郝烴

[1. 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京100015；2. 中海石油(中國(guó))有限公司非常規(guī)油氣分公司，北京 100015]

我國(guó)的致密砂巖氣儲(chǔ)量十分豐富，占天然氣可采資源量的比例較大，具有良好的勘探開發(fā)前景[1-4]。致密砂巖氣藏的基質(zhì)滲透率較小、孔隙度低、非均質(zhì)性嚴(yán)重，并且普遍具有較高的毛細(xì)管力和較低的含水飽和度等特點(diǎn)，在鉆井過程中極易造成嚴(yán)重的儲(chǔ)層損害現(xiàn)象，因此，需要對(duì)此類儲(chǔ)層進(jìn)行損害因素分析，并提出合適的儲(chǔ)層保護(hù)措施，以最大限度的降低儲(chǔ)層損害，確保致密砂巖氣藏的高效合理開發(fā)[5-11]。

以四川盆地西部某致密砂巖氣藏儲(chǔ)層段為研究對(duì)象，在分析儲(chǔ)層基本特征的基礎(chǔ)上，開展了儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)、水鎖傷害評(píng)價(jià)以及固相顆粒堵塞評(píng)價(jià)試驗(yàn)，分析儲(chǔ)層損害的主要因素，并通過抑制劑和防水鎖劑的優(yōu)選評(píng)價(jià)試驗(yàn)，開發(fā)了一種適合致密砂巖氣藏的儲(chǔ)層保護(hù)低傷害鉆井液體系，對(duì)其綜合性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，該鉆井液體系具有良好的流變性、較低的濾失量以及良好的儲(chǔ)層保護(hù)性能，能夠滿足致密砂巖氣藏鉆井作業(yè)的需求。

1 致密砂巖氣藏儲(chǔ)層基本特征

四川盆地西部某致密砂巖氣藏儲(chǔ)層段巖石以石英砂巖、巖屑砂巖以及長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，3 種砂巖類型占全部巖石含量(w)的90%以上，其中碎屑以石英為主，巖屑和長(zhǎng)石次之。膠結(jié)物含(w)5%～8%的白云石，硅質(zhì)含量較少，膠結(jié)類型以孔隙-壓結(jié)為主。儲(chǔ)層黏土礦物含量(w)較高，在12%以上，主要以伊利石和伊蒙混層等敏感性礦物為主。儲(chǔ)層孔隙度為1.5%～10.6%，平均為5.2%，儲(chǔ)層滲透率為(0.01～5.93)×10-3μm2，平 均 為0.31×10-3μm2，非均質(zhì)性比較嚴(yán)重，儲(chǔ)層物性較差。儲(chǔ)層溫度為119.5～132.6 ℃，地溫梯度為2.31～2.54 ℃/100 m。地層壓力分布為71.6～85.4 MPa，地層壓力系數(shù)為1.98～2.14。地層水總礦化度為115 200 mg/L，水型為CaCl2型。

2 致密砂巖氣藏儲(chǔ)層損害因素

2.1 儲(chǔ)層敏感性

室內(nèi)參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5358—2010《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》，對(duì)四川盆地西部某致密砂巖氣藏儲(chǔ)層段巖心進(jìn)行了敏感性評(píng)價(jià)試驗(yàn)，主要考察了水敏、速敏、酸敏、堿敏以及應(yīng)力敏感性，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 致密砂巖氣藏儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

由表1 可見：四川盆地西部某致密砂巖氣藏儲(chǔ)層段水敏損害率為51.2%～64.1%，損害程度為中等偏強(qiáng)；速敏損害率為9.8%～21.6%，損害程度為弱；酸敏損害率為1.9%～11.5%，損害程度為弱；堿敏損害率為17.5%～35.8%，損害程度為弱至中等偏弱；應(yīng)力敏損害率為71.8%～92.7%，損害程度為強(qiáng)。因此在致密砂巖氣藏儲(chǔ)層鉆井過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注水敏和應(yīng)力敏對(duì)儲(chǔ)層造成的損害。

2.2 水鎖損害

致密砂巖氣藏的水鎖損害現(xiàn)象通常比較嚴(yán)重，在致密砂巖氣藏鉆井過程中，由于鉆井液濾液或其他工作液的侵入，使儲(chǔ)層含水飽和度不斷增大，從而造成氣相滲透率的不斷下降。室內(nèi)選用四川盆地西部某致密砂巖氣藏儲(chǔ)層段巖心，在儲(chǔ)層溫度條件下評(píng)價(jià)了不同巖心含水飽和度對(duì)氣相滲透率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 水鎖損害評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

由圖1 可見：隨著致密砂巖氣藏儲(chǔ)層段巖心含水飽和度的不斷增大，巖心的氣相滲透率迅速下降，當(dāng)含水飽和度由20%增大至80%時(shí)，巖心的氣相滲透率由0.158×10-3μm2降低至0.012×10-3μm2，氣相滲透率損害率達(dá)到了92.4%，水鎖損害程度較強(qiáng)。因此，在該致密砂巖氣藏鉆井過程中應(yīng)注意采取防水鎖措施。

2.3 固相堵塞損害

鉆井過程中固相堵塞損害主要是由于鉆井液中的固相顆粒粒徑與儲(chǔ)層孔隙不匹配，在鉆井過程中不能形成濾餅，使后續(xù)固相顆粒繼續(xù)進(jìn)入儲(chǔ)層造成的。室內(nèi)開展了四川盆地西部某致密砂巖氣藏現(xiàn)場(chǎng)鉆井液(聚磺體系)對(duì)儲(chǔ)層段巖心的固相堵塞損害評(píng)價(jià)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 固相堵塞損害評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

由圖2 可見：使用現(xiàn)場(chǎng)鉆井液體系污染后，巖心滲透率損害率達(dá)到了90%左右，而切除了巖心泥餅端0.5 cm 后，巖心滲透率損害率仍達(dá)到50%以上，表明鉆井液中固相顆粒較多了進(jìn)入了巖心孔隙中，對(duì)巖心造成了嚴(yán)重的固相顆粒侵入堵塞損害。

3 致密砂巖氣藏保護(hù)儲(chǔ)層鉆井液技術(shù)

針對(duì)以上四川盆地西部某致密砂巖氣藏儲(chǔ)層特征及儲(chǔ)層損害因素研究結(jié)果，該致密砂巖氣藏鉆井過程中主要存在水敏性損害、應(yīng)力敏損害、水鎖損害以及固相顆粒堵塞損害等，因此，在保護(hù)儲(chǔ)層鉆井液的設(shè)計(jì)過程中需要重點(diǎn)考慮對(duì)封堵劑、抑制劑以及防水鎖劑的研究，封堵劑采用項(xiàng)目組前期研制的微納米復(fù)合封堵材料FDH-3，筆者主要開展了抑制劑和防水鎖劑的優(yōu)選評(píng)價(jià)試驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上研究了一種適合致密砂巖氣藏儲(chǔ)層保護(hù)的低傷害鉆井液體系。

3.1 抑制劑優(yōu)選

室內(nèi)采用目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段鉆屑，對(duì)不同類型的抑制劑進(jìn)行了優(yōu)選評(píng)價(jià)，試驗(yàn)采用滾動(dòng)回收率法，試驗(yàn)溫度為120 ℃，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 抑制劑優(yōu)選試驗(yàn)結(jié)果

由表2 可見：不同類型的抑制劑對(duì)目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段的鉆屑均能起到不同程度的抑制水化膨脹效果，且隨著抑制劑加量的增大，鉆屑的滾動(dòng)回收率逐漸增大，其中復(fù)合抑制劑FYJ-2 的效果最好，當(dāng)其加量(w)為3%時(shí)，滾動(dòng)回收率可以達(dá)到90%以上。

3.2 防水鎖劑優(yōu)選

室內(nèi)采用測(cè)定溶液表面張力和界面張力的方法對(duì)適合致密砂巖氣藏鉆井液體系的防水鎖劑進(jìn)行了優(yōu)選評(píng)價(jià)，防水鎖劑加量(w)均為0.5%，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 防水鎖劑優(yōu)選試驗(yàn)結(jié)果

由表3 可見：在清水中加入不同類型的防水鎖劑后，溶液的表面張力和界面張力均出現(xiàn)不同程度的下降現(xiàn)象，其中防水鎖劑FSJ-3 的效果最好，當(dāng)其加量(w)為0.5%時(shí)，溶液表面張力可以降低至25 mN/m 以下，界面張力可以達(dá)到0.21 mN/m。

3.3 鉆井液體系配方及基本性能

根據(jù)以上主要處理劑優(yōu)選評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果，最終確定適合四川盆地西部某致密砂巖氣藏的儲(chǔ)層保護(hù)低傷害鉆井液體系，具體配方(w)為：3.0%膨潤(rùn)土漿+0.15% NaOH+0.3% Na2CO3+1.0%增黏劑ZNT-2+3.0%降濾失劑SMP-2+3.0%復(fù)合抑制劑FYJ-2+0.5%防水鎖劑FSJ-3+5.0%微納米復(fù)合封堵材料FDH-3，重晶石加重至密度為1.6 g/cm3。鉆井液常規(guī)性能評(píng)價(jià)結(jié)果見表4，鉆井液老化溫度為120 ℃，老化時(shí)間為16 h。

表4 鉆井液體系基本性能

由表4 可見：研究的鉆井液體系老化前后流變性能變化不大，黏度和切力適中，高溫老化后鉆井液體系的濾失量較小，常溫常壓濾失量?jī)H為0.6 mL，高溫高壓濾失量為4.2 mL，說明鉆井液體系具有良好的耐溫性能和降濾失效果。

3.4 鉆井液儲(chǔ)層保護(hù)性能

室內(nèi)針對(duì)以上研究的適合四川盆地西部某致密砂巖氣藏的儲(chǔ)層保護(hù)低傷害鉆井液體系進(jìn)行了儲(chǔ)層保護(hù)效果評(píng)價(jià)試驗(yàn)，試驗(yàn)巖心取自目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5 可見：目標(biāo)區(qū)塊儲(chǔ)層段天然巖心經(jīng)過鉆井液體系污染后，滲透率明顯下降，這是由于鉆井液在巖心端面形成了濾餅，起到了良好的封堵效果，阻止更多的固相顆粒進(jìn)入巖心孔隙中。而將巖心污染端切除0.5 cm后，巖心滲透率顯著提高，滲透率恢復(fù)值均可以達(dá)到95%以上，說明鉆井液體系起到了良好的儲(chǔ)層保護(hù)效果，能夠滿足致密砂巖氣藏鉆井過程對(duì)鉆井液性能的要求。

表5 鉆井液體系儲(chǔ)層保護(hù)性能

4 結(jié)論

1)四川盆地西部某致密砂巖氣藏具有低孔、低滲的特點(diǎn)，且非均質(zhì)性嚴(yán)重，整體物性較差，儲(chǔ)層黏土礦物含量高，在鉆井過程中極易造成不同程度的儲(chǔ)層損害現(xiàn)象。

2)儲(chǔ)層損害因素研究結(jié)果表明，目標(biāo)區(qū)塊致密砂巖氣藏儲(chǔ)層存在較強(qiáng)的水敏損害和應(yīng)力敏感性損害，并且水鎖損害和固相顆粒堵塞損害程度也比較嚴(yán)重。

3)通過主要處理劑的優(yōu)選及評(píng)價(jià)試驗(yàn)，研究了一種適合目標(biāo)區(qū)塊致密砂巖儲(chǔ)層的低傷害鉆井液體系，其具有流變性好、降濾失效果好以及儲(chǔ)層保護(hù)效果顯著等特點(diǎn)，能夠滿足目標(biāo)區(qū)塊致密砂巖儲(chǔ)層鉆井施工的需要。