朱文森 陳丹磬 李金宜 信召玲 柳永軍

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300452)

鉆井儲(chǔ)層傷害及其應(yīng)對(duì)措施室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究

朱文森 陳丹磬 李金宜 信召玲 柳永軍

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300452)

通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，量化了渤海海域鉆井液對(duì)砂巖儲(chǔ)層物性的損害程度和酸化解堵后儲(chǔ)層物性的變化。鉆井液對(duì)疏松儲(chǔ)層損害明顯，有機(jī)解堵后物性得到恢復(fù)，解堵效果好。利用核磁共振技術(shù)評(píng)價(jià)了致密砂巖儲(chǔ)層鉆井液污染酸化前后儲(chǔ)層物性的變化情況。通過(guò)掃描電鏡觀察致密儲(chǔ)層污染和酸化后的微觀變化。致密儲(chǔ)層污染后核磁滲透率恢復(fù)值很低，酸化后核磁滲透率值較其最初值有了較明顯的提高。

渤海海域； 砂巖儲(chǔ)層物性變化； 實(shí)驗(yàn)研究

近幾年渤海海域勘探在淺層新近系稠油油田和中深部油田都取得了巨大的成功。但整個(gè)評(píng)價(jià)過(guò)程遇到的問題較多，特別是測(cè)試方面的問題。J23-2新近系稠油油田多口井在測(cè)試過(guò)程中進(jìn)行了解堵作業(yè)。中深部致密儲(chǔ)層如B27-2-2井測(cè)試過(guò)程中2次更改測(cè)試方案，酸化解堵后終獲成功。測(cè)試過(guò)程復(fù)雜除了測(cè)試層本身的原因外，鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的污染傷害程度有多大？解堵劑對(duì)儲(chǔ)層解堵程度如何？致密含碳酸鹽儲(chǔ)層酸化效果又如何？針對(duì)這些問題，本次研究做了一系列的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，量化了鉆井中儲(chǔ)層物性的變化。

1 鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度分析

鉆井液是最先接觸油氣層的外來(lái)流體,鉆頭鉆開儲(chǔ)層時(shí),在正壓差的作用下,鉆井液濾液滲入儲(chǔ)層,特別在泥餅形成之前,濾液滲入不可避免。進(jìn)入儲(chǔ)層的濾液如果與儲(chǔ)層巖石或流體不配伍,就會(huì)引起黏土礦物水化、膨脹、分散、遷移；或與地層水中無(wú)機(jī)離子作用形成不溶于水的鹽類沉淀等；如果濾失量過(guò)大,鉆井液將會(huì)攜帶大量的固相顆粒進(jìn)入儲(chǔ)層。這幾種情況都會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層孔喉堵塞、儲(chǔ)層滲透率下降，對(duì)儲(chǔ)層都有不同程度的損害[1]。

1.1對(duì)疏松儲(chǔ)層傷害程度分析

對(duì)新近系稠油油田2口取心井J23-2-3和L21-2-2井分別鉆取4個(gè)巖心柱塞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，取相近深度點(diǎn)的巖心柱塞1個(gè)，對(duì)其去油后做污染實(shí)驗(yàn)，另取1個(gè)未處理的巖心直接做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)流程是，先測(cè)出柱塞的煤油滲透率，然后用各井的鉆井液泥漿進(jìn)行驅(qū)替，以3.5 MPa的壓力驅(qū)替2 h后，再重新測(cè)量樣品的煤油滲透率。疏松砂巖儲(chǔ)層鉆井液泥漿污染和解堵后物性變化見表1。J23-2-3和 L21-2-2井泥漿污染實(shí)驗(yàn)表明，疏松儲(chǔ)層泥漿污染后滲透率恢復(fù)值在55.6%～80.0%，鉆井液對(duì)疏松儲(chǔ)層物性損害較為明顯。通過(guò)室內(nèi)模擬，量化了鉆井液對(duì)疏松儲(chǔ)層的傷害程度。

1.2對(duì)致密儲(chǔ)層傷害程度分析

鉆井液對(duì)低滲透油層的損害較大且以液相損害為主。水鎖效應(yīng)是低滲透儲(chǔ)層最主要且最常見的損害類型之一,損害率一般在70%～ 90%[2-6]。

B27-2-2井目的層埋深在3 700 m以下，孔隙度分布范圍為3.7%～13.5%，平均孔隙度僅有8.3%，滲透率分布范圍為(0.014～0.600)×10-3μm2，平均滲透率為0.200×10-3μm2。這種致密砂巖儲(chǔ)層因?yàn)閮?chǔ)層滲流能力差，液體驅(qū)不動(dòng)。嘗試采用核磁物性數(shù)據(jù)來(lái)比較鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度。核磁共振作為一種正在興起的巖心實(shí)驗(yàn)分析新手段，具有樣品無(wú)損、方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。理論上，通過(guò)核磁共振直接觀測(cè)巖石樣品的孔隙流體信號(hào)，不僅可以揭示巖石的孔隙結(jié)構(gòu)特征，而且有可能獲取巖石的物性、含油性等儲(chǔ)層參數(shù)，可對(duì)同一塊樣品進(jìn)行多參數(shù)分析對(duì)比[7-8]。對(duì)B27-2-2井6塊巖心進(jìn)行了核磁共振實(shí)驗(yàn),并采用SDR預(yù)測(cè)模型，求取巖心滲透率。

表1 疏松砂巖儲(chǔ)層鉆井液泥漿污染和解堵后物性變化情況

對(duì)B27-2-2井進(jìn)行了2次取心，第1次取心在沙一段，碳酸鹽平均含量為24%，在第一取心段 3 750.32 m附近鉆取3個(gè)柱塞，編號(hào)為1-1、1-2、1-3。第2次取心在沙二段，碳酸鹽平均含量為20%，在第二取心段3 791.51 m附近同樣鉆取3個(gè)柱塞，編號(hào)為2-1、2-2、2-3，按設(shè)計(jì)的致密砂巖儲(chǔ)層物性變化實(shí)驗(yàn)流程圖(見圖1)逐步實(shí)驗(yàn)。

首先將巖心柱塞洗油洗鹽，測(cè)出氦孔隙度和空氣滲透率；然后飽和地層水后測(cè)出柱塞的核磁孔隙度和滲透率；接著用泥漿驅(qū)替污染后，測(cè)出污染后核磁孔隙度和滲透率(表2)。泥漿污染后的核磁孔隙度占原核磁孔隙度的65%～84%。核磁滲透率恢復(fù)值很低，小于30%，最低僅為2.24%。從核磁共振T2譜分布圖上可以看出泥漿污染后T2譜右端明顯出現(xiàn)減幅段(圖2b、d)，T2分布面積變小，儲(chǔ)層物性變差。近年來(lái)，人們雖然從不同側(cè)面提出了一些基于核磁共振的巖石物性參數(shù)預(yù)測(cè)模型，但迄今為止仍存在較多爭(zhēng)議，低孔滲儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測(cè)問題尤為突出[9-10]。核磁孔隙度與常規(guī)孔隙度相關(guān)系數(shù)為97%，相關(guān)性好，核磁滲透率與常規(guī)滲透率相關(guān)系數(shù)低僅為52%，但污染前后核磁物性變化程度還是能夠反映污染后儲(chǔ)層傷害程度。

圖1 致密砂巖儲(chǔ)層物性變化實(shí)驗(yàn)流程圖

編號(hào)氦孔隙度∕%空氣滲透率∕(10-3μm2)核磁孔隙度∕%核磁滲透率∕(10-3μm2)泥漿污染后核磁孔隙度∕%泥漿污染后核磁滲透率∕(10-3μm2)酸化后核磁孔隙度∕%酸化后核磁滲透率∕(10-3μm2)清洗后氦孔隙度∕%清洗后空氣滲透率∕(10-3μm2)1-14.30.2624.10.4192.80.05412.21.6848.40.7221-24.50.4774.20.4193.20.120————1-35.80.0933.20.4162.60.04512.12.796——2-111.80.47710.90.4028.10.00912.10.282——2-212.60.59711.00.4729.20.108————2-313.00.29010.20.4028.50.02811.722.66513.31.364

圖2 B27-2-2井核磁共振T2譜分布圖

對(duì)2塊鉆井液污染后的樣品進(jìn)行了掃描電鏡分析，掃描電鏡中見到方解石、白云石和伊利石充填粒間孔隙、絲片狀伊利石和白云石包殼粒間溶蝕孔隙發(fā)育次生加大石英和伊利石充填粒間孔隙(圖3a、b、c、d)。經(jīng)過(guò)多次核實(shí)未在孔隙中發(fā)現(xiàn)污染物，分析認(rèn)為主要原因是實(shí)驗(yàn)中驅(qū)替時(shí)間較短，驅(qū)替壓力與實(shí)際壓力相差大。而在取心段其他巖心柱塞的掃描電鏡中多次發(fā)現(xiàn)顆粒表面被石鹽包裹以及石鹽充填溶蝕孔的現(xiàn)象(圖3e、f)。

圖3 B27-2-2井掃描電鏡照片

2 解堵、酸化效果分析

2.1解堵劑對(duì)疏松儲(chǔ)層的解堵程度分析

解堵劑是一種地層修復(fù)保護(hù)液，專為鉆完井后期修復(fù)和油氣層先期防護(hù)而研發(fā)的地層預(yù)處理體系，該項(xiàng)技術(shù)能有效清除鉆完井液對(duì)地層造成的傷害，起到修復(fù)油氣層、恢復(fù)油氣井產(chǎn)能的作用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)效保護(hù)油氣層的目的。

J23-2-3和L21-2-2井主要采用的是有機(jī)解堵劑。有機(jī)解堵劑的主要成分是TC-04地層清洗劑，其主要作用是清除有機(jī)垢，溶蝕侵入固相，分散致密濾餅。在有機(jī)解堵的實(shí)驗(yàn)中，解堵后滲透率恢復(fù)值均在70.0%以上，最高恢復(fù)值達(dá)到86.4%，解堵效果較明顯(見表1)。

2.2酸液對(duì)致密含碳酸鹽儲(chǔ)層的酸化效果分析

致密儲(chǔ)層主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析酸化效果，B27-2-2井現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試所用酸液成分為：15% HCL+3%鐵離子穩(wěn)定劑+(2%～3%)緩釋劑。2個(gè)取心段酸化后核磁滲透率較最初核磁滲透率有了較明顯的提高，滲透率恢復(fù)值在70.15%～80.60%。酸化后樣品核磁共振T2譜分布圖見圖4。T2譜右端明顯出現(xiàn)增幅段，T2譜分布面積變大，反映可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)及大孔隙百分?jǐn)?shù)顯著增加。

圖4 酸化后樣品核磁共振T2譜分布圖

2塊酸化后的樣品清洗后測(cè)其空氣滲透率和孔隙度(見表2)，清洗后的氦孔隙度是原氦孔隙度的1.02～1.95倍，清洗后空氣滲透率是原空氣滲透率的2.76～4.70倍。酸化后B27-2-2井掃描電鏡照片見圖5。從圖中可以看到礦物溶蝕和溶蝕孔較為發(fā)育。B27-2-2井在測(cè)試過(guò)程中采用的是酸壓模式，酸壓效果要比實(shí)驗(yàn)室模擬的酸化效果好很多。

圖5 酸化后B27-2-2井掃描電鏡照片

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)一系列的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)和分析，得到以下結(jié)論：(1)鉆井液對(duì)疏松和致密儲(chǔ)層均會(huì)產(chǎn)生一定的傷害；(2)有機(jī)解堵劑對(duì)稠油疏松儲(chǔ)層有一定的解堵能力；(3)致密含碳酸鹽儲(chǔ)層酸化效果較好，酸化后核磁滲透率有了較明顯的提高，礦物溶蝕和溶蝕孔較為發(fā)育。

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Abstract:Through a series of experiments, the damages and effects to sandstone reservoir physical properties caused by drilling fluid are quantitatively analyzed after plug-release and acidifying in drilling in Bohai Sea. Drilling fluid makes obvious damage to loose reservoir property, but it has better physical properties recovery after organic plug-release. Nuclear magnetic resonance (NMR) technology evaluates the changes of tight sandstone reservoir physical properties after drilling fluids pollution and acidification. Microscopic changes after tight sandstone reservoir pollution and acidification are observed with SEM. Recovery value of NMR permeability of tight sandstone reservoir is very low after drilling fluids pollution. Recovery value of NMR permeability of tight sandstone reservoir after acidification has obviously higher improvement than the original NMR permeability. The results of these experiments provide a good reference for sandstone reservoir protection research in drilling.

Keywords:Bohai Sea; changes of sandstone reservoir physical properties; experiment research

SimulationResearchonReservoirDamageandResponseMeasuresinDrilling

ZHU Wensen CHEN Danqing LI Jinyi XIN Zhaoling LIU Yongjun

(Bohai Petroleum Research Institute, Tianjin Branch Company, CNOOC, Tianjin 300452, China)

TE258

A

1673-1980(2017)05-0012-05

2017-06-02

“十三五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“渤海海域勘探新領(lǐng)域及關(guān)鍵技術(shù)研究”(2016ZX05024-003)

朱文森(1985 — )，女，工程師，研究方向?yàn)槭偷刭|(zhì)勘探。