)基塊和裂縫開(kāi)展油基鉆開(kāi)液濾液—有機(jī)鹽完井液和有機(jī)鹽鉆開(kāi)液濾液—有機(jī)鹽完井液順序接觸綜合液相圈閉損害實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，探討超致密砂巖氣藏液相圈閉作用的損益雙重效應(yīng)，揭示其作用機(jī)理，以期為超致密砂巖氣藏工作液優(yōu)選提供依據(jù)和借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)樣品及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品及流體

實(shí)驗(yàn)樣品取自塔里木盆地某超致密砂巖氣藏。研究區(qū)氣藏儲(chǔ)層巖石以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，儲(chǔ)層溫度為140～160 ℃，室內(nèi)測(cè)試儲(chǔ)層平均孔隙度為3.11%，平均滲透率為0.014 mD，測(cè)井顯示初始含水飽和度僅約為20%，超低含水飽和度現(xiàn)象突出。所用基塊及裂縫樣品均為井下巖樣，其中裂縫樣品為基塊樣品基于巴西劈裂原理人工造縫制得，巖樣物性基本參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 液相圈閉損害評(píng)價(jià)超致密砂巖氣藏巖樣基本物性Table1 Basic physical properties of ultra-tight sandstone reservoir samples for evaluation of liquid trapping damage

實(shí)驗(yàn)用油基鉆開(kāi)液、有機(jī)鹽鉆開(kāi)液及有機(jī)鹽完井液均取自研究區(qū)儲(chǔ)層段現(xiàn)場(chǎng)用鉆井液，其中油基鉆開(kāi)液基油為0#柴油，有機(jī)鹽鉆開(kāi)液基液為高密度復(fù)合有機(jī)鹽溶液。有機(jī)鹽完井液為礦場(chǎng)用甲酸鹽溶液，成份包括甲酸鈉、甲酸鉀和甲酸銫。油基鉆開(kāi)液、有機(jī)鹽鉆開(kāi)液基本性能見(jiàn)表2。油基鉆開(kāi)液和有機(jī)鹽鉆開(kāi)液濾液通過(guò)API失水儀獲得。實(shí)驗(yàn)用地層水根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)獲得的地層水樣品元素分析結(jié)果配制，由質(zhì)量濃度為563.24 mg/L 的NaHCO3，649.22 mg/L 的Na2SO4，185 905.74 mg/L 的NaCl，12 441.50 mg/L 的KCl，3 524.50 mg/L 的MgCl2和6 153.32 mg/L的CaCl2配制而成。

表2 油基和有機(jī)鹽鉆開(kāi)液性能參數(shù)Table2 Parameters of oil-based and organic salt drill-in fluids

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

基于研究區(qū)超致密砂巖氣藏氣井實(shí)際鉆完井過(guò)程，通過(guò)開(kāi)展鉆開(kāi)液濾液自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)—?dú)怛?qū)返排實(shí)驗(yàn)—完井液自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)—?dú)怛?qū)返排實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究區(qū)超致密砂巖氣藏鉆井—中途測(cè)試—壓井作業(yè)—完井測(cè)試等4 個(gè)階段實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)，建立考慮工作液順序接觸誘發(fā)超致密砂巖氣藏綜合液相圈閉損害實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法。實(shí)驗(yàn)步驟包括：①巖樣干燥并確定樣品在3 MPa 下的氣測(cè)孔隙度和滲透率，密封冷卻后采用自吸法建立初始含水飽和度。②將建立好初始含水飽和度的巖樣密閉后置于陰涼處保存24 h，確保所建立初始含水飽和度在巖心內(nèi)分布均勻，將處理后的巖樣裝入夾持器中測(cè)定基準(zhǔn)滲透率。③鉆開(kāi)液濾液自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)。首先準(zhǔn)備油基鉆開(kāi)液和有機(jī)鹽鉆開(kāi)液濾液，固定好自吸實(shí)驗(yàn)裝置，再將巖樣懸掛于天平下，記錄巖樣自吸前質(zhì)量，調(diào)節(jié)底座盤高度，向盤中加入鉆開(kāi)液濾液使巖樣浸泡于濾液中，同時(shí)采集巖樣質(zhì)量變化數(shù)據(jù)。滲吸約16 h 后結(jié)束實(shí)驗(yàn)，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。④第一次氣驅(qū)返排實(shí)驗(yàn)。將巖樣置于氣驅(qū)返排裝置（圖1）中，在圍壓為7 MPa、壓力梯度為0.3 MPa/cm 和回壓為1 MPa 的條件下，采用高純氮?dú)忾_(kāi)展氣驅(qū)返排實(shí)驗(yàn)，記錄返排時(shí)間分別為0，10，20，30，60，80，100 min及2，3，4，5，6 和7 h 對(duì)應(yīng)的巖樣滲透率及質(zhì)量。⑤有機(jī)鹽完井液自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟與步驟③基本一致，只需將鉆開(kāi)液濾液更換為完井液。⑥第二次氣驅(qū)返排實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟與步驟④一致，記錄好不同驅(qū)替時(shí)間下的巖樣滲透率及質(zhì)量。⑦整理實(shí)驗(yàn)儀器，處理廢液，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖1 綜合液相圈閉損害滲透率評(píng)價(jià)氣驅(qū)返排裝置Fig.1 Gas flooding flowback device for permeability evaluation of comprehensive liquid trapping damage

綜合液相圈閉損害評(píng)價(jià)法獲得的液相圈閉損害程度通過(guò)巖樣的液相圈閉滲透率損害率［20］進(jìn)行評(píng)價(jià)，其值范圍為［0，5%］，（5%，30%］，（30%，50%］，（50%，70%］，（70%，100%］，損害程度分別為無(wú)、弱、中偏弱、中偏強(qiáng)和強(qiáng)。綜合液相圈閉損害評(píng)價(jià)法充分考慮了鉆開(kāi)液與完井液等工作液協(xié)同作用對(duì)超致密砂巖氣藏綜合液相圈閉損害的影響，能夠更真實(shí)模擬實(shí)際鉆完井開(kāi)發(fā)過(guò)程，有利于深入探究不同體系鉆開(kāi)液對(duì)后續(xù)水基完井液等工作液誘發(fā)超致密砂巖氣藏液相圈閉損害的影響，有助于深刻揭示鉆完井過(guò)程超致密砂巖氣藏儲(chǔ)層損害機(jī)理。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 油基鉆開(kāi)液濾液損益雙重效應(yīng)

由表3 可知，超致密砂巖氣藏基塊巖樣油基鉆開(kāi)液濾液液相圈閉滲透率損害率為62.92%，損害程度中偏強(qiáng)，后續(xù)有機(jī)鹽完井液誘發(fā)的綜合液相圈閉滲透率損害率為86.00%，損害程度為強(qiáng)；有機(jī)鹽鉆開(kāi)液濾液誘發(fā)的液相圈閉滲透率損害率為75.84%，損害程度為強(qiáng)，后續(xù)有機(jī)鹽完井液誘發(fā)的綜合液相圈閉滲透率損害率為98.37%，損害程度為強(qiáng)。超致密砂巖氣藏裂縫巖樣油基鉆開(kāi)液濾液液相圈閉滲透率損害率為99.02%，損害程度為強(qiáng)，后續(xù)有機(jī)鹽完井液誘發(fā)的綜合液相圈閉滲透率損害率為99.95%，損害程度為強(qiáng)；有機(jī)鹽鉆開(kāi)液濾液誘發(fā)的液相圈閉滲透率損害率為50.61%，損害程度為中偏強(qiáng)，后續(xù)有機(jī)鹽完井液誘發(fā)的綜合液相圈閉滲透率損害率為63.45%，損害程度為中偏強(qiáng)。油基鉆開(kāi)液和有機(jī)鹽鉆開(kāi)液濾液對(duì)超致密砂巖氣藏基塊和裂縫造成的綜合液相圈閉損害程度表現(xiàn)出相反的兩種情況：水基鉆開(kāi)液和油基鉆開(kāi)液濾液與后續(xù)水基工作液順序接觸均將加劇液相圈閉損害程度，但油基鉆開(kāi)液濾液能夠起到抑制工作液順序接觸誘發(fā)的綜合液相圈閉損害的作用，而對(duì)裂縫巖樣綜合液相圈閉損害卻有加劇的趨勢(shì)。由此可知，鉆開(kāi)超致密砂巖氣藏儲(chǔ)層過(guò)程中，油基鉆開(kāi)液濾液對(duì)儲(chǔ)層造成明顯的損益雙重效應(yīng)：有益于基塊的液相圈閉損害保護(hù)效果，但有損于裂縫的液相圈閉損害保護(hù)效果。

表3 超致密砂巖順序接觸液相圈閉損害實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table3 Experimental results of liquid trapping damage of ultra-tight sandstone induced by sequential contact of working fluids

圖2 超致密砂巖氣藏基塊巖樣工作液順序接觸液相圈閉損害實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Experimental results of liquid trapping damage of ultratight sandstone reservoir matrix samples induced by sequential contact of working fluids

為了進(jìn)一步分析油基鉆開(kāi)液濾液對(duì)超致密砂巖氣藏的損益雙重效應(yīng)，分析了基塊和裂縫巖樣工作液順序接觸液相圈閉損害實(shí)驗(yàn)的自吸及氣驅(qū)返排曲線。由圖2可知，基塊巖樣UTS3-4油基鉆開(kāi)液濾液進(jìn)液過(guò)程緩慢，但呈持續(xù)進(jìn)液的趨勢(shì)。自吸結(jié)束時(shí)液相飽和度為47.35%，氣驅(qū)返排后液相飽和度降低為44.64%；后續(xù)有機(jī)鹽完井液自吸進(jìn)液主要發(fā)生在自吸實(shí)驗(yàn)的前2 h 內(nèi)，自吸完成后液相飽和度升高至59.29%，氣驅(qū)返排后液相飽和度降低為58.85%。基塊巖樣UTS3-8 有機(jī)鹽鉆開(kāi)液濾液自吸過(guò)程中前2 h 內(nèi)進(jìn)液量大，后續(xù)時(shí)間進(jìn)液量較少，自吸完成后液相飽和度為72.78%，氣驅(qū)返排后液相飽和度降低為68.78%；后續(xù)有機(jī)鹽完井液自吸進(jìn)液主要發(fā)生在自吸實(shí)驗(yàn)的前4 h 內(nèi)，自吸完成后液相飽和度上升為92.88%，氣驅(qū)返排后液相飽和度降低為88.78%。綜上可知，超致密砂巖氣藏基塊巖樣第一次自吸過(guò)程中油基鉆開(kāi)液濾液比有機(jī)鹽鉆開(kāi)液濾液造成的液相飽和度低，而經(jīng)歷氣驅(qū)返排后油基鉆開(kāi)液濾液—有機(jī)鹽完井液造成的最終液相飽和度（58.85%），遠(yuǎn)低于有機(jī)鹽鉆開(kāi)液濾液—有機(jī)鹽完井液誘發(fā)的超致密砂巖氣藏巖樣最終液相飽和度（92.88%）。由此分析認(rèn)為，影響超致密砂巖氣藏基塊最終液相飽和度的主要因素是油基鉆開(kāi)液濾液有效降低了有機(jī)鹽完井液自吸過(guò)程中的自吸量，從而大幅度降低了巖樣的最終液相飽和度。

由圖3可以看出：裂縫巖樣UTS5-4-F油基鉆開(kāi)液濾液自吸過(guò)程中前4 h 內(nèi)進(jìn)液量大，后續(xù)進(jìn)液量較少，自吸完成時(shí)液相飽和度為66.43%，氣驅(qū)返排后液相飽和度降低為39.23%；后續(xù)有機(jī)鹽完井液自吸過(guò)程持續(xù)進(jìn)液，但進(jìn)液量較小，液相飽和度最終僅為60.82%，氣驅(qū)返排后0.5 h 內(nèi)液相飽和度基本穩(wěn)定，最終液相飽和度為54.81%。UTS6-1-F 裂縫巖樣有機(jī)鹽鉆開(kāi)液濾液自吸過(guò)程中前2 h 內(nèi)進(jìn)液量大，后續(xù)依然持續(xù)進(jìn)液，自吸完成后液相飽和度為78.24%，氣驅(qū)返排后液相飽和度降低為40.82%；后續(xù)有機(jī)鹽完井液自吸進(jìn)液主要發(fā)生在自吸實(shí)驗(yàn)的前1 h 內(nèi)，自吸完成后液相飽和度上升為68.49%，氣驅(qū)返排過(guò)程中液相飽和度持續(xù)降低，最終液相飽和度僅為23.50%。對(duì)比分析認(rèn)為，超致密砂巖氣藏裂縫巖樣最終液相飽和度與油基鉆開(kāi)液濾液自吸量的關(guān)系不明顯，僅與最后一次氣驅(qū)返排過(guò)程關(guān)系密切。

圖3 超致密砂巖氣藏裂縫巖樣工作液順序接觸液相圈閉損害實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Experimental results of liquid trapping damage of ultratight sandstone reservoir fractured samples induced by sequential contact of working fluids

圖4 超致密砂巖氣藏基塊和裂縫巖樣最終液相飽和度與液相圈閉滲透率損害率的關(guān)系Fig.4 Final liquid saturation-PDR diagram of ultra-tight sandstone reservoir matrix and fractured samples

由圖4 可知，超致密砂巖氣藏基塊及裂縫巖樣的液相圈閉滲透率損害率與巖樣的最終液相飽和度呈顯著正相關(guān)線性關(guān)系。因此，揭示油基鉆開(kāi)液濾液對(duì)超致密砂巖氣藏基塊及裂縫的損益雙重效應(yīng)需要從油基鉆開(kāi)液濾液影響基塊和裂縫巖樣的最終液相飽和度進(jìn)行分析，即需要從油基鉆開(kāi)液濾液液滴（油滴）抑制基塊后續(xù)水基工作液侵入機(jī)理和油滴抑制裂縫有機(jī)鹽完井液氣驅(qū)返排機(jī)理兩個(gè)方面進(jìn)行討論。

2.2 油滴抑制基塊后續(xù)水基工作液侵入機(jī)理

根據(jù)油基鉆開(kāi)液濾液抑制工作液順序接觸液相圈閉損害模式分析可知，滯留在超致密砂巖中的油滴對(duì)后續(xù)水基工作液侵入過(guò)程的抑制作用是實(shí)現(xiàn)油基鉆開(kāi)液濾液抑制工作液順序接觸液相圈閉損害的最關(guān)鍵因素。實(shí)現(xiàn)油滴抑制后續(xù)水基工作液的侵入，油滴必須能夠保證侵入儲(chǔ)層深度較淺，同時(shí)能夠阻礙后續(xù)水基工作液的侵入。為此，基于研究區(qū)超致密砂巖氣藏儲(chǔ)層地質(zhì)特征，對(duì)儲(chǔ)層黏土礦物類型與產(chǎn)狀、喉道尺寸和水膜厚度等多種因素進(jìn)行分析。

2.2.1 黏土礦物類型與產(chǎn)狀

由X 射線衍射分析結(jié)果可知，研究區(qū)超致密砂巖中高嶺石、伊/蒙混層、伊利石和綠泥石等礦物豐富，平均含量依次為6.13%，58.24%，10.99% 和24.64%。綠泥石為親油性礦物，將巖石表面局部潤(rùn)濕性由水濕改變?yōu)橛蜐瘢?1］。掃描電鏡結(jié)果顯示，網(wǎng)狀的伊/蒙混層以及伊利石在滲流通道的關(guān)鍵位置發(fā)育，將儲(chǔ)層滲流通道進(jìn)一步切割，形成大量黏土礦物晶間孔（圖5）［22］。油基鉆開(kāi)液濾液侵入過(guò)程中，儲(chǔ)層巖石的局部油濕以及網(wǎng)狀的水濕性伊利石和伊/蒙混層形成的黏土礦物晶間孔，阻礙了油基鉆開(kāi)液濾液侵入儲(chǔ)層深部。氣驅(qū)返排過(guò)程中，儲(chǔ)層巖石的局部油濕以及黏土礦物晶間孔將增大油滴的捕獲概率，從而導(dǎo)致部分油滴滯留于儲(chǔ)層內(nèi)。后續(xù)水基工作液滲吸進(jìn)入儲(chǔ)層過(guò)程中，被捕獲的油滴起到了抑制水基工作液侵入儲(chǔ)層的效果。

圖5 超致密砂巖黏土礦物及其晶間孔Fig.5 Intercrystalline pores of clay mineral in ultra-tight sandstone sample

2.2.2 儲(chǔ)層喉道尺寸和水膜厚度

高壓壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，研究區(qū)超致密砂巖對(duì)滲透率貢獻(xiàn)最大的喉道平均半徑為0.21 μm，為典型的納微米喉道。結(jié)合鑄體薄片分析結(jié)果認(rèn)為，孔隙之間主要通過(guò)片狀喉道相互連通。侵入巖石的油基鉆開(kāi)液濾液在氣驅(qū)返排過(guò)程中，部分油滴滯留于孔隙中，因此油滴直徑應(yīng)該大于喉道直徑而略小于孔隙直徑。后續(xù)水基工作液侵入過(guò)程中，滯留的油滴在表面張力作用下滯留于孔隙和喉道的連通處，增大后續(xù)水基工作液侵入儲(chǔ)層的阻力，從而控制水基工作液的侵入深度，其液阻作用機(jī)理如圖6所示。

當(dāng)油滴欲通過(guò)喉道時(shí)，其界面發(fā)生形變，液相阻力增加，液相阻力計(jì)算式為：

根據(jù)地層實(shí)際情況，設(shè)定模型中γ為28 mN/m，喉道半徑為0.21 μm，油滴長(zhǎng)度為喉道半徑的100倍，即為21 μm。油滴欲通過(guò)喉道處的毛管壓力梯度計(jì)算式［23］為：

由（2）式計(jì)算可得，油滴在超致密砂巖氣藏喉道處的毛管壓力梯度為1.27×104MPa/m。超致密砂巖氣藏喉道表面通常附有水膜，水膜厚度為12～200 nm［22］。當(dāng)水膜厚度為50 μm 時(shí)，油滴在喉道處毛管壓力梯度為7.35×104MPa/m。因此，考慮水膜作用的油滴對(duì)后續(xù)水基工作液侵入儲(chǔ)層的抑制作用更強(qiáng)。在正常作業(yè)過(guò)程中，工作液正壓差造成的儲(chǔ)層內(nèi)流體壓力梯度遠(yuǎn)小于計(jì)算得到的油滴毛管壓力梯度，從而導(dǎo)致后續(xù)水基工作液無(wú)法為油滴提供足夠的動(dòng)力促使其發(fā)生形變通過(guò)喉道。因此認(rèn)為，油滴能夠抑制后續(xù)水基工作液的侵入，且儲(chǔ)層喉道直徑越小、水膜厚度越大，則油滴的抑制作用越明顯。

研究區(qū)超致密砂巖氣藏儲(chǔ)層在高構(gòu)造應(yīng)力和強(qiáng)壓實(shí)作用下，喉道直徑較常規(guī)致密儲(chǔ)層更小?？紤]原地應(yīng)力條件下超致密砂巖氣藏滲透率僅為實(shí)驗(yàn)室測(cè)得滲透率的1/15，根據(jù)Carman-Kozeny 方程可知，地層原始溫度和壓力下超致密砂巖氣藏儲(chǔ)層喉道半徑平均約為0.085 μm。同時(shí)，水膜厚度隨所處溫度的升高而增大，超致密砂巖氣藏儲(chǔ)層較高的地層溫度將導(dǎo)致水膜厚度增大，從而進(jìn)一步強(qiáng)化油滴抑制后續(xù)水基工作液侵入儲(chǔ)層的效果。此外，當(dāng)水基工作液在正壓差作用下侵入儲(chǔ)層從而迫使油滴發(fā)生形變時(shí)，油滴誘發(fā)的液相阻力將會(huì)迅速增大，從而抑制水基工作液侵入儲(chǔ)層。綜上認(rèn)為，超致密砂巖氣藏儲(chǔ)層的納微米喉道和高溫導(dǎo)致的厚水膜是助力油基鉆開(kāi)液濾液抑制后續(xù)水基工作液侵入的重要因素。

圖6 超致密砂巖氣藏后續(xù)水基工作液侵入的液阻效應(yīng)作用機(jī)理Fig.6 Action mechanism diagram of hydraulic resistance of subsequent water-based working fluid invading into ultra-tight sandstone reservoir

2.3 油滴抑制裂縫有機(jī)鹽完井液氣驅(qū)返排機(jī)理

油基鉆開(kāi)液濾液殘留在裂縫中的油滴對(duì)有機(jī)鹽完井液自吸后的氣驅(qū)返排過(guò)程具有一定的抑制作用，其抑制機(jī)理主要包括兩點(diǎn)：①油基鉆開(kāi)液濾液處理后的裂縫巖樣在油基鉆開(kāi)液濾液自吸—?dú)怛?qū)返排后裂縫內(nèi)存在殘余的油滴。由于裂縫面的滲流空間相對(duì)較大，有機(jī)鹽完井液自吸速率較慢，殘余的油滴對(duì)有機(jī)鹽完井液的自吸過(guò)程影響較小。但在有機(jī)鹽完井液的氣驅(qū)返排過(guò)程中，油氣水三相在高速氣體滲流作用下，油滴將占據(jù)裂縫內(nèi)較窄的滲流通道，從而阻礙侵入有機(jī)鹽完井液的氣驅(qū)返排過(guò)程，起到抑制有機(jī)鹽完井液氣驅(qū)返排的作用。②由于有機(jī)鹽完井液氣驅(qū)返排過(guò)程中氣體的流速較快，在油滴的阻礙作用下，相同驅(qū)替壓差條件下油基鉆開(kāi)液濾液處理過(guò)的巖樣裂縫內(nèi)氣體流速更慢，從而顯著降低殘留有機(jī)鹽完井液的蒸發(fā)作用，這也是氣驅(qū)返排開(kāi)始后裂縫巖樣液相飽和度迅速維持基本穩(wěn)定的原因。最終，導(dǎo)致油基鉆開(kāi)液濾液處理后的裂縫巖樣氣驅(qū)返排后最終的液相飽和度偏高。

2.4 礦場(chǎng)應(yīng)用意義

鉆開(kāi)超致密砂巖氣藏儲(chǔ)層過(guò)程中，油基鉆開(kāi)液濾液對(duì)儲(chǔ)層造成明顯的損益雙重效應(yīng)：有益于基塊的液相圈閉損害保護(hù)效果，但有損于儲(chǔ)層裂縫的液相圈閉損害保護(hù)效果。因此，超致密砂巖氣藏如果使用油基鉆開(kāi)液，若無(wú)漏失發(fā)生，油基鉆開(kāi)液有良好的液相圈閉損害保護(hù)效果；若有漏失發(fā)生，油基鉆開(kāi)液有助于降低基塊液相圈閉損害風(fēng)險(xiǎn)，但可能加劇裂縫的液相圈閉損害程度。結(jié)合目前的開(kāi)采實(shí)際，超致密砂巖氣藏投產(chǎn)前基本均需進(jìn)行水力壓裂施工作業(yè)［24］。水力壓裂作業(yè)后將形成大量滲流能力遠(yuǎn)高于天然裂縫的人工裂縫，基塊的液相圈閉損害程度成為阻礙氣井穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。考慮油基鉆開(kāi)液在抑制超致密砂巖氣藏基塊綜合液相圈閉損害有顯著優(yōu)勢(shì)，認(rèn)為超致密砂巖氣藏鉆開(kāi)液優(yōu)選時(shí)油基鉆開(kāi)液是較為理想的鉆開(kāi)液體系類型。

3 結(jié)論

為了模擬塔里木盆地超致密砂巖氣藏鉆井—中途測(cè)試—壓井作業(yè)—完井測(cè)試4 個(gè)階段，通過(guò)綜合鉆開(kāi)液濾液自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)—?dú)怛?qū)返排實(shí)驗(yàn)—完井液自發(fā)滲吸實(shí)驗(yàn)—?dú)怛?qū)返排實(shí)驗(yàn)等4 種實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建了超致密砂巖氣藏鉆開(kāi)液濾液—有機(jī)鹽完井液順序接觸誘發(fā)超致密砂巖氣藏綜合液相圈閉損害實(shí)驗(yàn)方法。

綜合液相圈閉損害實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：基塊巖樣油基鉆開(kāi)液濾液和有機(jī)鹽鉆開(kāi)液濾液分別與有機(jī)鹽完井液順序接觸后綜合液相圈閉滲透率損害率分別為86.00%和98.37%；裂縫巖樣順序接觸后綜合液相圈閉滲透率損害率分別為99.95% 和63.45%。油基鉆開(kāi)液濾液對(duì)儲(chǔ)層造成明顯的損益雙重效應(yīng)：即有益于基塊的液相圈閉損害保護(hù)效果，但有損于裂縫的液相圈閉損害保護(hù)效果。

超致密砂巖氣藏特殊的黏土礦物類型、產(chǎn)狀以及狹小喉道尺寸導(dǎo)致油基鉆開(kāi)液濾液能夠抑制基塊后續(xù)水基工作液的侵入；裂縫內(nèi)殘留的油基鉆開(kāi)液濾液油滴在有機(jī)鹽完井液自吸后氣驅(qū)返排過(guò)程中阻礙有機(jī)鹽完井液的返排及蒸發(fā)是油基鉆開(kāi)液濾液對(duì)超致密砂巖氣藏基塊及裂縫綜合液相圈閉損害損益雙重效應(yīng)的機(jī)理。

符號(hào)解釋

L——油滴長(zhǎng)度，μm；

p——液相阻力，MPa；

p1——前彎液面附加壓力，MPa；

p2——后彎液面附加壓力，MPa；

pc——毛管壓力，MPa；

R1——前彎液面曲率半徑，μm；

R2——后彎液面曲率半徑，μm；

γ——油水界面張力，N/m。