潿洲油田群強(qiáng)水敏儲(chǔ)層鉆井完井液傷害分析及解堵技術(shù)應(yīng)用

李蔚萍，鄭華安，向興金，梁玉凱，舒福昌

(1.湖北漢科新技術(shù)股份有限公司荊州市漢科新技術(shù)研究所，湖北荊州 434000；2.中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057)

南海北部灣盆地潿西南凹陷的潿洲油田群存在穩(wěn)定性極差的W2段灰色泥巖，經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐，形成了以油基泥漿、水泥漿和甲酸鈉隱形酸完井液作為前期工作液模式，采用油基泥漿鉆進(jìn)使得井壁穩(wěn)定問題得到了很好的解決[1]，但投產(chǎn)后卻出現(xiàn)了達(dá)不到配產(chǎn)要求、采液指數(shù)很低、表皮系數(shù)較大等問題。筆者通過對(duì)問題較典型的WZ11-1N-A12Sa井鉆井完井液可能引起傷害的原因分析，室內(nèi)模擬評(píng)價(jià)研制出了針對(duì)性強(qiáng)的水基乳液復(fù)合解堵液HJD-S和配套工藝。

1　儲(chǔ)層傷害分析

1.1　儲(chǔ)層概況

潿三段巖性：淺灰色細(xì)砂巖、含礫中砂巖與雜色泥巖不等厚互層。泥質(zhì)含量：W3Ⅱ：14%～22.9%；W3Ⅲ：7%～17.8%；L1Ⅱ：0.3%～24.1%。潿洲組黏土礦物主要以伊蒙混層為主，其次為高嶺石、伊利石，基本不含蒙脫石。2010年3月測(cè)得WZ11-1N-A12Sa井W3Ⅱ、W3Ⅲ、L1Ⅱ上油組合層壓力系數(shù)為1.0，屬于正常壓力系統(tǒng)；井底溫度為88.95 ℃。該井儲(chǔ)層孔隙度22.6%～29.3%，滲透率2 050～4 323 mD，屬高孔特高滲儲(chǔ)層。鉆完井過程中，入井流體的細(xì)小顆粒容易進(jìn)入儲(chǔ)層孔道，形成堵塞，若不及時(shí)清除，則會(huì)影響產(chǎn)能。從儲(chǔ)層原油性質(zhì)檢測(cè)結(jié)果可知，該井原油品質(zhì)較好，瀝青質(zhì)含量較低(1.24%～2.09%)、膠質(zhì)含量中等(6.7%～11.5%)、含蠟高(18.2%～22.6%)。地層水為CaCl2水型，地層水中Ca2+和Mg2+含量分別為548 mg/L和257 mg/L。

1.2　儲(chǔ)層傷害評(píng)價(jià)

潿洲油田分別以油基泥漿、水泥漿和甲酸鈉隱形酸完井液作為前期工作液，但投產(chǎn)后出現(xiàn)：潿洲組配產(chǎn)200 m3/d，實(shí)產(chǎn)117 m3/d，達(dá)不到配產(chǎn)要求；采液指數(shù)很低，根據(jù)物性計(jì)算采液指數(shù)為1 000 m3/(d·MPa)，實(shí)際測(cè)試采液指數(shù)為19.71 m3/(d·MPa)；表皮系數(shù)較大(產(chǎn)能測(cè)試表皮系數(shù)為58.7)。

1.2.1鉆井液配伍性性能評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)配制油基泥漿并壓制濾液，用5#玻砂漏斗過濾油基泥漿濾液和現(xiàn)場(chǎng)水泥漿濾液，將油基泥漿濾液與水泥漿濾液、完井液和地層水按不同體積比混合于帶刻度的具塞量筒中，激烈搖動(dòng)2 min，在89 ℃下放置30 min后觀察分層現(xiàn)象，拍照，并記錄分層后的油水體積，其結(jié)果見表1。

表1　鉆井液配伍性性能評(píng)價(jià)結(jié)果

從表1可以看出，油基泥漿濾液與水泥漿濾液、完井液和地層水以不同比例混合后，雖然油水分層明顯，但水相均出現(xiàn)渾濁，存在不同程度乳化現(xiàn)象。

1.2.2原油配伍性評(píng)價(jià)

室內(nèi)評(píng)價(jià)原油與油基泥漿濾液、完井液的配伍性，將潿洲油田原油與油基泥漿濾液和完井液分別以不同體積比進(jìn)行混合；在50 ℃恒溫水浴鍋中恒溫、攪勻，用BrookFiled-II+可編程旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定50 ℃時(shí)的黏度值，其結(jié)果見表2。

表2　原油與油基泥漿濾液、完井液配伍性評(píng)價(jià)結(jié)果

從表2可以看出，儲(chǔ)層原油與油基泥漿濾液混合后，隨著油基泥漿濾液混合比例增大，混合黏度降低，沒出現(xiàn)乳化增稠現(xiàn)象，具有較好的配伍性。但儲(chǔ)層原油與完井液混合出現(xiàn)了增黏現(xiàn)象，這是由于原油中存在著一些天然的油溶性表面活性劑如環(huán)烷酸、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等[2]，當(dāng)在原油中混入完井液會(huì)形成油包水型乳狀液，且乳狀液黏度隨著完井液比例增大而增大，這是乳狀液內(nèi)相體積增大引起的，完井液比例在40%～60%時(shí)，黏度達(dá)到最大；當(dāng)完井液比例增加到一定程度后，乳狀液由油包水型轉(zhuǎn)相成水包油型或穩(wěn)定性不高而破乳，其黏度顯著降低。完井液與原油混合出現(xiàn)的乳化增黏現(xiàn)象，不利于原油開采，這也是原油冷傷害的另一種表現(xiàn)。

1.3　儲(chǔ)層堵塞類型

根據(jù)對(duì)儲(chǔ)層物性特征分析和入井流體配伍性評(píng)價(jià)可知，儲(chǔ)層可能存在堵塞損害。

1.3.1水敏引起的黏土膨脹堵塞

潿洲油田潿洲組灰色泥頁巖中伊蒙混層礦物含量較高，達(dá)到63%～73%不等。而且敏感性分析結(jié)果顯示該儲(chǔ)層為強(qiáng)水敏，說明伊蒙混層礦物中蒙脫石含量較高。當(dāng)水基完井液滲入地層后，就會(huì)使蒙脫石迅速水化膨脹，減小油層孔隙通道；另外黏土水化膨脹后加劇了運(yùn)移型黏土礦物的分散運(yùn)移，使堵塞變得更加嚴(yán)重。

1.3.2殘余物堵塞

由于固完井后有油基泥漿黏附于套管壁上，又沒有使用專門的油基泥漿泥餅清除劑，水基工作液對(duì)黏附油基泥漿清除不徹底，而黏附于井壁的油基泥漿性質(zhì)隨時(shí)間會(huì)發(fā)生改變，形成黏性很大的軟物質(zhì)[3]，在完井作業(yè)時(shí)常被刮落隨壓井液進(jìn)入射孔段而堵塞地層。

1.3.3有機(jī)垢堵塞

潿洲油田原油中含蠟量較高、膠質(zhì)含量中等，在地層溫度降低的情況下，使得原油黏度增大，一些重質(zhì)成分的溶解平衡被破壞，從而產(chǎn)生有機(jī)沉淀物，有機(jī)質(zhì)在孔喉處結(jié)垢析出，形成“冷傷害”[4]，降低油井近井帶地層滲透率。

另外，油基泥漿中添加了一些瀝青類封堵材料，油基泥漿中細(xì)小顆粒可能隨濾液進(jìn)入儲(chǔ)層，資料顯示，瀝青膠體物質(zhì)長時(shí)間在酸性環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生聚沉物，因此，酸性完井液提供的酸性環(huán)境可使油基泥漿中的瀝青類封堵材料的細(xì)小顆粒形成一種淤泥狀聚沉物，堵塞地層。

進(jìn)入儲(chǔ)層的油基泥漿濾液與水泥漿濾液完井液、地層水均存在輕微的乳化現(xiàn)象，因此存在乳化堵塞。而且原油與完井液也存在明顯的乳化增稠現(xiàn)象。

實(shí)踐證明原油乳化液造成的最大危害是在原油開采過程中。原油乳化液有其組成特征和流動(dòng)特性，原油乳化液動(dòng)力黏度高，能大幅度地增大油層中原油的流動(dòng)阻力，降低油相滲流能力；乳化液具有較高的攜物性能，增大油層孔隙中顆粒運(yùn)移的能力，加大油流通道的堵塞程度，從而引起油井產(chǎn)量大幅度下降，導(dǎo)致含水升高。

2　解堵液研制

2.1　解堵劑基本組成

水基乳液復(fù)合解堵液HJD-S基本組成：海水+復(fù)合有機(jī)酸+清洗滲透劑+溶劑型有機(jī)物+黏土穩(wěn)定劑+緩蝕劑+鐵離子穩(wěn)定劑+防乳破乳劑，可用KCl調(diào)節(jié)密度。該體系屬水基乳液，與易揮發(fā)、易燃、有毒的有機(jī)溶劑相比，更安全，成本更低。

2.2　解堵液性能

2.2.1防乳破乳效果評(píng)價(jià)

在前面與油基泥漿濾液作配伍性評(píng)價(jià)的水泥漿濾液、完井液和地層水中分別添加優(yōu)選的解堵劑，進(jìn)行配伍性評(píng)價(jià)。

表3　解堵劑對(duì)油基泥漿濾液與各種流體之間配伍性改善評(píng)價(jià)

表4　解堵劑對(duì)潿洲油田原油與完井液配伍性改善評(píng)價(jià)

由表3可以看出,解堵劑對(duì)實(shí)驗(yàn)流體的配伍性有明顯的改善。由表4可以看出，解堵劑的加入使原油與完井液沒有出現(xiàn)增黏現(xiàn)象，黏度呈下降趨勢(shì)，說明解堵劑能明顯改善原油與完井液的配伍性。

2.2.2解堵液對(duì)殘余油基泥漿泥餅清除效果

室內(nèi)分別用浸泡API泥餅的方法，進(jìn)行了解堵液對(duì)殘余油基泥漿泥餅清除效果評(píng)價(jià)。解堵液浸泡前后泥餅照片見圖1，堵液對(duì)油基泥漿泥餅作用效果見表5。其中，空白濾紙7 s濾失量為200 mL；空白濾紙重量m0為1.4 g。

小蟲正在看電視，見玉敏回來，說餓死我了。馬上將碗筷排上桌，又拿了瓶白酒，斟了兩杯。兩人舉杯，對(duì)飲起來。

圖1　解堵液浸泡前后泥餅照片

濾失量/(mL·min-1)FLAPI1FLAPI2濾失量變化率/%泥餅重量/gm1m2泥餅失重率/%2.488s漏完42513.67.92.090.7

從表5可以看出，在解堵液各種處理劑的共同作用下，浸泡后的油基泥漿泥餅不僅濾失量變化較大，而且泥餅失重率在90%左右，解堵液對(duì)殘余油基泥漿泥餅具有較好的清除效果。

2.2.3穩(wěn)定鐵離子能力試驗(yàn)

試驗(yàn)取1 mL或1 g鐵離子穩(wěn)定劑與50 mL水混勻，加入不同量的Fe3+濃度為15 mg/mL的溶液混勻，用2 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值為3～4，加Fe3+溶液，重復(fù)直到出現(xiàn)沉淀，記錄加入的Fe3+溶液，即為該鐵離子穩(wěn)定劑能夠穩(wěn)定的鐵離子量。

表6　穩(wěn)定鐵離子能力實(shí)驗(yàn)

由表6可以看出，相對(duì)于作用溫度只能用至66 ℃的乙酸(36%)鐵離子穩(wěn)定劑而言，解堵液中鐵離子穩(wěn)定劑HA-FS3具有非常好的穩(wěn)定鐵離子能力，且抗溫能力可達(dá)200 ℃。

2.2.4解堵液防腐性能評(píng)價(jià)

腐蝕試驗(yàn)參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5405—1996《酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)》進(jìn)行。測(cè)得在89 ℃條件下,24 h,解堵液對(duì)N80鋼片平均腐蝕速率為0.913 6 g/(m2·h),低于行業(yè)指標(biāo)2～4 g/(m2·h),添加了緩蝕劑的解堵液可滿足作業(yè)要求。

2.2.5解堵液解堵效果評(píng)價(jià)

參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6540—2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)方法》評(píng)價(jià)。

表7　堵塞解除模擬效果評(píng)價(jià)

從巖心驅(qū)替評(píng)價(jià)結(jié)果可知，解堵液對(duì)油基泥漿和完井液系列污染后的巖心均具有較好的解除效果，對(duì)巖心中的礦物有溶蝕作用，滲透率恢復(fù)值均大于100%。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2011年12月18日該解堵技術(shù)在WZ11-1N-A12Sa生產(chǎn)井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，成功解除了該井潿洲組的堵塞，實(shí)現(xiàn)日增油208 m3，并且解堵生產(chǎn)情況一直較平穩(wěn)，2012年實(shí)現(xiàn)增油4.52×104m3，取得了很好的工藝效果和經(jīng)濟(jì)效益。

表8　解堵現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

4　結(jié)論

1)油基泥漿解決了潿洲油田群W2段灰色泥巖強(qiáng)水敏儲(chǔ)層井壁失穩(wěn)問題，確保順利鉆進(jìn)，但卻給儲(chǔ)層帶來了傷害風(fēng)險(xiǎn)。通過分析儲(chǔ)層傷害原因，研制出了針對(duì)性強(qiáng)的水基乳液復(fù)合解堵液HJD-S及配套工藝。

2)室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，該水基乳液型解堵液對(duì)油基泥漿濾餅有較好的分散、清洗能力，防破乳能力強(qiáng)，與地層流體、巖石的配伍性好，解堵液對(duì)鉆完井液污染后的巖心具有較好的解除效果，滲透率恢復(fù)值大于100%。

3)解措液成功地解除了該井潿洲組的堵塞，實(shí)現(xiàn)日增油208 m3的顯著效果，2012年增油量達(dá)4.52×104m3，取得了較好經(jīng)濟(jì)效益，值得在類似儲(chǔ)層推廣應(yīng)用。

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