方圓，周書勝，鄢佳蓉

(1.中海油服油化事業(yè)部上海作業(yè)公司，上海 200335；2.荊州嘉華科技有限公司，湖北 荊州 434000)

0 引言

鉆井液是首個接觸處于原始狀態(tài)的產(chǎn)層的外部流體，因此其特性對儲層保護(hù)起到關(guān)鍵性作用。當(dāng)油氣層損害一旦發(fā)生，則極不易消除，不僅影響后續(xù)完井工藝以及油氣生產(chǎn)評估，且對后續(xù)油氣產(chǎn)量的影響具有決定性[1-3]。因此，保護(hù)油氣層的鉆井液技術(shù)是首要技術(shù)環(huán)節(jié)，鉆井液的組分對儲層保護(hù)效果具有重大影響，如重晶石等惰性固相一旦進(jìn)入儲層孔喉，即使后續(xù)的酸化、破膠工藝仍無法有效解除，無法恢復(fù)儲層滲透率[4]。對于該問題，國外有學(xué)者通過室內(nèi)試驗，采用熱化學(xué)液體反應(yīng)釋放大量熱量摧毀泥餅，取得了較好的儲層保護(hù)效果，但該技術(shù)應(yīng)用于鉆井現(xiàn)場仍難以實現(xiàn)[5]。屏蔽暫堵技術(shù)對鉆井液的儲層保護(hù)性能具有重要影響，鉆井液濾失量低，可減少濾液進(jìn)入儲層孔喉的深度[6-7]；提高濾液的抑制性能，以有效降低鉆井液對儲層巖心的水敏和速敏傷害[8-9]。另外，鉆井液中的聚合物與地層水的配伍性(防止無機(jī)垢的形成)對鉆井液的儲層保護(hù)效果具有重要影響[10-11]。本文綜述了鉆井液對儲層保護(hù)影響的研究進(jìn)展，為現(xiàn)場儲層保護(hù)提供技術(shù)支持。

1 鉆井液性能對儲層傷害分析

1.1 重晶石對儲層傷害的影響

隨著深層超深層油氣資源開發(fā)越來越普遍，為了平衡地層孔隙壓力，采用高密度固相顆粒(加重劑)增加鉆井液的密度，使鉆井液液柱壓力與儲層壓力之間為正壓差，在該條件下加重劑被地層滲透進(jìn)而傷害儲層。具有高酸溶性的高密度微錳作為高性能加重劑可應(yīng)用于鉆井液中，顯著減少了油氣層的損害程度，但高昂的經(jīng)濟(jì)成本使其在國內(nèi)應(yīng)用受到限制[12-13]。國內(nèi)高密度鉆井液主要以重晶石作為加重劑，在重晶石的作用下使鉆井液泥餅致密，在鉆具不同程度地磨壓下，重晶石泥餅造成的潛在儲層堵塞也更為嚴(yán)重。由于重晶石主要成分為硫酸鋇(BaSO4)，并且它在無機(jī)酸和有機(jī)酸中的溶解度都很小，所以后續(xù)酸化作業(yè)對由重晶石造成的儲層堵塞影響較小；另外，優(yōu)質(zhì)的重晶石資源(高密度)越來越少，加大了對儲層的傷害[14]。清除重晶石泥餅對提高油氣井產(chǎn)量尤其重要，但目前現(xiàn)場對重晶石堵塞機(jī)理并不明確。重晶石泥餅采用解堵螯合劑解除重晶石泥餅的堵塞[15]，其機(jī)理為在螯合劑作用下使中心金屬離子從Ba2+晶格中脫離，重晶石泥餅中的Ba2+與螯合劑形成螯合物，螯合物從重晶石顆粒表面剝離進(jìn)入溶液中，導(dǎo)致重晶石的溶解[16]。另外，流體介質(zhì)中的Ba2+可能形成無機(jī)垢，易造成二次儲層傷害。

1.2 暫堵型保護(hù)型技術(shù)對儲層傷害的影響

鉆井液進(jìn)入油氣層內(nèi)部破壞了油氣層內(nèi)部原有的物理、化學(xué)平衡，進(jìn)而建立新的物理化學(xué)平衡，導(dǎo)致油氣層內(nèi)部原有的物理化學(xué)平衡被破壞，從而產(chǎn)生損害，對后續(xù)作業(yè)效果帶來不良影響[17]。為了降低鉆井液中的固相顆粒和濾液對油氣層的損害，在國外學(xué)者提出的理論中，即“1/3 架橋規(guī)則”，用于架橋的顆粒平均粒徑大約為油氣層孔隙尺寸的1/3，架橋顆粒在儲層巖心表面形成致密的泥餅。降低固相顆粒、濾液進(jìn)入油氣層的可能性，從而減少對油氣層的損害[18]。鄢捷年等[19]提出了理想充填理論，即根據(jù)油氣層最大孔喉直徑(d90) 加入具有連續(xù)粒徑序列分布的暫堵劑顆粒來封堵儲層，該技術(shù)具有較好保護(hù)油氣層效果，并且該技術(shù)在現(xiàn)場應(yīng)用中提高了單井產(chǎn)量。廣譜暫堵技術(shù)依據(jù)儲層巖心主流孔喉直徑d50 和最大流動孔喉直徑來確定暫堵顆粒的直徑，從第一代的粗放型屏蔽暫堵技術(shù)逐漸過渡到第二代的精細(xì)屏蔽暫堵技術(shù)[20]。

1.3 抑制性能對儲層傷害的影響

油氣儲層巖心中黏土含量高，其中伊利石、蒙脫石和伊蒙混層含量較高時，鉆井液濾液進(jìn)入儲層后易引起儲層黏土的水化膨脹、分散和運移，導(dǎo)致了油氣層水敏損害[21]。因此鉆井液的抑制性愈強(qiáng)，則引起地層水敏損害愈小。為了解決上述問題，通常采取的解決手段是在水基鉆井液中加入抑制劑，抑制劑種類有銨離子抑制劑、聚氨酸、多羥基化烷基銨鹽、伯胺等[22]。含有胺基抑制劑在水溶液中質(zhì)子化帶正電荷，與黏土晶層表面的負(fù)電荷通過靜電作用吸附在黏土表面，起到晶格固定作用，改變黏土表面的潤濕性能，阻止水分子進(jìn)入黏土并抑制黏土表面水化[23]。

1.4 聚合物吸附行為對儲層傷害的影響

水基鉆井液的主要成分為水溶性聚合物，在正壓差下隨著濾液進(jìn)入儲層巖石孔喉中，由于水溶性聚合物含有大量的吸附基團(tuán)，它們會牢固附著于儲層巖石孔喉表面，這會縮小儲層滲流空間，并可嚴(yán)重降低儲層滲流能力[24]。為了解決上述問題，可通過優(yōu)化聚合物分子結(jié)構(gòu)，降低聚合物分子剛性，使聚合物分子易于熱力學(xué)降解，并提高聚合物分子對地層細(xì)菌的分解易感性。為了現(xiàn)場解決聚合物吸附在孔喉表面帶來的堵塞問題，完鉆后常注入破膠劑，破膠劑主要由過氧化物組成，通過形成自由基破壞高分子處理劑結(jié)構(gòu)，促使主鏈斷裂，從而降低鉆井液濾液的返排壓力[25]。

1.5 濾液與地層水配伍性對儲層傷害的影響

鉆井液濾液進(jìn)入地層，與儲層內(nèi)部的流體接觸，離子之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)可能導(dǎo)致無機(jī)垢沉淀。無機(jī)垢易于附著在儲層孔道外表，從而減小儲層的滲流孔道，常 見 的 無 機(jī) 垢 包 括CaCO3、BaSO4、CaSO4[26]。對該問題，實驗優(yōu)化了鉆井液與地層水的配伍性，以降低鉆井液濾液與地層水混合后的濁度。另外，在鉆井液中加入防垢劑，常見的防垢劑[27]為無機(jī)磷酸鹽(三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉)、有機(jī)膦酸鹽(多元醇磷酸酯、羥基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸)和聚合物類(聚丙烯酸、聚馬來酸和馬來酸(酐)/乙酸乙烯酯共聚物等)。

2 儲層保護(hù)水基鉆井液研究進(jìn)展

為了保護(hù)儲層油氣產(chǎn)能，儲層保護(hù)鉆井液大致分為強(qiáng)封堵低濾失鉆井液、強(qiáng)抑制低傷害水基鉆井液、低固相/ 無固相聚合物鉆井液體系以及在無固相聚合物鉆井液體系上發(fā)展的可降解無固相鉆井液。強(qiáng)封堵低濾失鉆井液在現(xiàn)場應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的儲層保護(hù)效果，吳江等[28]采用粗細(xì)兩種暫堵劑以及磺化瀝青進(jìn)行復(fù)配，用理想充填的方法分別設(shè)計了保護(hù)儲層的鉆井液配方，目前已進(jìn)行了大量的現(xiàn)場應(yīng)用，濾失量明顯降低，取得了明顯的儲層保護(hù)效果。羅學(xué)剛等[29]采用改性秸稈纖維為主要原料，不僅開辟了可再生秸稈資源利用的新途徑，還開發(fā)了屏蔽暫堵和隨鉆封堵性能優(yōu)良的油氣層保護(hù)暫堵劑。蔣官澄等[30]開發(fā)了油膜暫堵劑并將其應(yīng)用于鉆井液中，其機(jī)理為暫堵劑軟化變形且通過靜電力、化學(xué)鍵快速在近井壁處形成一層韌性強(qiáng)、滲透性“油膜”暫堵屏障。夏忠躍等[31]從“增強(qiáng)抑制、保護(hù)儲層”的角度出發(fā)，以雙疏材料為核心處理劑，優(yōu)選并建立了一種雙疏型強(qiáng)抑制低傷害水基鉆井液體系。吳爽[32]以鹵水為分散相，通過優(yōu)選核心處理劑，成功地制備了無固相強(qiáng)抑制水基鉆井液，滿足遼河油田低滲透儲層安全鉆進(jìn)和儲層保護(hù)的要求，具有廣泛推廣應(yīng)用的價值。馬英文等[33]研究一套抗高溫?zé)o固相儲層保護(hù)鉆井液體系，通過補充鉆井液處理劑來延長鉆井液的熱穩(wěn)定性，并在儲層溫度下展現(xiàn)出自破膠性能，鉆進(jìn)過程中，不見泥頁巖掉塊、卡鉆現(xiàn)象，攻克了該區(qū)塊鉆井及儲層保護(hù)作業(yè)難題。

3 結(jié)語

鉆井液是最先接觸油氣儲層的外來流體，因此鉆井液特性對儲層保護(hù)起到?jīng)Q定性作用。儲層傷害主要分為固相污染、聚合物吸附堵塞、儲層黏土的水化膨脹、分散、運移以及鉆井液濾液與地層水配伍性傷害，其中對于高滲儲層而言，其主要傷害為固相傷害以及聚合物吸附堵塞；對于低滲儲層而言，其主要傷害為儲層黏土的水化膨脹、分散、運移以及鉆井液濾液與地層水配伍性傷害。為了提高鉆井液儲層保護(hù)效果，提高鉆井液的封堵低濾失性能以及鉆井液濾液抑制性能，降低儲層孔喉中黏土水化膨脹。另外，采用無固相鉆井液，可避免鉆井液有害固相給儲層帶來傷害，通過聚合物熱穩(wěn)定來研究鉆井液的可降解破膠性能，使鉆井液膠體返排壓力降低，有利于保護(hù)儲層。