HuaZ低渗透油田保护储层钻井液技术的研究与...

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1、HuaZ低渗透油田保护储层钻井液技术的研究与应用何竹梅 睢文云 宋碧涛 施智玲 吴富生(江苏油田分公司工程技术研究院，江苏 扬州 225009）摘要：本文分析了HuaZ油田低渗透储层损害因素，研究出一种适应HuaZ油田储层保护需要的新型超低渗透钻井液体系。室内试验和现场应用表明：该钻井液具有良好的降滤失、防塌、保护储层等功能。在HuaZ油田成功应用21口井，取得了理想的钻探效果，同区块平均单井产量较该技术使用前的油井产量增加近10%，为油田开发低渗透油藏提供了良好的技术支持。关键词：低渗透油藏、超低渗透钻井液、储层保护引言HuaZ油田处于苏北盆地高邮凹陷北部斜坡带东部。自2002年相继发现了H

2、-10等一批薄层深层低渗油藏。在成功钻探HX17井的基础上，2007年江苏油田在该区H17块进行了产能建设会战。新建产能6.2万吨，是江苏油田目前新增油区之一。1 HuaZ油田低渗透油藏的损害因素分析1.1 油藏地质特性HuaZ油田主要目的层为E1f3，砂岩平均孔隙度为22.15%，平均渗透率为5.3310-3m2，属中孔低渗、特低渗储层。油藏埋藏深，多为薄互层，非均质性强，粘土矿物的绝对含量较高，平均含量10.4%，以伊-蒙混层为主（38.4%），其次为蒙脱石（24%）、绿泥石（23.8%）、高岭土（20%），伊利石（17.8%），表现为中偏弱水敏、弱速敏、无酸敏。属正常压力、温度系统。1.

3、2 钻井过程中储层损害机理钻井过程中钻井液对油气层的损害大致分为固相和液相两个方面，固相颗粒侵入油气层对油气流动孔道产生堵塞作用，液相侵入油气层与地层流体作用，产生水敏、盐敏、碱敏、润湿反转、贾敏效应损害，以及乳化堵塞、有机或无机沉淀等，最终导致近井筒地带油气渗透率下降1。对于低渗透油气层，因其孔喉尺寸小且连通性差，胶结物含量高，因而固相造成的损害不是主要的，而容易发生诸如粘土水化膨胀、微粒运移和水锁等损害，即“水”的侵入造成的伤害2。1.3 低渗透储层的损害因素HuaZ油田属薄深层中孔-低渗、特低渗储层，多为薄互层，非均质性强，中偏弱水敏，微裂缝发育。储层潜在的主要伤害因素：一是储层微裂缝发

4、育，钻井液在压差的作用下，滤液易侵入地层，引起泥页岩夹层的水化膨胀、微粒运移、水锁等损害。二是油层孔隙压力与地层坍塌压力相差大，较高的钻井液密度易造成固相和液相侵入储层，例如HX13井、HX18井油层压力系数为1.04，而地层坍塌压力系数为1.241.35。三是地层的非均质性强，一种钻井液体系难以同时满足数层薄油层的储层保护需要，由表1可见。表1 HuaZ油田部分井表皮系数测试资料井号试油井段表皮系数HX162856.8-2860.02.012557.1-2563.36.052527.7-2537.0-0.452470.2-2488.2-1.48HX173008.3-3015.86.26297

5、8.6-2993.3-0.21为尽量减少钻井作业对HuaZ油田低渗透储层的伤害，钻进中应严格控制钻井液密度，研用具有广谱封堵作用钻井液新技术，降低失水，减少故事复杂，缩短钻井液浸泡油气层的时间，即：控制钻井液滤液侵入量。此外，该地区水道丛横、人口密集，环保要求苛刻，井场布置难，均为斜井，施工周期长。为同时满足钻井和保护储层、保护环境的需要，研究应用超低渗透剂和聚合醇环保型处理剂，充分发挥超低渗透剂能封闭非均质的渗透性地层，包括微裂缝页岩地层，能用同一种钻井液钻进不同压力地层，能显著减少井下复杂情况和油层伤害等优点，而且结合聚合醇浊点效应，形成具有良好的保护低渗储层保护环境功能的超低渗透钻井液体

6、系。2 超低渗透剂的作用机理超低渗透剂是一种特殊的聚合物处理剂，可在井壁岩石表面浓集形成胶束，依靠聚合物胶束或胶粒界面吸力及其可变形性，能自适应封堵岩石表面较大范围的孔喉，在井壁岩石表面形成致密无渗透封堵薄膜，有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层。封堵薄层形成速度快，且位于岩石表面上，没有渗入岩石深处，所以只要消除过平衡压力，封堵膜的作用就将消弱，只要有反向流动，封堵膜就会被清除，对油气层起到很好的保护作用。3 室内试验研究3.1 超低渗透处理剂优选用六速旋转粘度计、可视式砂床滤失与中压滤失仪器，测试加入JYW1、GNP-1、LXJ-1等超低渗透处理剂的钻井液分别在60下搅拌30min和在

7、100滚动老化16h后各项性能及砂床滤失量，结果见表2。表2 钻井液的API滤失量与中压砂床滤失量实验结果配方试验温度AV(mPas)YP(Pa)FLAPI(mL)（20-40目）砂床滤失量（ml）或渗入深度(cm)1#6012111114s全漏失100121110.512S全漏失1+1%JYW16019179.530min漏失105ml10021179.530min漏失75ml1+2%JYW16027.5238.513cm10025.5198.530min漏失65ml1+1%GNP-16019.5171030min漏失10ml10027.5219.511cm1+2%GNP-16023.519

8、9.54.5cm10036.5269.56cm1+1% LXJ-16018.5158.516cm1002017812cm1+2% LXJ-16020.5177 9cm10026.6227.57.5cm注 1配方：5%土+0.2PMHA-+0.5%Na-NPAN2.0KLG-可见，超低渗透处理剂JYW-1、GNP-1、LXJ-1对钻井液的流变性能影响较小，均可适量降低中压失水量。从砂床滤失和抗温性试验来看GNP-1，LXJ-1的效果明显优于JYW-1，但GNP-1对钻井液粘度影响比较大，故优选LXJ-1为现场试验用超低渗透剂，加量为2%。3.2 评价LXJ-1对井浆性能的影响在井浆中加入不同量的

9、LXJ-1，经过加热60搅拌30min，测常规性能，然后在100高温滚动16h后测试其性能。表3 超低渗透处理剂LXJ-1对井浆性能的影响配方试验条件AV(mPas)PV(mPas)FLAPI(mL)（20-40目）砂床滤失量（ml）或渗入深度(cm)井浆6026.5175.520s全漏失井浆10045297.024s全漏失井浆+1%LXJ-16036.5215.530min渗入深度15cm井浆+1%LXJ-110053267.030min渗入漏失6.5ml井浆+2%LXJ-16028187.030min渗入深度6.5cm井浆+2%LXJ-110055347.030min渗入深度5.2cm注：

10、H17井浆性能 2500米 比重：1.16g/cm3 粘度45s 膨润土含量61.5g/l从表3可以看出，无论在常温还是高温下，超低渗透处理剂对钻井液的流变性能影响均较小。而且砂床封堵效果也随着超低渗透处理剂加量的增加而趋好。3.3 超低渗透剂降滤失能力评价通过岩心承压能力评价仪器评价LXJ-对聚合醇钻井液的降滤失能力,实验结果表明，超低渗透剂可以降低钻井液滤失量，而且效果明显。表4 钻井液对岩心承压能力的影响钻井液体系岩心滤失量(ml)4%钠土+0.3%PMHA-+2%KLG-1+0.5%Na-PAN3.4cm4%钠土+0.3%PMHA-+2%KLG-1+0.5%Na-PAN+2%LXJ-1

11、1.2cm3.4 膜结构密封度试验用可视式砂床中压滤失仪测定在钻井液中加入超低渗透剂后形成的泥饼对清水的封堵能力。表5 膜结构密封度试验配方压实时间7.5min压实时间 20min基浆+2% GNP-1密封密封基浆+2% JYW-1全失密封基浆+2% LXJ-1密封密封实验表明，在钻井液中加入超低渗透剂JYW-1、GNP-1，LXJ-1能够形成完全封闭的膜结构，GNP-1，LXJ-1较JYW-1更快形成能封堵清水的完全封闭的膜结构，更有利于低渗透地层的储层保护。3.5 油层渗透率恢复值评价采用H17块储层岩心,用JHDM-高温高压动态损害评价系统，评价超低渗透-聚合醇钻井液污染岩心的渗透率恢复

12、值。结果表明，钻井液中加入LXJ-成膜剂后，岩心污染后封堵率较高，原始恢复率较低，但把岩心污染面切掉1cm后再做渗透率试验，渗透率恢复值基本都在90%以上。由此可见，超低渗透剂能较大幅度提高岩心渗透率恢复值，有利于保护油气层。表6 不同配方的岩心渗透率恢复值岩心号钻井液配方KOKd反K渗透率恢复值K0切K0切恢1#4%土+0.2PMHA-+0.5%Na-HPAN+2%FH-96+Qs13.275.21333%10.7481%2#4%土+0.2PMHA-+0.5%Na-HPAN+2%KLG-18.8351.9550%6.9879%3#2#+1%LXJ-110.653.9832%9.79892%4

13、#2#+2%LXJ-111.183.9343.4%10.62195%4 现场应用与效果评价现场应用：该区块所钻井主要采取二开制井身结构，一开用349钻头钻完一开井深，下273.1表层套管65260m后，用215.9钻头一直钻至完钻，下入139.7油层套管完井。平均井深2950m，井斜均在25度以上，裸眼井段长达2600m。多为丛式井、多靶点井，井眼轨迹控制难度大。根据室内实验，确定选用超低渗透-聚合醇钻井液钻开油气层，体系配方为：5%膨润土+0.2%-0.3%Na2CO3+0.2%-0.3%PMHA-+0.5%-0.6%Na-HPAN+2%-3%QS-4+0.5%KD-23+2%-3%FXRH

14、+1%-2%KLG+1.5%LXJ-+SMP-+SF-钻至油层前50m时，调整好钻井液性能，API失水小于5ml，HTHP失水小于15ml，同时使用好四级固控设备，彻底清楚循环罐中的沉砂，控制固相含量小于10%，在井下安全的情况下，控制密度不超过1.18g/cm3，加入1%-2%的超低渗透剂LXJ-和3%QS-4，利用LXJ-能自适应封堵岩石表面较大范围的孔喉，在井壁岩石表面形成致密无渗透封堵薄膜，有效封堵不同渗透性地层的特性，同时在QS-4和聚合醇的协同下，达到广谱保护油气层的目的。表7为超低渗透剂加入前后的钻井液性能，可见井浆性能稳定。表7 超低渗透剂加入前后的钻井液性能井段 （m）(g/

15、cm3)FV(s)PV(mPas)YP/PVFLAPI（ml）PH含砂量(%)固相含量(%)2000-25001.17-1.1845-5018-200.4058.5-9.50.2102500-30001.18-1.2045-5518-200.404.59-100.210效果评价：2007年在HuaZ油田产能建设中，应用超低渗透-聚合醇保护油气层完井液成功钻井21口，从施工井综合指标统计数据（见表8）可见，施工顺利，电测一次成功率由原来的40%上升至90%，平均钻井周期比对比井缩短10多天，节约了钻井综合成本，缩短油层浸泡时间；油层井径扩大率均小于6%，钻井液密度从1.20g/cm3降低到1.1

16、8g/cm3，超低渗透剂加入前后钻井液性能较稳定，且滤失量有所下降，平均下降10%，有效地阻缓、降低滤液对储层的伤害。表8 区内已钻井综合指标统计井数电测一次成功率平均钻井周期储层浸泡时间油层平均井径扩大率钻井液最高密度(g/cm3)备注21口90%20.6d10.6d-0.03%6%1.181.2 试验井7口40%32d13.8d6%12%1.21.24 对比井堵塞比是未受损害理想井的理论产量与实际井的产量的比值。根据堵塞比评价标准，判定使用超低渗透-聚合醇钻井液所钻井油气层受到损害情况，从表9堵塞比的数据看，绝大多数井的储层处于完善状态，仅有少数井轻微损害。同区块平均单井产量较前期井油产量

17、增加近10%，取得了良好的钻探效果。表9 H17块堵塞比统计表井号井别初期日产量（理论）Qt/t初期日产量（实际）Qa/t堵塞比DRQt/Qa损害评价备注17-1开准66.80.88完 善实验井17-6开定8100.80完 善实验井17-11开定66.510.92完 善实验井17-17开定86.691.20损 害实验井17-18开定66.790.88完 善实验井17-19开定65.421.11轻微损害实验井17-30开定65.71.05轻微损害实验井17-32开定66.930.87完 善实验井17-36注定66.750.89完 善实验井17-7开定84.471.79损 害对比井5 认识（1）H

18、uaZ油田储层损害主要原因是储层微裂缝发育，钻井液在压差的作用下，滤液易侵入地层，引起非均质泥页岩夹层的水化膨胀、微粒运移、水锁等损害。采用超低渗透-聚合醇钻井液新体系，利用超低渗透钻井液膜效应，可以对HuaZ地区的低渗油气层起到了良好的保护作用。（2）超低渗透处理剂是一种多组分的混合剂，其中的惰性组分，在加入钻井液的第一个循环周时有部分会从振动筛上筛出。建议使用该体系时，最好提前配成2%水溶液水化一段时间或者用剪切泵配制后再加，以减少浪费。参考文献1 袁旭军.叶晓端等.低渗透油田开发的难点和主要对策.钻采工艺.2006.29(4)：31-322 鄢捷年主编.钻井液工艺学.石油大学出版社.2001.381-382作者简介：何竹梅，1966年10月生，女，工程师，1989年毕业于西安石油学院应用化学系，现学历本科，专业石油工程，正在江苏油田分公司石油工程技术研究院从事钻井液工程设计和相关技术研究工作。电话(0514)87760962；E-mail:hezm