八面河油田保護油氣層的鉆井液技術分析

鄧曉玉

（中國石化集團江漢油田分公司江漢采油廠地質研究所，湖北 潛江433123）

八面河油田保護油氣層的鉆井液技術分析

鄧曉玉

（中國石化集團江漢油田分公司江漢采油廠地質研究所，湖北 潛江433123）

隨著石油勘探開發的不斷深入，人們越來越意識到油氣層保護的重要性。實施良好的儲層保護技術措施，是提高勘探開發效益的有效方法。八面河油田經過二十年的勘探和開發，為確保油田的可持續發展，提高油田開發的綜合經濟效益，油氣層保護技術至關重要。目前八面河油田地層面臨油氣層壓力低、水敏性強、均質性差、結構疏松、易垮塌等特點，如何進行油氣層保護，已經逐步成為鉆井液技術研究的首要任務。

八面河油田；油氣層保護；鉆井液；油氣層損害

保護油氣層技術是一項系統工程，它貫穿在鉆井、固井、測試、射孔、酸化、壓裂、試油、采油、修井、注水等作業全過程中，每項作業均應重視油氣層保護，否則，均會對油氣層造成損害。鉆井液作為第一個與油氣藏接觸的流體，是造成油氣層損害的第一外來因素，因此保護油氣層的鉆井液技術顯得格外重要。在實踐過程中人們也逐漸認識到，保護油氣層是“增儲上產”和提高采收率的關鍵措施之一，只有減少對油氣層的損害，才有可能獲取更大經濟效益。

1 油氣層損害機理分析

油氣層被鉆開后，首先接觸的是鉆井液，接觸時間最長的也是鉆井液，這種損害在鉆遇油氣層過程中一直存在著。如果鉆井液損害油氣層后，要想進行有效改造和恢復是十分困難的，后期措施作業費用是相當高的。因而主動進行油氣層保護是油田增儲上產、提高綜合勘探效益的一項重要措施。保護油氣層目的就是要保持油氣層滲透率在各種作業環境中不降低，使原油能夠最大限度地從地下采出。目前整個八面河油田油氣層壓力系數幾乎都小于1．0，基本都屬于中、高滲透性儲層，所使用的鉆井液密度最高可達1．13 g／cm3，因此在巨大的正壓差作用下，鉆井液的濾液和固相很容易通過孔隙，到達儲層深部，從而損害油氣層。

1．1 鉆井液濾液對油氣層的損害

對鉆井液濾液來講，進入地層量的大小與鉆井液動、靜濾失有關系，當然也與鉆井時油氣層形成的泥餅質量有關系，對泥餅質量控制是降低濾失量的關鍵技術。當濾液進入油氣層以后，會從以下兩個方面損害油氣層：

一方面與油氣層中的流體發生一系列物理和化學反應，最終導致油氣層損害。首先八面河油田地層水為水型，地層水中大量的和鉆井濾液中的及其它有機化學處理劑結合產生沉淀而堵塞油氣層。其次鉆井液濾液進入油氣層后，會使油氣層中水的飽和度增加、油的相對滲透率降低，從而影響了油相的運移。再次鉆井液濾液進入油氣層后，與油氣層中油相發生化學反應，形成乳狀液，由于這種乳狀液具有相當高的液相粘度，在地層孔隙中也就相對穩定，而且較大的液滴會對一些細小的孔隙進行堵塞。在八面河油田定向井鉆探中，為了降低摩阻特別加入了原油和乳化劑（SN－1），這樣更容易引起乳化堵塞油氣層孔隙。

另一方面與油氣層中敏感性粘土礦物發生水化、膨脹等作用，導致油氣層損害。從八面河油田的主力油層礦物組成成分看，沙三段以上地層都存在有敏感性礦物，自下而上逐漸增大。鉆井液濾液進入這類油氣層后，與粘土發生水化反應，以表面水化和滲透兩種形式最終導致粘土發生膨脹、分散。特別是沙河街組的沙三段以上地層（東營組和館陶組）中含有大量如蒙脫石、伊／蒙混層等，粘土在分散、膨脹后體積可以增大幾十倍，可以使滲透率降低幾十倍。另外鉆井液濾液進入油氣層后，在地下溫度和壓力條件下，可以使水敏性相對不強的伊利石、高嶺石等粘土礦物發生復雜反應。在高PH值條件下，極易促使不活潑礦物向分散性礦物轉化，從而加劇了這類粘土礦物的膨脹和分散。

1．2 鉆井液中固相顆粒對油氣層的損害

鉆井液中存在著有用固相（如膨潤土、加重料等）和無用固相（如鉆屑、分散性差的劣質粘土等）兩種固相。鉆井液中固相進入油氣層的時間短，主要集中在油氣層剛鉆開泥餅未形成以前，在鉆開新眼時固相顆粒在鉆井液正壓差的作用下，進入油氣層內部，堵塞了孔隙、裂縫，使近井壁地帶滲透率下降。固相顆粒的大小分布影響油氣層滲透率。固相對油氣層的損害與油氣層孔隙大小、鉆井液中固相顆粒大小有較大的關系。一般來講中高滲透的油氣層，如北區沙三上、沙三中地層，固相進入油氣層的深度最深可以達幾米，固相含量越高，分散的越細，這種侵入損害就越嚴重，特別是鉆井液的膨潤土，是損害油層的主要固相。

1．3 鉆井液流變性對油氣層的損害

在鉆井過程中，剪切作用高低對井眼穩定、泥餅的形成和破壞均有較大影響。在常規情況下層流流態對井壁沖蝕作用較輕，而紊流流態則對井壁有較強的沖蝕作用，使泥餅破壞、井壁掉塊甚至垮塌，其結果是鉆井液失水量和固相顆粒進入油氣層的數量大大增多。因此要控制鉆井過程出現紊流或者紊流程度，降低鉆井液對井壁的沖蝕程度，從而需要對鉆井流態有一個比較精確的計算，判斷環空的臨界返速。特別對于松散砂巖油氣層控制好流態更加重要，在能滿足攜砂情況下降低泵排量，穩定井壁，降低油氣層的損害。

1．4 井下復雜和事故造成油氣層損害

當井下出現復雜或事故時，建井周期一般相應會延長，單從鉆井液濾液和固相隨著時間浸泡、污染油層的角度講，這方面污染程度會增強許多。當井下出現事故造成工程劃眼時，經過多次循環必然造成井壁的失穩，泥餅從形成后被破壞，使鉆井液侵入儲層的深度和數量相當嚴重。據統計在打開儲層后出現復雜、工程事故較為嚴重的井，初期試油時產水（或鉆井液）的新井測試產量非常低，必須經過酸化或壓裂等進攻性措施作業才可能投產。因此預防和減少鉆井工程復雜事故，減少油層浸泡時間，是保護油氣層的前提。

2 八面河油田油氣層保護的現狀

2．1 選用油層保護劑保護油氣層

通過對油氣層損害的機理分析，認為鉆井過程中使用油氣層保護劑是減少油氣層污染的簡便、有效的方法之一。目前油氣層保護劑常用的有兩種類型：固體粉末狀和液體，它們保護油氣層的側重點各不相同。在江漢油田使用的JHY－1、YFP－2，建南氣田使用的四川產JZHD，但是八面河油田儲層是物性好、均質性差，如南區油層平均孔隙度34．67%，空氣滲透率1．523μm2，油層層間和層內非均質系數及滲透率變異系數均大于2，層內滲透率極差最高可達115倍，平均大于20倍。為了有效地屏蔽暫堵油氣層，只能采用含有多種粒徑暫堵顆粒，并用相匹配的廣譜型屏蔽暫堵劑，才能較好地減少鉆井液對中、高滲透率和嚴重不均質性油氣層損害，如面22－2、面23－2井S41砂組中選用廣譜型屏蔽暫堵劑粒子半徑大小經計算應為0．17μm～4．2μm為宜（見表1）。

表1 面22－2、面23－2井S4 1砂組壓汞法分析孔喉結構參數表

目前各油田使用較多的是聚合醇系列，是一種新型的油氣層保護劑，其原理是當油氣層被鉆開時，它在地層巖石表面和泥餅表面以及地層孔隙中形成一層憎水膜，能夠降低濾液侵入地層的速度，減少濾液對地層水所造成的損害。另外聚合醇還可以對鉆屑進行包被，防止粘土與水直接接觸，從而阻止了鉆屑中粘土礦物水化分散，減少了水敏造成的儲層損害問題。

借鑒其它油田經驗，八面河油田目前使用的油氣層保護劑都是聚合醇防塌屏蔽暫堵劑（代號BWF－1）。由于它具有一些油基鉆井液的特性，并且在減少鉆井事故和保護油氣層方面顯示出較強的優越性，尤其在探井油氣層保護方面，具有良好的技術可靠性和應用前景，被認為是可以代替油基鉆井液的水基鉆井液體系；無論對水敏性地層還是一般性地層，該類新型鉆井液體系是目前在油氣層保護方面首推的一種體系，同時又是一種具有有安全鉆井和油氣層保護雙重功能的廣譜體系，具有良好應用前景。

2．2 鉆井液使用過程中存在問題

目前八面河油田使用的主要是聚合物防塌鉆井液體系。該體系具有較強的抑制性，流變性易于控制，能較好地滿足鉆井安全生產需要，同時該體系具有較低的濾失量和p H值。這樣避免了因砂巖油層中的粘土礦物水化膨脹和運移，造成油氣層損害。此外應用屏蔽暫堵技術，加入油氣層保護劑，阻止鉆井液中的固相顆粒和濾液繼續進入油氣層。從目前所鉆探的井來看，鉆井液使用過程中主要存在以下兩方面的問題：

2．2．1 老井鉆井液使用問題

井越深建井周期越長，鉆井液中粘土顆粒水化越充分，分散就越細。南區的井建井周期在一個星期之內，然而北區大部分井的建井周期在十天到一個月，這樣鉆井液中粘土礦物分散程度肯定要比南區嚴重，而北區油氣層的滲透率和孔吼半徑比南區大，更易受到鉆井液固相污染。下面以J4－X31井和J4－X33井兩口新井為例，來說明鉆井液中粘土礦物水化分散時間長短對油氣層影響程度。J4－X31井和J4－X33井是在八面河油田北區布置的一個臺子井，在鉆完J4－X31井后整拖J4－X33井，為了節省鉆井液費用，鉆井隊在J4－X33井配漿時使用了老井鉆井液。經過對比，J4－X33井由于使用了J4－X31井的鉆井液，密度稍高于J4－X31井，而電測解釋顯示J4－X33井油層比J4－X31井好，完井后經過作業試油同期投產，產量卻相差甚遠，到目前為止J4－X31井累計產油1500多噸，而J4－X33井不足300噸。分析其原因可能是：由于J4－X33井使用老井鉆井液，其中的粘土顆粒得到充分地水化，分散很細小，容易進入到油氣層深部，后期上作業措施綜合解堵，但相比收效甚微。所以為了保護油氣層，客觀要求鉆井隊抓緊時效、提高鉆速、提高電測一次成功率、縮短油氣層浸泡時間，從而減少鉆井液中粘土礦物分散得更細小，要求施工井隊盡量少用老井鉆井液。

2．2．2 配漿用水質量有待提高

目前井隊生產用水是井場附近有水源則就近取水，否則用車到采油廠拉水。由于兩者水質不同，鉆井液先期處理方式也不相同。井場附近水礦化度＞10000mg／l，配漿時加入大量純堿、燒堿，除Ca2＋、Mg2＋等；車拉水礦化度＜200 mg／l，可不用純堿，燒堿用量甚少。而八面河油田地面幾乎都是鹽堿地，井場附近的地面水礦化度高，井隊為了搶時間趕進度，不可能對每口井先做水質化驗，純堿、燒堿加量多少合適全憑經驗，因此很容易加過量，剩余的CO32－、OH－必定會與地層水（CaCl2型）中的Ca2＋、Mg2＋等發生化學反應，使鉆井液濾液和油氣層流體不配伍，堵塞并損害到油氣層；另一方面，純堿、燒堿中Na＋促使地層中粘土礦物發生水化分散，從而損害到油氣層。所以根據八面河油田地層水為CaCl2水型特點，為了減少流體不配伍性和粘土礦物水化分散，配漿用水質量有待提高，盡量使用軟化水。

3 結論

3．1 應用屏蔽暫堵技術或固體復合粒子暫堵劑技術

首先應用屏蔽暫堵技術，加入暫堵劑（BWF－1）保護好油氣層。其次根據地層地質特性尋找合適的保護油氣層措施，如面138區主力油層沙四段具有八面河油田少見的均質性，加復合粒子暫堵劑效果較佳，其固相顆粒半徑控制在0．4μm～3．3μm之間即可。所以油氣層保護劑除了液體的聚合醇外，還可以考慮使用固體的復合粒子暫堵劑。

在油氣層鉆進過程中加強凈化設備使用，鉆井液以維護為主，嚴禁大處理造成性能大幅度波動，保證井眼安全、暢通、快速鉆完儲層，減少儲層浸泡時間。另外進入油氣層前50m～100m測定鉆井液粒度級配。

在鉆臺子井時，井隊在給新井配漿過程中，不要使用老井鉆井液。若現場條件限制，必須使用到老井鉆井液，必須同時使用聚合醇防塌屏蔽暫堵劑或相匹配的復合粒子暫堵劑。

3．2 用聚合醇取代白油潤滑劑

目前在探井定向后為降低鉆具摩阻，特意在鉆井液中加入白油和乳化劑（SN－1）。這種降摩阻方法有兩方面不足：一是鉆井液中加入的乳化劑，它在乳化白油同時進入油氣層，乳化了地層中的原油，形成較大的液滴會對一些細小的孔隙進行了堵塞損害油氣層；二是白油潤滑效果差，加量大、價格高，潤滑劑成本占鉆井液總成本一半以上，大大提高鉆井液成本。

八面河油田目前使用油氣層保護劑是聚合醇防塌屏蔽暫堵劑（BWF－1），它本身就具有潤滑性能，可以取代在定向井中所使用的原油和白油。如果在定向井鉆進過程中把BWF－1當潤滑劑使，大大提高鉆井液中油氣層保護劑含量，保護了油氣層，特別是探井，不加價格昂貴的白油和乳化劑，改加價格適中、具有雙重功效的聚合醇，可以節約大量鉆井液潤滑劑成本。

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On the Drilling Fluid with the Reservoir Protecting Ability in Bamianhe Oil Field

DENG Xiao－yu

（Institute for Geological Research of Jianghan Oil Production Plant，SINOPEC，Qianjiang，Hubei，433123，China）

With the going on of oil exploration and drilling，people have come round to the importance of protecting the hydrocarbon reservoirs．A good protection technique can effectively improve the efficiency of exploration．After two decades of exploration，it＇s imperative for Bamianhe Oil Field to employ reservoir protection technique to guarantee a stable development and better economic benefits．The stratum of Bamianhe Oil Field is plagued by low pressure，strong water sensitivity，poor homogeneity，loose structure and unstableness so how to protect reservoirs when drilling has become the priority of drilling fluid study．

Bamianhe Oil Field；Hydrocarbon Reservoir Protection；Drilling Fluid；Hydrocarbon Reservoir Damage

TE38

A

1009—301X（2012）04—0019—03

2012－02－08

鄧曉玉（1977－），女，大學，工程師，2000年畢業于石油大學（華東）石油工程專業，現在中國石化集團江漢油田分公司江漢采油廠地質研究所從事鉆井設計及現場監督工作。

［責任編輯 郭華玉］