摘 要

摘　要：水鎖、水敏及堿敏等造成了低滲透砂巖儲(chǔ)層滲透率難以恢復(fù)的傷害，成為了儲(chǔ)層保護(hù)的技術(shù)瓶頸。為此，依據(jù)屏蔽暫堵技術(shù)原理，以巖心實(shí)驗(yàn)確定的對(duì)滲透率貢獻(xiàn)最大的孔喉半徑區(qū)間

摘　要：水鎖、水敏及堿敏等造成了低滲透砂巖儲(chǔ)層滲透率難以恢復(fù)的傷害，成為了儲(chǔ)層保護(hù)的技術(shù)瓶頸。為此，依據(jù)屏蔽暫堵技術(shù)原理，以巖心實(shí)驗(yàn)確定的對(duì)滲透率貢獻(xiàn)最大的孔喉半徑區(qū)間為依據(jù)，研制出了與儲(chǔ)層孔喉滲透率貢獻(xiàn)率分布相匹配的多級(jí)架橋暫堵油氣層保護(hù)劑，它由多級(jí)架橋粒子FDPD和可變形粒子FEP組成，在鉆井液中最佳加量分別為4％和2％～3％。室內(nèi)對(duì)加入多級(jí)架橋暫堵油氣層保護(hù)劑前后鉆井液性能變化和巖心滲透率恢復(fù)值進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：①巖心滲透率恢復(fù)率達(dá)85％，能很好地保護(hù)低滲透儲(chǔ)層；②多級(jí)橋架暫堵劑加入鉆井液后，雖鉆井液的黏度和切力有所上升，但波動(dòng)不大，能夠滿(mǎn)足工程的要求；③中壓濾失量和高溫高壓濾失量降低，更有利于儲(chǔ)層保護(hù)。2口應(yīng)用井與同區(qū)塊其他井相比油氣產(chǎn)量明顯提高，起到了良好的儲(chǔ)層保護(hù)作用。該技術(shù)具有低成本、施工方便等特點(diǎn)，是一種切實(shí)可行的低成本且安全可行的油氣層保護(hù)方法。

關(guān)鍵詞：低滲透儲(chǔ)集層  架橋粒子  暫堵  屏蔽  保護(hù)劑  儲(chǔ)層損害  鉆井液  油氣層保護(hù)

Multi-level bridge plugging for the protection of low-permeability reservoirs

Abstract：The water lock，water sensitivity and alkali sensitivity will resuh in irrecoverable damage to low permeability sandstone reservoir permeability，which becomes the bottlenecking problem of reservoir protection．Therefore，the range of pore throat radius with the most greatest contribution to the permeability was first determined in the core sample tests；then according to the principles of shielding temporary plugging．a multi-level bridge temporary plugging agent was developed for oil&gas reservoir protection matched with the distribution of contribution rate of pore throat permeability．This newly developed agent consists of FDPD(multi-level bridge particles)and FEP(deformable particles)，the optimum amounts of which added to the drilling fluid are 4％ and 2-3％ respectively．The experimental evaluation was performed on the drilling fluid performance changes and core permeability recovery values before and after this agent was added．The following findings were achieved．a．The core permeability recovery reaches 85％，which is good enough to protect low permeability reservoirs．b．With this new agent added，the drilling fluid viscosity and shear force are increased slightly with little fluctuation，meeting the drilling requirements．c．The medium pressure filtration loss and high-temperature high pressure filtration loss are both reduced，which is more favorable to reservoir protection．The actual application showed that the oil and gas outputs of the two pilot test wells are increased significantly compared with those of other wells in the same block and this technology is proved to function well in reservoir protection with a low cost and an advantage of easy and convenient operation．

Key words：low-permeability reservoir，bridging particle，temporary plugging，shield，protective agent，reservoir damage，drilling fluid，reservoir protection

目前保護(hù)儲(chǔ)層鉆井研究熱點(diǎn)集中存屏蔽暫堵保護(hù)油層技術(shù)、無(wú)滲透鉆井液技術(shù)和欠平衡鉆井技術(shù)3個(gè)方面。無(wú)滲透鉆井液技術(shù)^[1-2]是利用惰性材料和可變形膠團(tuán)封堵孔隙，形成暫堵環(huán)；欠平衡鉆井技術(shù)由于井筒內(nèi)液柱壓力低于地層壓力，鉆井液和有害固相的侵入就會(huì)減輕或消除，從而有效地保護(hù)儲(chǔ)層，但對(duì)工藝要求高^[3-5]。屏蔽暫堵保護(hù)油層技術(shù)作為儲(chǔ)層保護(hù)中的一項(xiàng)重要技術(shù)^[6-8]，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外廣泛推廣應(yīng)用，并且取得了良好的效果。四川油氣田某地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組砂巖儲(chǔ)層孔隙度低于10％，滲透率主要分布在0.1～1mD，儲(chǔ)層具有典型的低孔、低滲透及裂縫不發(fā)育特點(diǎn)，在鉆井、完井過(guò)程中，水敏、水鎖、堿敏、固相顆粒堵塞及地層水中的Ca²⁺、Mg²⁺與不配伍的鉆井液處理劑或?yàn)V液產(chǎn)生沉淀，從而封堵孔隙和微裂縫，造成對(duì)儲(chǔ)層的損害。為此，通過(guò)應(yīng)用多級(jí)架橋暫堵儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)，在2口井上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，測(cè)試數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果表明，屏蔽暫堵鉆井完井液體系性能優(yōu)于改造前的鉆井液體系性能，有利于防止地層損害，提高儲(chǔ)層巖心滲透率恢復(fù)率。

1　儲(chǔ)層孔滲特征及潛在損害因素評(píng)價(jià)

1．1　儲(chǔ)層孔滲特征

通過(guò)對(duì)該地區(qū)儲(chǔ)層段巖樣統(tǒng)計(jì)分析表明，儲(chǔ)層孔隙度主要集中分布在6％～8％(圖1)，平均孔隙度為6.72％；儲(chǔ)層段樣品滲透率主要集中在0.035～0.5mD，占98.06％(圖2)，平均滲透率為0.1085mD。儲(chǔ)層孔隙度和滲透率二者存在較好的指數(shù)相關(guān)性，R達(dá)到0.6988，滲透率隨孔隙度增大而增大(圖3)。因此，該區(qū)儲(chǔ)層屬于低孔、低滲透性?xún)?chǔ)層。

 

 

 

根據(jù)砂巖儲(chǔ)層孔隙度、滲透率與最大孔喉半徑的關(guān)系，該區(qū)塊儲(chǔ)層滲透率主要分布在0.035～0.5mD，占98.06％，主要孔喉半徑分布在O.1～0.8mm；儲(chǔ)層最大滲透率范圍在0.5～2mD，其對(duì)應(yīng)的最大孔喉半徑范圍0.8～3.0mm，該儲(chǔ)層對(duì)滲透率貢獻(xiàn)率最大的孔喉半徑區(qū)間為0.1～0.8mm和0.8～3.0mm。

1．2　儲(chǔ)層潛在損害因素

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T 5358-2010儲(chǔ)層敏感性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法，選用該地區(qū)須家河組低滲透儲(chǔ)層段巖樣進(jìn)行儲(chǔ)層水鎖、水敏、堿敏、速敏、應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)。結(jié)果表明該類(lèi)儲(chǔ)層巖心具有較強(qiáng)的水鎖、水敏和堿敏損害特征，中等速敏和壓力敏感損害。

1)儲(chǔ)層巖心具有較強(qiáng)的水鎖、水敏和堿敏損害特征：根據(jù)對(duì)該地區(qū)低滲透儲(chǔ)層段含水飽和度的統(tǒng)計(jì)，其儲(chǔ)層段含水飽和度平均為64.81％，對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果，儲(chǔ)層段受到中等偏強(qiáng)水鎖損害(表1)。儲(chǔ)層段巖心水敏性實(shí)驗(yàn)表明，滲透率分別由0.3485mD降至0.0572mD、由0.1750mD降至0.0292mD，巖心的敏感指數(shù)分別為83.6％和83.3％，說(shuō)明該地區(qū)低滲透儲(chǔ)層段具有強(qiáng)水敏性(圖4)。儲(chǔ)層段巖心堿敏評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)pH值由7升至l3時(shí)，巖心滲透率分別南0.3762mD降至0.0158mD、由0.2639mD降至0.0095mD，巖心的堿敏感指數(shù)分別為95.8％和96.4％，該地區(qū)低滲透儲(chǔ)層具有強(qiáng)的堿敏性(圖5)。

 

 

 

2)中等速敏和壓力敏感損害：儲(chǔ)層巖心液測(cè)速敏實(shí)驗(yàn)表明，在1～5mL／min的測(cè)定流量范圍內(nèi)，巖心的最小滲透率Kmin和最大滲透率Kmax分別為0.1029mD、0.2514mD和0.08mD、0.155mD，臨界流量為2～2.5mL／min，Kmin／Kmax分別為0.41、0.52，液測(cè)速敏損害較強(qiáng)(圖6)。儲(chǔ)層巖心應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)結(jié)果由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：該地區(qū)低滲透儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感性為中等損害，滲透率由0.49mD降低為應(yīng)力變化后的0.275mD，其應(yīng)力敏感引起的不可逆滲透率損害率為43.9％(圖7)。

 

 

2．1　基本原理

多級(jí)架橋暫堵儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)^[9-11]是利用鉆井液中的固相顆粒在一定的正壓差作用下，很短時(shí)間內(nèi)在距井壁很近的距離內(nèi)形成有效封堵(滲透率接近為零)的暫堵層。由于它具備一定的承壓能力，能夠阻止鉆井液中大量固相和液相進(jìn)一步侵入儲(chǔ)層。最后，利用一種經(jīng)濟(jì)合理的解堵方式解除暫堵層，使儲(chǔ)層的滲透率恢復(fù)到原始水平。由于形成的低滲透暫堵層很薄(一般小于5cm)，容易被射孔彈射穿，同時(shí)也可通過(guò)流體返排或其他解堵技術(shù)解除堵塞，因而這種堵塞是暫時(shí)性的，不會(huì)對(duì)此后的流體產(chǎn)出帶來(lái)不利影響。該項(xiàng)技術(shù)把造成地層損害的兩個(gè)無(wú)法消除的因素：正壓差和同相粒子，轉(zhuǎn)換成實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的必要條件和有利崗素。

根據(jù)上述基本原理，如果儲(chǔ)層孔喉滲透率貢獻(xiàn)率呈單一分布，則采用原有屏蔽暫堵方法可以簡(jiǎn)單方便地利用單一粒子群進(jìn)行屏蔽暫堵油氣層保護(hù)體系配方設(shè)計(jì)。這就是普通屏蔽暫堵技術(shù)中，暫堵粒子設(shè)計(jì)多采用D90或D最大進(jìn)行設(shè)計(jì)^[12]。若儲(chǔ)層孔喉對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)率呈多峰狀分布，采用單峰狀的屏蔽暫堵方法必然導(dǎo)致暫堵不完全、暫堵效果差。

基于儲(chǔ)層孔喉滲透率貢獻(xiàn)率的多峰分布理論，本文提出多級(jí)架橋暫堵儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)：設(shè)計(jì)采用與儲(chǔ)層孔喉滲透率貢獻(xiàn)率分布相匹配的多級(jí)架橋暫堵粒子對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行逐級(jí)暫堵屏蔽，以達(dá)到快速、準(zhǔn)確、高效的暫堵效果。

2．2　多級(jí)架橋暫堵油氣層保護(hù)劑設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)

2．2．1模型設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)該多級(jí)架橋暫堵油氣層保護(hù)劑(以下簡(jiǎn)稱(chēng)暫堵油保劑)的模型為：原鉆井液+一級(jí)架橋粒子+二級(jí)架橋粒子+可變形軟化粒子。

2．2．2孔喉暫堵粒子參數(shù)設(shè)計(jì)

該儲(chǔ)層的孔喉半徑區(qū)間為0.1～0.8mm、0.8～3.0mm對(duì)滲透率貢獻(xiàn)率最大。依據(jù)2／3架橋原理^[13]，其對(duì)應(yīng)的多級(jí)架橋粒子直徑應(yīng)為0.13～1.07mm、1.07～4.0mm。采用實(shí)測(cè)巖心孔喉大小及其分布確定架橋粒子的粒徑和分布比例^[10]，對(duì)設(shè)計(jì)出的多級(jí)架橋粒子產(chǎn)品命名為FDPD。通過(guò)大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明FDPD的最佳加量為4％。

可變形粒子是保證多級(jí)橋架暫堵環(huán)致密有效的關(guān)鍵。本項(xiàng)研究采用FEP系列，即鉆井液用弱熒光防塌封堵劑，它由高聚物乳化而成，為白色膏狀，能在水中自動(dòng)分散，粒子粒徑呈多級(jí)分布(1～10mm)。它提供了與地層溫度相適應(yīng)、粒徑與被封堵微裂縫的大小相匹配的可變形軟化粒子，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)微裂縫的有效封堵，保持井壁穩(wěn)定。通過(guò)大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明FEP的最佳加量為2％～3％。

2．2．3鉆井液性能評(píng)價(jià)

為考察暫堵油保劑加入后鉆井液性能的變化，采用了該地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)鉆井液加入4％FDPD多級(jí)架橋暫堵粒子和2.5％FEP可變形軟化粒子前后的流變性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)(表2)。

 

由表2可知，暫堵油保劑加入鉆井液后，鉆井液的黏度和切力有所上升，但波動(dòng)不大，能夠滿(mǎn)足工程的要求；中壓濾失量和高溫高壓濾失量降低，更有利于儲(chǔ)層保護(hù)。因此實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明：暫堵油保劑對(duì)鉆井液性能沒(méi)有較大影響。

2．2．4暫堵油保劑返排效果評(píng)價(jià)

為評(píng)價(jià)暫堵油保劑返排效果，測(cè)定了現(xiàn)用鉆井液體系中加入暫堵油保劑前后該地區(qū)巖心滲透率恢復(fù)值(表3)。

 

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，加入暫堵油保劑后3口井的鉆井液無(wú)論對(duì)孔隙性巖心或是對(duì)裂縫性巖心滲透率恢復(fù)值都有顯著提高，滲透率恢復(fù)值達(dá)到90％，大大減輕了鉆井液固相和液相對(duì)儲(chǔ)層的傷害，說(shuō)明多級(jí)架橋暫堵返排效果較好。因此，在該地區(qū)儲(chǔ)層實(shí)鉆鉆井液中添加適當(dāng)?shù)臅憾掠捅?，調(diào)整鉆井完井液粒度后，鉆井完井液可以在巖心前端形成致密的橋堵帶，從而防止鉆井完井液固相和液相對(duì)儲(chǔ)層巖心的進(jìn)一步損害，同時(shí)降低濾液和固相顆粒的侵入深度，為返排解堵提供良好條件，能夠達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)層的要求。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

針對(duì)研究的四川油氣田某區(qū)塊須家河組儲(chǔ)層，須家河組儲(chǔ)層段中的2口開(kāi)發(fā)井實(shí)施多級(jí)架橋暫堵儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)前后的油氣產(chǎn)量對(duì)比(表4)。實(shí)施多級(jí)架橋暫堵儲(chǔ)層技術(shù)的2口開(kāi)發(fā)井，其油氣產(chǎn)量得到明顯提高，充分說(shuō)明多級(jí)架橋暫堵技術(shù)對(duì)值層具有良好的保護(hù)作用。

 

4　結(jié)論

1)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，受水鎖、水敏、堿敏等損害的低孔低滲透砂巖儲(chǔ)層采用多級(jí)架橋暫堵技術(shù)可提高巖心滲透率恢復(fù)率。暫堵油保劑的暫堵粒子尺寸與低滲透儲(chǔ)層孔喉特征的匹配很好地保護(hù)了低滲透儲(chǔ)層的物性。

2)暫堵油保劑加入鉆井液后對(duì)鉆井液流變性能、失水性能和密度影響很小，與實(shí)鉆鉆井液配伍性好。

3)多級(jí)架橋暫堵技術(shù)具有低成本、施工方便等特點(diǎn)，在低成本勘探開(kāi)發(fā)的條件下是一種切實(shí)可行的低成本及安全可行的油氣層保護(hù)方法。

 

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本文作者：王先兵  易炳剛  歐陽(yáng)偉  吳文剛  廖旭芳  殷悅琳

作者單位：中國(guó)石油川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院

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