馬勇新，張立權(quán)，楊仲涵，許發(fā)賓，向雄，楊洪烈，劉喜亮

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057；2.中海油服油化湛江作業(yè)公司，廣東湛江 524057）

1 優(yōu)選適用于油氣層損害評(píng)價(jià)的巖心

為了真實(shí)地模擬油藏中油、氣、水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，進(jìn)行鉆完井液保護(hù)油氣層損害研究，最好選用鉆井取心天然油氣層巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。但目前進(jìn)行調(diào)整井鉆井，需進(jìn)行鉆完井液技術(shù)優(yōu)化研究時(shí)，已無巖心可用，因而只能選用與其組構(gòu)特征相近似的模擬巖心。國(guó)內(nèi)外常用填砂管、人造巖心、天然露頭巖心等3 類模擬巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。下面對(duì)這3 類模擬巖石是否適用于評(píng)價(jià)鉆完井液對(duì)南海西部淺層疏松砂巖的損害進(jìn)行研討。

1.1 填砂管

填砂管巖心是采用油氣層砂樣，采用人工裝填砂管方式制作模型巖心。在模型的兩端都要加上一層孔徑為0.045 mm 的不銹鋼篩網(wǎng)，視裝入砂樣的總量將砂樣分成若干等份陸續(xù)裝入，并用橡皮錘不斷地向下敲擊夯實(shí)[3-4]，并使巖心的滲透率與要模擬的地層滲透率相近，但是由于填砂管制作的可重復(fù)性較差，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，制造的填砂管表現(xiàn)出來的差異性較大。該方法制作中、高滲巖心較容易，制作低滲巖心較困難。

1.2 人造巖心

人造巖心以天然巖心為參照，采用石英充填、磷酸鋁石英燒結(jié)等制作的巖心，高溫作用會(huì)使巖心碎樣中的礦物（如黏土礦物、石英和長(zhǎng)石等）轉(zhuǎn)化成不穩(wěn)定礦物，而燒結(jié)的陶瓷效應(yīng)會(huì)改變巖石潤(rùn)濕性和相對(duì)滲透率[5-7]，用這種方法制備的人造巖心不能很好地代表疏松中、低滲油氣層巖石組構(gòu)特性，不適宜用于鉆完井液對(duì)此類油氣層損害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的研究。

1.3 天然露頭砂巖

由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，部份儲(chǔ)層裸露至地面，此類地層的巖石組構(gòu)特征與實(shí)際儲(chǔ)層巖石相近似，其孔隙結(jié)構(gòu)更接近于實(shí)際油藏巖石，能夠較為真實(shí)反映孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)滲流過程的影響，進(jìn)行鉆完井液對(duì)油氣層損害研究較為合適。因而采用此類露頭砂巖制作巖心柱進(jìn)行油氣層損害評(píng)價(jià)較為合適。

天然露頭巖心產(chǎn)地較多，組構(gòu)特征有所差別。進(jìn)行鉆完井液對(duì)南海西部淺層疏松砂巖損害研究，必須選用與該氣藏組構(gòu)特征相近似的天然露頭巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2 評(píng)價(jià)鉆完井液對(duì)氣層損害的方法優(yōu)選

南海西部疏松砂巖氣層地面沒有裸露。通過對(duì)國(guó)內(nèi)多處露頭砂巖組構(gòu)特性進(jìn)行測(cè)試分析得出，四川露頭石英砂巖的組構(gòu)特性與南海西部中低疏松砂巖相近似，采用其作為鉆完井液對(duì)疏松氣層損害評(píng)價(jià)較為合適，下面對(duì)兩者巖石組構(gòu)特征及用作鉆完井液氣層損害評(píng)價(jià)可行性進(jìn)行研討。

2.1 南海西部疏松砂巖氣層巖石組構(gòu)特征

南海西部A 氣田氣層巖石類型以石英砂巖為主，主要巖性為極細(xì)砂巖和粉砂巖，巖石礦物組分以石英為主，其次是菱鐵礦，泥質(zhì)含量較低，為2.5%；巖石成分成熟度較高，砂巖分選中等～好，見表1。氣層黏土礦物伊利石占31%，伊蒙無序混層、綠泥石、高嶺石均存在，所占比例相接近，見表2。儲(chǔ)層物性具有中高孔、中低滲的特點(diǎn)，儲(chǔ)層段巖心孔隙度分布范圍為15%～34%，平均24%，巖心滲透率分布范圍為0.3～640 mD，平均為33 mD?？缀斫Y(jié)構(gòu)見表3。

12月1日，中國(guó)第35次南極科學(xué)考察隊(duì)搭乘的“雪龍”號(hào)極地考察船經(jīng)過一天多的破冰作業(yè)，到達(dá)南極中山站冰上卸貨地點(diǎn)，展開中國(guó)南極科考史上最大規(guī)模的一次卸貨作業(yè)。

表1 A 氣田X 井氣層砂巖薄片鑒定

表2 A 氣田X 井儲(chǔ)層黏土礦物分析

表3 A 氣田X 井氣層砂巖孔喉結(jié)構(gòu)

南海西部B 氣田氣層為中～特高孔、低～特高滲儲(chǔ)層；氣層滲透率非均質(zhì)性強(qiáng)，氣體滲透率分布較寬，從10 mD 至1000 mD，跨度較大；儲(chǔ)層黏土礦物絕對(duì)含量較高，平均含量高達(dá)36%，屬于疏松型泥質(zhì)砂巖氣藏儲(chǔ)層；黏土礦物主要為無序伊蒙混層，伊利石和高嶺石含量相對(duì)也較高，儲(chǔ)層表現(xiàn)出強(qiáng)-極強(qiáng)水敏損害、中等偏強(qiáng)速敏以及氣水相滲的水鎖損害。

2.2 四川露頭石英砂巖組構(gòu)特征

四川露頭石英砂巖孔隙度11%～28%，巖心滲透率分布范圍為0.3～1500 mD。該低滲砂巖薄片鑒定結(jié)果見表4，高滲砂巖礦物組分見表5?？缀斫Y(jié)構(gòu)見表6。此類巖心為天然的，因而其相同孔滲的巖心，組構(gòu)特征較為穩(wěn)定。

表4 四川低滲露頭石英砂巖薄片鑒定

表5 四川高滲露頭石英砂巖礦物組分

表6 四川露頭石英砂巖孔喉結(jié)構(gòu)

2.3 用四川露頭巖心作中低疏松砂巖氣層損害評(píng)價(jià)可行性研討

對(duì)比南海西部A、B 氣田的氣層巖心與四川露頭巖心結(jié)構(gòu)特征發(fā)現(xiàn)，四川露頭巖心與南海西部A氣田儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)特征相類似，可選用四川露頭巖心作為A 氣田儲(chǔ)層損害評(píng)價(jià)；對(duì)于B 氣田由于氣層黏土礦物含量較高，儲(chǔ)層存在潛在的強(qiáng)水敏、鹽敏損害，因此若采用四川露頭巖心模擬A、B 氣田儲(chǔ)層損害，需要增加鉆完井液抑制性能評(píng)價(jià)。同時(shí)，鑒于A、B 氣田各氣層鉆調(diào)整井時(shí)，氣層均存在不同程度的壓力衰竭，A 氣田壓力系數(shù)從1.01～1.14 降低至0.32～0.50，B 氣田從原始?jí)毫ο禂?shù)1.02～1.14降低至0.87～0.92 左右，因此鉆進(jìn)該氣層調(diào)整井時(shí)，易發(fā)生漏失，造成對(duì)氣層損害，需要在上述實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上增加鉆開液承壓能力實(shí)驗(yàn)。此外，A、B 氣田的氣層是疏松砂巖，在投產(chǎn)時(shí)，易出砂，為了防砂，要求鉆完井液具有低返排壓力，需進(jìn)行此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。

3 淺層疏松砂巖氣層損害評(píng)價(jià)方法

3.1 鉆完井液對(duì)氣層滲透率恢復(fù)值存在問題

采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5358—2012《儲(chǔ)層敏感性流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法》、SY/T 6540—2010《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)方法》評(píng)價(jià)鉆完井液對(duì)油氣層損害實(shí)驗(yàn)。

采用A、B 氣田鉆進(jìn)所使用的EZFLOW 鉆井液進(jìn)行油層保護(hù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表7。結(jié)果表明EZFLOW 鉆井液對(duì)中滲油層的滲透率恢復(fù)值都在90%左右，重復(fù)性比較好。

表7 采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)EZFLOW 鉆井液對(duì)油層損害

采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)EZFLOW 鉆開液對(duì)氣層損害實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表8。平行巖樣，由于氣體存在滑脫效應(yīng)，氣測(cè)滲透率恢復(fù)值差距較大，表明行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不適用于鉆開液對(duì)氣層損害評(píng)價(jià)。

表8 采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)EZFLOW 鉆井液對(duì)氣層損害

3.2 鉆完井液對(duì)淺層疏松砂巖氣層滲透率恢復(fù)值測(cè)定方法改進(jìn)

測(cè)試巖心氣體滲透率，同時(shí)在巖心出口端施加回壓，通過監(jiān)測(cè)氣相通過巖心后穩(wěn)定的流量、壓力，利用氣體達(dá)西公式計(jì)算巖心損害前后的氣體滲透率，此方法稱為“界限壓力法”[8]，游利軍等使用此方法評(píng)價(jià)鉆完井液對(duì)低滲、超低滲裂縫氣層損害。筆者將此方法引用來評(píng)價(jià)鉆完井液對(duì)中低滲砂巖孔隙氣層損害。

評(píng)價(jià)的EZFLOW 鉆開液對(duì)中低滲砂巖孔隙氣層損害結(jié)果見表9。平行巖樣，滲透率恢復(fù)值十分接近，滲透率恢復(fù)值都在90%左右，表明在進(jìn)行滲透率恢復(fù)實(shí)驗(yàn)，出口端增加回壓，能較好克服測(cè)試過程氣體滑脫效應(yīng)，測(cè)試結(jié)果具有較好準(zhǔn)確性。

表9 采用界限壓力法評(píng)價(jià)鉆開液對(duì)氣層損害

3.3 評(píng)價(jià)鉆完井液對(duì)氣層損害的配套方法

采用四川天然露頭石英砂巖來測(cè)定鉆完井液對(duì)南海海西部淺層疏松枯竭砂巖氣層的滲透率恢復(fù)值，還不能全面評(píng)價(jià)鉆完井液保護(hù)氣層的效果，還需增加鉆完井液抑制性、承壓能力、返排壓力等3項(xiàng)指標(biāo)。

3.3.1 抑制性

對(duì)于南海西部B 氣田氣層存在強(qiáng)水敏、鹽敏損害，需提高鉆完井液抑制性，才能減輕對(duì)氣層損害。采用美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)泥巖鉆屑（HOLEPLUG），按標(biāo)準(zhǔn)《SY/T 5613—2016 鉆井液測(cè)試泥頁巖理化性能試驗(yàn)方法》評(píng)價(jià)EZFLOW 鉆井液（不同氯化鉀、氯化鈉加量）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)泥巖鉆屑的回收率與膨脹率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)KCl 加量≥3%，滾動(dòng)回收率提高幅度趨于平衡（見圖1）；當(dāng)NaCl 加量≥7%，滾動(dòng)回收率提高幅度趨于平衡（見圖2），將3%KCl與8%NaCl 復(fù)配來提高鉆開液抑制性（鉆開液密度為1.10 g/cm3），鉆屑滾動(dòng)回收率可高達(dá)94.34%，鉆屑線性膨脹率在15%以下（見表10）。

圖1 KCl 加量對(duì)鉆開液抑制性能的影響

圖2 NaCl 加量對(duì)鉆開液抑制性能的影響

表10 EZFLOW 鉆開液抑制性評(píng)價(jià)（80 ℃、16 h）

3.3.2 承壓能力

采用國(guó)內(nèi)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T29170—2012《石油天然氣工業(yè) 鉆井液 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試》中第27 節(jié)內(nèi)容“滲透性封堵儀（PPT/PPA）”封堵評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)EZFLOW 鉆開液承壓能力，該鉆開液在7.0 MPa壓力下，能成功封堵住400～20000 mD 不同孔喉尺寸的砂盤（見表11）。

表11 EZFLOW 鉆開液對(duì)不同滲透率陶瓷盤封堵性

3.3.3 返排壓力

鉆開液對(duì)氣層保護(hù)要求解堵返排壓力低，因此中海油田服務(wù)股份有限公司發(fā)明了一種泥餅返排性能測(cè)定裝置”（實(shí)驗(yàn)儀器見圖3），并建立了實(shí)驗(yàn)方法[9]。

圖3 泥餅返排性能測(cè)定裝置

該儀器在“滲透性封堵儀”基礎(chǔ)上改裝而來，增加了返排壓力泵、壓力監(jiān)控系統(tǒng)等，可測(cè)試鉆井液形成泥餅后的突破壓力或者返排平衡壓力。使用此裝置對(duì)比PRD、EZFLOW 兩種弱凝膠鉆開液返排性能（見圖4、表12），實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明EZFLOW鉆開液返排性能較好，突破壓力、返排壓力都較低，換算成滲透率恢復(fù)值為（污染前壓力/返排平衡壓力）90.39%。

圖4 PRD、EZFLOW 兩種弱凝膠鉆井液返排壓力

表12 PRD、EZFLOW 二種弱凝膠鉆井液返排性能

3.4 EZFLOW鉆開液對(duì)低、高滲砂巖氣層滲透率恢復(fù)值實(shí)驗(yàn)

利用界限壓力法評(píng)價(jià)EZFLOW 鉆井液對(duì)南海西部A、B 氣田低、高滲儲(chǔ)層組構(gòu)相類似的四川天然露頭砂巖氣體滲透率恢復(fù)值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表13，巖心氣體滲透率恢復(fù)值均在90%以上，說明EZFLOW 鉆井液具有很好保護(hù)氣層效果。

表13 EZFLOW 鉆井液對(duì)氣層損害評(píng)價(jià)

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

南海西部A、B 兩個(gè)氣田應(yīng)用EZFLOW 鉆井液鉆進(jìn)氣層的7 口井，完井投產(chǎn)后，試氣過程實(shí)測(cè)表皮系數(shù)見表14。

表14 采用EZFLOW 鉆井液鉆進(jìn)氣層實(shí)測(cè)表皮系數(shù)

從表14 得知，EZFLOW 鉆井液具有很好保護(hù)氣層效果，表皮系數(shù)分別均為0.2～0.5。此結(jié)果與室內(nèi)采用界限壓力法評(píng)價(jià)該鉆井液對(duì)氣層損害評(píng)價(jià)效果一致，對(duì)氣層損害程度很小，具有很好的保護(hù)淺層疏松砂巖效果；同時(shí)驗(yàn)證了采用評(píng)價(jià)疏松砂巖氣層損害方法的可行性。

5 結(jié)論

1.四川露頭石英砂巖可用來模擬以石英為主的疏松油氣層巖心，進(jìn)行鉆完井液對(duì)油氣層損害評(píng)價(jià)。

2.提出了一種適合疏松砂巖壓力衰竭型氣層損害評(píng)價(jià)方法，此方法包括鉆完井液抑制性、滲透率恢復(fù)值（界限壓力法）、承壓能力、返排壓力等四項(xiàng)指標(biāo)，較全面地評(píng)價(jià)了鉆完井液對(duì)疏松砂巖壓力衰竭型氣層損害；

3.通過對(duì)國(guó)內(nèi)南海西部A、B 氣田現(xiàn)場(chǎng)個(gè)別開氣層所使用的使用的EZFLOW 鉆井液進(jìn)行損害評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)井試井結(jié)果一致，說明該方法評(píng)價(jià)結(jié)果模擬現(xiàn)場(chǎng)較為真實(shí)，可供使用。