王恒阳

(俄罗斯国立石油天然气大学 油气田开发系,俄罗斯 莫斯科 117485)

一胜利油区低渗透砂岩储层钻井液的室内评价

王恒阳

(俄罗斯国立石油天然气大学 油气田开发系,俄罗斯 莫斯科 117485)

选用胜利油区低渗透砂岩储层岩心,使用地层伤害动态评价系统,模拟钻井、完井实际工作条件,通过滤失量、泥饼质量、渗透率损害率、损害半径、表皮系数等评价参数测定,对MMH正电胶钻井液、BPS黑色正电胶钻井液、聚合醇(PEM)钻井液进行了动、静态评价。试验结果表明，MMH正电胶钻井液对储层岩心伤害小,是胜利油区低渗透储层有效的油层保护钻井液,在现场应用大幅度提高了油井产量,取得了较好的应用效果。

低渗透砂岩;钻井液;室内评价;油层保护

早在20 世纪30 年代,国外有学者提出钻井过程中存在的油气层伤害问题,建立了一系列的试验室评价方法及配套技术,并应用于现场实践,取得了良好的经济效益[1-2]。在钻开储集层过程中,钻井液与储集层接触产生化学反应损害和物理反应损害,使储集层的有效渗透率受到不同程度损害,而且在勘探钻井中还会失去发现油气层的机会。因此在钻井前,通过室内物理模拟手段,针对性地选择目的层的岩心,对预使用的钻井液进行评价是防止油气层污染的第一关。符馨月、 杨向同等[3]对钻井液对地层伤害的物理模拟评价技术进行研究,在多种试验评价手段中,地层伤害动态评价方法即全尺寸动态模拟法可以完全模拟钻井、完井时井内实际工作条件下的油气层损害过程和程度,具有更加完善的模拟功能,使得试验结果更加准确而可靠。本文所使用的评价方法即为全尺寸动态模拟法。

1 评价方法

利用美国TMECO公司生产的FDS-800-10000地层伤害动态评价系统,使用胜利油区低渗透砂岩储层5口取心井的8块低渗透岩心(岩心物性参数见表1),模拟钻井时钻井液的动态滤失过程和停钻时钻井液的静态滤失过程,对胜利油区低渗透储层钻井中常用的MMH正电胶钻井液、BPS黑色正电胶钻井液、聚合醇(PEM)钻井液进行评价,从而优选出适合低渗透储层的钻井液类型。

表1 岩心物性参数

1.1 试验条件

往复泵速度为2 000 cm3/min;动滤失时间为125 min,静滤失时间为25 min;试验温度为110 ℃。

1.2 试验程序

岩心洗油洗盐→测定气体渗透率→抽真空饱和4%KCl水→饱和原油→测定油相渗透率→反向动滤失试验125 min→反向静滤失试验25 min→刮去泥饼→正向测定钻井液污染后油相渗透率。

2 结果及其分析

试验结果如表2所示。

表2 钻井液评价试验数据

注：Dk1为钻井液入口端到第一个测压点之间(相距3.3 cm)的渗透率损害率;Dk2为第一个测压点到第二个测压点之间(相距2.2 cm) 的渗透率损害率;Dk3为第二个测压点到第三个测压点之间(相距2.2 cm)的渗透率损害率;Dk4为第三个测压点到钻井液出口端之 间的渗透率损害率;Dk为整段岩心的渗透率损害率。

2.1 试验结果

2.1.1 滤失量

在一个动、静滤失周期内,动滤失量大于静滤失量,动滤失量占总滤失量的84%以上,在125 min的动滤失时间内,动滤失量不断增加;渗透率相近的岩心在相同的滤失压差下,MMH正电胶钻井液的滤失量明显低于其他两种钻井液。

传感器节点同步开启采集工作，一方面，网络可以及时处理系统启动初期的突发枪声事件；另一方面，网络中节点同步开启采集工作能够调整网络全局时钟，保证系统的稳定运行。

2.1.2 泥饼质量

钻开油气层的过程中,钻井液中的固相进入储层孔道、裂缝等,在渗滤介质表面或储层深部孔道沉积,形成外滤饼和内滤饼,导致储层渗透率降低,泥饼质量的好坏直接关系到滤失量和损害半径的大小。

试验后的样品只能观察到外滤饼的形态和致密程度。从本次试验的外泥饼观察结果看,MMH正电胶钻井液的泥饼均致密完整,而BPS黑色正电胶钻井液与聚合醇钻井液的泥饼均稀松不完整。

内滤饼的质量可通过试验后的岩心分段渗透率损害率来表征。渗透率损害率越大,形成的内滤饼质量越好。

渗透率损害率

(1)

式中,ka、k分别为钻井液污染前、后岩心的渗透率,10-3μm2。

从表2中渗透率损害率结果看,被MMH正电胶钻井液污染后岩心的渗透率伤害主要发生在距入口段5.5 cm以内,平均渗透率损害率为74.7%,聚合醇钻井液和BPS黑色正电胶钻井液渗透率损害率平均值分别为54.0%和38.4%。由此可见MMH正电胶钻井液浸入岩心后形成的内滤饼质量最好,其次为聚合醇钻井液和BPS黑色正电胶钻井液。

2.1.3 渗透率损害率

MMH正电胶钻井液对整段岩心的渗透率损害率为27.4%～48.0%,平均渗透率损害率与聚合醇钻井液的渗透率损害率相近(35.7%),但明显高于BPS黑色正电胶钻井液的渗透率损害率。从渗透率伤害指标上看,BPS黑色正电胶钻井液对储层伤害最小。

2.1.4 损害半径

将岩心端面面积πr2换算成井底径向流面积(2πrwh)的地层时可得损害半径

(2)

式中,rs为损害半径,cm;d为岩心直径,cm;rw为井眼半径,cm;ED为驱替效率,%;QFL为滤失量,mL;φ为孔隙度。

从式(2)来看,滤失量和损害半径两者之间表现为正相关关系。计算结果如图1所示,MMH正电胶钻井液的损害半径为11.8～25.3 cm,聚合醇钻井液及BPS黑色正电胶钻井液损害半径远大于MMH正电胶钻井液,为99.3～199 cm,这个范围已经超过射孔弹的有效穿透距离,因此即使完成射孔作业,因为未穿透污染带,射孔作业失败。

2.1.5 表皮系数

根据均质地层损害程度评定标准的规定,表皮系数S>0,表示储层受到损害;表皮系数S=0,表示储层未损害;表皮系数S<0,表示储层获得改善。一般来说,在油田开发过程中,储层不可避免地会受到外来因素引起的伤害,因此从现场实际出发,表皮系数越接近零越好。

图1 钻井液损害半径对比

表皮系数的计算公式为

(3)

从表2的计算结果看,MMH正电胶钻井液的表皮系数为0.107～1.27,表皮系数较小,说明该钻井液对储层伤害较小,聚合醇钻井液表皮系数为4.09,BPS黑色正电胶钻井液平均为15.2,这说明聚合醇钻井液及BPS黑色正电胶钻井液对低渗透储层伤害较严重。

2.2 结果分析

崔迎春等[4]研究认为对于含固相的钻井液,可通过岩心近端的孔隙堵塞来阻止固相和液相继续侵入,继而达到保护油气层的目的。钻井液对岩心近端的堵塞程度主要取决于钻井液中的固相颗粒与储层岩石孔喉大小的匹配关系[5],两者匹配合理，钻井液在岩心中将形成质量较好的内、外滤饼。

使用MS 2000激光粒度分析仪对试验室所用MMH正电胶钻井液中的颗粒进行了粒度分析(图2)。从图2中可以看出，该钻井液中固相颗粒粒径分布范围较宽,为0.12～200 μm,粒径中值为6.774 μm。

图2 MMH正电胶钻井液粒度分布

压汞试验所分析的孔隙结构试验数据中,河159井、牛872井和史108井进行钻井液动、静滤失所用样品的平均孔隙半径分别为0.889、0.715和0.244 μm,由此可见,所使用的MMH正电胶钻井液的固相颗粒粒径在大于1/3孔隙直径和小于2/3孔隙直径均有分布,所以能够形成质量较好的内、外滤饼,有效阻止固相颗粒及液体的进一步侵入,整段岩心的渗透率大幅度下降,滤失量、损害半径、表皮系数也相应较小。

3 应用效果

现场采用MMH正电胶钻井液后效果普遍较好。罗35-X4井,预计日产量为40 t,实际日产量为72 t。C48-1井日产量为18 t,与周围井产量相比成倍增加。在桩106块、纯梁等地区使用MMH正电胶钻井液钻井,投产产量均比使用普通钻井液完井钻井产量高。

4 结束语

与BPS黑色正电胶钻井液、聚合醇钻井液相比,MMH正电胶钻井液动、静滤失量小,形成的内外滤饼致密,损害半径和表皮系数小,是胜利油区低渗透储层有效的油层保护钻井液。MMH正电胶钻井液在胜利油区低渗透油藏中应用取得了良好效果。

[1] KEELAN D K, KOEPF E H. The role of cores and core analysis in evaluation of formation damage[J].Journal of Petroleum Technology,1977,29(5):482- 490.

[2] OHEN H, CIVAN F. Simulation of formation damage in petroleum reservoirs[J]. SPE Advanced Technology Series,1993,1(1): 27-35.

[3] 符馨月,杨向同,郭平,等.钻井液对地层伤害的物理模拟评价技术进展[J].重庆科技学院学报:自然科学版,2014,16(4):77-80.

[4] 崔迎春,张琰.低渗气层损害室内评价标准的初步研究[J].石油钻探技术,2001,29(6):46- 48.

[5] 刘保双,曹胜利.国外无伤害钻井液技术研究进展[J].精细石油化工进展,2004,5(12):29-32.

[责任编辑] 王艳丽

2015-10-07

王恒阳(1990—),男,山东临朐人,俄罗斯国立石油天然气大学油气田开发系博士研究生,主要从事水平井完井研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2015.04.006

TE258

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1673-5935(2015)04- 0024- 03