水平井傷害機理及保護儲層方法

樊世忠

中國石油勘探開發(fā)研究院 （北京 100083）

水平井傷害機理及保護儲層方法

樊世忠

中國石油勘探開發(fā)研究院 （北京 100083）

介紹了水平井油氣層傷害機理及近期研究結(jié)果，提出水平井油氣層特性研究方向，根據(jù)國內(nèi)外實際理論和工作經(jīng)驗，提出保護儲層措施。

水平井 傷害機理 保護儲層

水平井是20世紀90年代初期在提高油井采收率方面，最突出成就之一，是屬于世界性的技術(shù)革新，全世界在2005年底統(tǒng)計鉆水平井40 000口以上，美國、加拿大、俄羅斯為先進的鉆井國家，鉆的水平井數(shù)最多，中國石油集團公司截止到2005年底統(tǒng)計，共鉆水平井683口，2006年計劃鉆水平井500口，2007年計劃鉆600口水平井，均已超額完成。

水平井針對所鉆儲層可取得最大油流產(chǎn)量及提高油田采收率，非均質(zhì)儲層中含多種裂縫油藏、低滲低孔薄油層油藏，存在水錐或氣錐儲層油藏，產(chǎn)層中含有高黏度低流動性原油油藏（稠油油藏）。美國在鉆多裂縫儲層差不多占水平井一半以上，延遲水錐、氣錐占1/3左右，加拿大水平井在稠油油藏占到40%以上，大大提高稠油采收率（2006年）。我國在稠油油藏開采方面也得到顯著成效，增產(chǎn)數(shù)倍，水平井稀井高產(chǎn)，可以節(jié)省施工及搬遷費用，提高單井產(chǎn)量，降低成本，效果十分顯著。另外在國內(nèi)其他油藏，水平井方面都取得顯著成果。

水平井比垂直井具有的優(yōu)越性：①水平井井段長，油層接觸面積大；②水平井滲濾阻力小（相同產(chǎn)量條件）；③水平井泄油面積大于垂直井；④水平井生產(chǎn)壓差小，壓力梯度小；⑤傷害油氣層產(chǎn)量的影響水平井低于垂直井。

水平井從傷害機理及保護儲層方面有以下幾個特點：

（1）地層傷害對水平井流動效率和天然氣產(chǎn)量有嚴重影響，在不同滲透率比值下，地層傷害對水平井流動效率的影響程度小于垂直井；從產(chǎn)量損失對比看，對水平井的影響大于垂直井，且水平井解除地層傷害的技術(shù)措施難度大、成本高。

（2）存在水平方向滲透率各向異性時，水平井眼必須垂直于最大滲透率方向，方能達到最高產(chǎn)量，若垂直滲透率各向異性小、水平井段長，地層傷害的影響會減弱。

（3）水平井產(chǎn)量未達到預(yù)定的目標時，除選擇井位、水平井設(shè)計及鉆井工藝諸因素外，傷害油氣層和垂直滲透率低也可能是重要的因素，掌握這些儲層特征，可作為后繼措施的決策依據(jù)。

（4）應(yīng)加強水平井保護油氣層的研究工作，以預(yù)防為主，在儲層評價基礎(chǔ)上，對每個作業(yè)環(huán)節(jié)均應(yīng)注意此項工作。

根據(jù)表1中7個工序，12種傷害機理排序，判定以下幾種傷害機理是主要的：①微粒運移；②乳狀液堵塞/水鎖；③無機、有機垢；④潤濕性反轉(zhuǎn)。

1 水平井油氣層傷害機理

1.1 水平井油氣層傷害機理

（1）浸泡時間的影響：端部與尾部傷害時間不同，程度不同。垂直井與水平井傷害形狀對比情況，見圖1。

表1 Amaeful傷害油層排序表

圖1 垂直井與水平井傷害形狀對比

（2）滲透各向異性的影響：垂直與水平滲透不同，濾液浸入深度不同，呈橢圓錐形傷害。水平井底、邊、頂部位傷害狀態(tài)不同，頂部傷害嚴重底、邊、頂部位傷害，見圖2。

（3）機械因素影響：鉆柱旋轉(zhuǎn)及鉆井液循環(huán)沖蝕造成傷害。

1.2 傷害機理的近期研究情況

（1）在清除濾餅后，所有鉆井液、完井液都遺留一層極細的剩余固相層，這是傷害儲集層的主要因素。

圖2 底、邊、頂部位傷害圖

（2）固相層一般厚 50～200μm，覆蓋在井壁表面。鉆井模擬器試驗證明，污染進入巖心深約1～4cm，使井壁表面厚約3mm地層的滲透率受到嚴重影響。

（3）固相層的影響程度取決于儲集層原始滲透率和所含流體及碳氫化合物的相態(tài)。

（4）能否用壓降法來消除鉆井引起的儲集層傷害，取決于其原始滲透率。含天然氣巖心的原始滲透率不小于1×10-3μm2，含油巖心的原始滲透率不小于500×10-3μm2，因此，用壓降法消除傷害是可能的。

（5）微粒運移、顆粒堵塞是傷害水平井儲集層的主要方式，井下工具堵塞問題，亦不容忽視。

1.3 水平井油氣層特性的研究

保護油氣層技術(shù)措施具有很強的針對性，因而確定水平井保護油氣層技術(shù)措施，必須研究油氣層特性，并以此為依據(jù)，搞清所鉆油氣層的潛在傷害因素，才能確定保護油氣層的有效技術(shù)措施。

故此，必須研究下述油氣層特性：①儲層巖性和類型；②油氣層巖石物理性質(zhì)：孔隙度、水平滲透率及其各向異性情況、垂直滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)、巖石表面性質(zhì)等；③巖石礦物組分與結(jié)構(gòu)；④流體特性；⑤油氣層壓力和溫度；⑥原地應(yīng)力大小及方向；⑦敏感性（包括水敏、酸敏、速敏、鹽敏、堿敏、應(yīng)力敏感）等。

2 儲層保護的基本要點

MI泥漿公司水平井工作28條中明確指出，井眼凈化及潤滑性是重要的兩個環(huán)節(jié)，井眼凈化關(guān)鍵因素是流態(tài)（紊流）環(huán)控返速（0.9m/s以上）及鉆井液性能。對疏松地層應(yīng)考慮排量影響，盡可能用層流，環(huán)控返速降低。性能方面應(yīng)以鉆井完井液3～6r/min旋轉(zhuǎn)黏度計數(shù)據(jù)中選擇，提高黏度及切力改進凈化程度加強固控設(shè)備的利用，旋轉(zhuǎn)鉆具，提高凈化。關(guān)于潤滑摩阻方面，加強固體及極壓潤滑劑的研制，潤滑性能保持在0.06泥餅?zāi)ψ柘禂?shù)。潤滑性的處理可用各種潤滑劑及原油加量控制。

從機理的探討方面，世界各專家及國內(nèi)有關(guān)人員認為，傷害是多種多樣的，不同儲層有不同的問題，但最主要、最基本的傷害是固相堵塞及微粒運移造成堵塞所形成的傷害，制止固相堵塞及微粒運移的辦法很多，鉆井完井液的類型是重要的方面。例如：勝利油田運用有機鹽無固相MEG完井液體系，其優(yōu)點是具有獨特的抑制性低活度完井液，優(yōu)異的潤滑性，優(yōu)良的保護油氣層，低腐蝕性配伍性良好，已應(yīng)用于70余口井，效果顯著。大慶油田應(yīng)用油包水泥漿，凈化優(yōu)良，有好的潤滑性，濾失量低，固相少，井壁穩(wěn)定好。中原油田對天然氣裂縫性油田使用了表面活性劑和纖維狀復(fù)合暫堵劑，采用近平衡鉆井，快速形成鉆井完井液密封圈，較低濾失量，比較淺的鉆井液侵入井壁深度，加強對滲透率貢獻大的裂縫孔隙的保護作用，消除或減少濾液在氣層中的水鎖作用。江蘇油田應(yīng)用聚合物屏蔽暫堵完井液，兩性離子復(fù)合金屬離子聚合物，取得幾百口井的成功佳績。2001年開始，應(yīng)用無毒潤滑劑及防塌劑，至今已推廣應(yīng)用200余口井。陽離子鉆井液體系，正電膠鉆井液體系，生物聚合物小陽離子聚合物鉆井液體系，天然高分子鉆井完井液，都是水平井好的鉆井完井液。

根據(jù)國內(nèi)外實際理論和工作經(jīng)驗，提出以下幾條保護儲層的建議：

（1）通過實際經(jīng)驗選用表面活性劑有助于減少地層乳化，潤濕性轉(zhuǎn)變及微粒運移。

（2）選用與儲層巖石、原油和地層水配伍的洗井液、修井液，減少不溶解鹽的沉淀；前后完井液，修井液，壓井液，增產(chǎn)液相互要相容。

（3）工作液要徹底驅(qū)替井內(nèi)原有流體。若驅(qū)替不徹底，殘渣會留在井眼，或循環(huán)時進入井壁及殘渣留在礫石充填液中，這是施工中最重要的問題。

（4）要加入足夠的濾失控制劑，減少或防止濾失。否則水的飽和度增加，降低油流相對滲透率。

（5）要減少固相顆粒和井下碎屑侵入儲層。例如：射孔、研磨及切削時形成的固相，減少或停止液體的濾失即可防止漏失，防止這些小顆粒進入地層。

（6）使用恰當?shù)目刂坡┦Щ驗V失原材料（LCM）配方，減低漏失和濾失量，降低或防止發(fā)生儲層傷害。若使用不當?shù)呐浞剑瑒t會對地層產(chǎn)生嚴重傷害。

（7）根據(jù)不同滲透率地層采取不同措施控制工作液的濾失或漏失。對相對較高滲透率和高壓地層，濾失和漏失對油井的生產(chǎn)幾乎沒有影響；對致密低壓地層，少量的液體漏失或濾失就會傷害地層，因而液體漏失或濾失在這些井中是非常重要的。

（8）對非裂縫儲層，可在黏性液體中加入不同類型顆粒橋堵封堵地層，更有效降低濾失量。因為較黏的配方能減少濾失或漏失，但不能完全阻止液體漏失。

（9）對裂縫性儲層，要加入恰當橋堵劑，減輕或停止濾失或漏失。松散和細顆粒的固體對儲層都能形成不可逆的傷害。若欲停止濾失或漏失，則必須仔細選用橋堵劑 （顆粒狀、纖維狀）和堵漏原材料（LCM），使有關(guān)橋堵劑足以橋接地層表面的裂縫，并可以在生產(chǎn)原油時用各種化學(xué)或物理方法除去。若加入橋堵劑后液體變稠，則表明其對停止濾失和漏失有明顯效果。

The damage mechanism of oil and gas reservoir in horizontal wells and the recent research results are introduced firstly, followed by the presentation of the research direction about the oil-gas reservoir characteristics of horizontal wells.Then,according to the practical theory at home and abroad and working experiences,some methods of protecting oil reservoirs are recommended.

horizontal wells;damage mechanism;protect oil reservoir

樊世忠（1929-），男，教授級高工，博士生導(dǎo)師。現(xiàn)為中國石油天然氣集團公司鉆井工程重點實驗室學(xué)術(shù)委員會高級顧問，石油大學(xué)兼職教授。

尉立崗

2011-05-23