李行，王松，王浩任，龍懷遠(yuǎn)

(長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 荊州 434023)

哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊氣田儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)研究

李行，王松，王浩任，龍懷遠(yuǎn)

(長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 荊州 434023)

對(duì)哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊氣田的潛在損害因素進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，結(jié)果表明該區(qū)域地層為強(qiáng)水敏性損害，具有較強(qiáng)的水敏損害，存在中等偏弱速敏性、弱應(yīng)力敏感性、中等的酸敏感性、中等偏弱的堿敏感性。再對(duì)該地區(qū)儲(chǔ)層孔、滲特征進(jìn)行分析，初步確定適合該區(qū)域儲(chǔ)層特性的鉆井液體系，在該基礎(chǔ)上優(yōu)選填充粒子和防水鎖劑加入到鉆井液中，以改善鉆井液的封堵能力，降低水鎖效應(yīng)。該體系性能穩(wěn)定，對(duì)儲(chǔ)層巖心的滲透率恢復(fù)值達(dá)到80%以上，能夠有效保護(hù)儲(chǔ)層，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。

鉆井液；高溫高壓；敏感性；儲(chǔ)層保護(hù)；暫堵劑；防水鎖劑；哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊

保護(hù)高溫高壓儲(chǔ)層技術(shù)是一項(xiàng)貫穿油氣田開(kāi)發(fā)全過(guò)程的系統(tǒng)工程。中石化國(guó)際勘探公司負(fù)責(zé)的哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊氣田屬于典型的低孔、低滲高溫、高壓儲(chǔ)層，儲(chǔ)層保護(hù)的難度很大。在鉆井、完井過(guò)程中，由于該地層存在敏感性礦物，導(dǎo)致儲(chǔ)層有一定程度的敏感性損害；鉆井液完井液體系中的固相顆粒進(jìn)入儲(chǔ)層，會(huì)堵塞地層的喉道及微裂縫，造成對(duì)儲(chǔ)層的損害，因此開(kāi)展保護(hù)哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊氣田的鉆井液技術(shù)研究顯得特別重要。

1 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征分析

1.1 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

毛細(xì)管壓力資料統(tǒng)計(jì)表明研究區(qū)塊孔喉半徑為0.018～4.60μm,以微小喉道為主，少量為細(xì)小喉道?？勺償嗝娴氖湛s部分是主要喉道，其次為彎片狀及片狀喉道。平均孔喉比為6.40，配位數(shù)主要在2～5，儲(chǔ)層孔隙連通性較好。

1.2 儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型

對(duì)儲(chǔ)層巖石的鑄體薄片、圖像分析和掃描電鏡觀察分析，哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊氣藏儲(chǔ)層包括有5種孔隙類(lèi)型，以粒間孔和鑄?？诪橹鳎螢榱?nèi)溶孔，可見(jiàn)少量的生物體腔孔和晶間孔，總面孔率平均為19.4%。

1.3 儲(chǔ)層孔滲特征

選取了哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊4口井巖心進(jìn)行分析，該區(qū)域儲(chǔ)層滲透率主要分布在0.008～160mD之間；孔隙度為8%～22%。儲(chǔ)層孔隙度和滲透率二者之間表現(xiàn)出一定的相關(guān)性，孔隙度增大滲透率相應(yīng)增大。

1.4 儲(chǔ)層潛在損害因素評(píng)價(jià)

選取哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊氣田的巖心,參照SY/T 5358—2006《儲(chǔ)層敏感性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》，對(duì)哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊氣田的巖心敏感性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明該區(qū)域儲(chǔ)層巖心具有較強(qiáng)的水敏損害，存在中等偏弱速敏性、弱應(yīng)力敏感性、中等酸敏感性、中等偏弱堿敏感性。

2 保護(hù)哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊氣田的鉆井液體系研究

由于該區(qū)域地層水敏性較強(qiáng)，也存在一定的速度敏感性損害，所以?xún)?chǔ)層保護(hù)技術(shù)的總體思路是優(yōu)選鉆井液完井液配方，加強(qiáng)鉆井液體系的失水量控制；提高鉆井液的抑制能力，防止鉆井液中的有害固相和濾液進(jìn)入儲(chǔ)層造成損害；另外改善儲(chǔ)集層巖石的表面性質(zhì)，防止水鎖現(xiàn)象的發(fā)生，提高儲(chǔ)層保護(hù)效果。

2.1 現(xiàn)有鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的損害

哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊氣田為異常的高溫高壓儲(chǔ)層，儲(chǔ)層溫度為180℃，地層壓力因數(shù)為1.9～2.0。結(jié)合該區(qū)塊的實(shí)際情況，在室內(nèi)模擬配制了抗高溫高密度水基鉆井液體系。其具體配方為：2.5%膨潤(rùn)土漿+1%Na2CO3+0.5%降濾失劑HT-FL+1.5%DF-2+2%降濾失劑SMP-2+2%降濾失劑SPNH+2%封堵劑LSF+2%潤(rùn)滑劑LUBE-2+3%抑制劑Soltex+1%抗溫劑Drill-thin+0.5%抗溫劑Dristemp+0.5% 抑制劑OSAM-K+5%HCOOK+重晶石(調(diào)節(jié)密度)(配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)。

配方基本性能：密度2.0g/cm3, API濾失量2.6mL/30min, 表觀黏度68mPa·s, 塑性黏度54mPa·s, 初切力3.5Pa；終切力14Pa, 高溫高壓濾失量11.9mL。

選取該區(qū)塊的天然巖心，按照SY/T 6540—2002《鉆井液完井液損害油氣層室內(nèi)評(píng)價(jià)方法》，利用JHMD-2高溫高壓動(dòng)態(tài)損害評(píng)價(jià)儀器進(jìn)行巖心動(dòng)態(tài)損害試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果表明，室內(nèi)模擬配制的鉆井液對(duì)儲(chǔ)層有一定程度的損害，需要對(duì)現(xiàn)有鉆井液進(jìn)一步改進(jìn)。

表1 模擬鉆井液巖心損害前、后滲透率恢復(fù)值對(duì)比

注：測(cè)試條件為180℃×120min×3.5MPa (巖心損害評(píng)價(jià)試驗(yàn)條件下同)。

2.2 保護(hù)儲(chǔ)層的鉆井液研究

2.2.1 優(yōu)選暫堵劑

哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊氣田儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的非均質(zhì)性，孔喉尺寸一般呈正態(tài)分布?？缀戆霃皆?.018～4.60μm之間，傳統(tǒng)的暫堵方案都是以?xún)?chǔ)層的平均孔徑和暫堵劑的粒度中值作為確定暫堵方案的依據(jù)，難以形成強(qiáng)有效的封堵。對(duì)于保護(hù)儲(chǔ)層的鉆井液，按照1/2～2/3屏蔽暫堵理論，需要根據(jù)孔喉尺寸在鉆井液中加入具有連續(xù)粒徑分布的暫堵劑，有效地封堵儲(chǔ)層中大小不等的各種孔喉以及微裂隙，只有加入這種粒徑分布合理的暫堵劑，才能確保形成致密泥餅，阻止固相顆粒以及濾液侵入地層。

根據(jù)哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊儲(chǔ)層的相關(guān)孔滲數(shù)據(jù)，確定暫堵劑為超細(xì)碳酸鈣，暫堵劑組成為：2%1000目超細(xì)碳酸鈣和1%納米碳酸鈣。因此初步確定保護(hù)該區(qū)塊的鉆井液配方為：2.5% 膨潤(rùn)土漿+2%1000目混合超細(xì)碳酸鈣+1%納米碳酸鈣+1%碳酸鈉+0.5%降濾失劑HT-FL+1.5%封堵劑DF-2+2%封堵劑LSF+2%潤(rùn)滑劑LUBE-2+3%抑制劑Soltex+1%抗溫劑Drill-thin+0.5%抗溫劑Dristemp+2%降濾失劑SMP-2+2%降濾失劑SPNH+0.5%抑制劑OSAM-K+5%HCOOK+重晶石調(diào)節(jié)密度為2.0g/cm3。

在JHMD-2高溫、高壓動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)儀器測(cè)試了上述鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的損害程度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，該暫堵方案對(duì)保護(hù)儲(chǔ)集層有一定的效果，滲透率恢復(fù)值有所提高，但是滲透率恢復(fù)值還沒(méi)有達(dá)到80%以上，還要進(jìn)一步完善保護(hù)措施。因此在鉆井液加入合適的防水鎖劑，通過(guò)改變巖石的表面性質(zhì)，減輕水鎖損害來(lái)達(dá)到保護(hù)油氣層的目的[1～3]。

表2 加入超細(xì)和納米級(jí)碳酸鈣后巖心損害前、后滲透率恢復(fù)值

2.2.2 優(yōu)選防水鎖劑

對(duì)于低滲、特低滲天然氣層，除了用單純的暫堵方法來(lái)保護(hù)儲(chǔ)層外，還應(yīng)加入防水鎖劑，以降低巖石的表面張力，從而減少水鎖損害。

在實(shí)驗(yàn)室配制了幾種防水鎖劑溶液，利用TC500-C表面張力測(cè)定儀測(cè)得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的防水鎖劑的溶液表面張力，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，可以看出，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的ASSW-20溶液表面張力最小，僅為22.50mN/m，因此在鉆井液中優(yōu)選質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的ASSW-20防水鎖劑。

表3 幾種防水鎖劑的表面張力測(cè)定

2.3 暫堵粒子和防水鎖劑加入后對(duì)鉆井液性能的影響

針對(duì)該區(qū)域低滲透儲(chǔ)層的特點(diǎn)，在鉆井液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%碳酸鈣暫堵粒子和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的防水鎖劑ASSW-20后，評(píng)價(jià)暫堵粒子和防水鎖劑對(duì)鉆井液性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。向模擬鉆井液配方中加入暫堵粒子和防水鎖劑后，有利于降低鉆井液的濾失量，對(duì)鉆井液的其他性能影響不大。

表4 加入暫堵粒子和ASSW-20后對(duì)鉆井液性能的影響

2.4 優(yōu)選的鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的保護(hù)效果

通過(guò)優(yōu)化試驗(yàn)，確定保護(hù)該區(qū)塊的鉆井液配方為：2.5%膨潤(rùn)土漿+2%1000目混合超細(xì)碳酸鈣+1%納米碳酸鈣+1% 碳酸鈉+0.5%降濾失劑HT-FL+1.5%封堵劑DF-2+2%封堵劑LSF+2%潤(rùn)滑劑LUBE-2+3%抑制劑Soltex+1%抗溫劑Drill-thin+0.5%抗溫劑Dristemp+2%降濾失劑SMP-2+2%降濾失劑SPNH+0.5%抑制劑OSAM-K+5%HCOOK+0.3%防水鎖劑ASSW-20+重晶石調(diào)節(jié)密度為2.0g/cm3。

對(duì)該區(qū)域儲(chǔ)層巖心進(jìn)行鉆井液動(dòng)態(tài)損害評(píng)價(jià)試驗(yàn)，測(cè)得巖心損害前后滲透率，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。采用在現(xiàn)有鉆井液中加入納米碳酸鈣填充粒子和防水鎖劑后，巖心滲透率恢復(fù)值能夠達(dá)到80%以上，有效保護(hù)高溫高壓氣層。

表5 優(yōu)化后鉆井液損害前后滲透率恢復(fù)值

2.5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

在哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊氣田使用所研制的鉆井液共鉆探了2口井，井下沒(méi)有出現(xiàn)異常復(fù)雜事故，起下鉆及開(kāi)泵順利，井壁穩(wěn)定，無(wú)垮塌現(xiàn)象，巖屑代表性好，現(xiàn)場(chǎng)鉆井液的濾失量為1.8mL，高溫、高壓濾失量為9.2mL，2口井的產(chǎn)氣量均達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)論

1)哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊氣田孔喉半徑為0.018～4.60μm，以微小喉道為主。該區(qū)域儲(chǔ)層滲透率主要分布在0.008～160mD之間；孔隙度為8%～22%。該區(qū)域儲(chǔ)層巖心具有較強(qiáng)的水敏損害，存在中等偏弱速敏性、弱應(yīng)力敏感性、中等的酸敏感性、中等偏弱堿的堿敏感性。

2)通過(guò)室內(nèi)優(yōu)化試驗(yàn)，確定保護(hù)該區(qū)塊的鉆井液配方為：2.5%膨潤(rùn)土漿+2%1000目混合超細(xì)碳酸鈣+1%納米碳酸鈣+1% 碳酸鈉+0.5%降濾失劑HT-FL+1.5%封堵劑DF-2+2%封堵劑LSF+2%潤(rùn)滑劑LUBE-2+3%抑制劑Soltex+1%抗溫劑Drill-thin+0.5%抗溫劑Dristemp+2%降濾失劑SMP-2+2%降濾失劑SPNH+0.5%抑制劑OSAM-K+5%HCOOK+0.3%防水鎖劑ASSW-20+重晶石調(diào)節(jié)密度為2.0g/cm3，該鉆井液體系對(duì)巖心損害后的滲透率恢復(fù)值達(dá)到80%以上 。

3)在哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊氣田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該鉆井液體系性能穩(wěn)定，井下安全，儲(chǔ)層保護(hù)效果良好。

[1]余維初，鄢捷年. JHMD-2智能高溫高壓入井流體動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)[J].鉆井液與完井液，2005,22(1):25～27.

[2]鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)[M].東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2000.

[3]徐同臺(tái),趙敏,熊友明,等.保護(hù)油氣層技術(shù)[M].第2版.北京:石油工業(yè)出版社,2003.

[編輯] 帥群

2016-09-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41072109)。

李行(1991-)，男，碩士生，現(xiàn)從事鉆井液與完井液的學(xué)習(xí)與研究工作；通信作者：王松，wangs_2008@sina.com。

TE254.3

A

1673-1409(2017)15-0056-04

[引著格式]李行，王松，王浩任，等.哈薩克斯坦薩吉茲區(qū)塊氣田儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2017,14(15):56～59.