魏裕森,韋紅術(shù)張俊斌,張偉國(guó)

(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司深水工程技術(shù)中心，廣東 深圳 518067)

由福昌

(長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100)

碳酸鈣粒徑匹配對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)效果的影響研究

魏裕森,韋紅術(shù)
張俊斌,張偉國(guó)

(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司深水工程技術(shù)中心，廣東 深圳 518067)

由福昌

(長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100)

[摘要]針對(duì)低滲儲(chǔ)層在鉆井過程中由于固相或者液相的侵入容易對(duì)儲(chǔ)層造成嚴(yán)重傷害的問題，采用在無固相鉆開液體系中加入碳酸鈣能夠有效地提高鉆開液的暫堵性能，防止聚合物“膠液”對(duì)儲(chǔ)層的傷害。選取5種不同粒徑的碳酸鈣，從固相封堵及粒徑匹配2個(gè)方面開展研究，結(jié)果表明，在選擇碳酸鈣作為暫堵劑時(shí)，需要選擇粒徑分布窄、酸溶率高的碳酸鈣。在低滲儲(chǔ)層中，碳酸鈣粒徑越細(xì)，封堵效果越好，其滲透率恢復(fù)值達(dá)到90%以上，具有較好的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

[關(guān)鍵詞]碳酸鈣；粒徑；匹配；儲(chǔ)層保護(hù)

低滲透油田儲(chǔ)藏著豐富的油氣資源，且廣泛分布于世界各地，低滲透油氣藏同樣也是我國(guó)主要的油氣資源之一，近年來低滲透油氣儲(chǔ)量在我國(guó)探明儲(chǔ)量中逐年上升。低滲透儲(chǔ)層具有低孔、低滲、大比表面積等特點(diǎn)，由于低滲透儲(chǔ)層滲透性差，孔喉尺寸小，黏土礦物含量普遍高，毛細(xì)管現(xiàn)象突出，油氣流動(dòng)阻力大，因此極易受到嚴(yán)重傷害。尤其是在鉆進(jìn)過程中，鉆井液中無論是固相還是液相的侵入，都會(huì)對(duì)低滲儲(chǔ)層造成嚴(yán)重的傷害。針對(duì)海上鉆井采用水平井裸眼完井方式的情況下，鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的傷害問題尤為突出，海上鉆井過程中常常采用無固相鉆開液體系進(jìn)行鉆井，無固相鉆開液在中高滲儲(chǔ)層中表現(xiàn)出了良好的儲(chǔ)層保護(hù)效果，而在低滲儲(chǔ)層中的儲(chǔ)層保護(hù)效果差強(qiáng)人意，如何提高低滲儲(chǔ)層的儲(chǔ)層保護(hù)效果，筆者從固相封堵及粒徑匹配2個(gè)方面進(jìn)行了研究與評(píng)價(jià)，有效地解決了上述問題。

1碳酸鈣封堵思路及設(shè)想

在實(shí)際鉆井過程中，固相和液相都有可能對(duì)儲(chǔ)層造成傷害，如果固相顆粒侵入較深，將會(huì)嚴(yán)重傷害儲(chǔ)層；而液相對(duì)低滲儲(chǔ)層的污染更加突出，尤其是對(duì)于低滲儲(chǔ)層。而鉆開液的暫堵性能將能夠有效地降低液相對(duì)儲(chǔ)層的傷害，尤其是聚合物“膠液”對(duì)儲(chǔ)層的傷害?；谝陨戏治觯P者認(rèn)為在無固相鉆開液體系中加入碳酸鈣能夠有效地提高鉆開液的暫堵性能，防止聚合物“膠液”對(duì)儲(chǔ)層的傷害，而采用何種碳酸鈣將至關(guān)重要，合理的碳酸鈣粒徑才能夠有效封堵儲(chǔ)層，而不會(huì)造成固相傷害。

Abranms[1]認(rèn)為架橋顆粒的粒度中值(D50)應(yīng)該等于或略大于1/3平均孔隙直徑；20世紀(jì)90年代，羅向東[2]對(duì)1/3架橋理論進(jìn)行了改進(jìn)，提出了“屏蔽暫堵”技術(shù)；2012年邱正松[3]依據(jù)“隔層堆積”理論，提出了“多級(jí)孔隙最優(yōu)充填”暫堵方法?？梢姽滔喾舛吕碚摷凹夹g(shù)的進(jìn)步及對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)的重要性。

以上暫堵理論較為客觀，并有一定的延續(xù)，但是如何實(shí)現(xiàn)封堵材料的粒徑分布，是鉆井液技術(shù)人員一直以來所追求的目標(biāo)。粉體材料的粒徑分布千差萬別，尤其是超細(xì)材料，這就需要對(duì)粉體材料進(jìn)一步研究[4~7]?；谝陨侠碚摶A(chǔ)，筆者主要從碳酸鈣的表面形態(tài)、粒徑分布、粒徑匹配等方面來闡述了碳酸鈣的暫堵性能及對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)效果的影響，提出了低滲儲(chǔ)層的碳酸鈣暫堵的粒徑匹配原則。

2碳酸鈣基本性能

表1　碳酸鈣粒徑分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果

注：D10、D90分別為粒徑小于它的顆粒占10%和90%。

實(shí)驗(yàn)室選取經(jīng)過特殊處理后的超細(xì)碳酸鈣，對(duì)其粒徑分布進(jìn)行分析。對(duì)所選超細(xì)碳酸鈣進(jìn)行粒徑測(cè)試,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。普通的碳酸鈣粒徑分布范圍較廣，從細(xì)到粗均有；而經(jīng)過特殊處理后的超細(xì)碳酸鈣粒徑分布較窄，局限于一個(gè)特定的范圍內(nèi)，這樣就更有利于碳酸鈣的粒徑匹配對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)影響的評(píng)價(jià)。

3碳酸鈣粒徑匹配對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)效果影響研究

3.1碳酸鈣粒徑對(duì)鉆開液性能的影響

實(shí)驗(yàn)室對(duì)上述碳酸鈣在無固相鉆開液中的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)，采用新型可液化無黏土相鉆開液體系進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)配方：海水+0.1%燒堿+0.25%純堿+0.5%DualSeal儲(chǔ)層保護(hù)劑+0.6%VIS-B流型調(diào)節(jié)劑+2.0%STARFLO降濾失劑+5.0%碳酸鈣+3.0%KCl(配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)。鉆開液性能如表2所示，隨著碳酸鈣粒徑的減小，黏度略有增加，低剪切速率黏度增加略大，API失水量略有減小，總體性能變化不大。

表2　不同粒徑碳酸鈣對(duì)鉆開液性能的影響

注：μa為表觀黏度；μLSR為低剪切速率黏度；τd為動(dòng)切力；NΦ6、NΦ3分別為六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)6、3r/min對(duì)應(yīng)的讀值；VAPI為API濾失量。下同。

3.2碳酸鈣粒徑對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)效果的影響

圖1　碳酸鈣粒徑對(duì)滲透率恢復(fù)值的影響

實(shí)驗(yàn)室將上述鉆開液按照巖心入井流體儲(chǔ)層傷害評(píng)價(jià)方法進(jìn)行巖心驅(qū)替試驗(yàn)，以評(píng)估不同粒徑碳酸鈣對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。在低滲巖心上，隨著碳酸鈣粒徑的變小，滲透率恢復(fù)值逐漸變大，這說明低滲巖心孔喉直徑小，需要更細(xì)的碳酸鈣進(jìn)行封堵，而粗碳酸鈣無法對(duì)巖心進(jìn)行有效封堵導(dǎo)致聚合物“膠液”侵入，造成鉆開液對(duì)巖心的傷害。

3.3碳酸鈣粒徑匹配對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)效果的影響

以緊密堆積理論為基礎(chǔ)，在粗顆粒的空隙中恰好有中顆粒填充，而中顆粒的空隙中恰好有細(xì)顆粒填充，細(xì)顆粒中的空隙有超細(xì)顆粒填充，如此逐級(jí)填充使超細(xì)碳酸鈣形成最緊密的堆積狀態(tài)，空隙率達(dá)到最小值，堆積密度達(dá)到最大值，同時(shí)達(dá)到封堵與保護(hù)儲(chǔ)層的目的[8~10]。

表3　不同粒徑碳酸鈣復(fù)配后的滲透率恢復(fù)值

圖2　碳酸鈣加量對(duì)滲透率恢復(fù)值的影響

為進(jìn)一步評(píng)價(jià)碳酸鈣粒徑匹配對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)的影響，實(shí)驗(yàn)室對(duì)上述超細(xì)碳酸鈣進(jìn)行了復(fù)配評(píng)價(jià)。由于JQWY-2的滲透率恢復(fù)值也達(dá)到了80%以上，分析認(rèn)為在此基礎(chǔ)上添加更細(xì)的超細(xì)碳酸鈣將達(dá)到空隙充填的目的，會(huì)帶來更好的儲(chǔ)層保護(hù)效果。實(shí)驗(yàn)室以JQWY-2為基礎(chǔ)，逐步添加一定量的超細(xì)碳酸鈣，復(fù)配后的碳酸鈣在鉆開液中的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，評(píng)價(jià)其儲(chǔ)層保護(hù)效果，結(jié)果表3所示。

可以看出，在JQWY-2的基礎(chǔ)上復(fù)配更細(xì)的超細(xì)碳酸鈣后，滲透率恢復(fù)值明顯提高，其中復(fù)配質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%JQWY-4和10%JQWY-5以后的效果較好，滲透率恢復(fù)值都達(dá)到了90%以上，由于JQWY-4與JQWY-5效果相當(dāng)，而JQWY-5加工成本更高，因此，選用JQWY-2與JQWY-4作為復(fù)配后的儲(chǔ)層暫堵劑，用以封堵儲(chǔ)層，提高儲(chǔ)層保護(hù)效果。

3.4碳酸鈣粒徑匹配后質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)效果的影響

根據(jù)復(fù)配試驗(yàn)可知，選用JQWY-2和JQWY-4復(fù)配后的儲(chǔ)層保護(hù)效果較好，實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)了碳酸鈣不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下對(duì)不同滲透率的低滲巖心儲(chǔ)層保護(hù)效果的影響，結(jié)果如圖2所示。

隨著碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，滲透率恢復(fù)值逐漸增大，質(zhì)量分?jǐn)?shù)以5%為最佳，再提高質(zhì)量分?jǐn)?shù)后，滲透率恢復(fù)值變化不大。而在不添加碳酸鈣的情況下，滲透率恢復(fù)值最高的僅有60%多，這說明鉆開液的封堵性能對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)尤為重要。而添加碳酸鈣后在不同的低滲巖心上的滲透率恢復(fù)值都基本相當(dāng)，并且隨著巖心滲透率的增大而增大，這說明巖心滲透率越低，傷害越大。

4結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)在選擇碳酸鈣作為暫堵劑時(shí)，需要選擇粒徑分布窄、酸溶率高的碳酸鈣。

2)在低滲儲(chǔ)層中，碳酸鈣越細(xì)，封堵效果越好，儲(chǔ)層傷害越小。

3)碳酸鈣復(fù)配結(jié)果表明，在低滲儲(chǔ)層，采用JQWY-2與JQWY-4復(fù)配后，封堵效果最佳，對(duì)儲(chǔ)層的傷害最小，其最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，滲透率恢復(fù)值達(dá)到90%以上，具有較好的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

本文屬中海油深圳分公司深水工程技術(shù)中心項(xiàng)目“南海東部海域典型低孔低滲油氣藏勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究及實(shí)踐(CNOOC-KJ125ZDXM07LTD)”產(chǎn)出論文。

[參考文獻(xiàn)]

[1]Abranms A. Mud design to minimize rock impairment due to particle invasion[J].JPT,1977,29(3):585~592.

[2]羅向東，羅平亞.屏蔽式暫堵技術(shù)在儲(chǔ)層保護(hù)中的應(yīng)用研究[J].鉆井液與完井液，1992,9(2):19~27.

[3]邱正松，張世鋒，黃維安，等.“多級(jí)孔隙最優(yōu)充填暫堵方法”與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[J].石油鉆探技術(shù)，2012,40(5):17~21.

[4]艾貴成，劉梅全，張祿遠(yuǎn),等.“理想充填理論”——d90經(jīng)驗(yàn)規(guī)則在昆2井中的應(yīng)用[J].鉆井液與完井液，2006,23(5):14~17.

[5]雍富華，鄢捷年.保護(hù)裂縫-孔隙性儲(chǔ)層的鉆井液技術(shù)[J].鉆井液與完井液，2001,18(2):6~9.

[6]張艷娜，孫金生，王倩，等.國(guó)內(nèi)外鉆井液技術(shù)新進(jìn)展[J].鉆井工程，2011,31(7):47~53.

[7]李志勇，蔣官澄，謝水祥，等.碳酸鈣表面改性及在新型鉆井完井液中的應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào))，2011,33(3):98~102.

[8]杜鶴，張遂安，徐代才，等. 煤層氣多分支水平井防塌可降解屏蔽暫堵鉆井液研究[J].中國(guó)煤層氣，2010，7(1):30~41.

[9]馬平平，熊開俊，楊榮奎，等.理想充填理論在吐哈油田溫西三區(qū)塊的應(yīng)用[J].天然氣勘探與開發(fā)，2012,35(2):57~60.

[10]張統(tǒng)得，陳禮儀，賈軍，等.汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探項(xiàng)目鉆井液技術(shù)與應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2014,41(9):139~145.

[編輯]帥群

[引著格式]魏裕森,韋紅術(shù),張俊斌,等.碳酸鈣粒徑匹配對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)效果的影響研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版) ,2015,12(14):51~54.

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2015)14-0051-04

[中圖分類號(hào)]TE254.1

[作者簡(jiǎn)介]魏裕森(1981-)，男，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事鉆完井監(jiān)督工作，weiys@cnooc.com.cn。

[收稿日期]2014-11-20