碳酸鈣粒徑匹配對儲層保護效果的影響研究

魏裕森,韋紅術張俊斌,張偉國

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司深水工程技術中心，廣東 深圳 518067)

由福昌

(長江大學石油工程學院，湖北 武漢 430100)

碳酸鈣粒徑匹配對儲層保護效果的影響研究

魏裕森,韋紅術
張俊斌,張偉國

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司深水工程技術中心，廣東 深圳 518067)

由福昌

(長江大學石油工程學院，湖北 武漢 430100)

[摘要]針對低滲儲層在鉆井過程中由于固相或者液相的侵入容易對儲層造成嚴重傷害的問題，采用在無固相鉆開液體系中加入碳酸鈣能夠有效地提高鉆開液的暫堵性能，防止聚合物“膠液”對儲層的傷害。選取5種不同粒徑的碳酸鈣，從固相封堵及粒徑匹配2個方面開展研究，結果表明，在選擇碳酸鈣作為暫堵劑時，需要選擇粒徑分布窄、酸溶率高的碳酸鈣。在低滲儲層中，碳酸鈣粒徑越細，封堵效果越好，其滲透率恢復值達到90%以上，具有較好的儲層保護效果。

[關鍵詞]碳酸鈣；粒徑；匹配；儲層保護

低滲透油田儲藏著豐富的油氣資源，且廣泛分布于世界各地，低滲透油氣藏同樣也是我國主要的油氣資源之一，近年來低滲透油氣儲量在我國探明儲量中逐年上升。低滲透儲層具有低孔、低滲、大比表面積等特點，由于低滲透儲層滲透性差，孔喉尺寸小，黏土礦物含量普遍高，毛細管現象突出，油氣流動阻力大，因此極易受到嚴重傷害。尤其是在鉆進過程中，鉆井液中無論是固相還是液相的侵入，都會對低滲儲層造成嚴重的傷害。針對海上鉆井采用水平井裸眼完井方式的情況下，鉆井液對儲層的傷害問題尤為突出，海上鉆井過程中常常采用無固相鉆開液體系進行鉆井，無固相鉆開液在中高滲儲層中表現出了良好的儲層保護效果，而在低滲儲層中的儲層保護效果差強人意，如何提高低滲儲層的儲層保護效果，筆者從固相封堵及粒徑匹配2個方面進行了研究與評價，有效地解決了上述問題。

1碳酸鈣封堵思路及設想

在實際鉆井過程中，固相和液相都有可能對儲層造成傷害，如果固相顆粒侵入較深，將會嚴重傷害儲層；而液相對低滲儲層的污染更加突出，尤其是對于低滲儲層。而鉆開液的暫堵性能將能夠有效地降低液相對儲層的傷害，尤其是聚合物“膠液”對儲層的傷害。基于以上分析，筆者認為在無固相鉆開液體系中加入碳酸鈣能夠有效地提高鉆開液的暫堵性能，防止聚合物“膠液”對儲層的傷害，而采用何種碳酸鈣將至關重要，合理的碳酸鈣粒徑才能夠有效封堵儲層，而不會造成固相傷害。

Abranms[1]認為架橋顆粒的粒度中值(D50)應該等于或略大于1/3平均孔隙直徑；20世紀90年代，羅向東[2]對1/3架橋理論進行了改進，提出了“屏蔽暫堵”技術；2012年邱正松[3]依據“隔層堆積”理論，提出了“多級孔隙最優充填”暫堵方法。可見固相封堵理論及技術的進步及對儲層保護的重要性。

以上暫堵理論較為客觀，并有一定的延續，但是如何實現封堵材料的粒徑分布，是鉆井液技術人員一直以來所追求的目標。粉體材料的粒徑分布千差萬別，尤其是超細材料，這就需要對粉體材料進一步研究[4~7]。基于以上理論基礎，筆者主要從碳酸鈣的表面形態、粒徑分布、粒徑匹配等方面來闡述了碳酸鈣的暫堵性能及對儲層保護效果的影響，提出了低滲儲層的碳酸鈣暫堵的粒徑匹配原則。

2碳酸鈣基本性能

表1　碳酸鈣粒徑分布統計結果

注：D10、D90分別為粒徑小于它的顆粒占10%和90%。

實驗室選取經過特殊處理后的超細碳酸鈣，對其粒徑分布進行分析。對所選超細碳酸鈣進行粒徑測試,統計結果如表1所示。普通的碳酸鈣粒徑分布范圍較廣，從細到粗均有；而經過特殊處理后的超細碳酸鈣粒徑分布較窄，局限于一個特定的范圍內，這樣就更有利于碳酸鈣的粒徑匹配對儲層保護影響的評價。

3碳酸鈣粒徑匹配對儲層保護效果影響研究

3.1碳酸鈣粒徑對鉆開液性能的影響

實驗室對上述碳酸鈣在無固相鉆開液中的影響進行了評價，采用新型可液化無黏土相鉆開液體系進行評價。評價配方：海水+0.1%燒堿+0.25%純堿+0.5%DualSeal儲層保護劑+0.6%VIS-B流型調節劑+2.0%STARFLO降濾失劑+5.0%碳酸鈣+3.0%KCl(配方中的百分數為質量分數，下同)。鉆開液性能如表2所示，隨著碳酸鈣粒徑的減小，黏度略有增加，低剪切速率黏度增加略大，API失水量略有減小，總體性能變化不大。

表2　不同粒徑碳酸鈣對鉆開液性能的影響

注：μa為表觀黏度；μLSR為低剪切速率黏度；τd為動切力；NΦ6、NΦ3分別為六速旋轉黏度計6、3r/min對應的讀值；VAPI為API濾失量。下同。

3.2碳酸鈣粒徑對儲層保護效果的影響

圖1　碳酸鈣粒徑對滲透率恢復值的影響

實驗室將上述鉆開液按照巖心入井流體儲層傷害評價方法進行巖心驅替試驗，以評估不同粒徑碳酸鈣對儲層保護的影響，試驗結果如圖1所示。在低滲巖心上，隨著碳酸鈣粒徑的變小，滲透率恢復值逐漸變大，這說明低滲巖心孔喉直徑小，需要更細的碳酸鈣進行封堵，而粗碳酸鈣無法對巖心進行有效封堵導致聚合物“膠液”侵入，造成鉆開液對巖心的傷害。

3.3碳酸鈣粒徑匹配對儲層保護效果的影響

以緊密堆積理論為基礎，在粗顆粒的空隙中恰好有中顆粒填充，而中顆粒的空隙中恰好有細顆粒填充，細顆粒中的空隙有超細顆粒填充，如此逐級填充使超細碳酸鈣形成最緊密的堆積狀態，空隙率達到最小值，堆積密度達到最大值，同時達到封堵與保護儲層的目的[8~10]。

表3　不同粒徑碳酸鈣復配后的滲透率恢復值

圖2　碳酸鈣加量對滲透率恢復值的影響

為進一步評價碳酸鈣粒徑匹配對儲層保護的影響，實驗室對上述超細碳酸鈣進行了復配評價。由于JQWY-2的滲透率恢復值也達到了80%以上，分析認為在此基礎上添加更細的超細碳酸鈣將達到空隙充填的目的，會帶來更好的儲層保護效果。實驗室以JQWY-2為基礎，逐步添加一定量的超細碳酸鈣，復配后的碳酸鈣在鉆開液中的總質量分數為5%，評價其儲層保護效果，結果表3所示。

可以看出，在JQWY-2的基礎上復配更細的超細碳酸鈣后，滲透率恢復值明顯提高，其中復配質量分數為10%JQWY-4和10%JQWY-5以后的效果較好，滲透率恢復值都達到了90%以上，由于JQWY-4與JQWY-5效果相當，而JQWY-5加工成本更高，因此，選用JQWY-2與JQWY-4作為復配后的儲層暫堵劑，用以封堵儲層，提高儲層保護效果。

3.4碳酸鈣粒徑匹配后質量分數對儲層保護效果的影響

根據復配試驗可知，選用JQWY-2和JQWY-4復配后的儲層保護效果較好，實驗室評價了碳酸鈣不同質量分數下對不同滲透率的低滲巖心儲層保護效果的影響，結果如圖2所示。

隨著碳酸鈣質量分數的增加，滲透率恢復值逐漸增大，質量分數以5%為最佳，再提高質量分數后，滲透率恢復值變化不大。而在不添加碳酸鈣的情況下，滲透率恢復值最高的僅有60%多，這說明鉆開液的封堵性能對儲層保護尤為重要。而添加碳酸鈣后在不同的低滲巖心上的滲透率恢復值都基本相當，并且隨著巖心滲透率的增大而增大，這說明巖心滲透率越低，傷害越大。

4結論與認識

1)在選擇碳酸鈣作為暫堵劑時，需要選擇粒徑分布窄、酸溶率高的碳酸鈣。

2)在低滲儲層中，碳酸鈣越細，封堵效果越好，儲層傷害越小。

3)碳酸鈣復配結果表明，在低滲儲層，采用JQWY-2與JQWY-4復配后，封堵效果最佳，對儲層的傷害最小，其最佳質量分數為5%，滲透率恢復值達到90%以上，具有較好的儲層保護效果。

本文屬中海油深圳分公司深水工程技術中心項目“南海東部海域典型低孔低滲油氣藏勘探開發關鍵技術研究及實踐(CNOOC-KJ125ZDXM07LTD)”產出論文。

[參考文獻]

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[3]邱正松，張世鋒，黃維安，等.“多級孔隙最優充填暫堵方法”與現場試驗[J].石油鉆探技術，2012,40(5):17~21.

[4]艾貴成，劉梅全，張祿遠,等.“理想充填理論”——d90經驗規則在昆2井中的應用[J].鉆井液與完井液，2006,23(5):14~17.

[5]雍富華，鄢捷年.保護裂縫-孔隙性儲層的鉆井液技術[J].鉆井液與完井液，2001,18(2):6~9.

[6]張艷娜，孫金生，王倩，等.國內外鉆井液技術新進展[J].鉆井工程，2011,31(7):47~53.

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[編輯]帥群

[引著格式]魏裕森,韋紅術,張俊斌,等.碳酸鈣粒徑匹配對儲層保護效果的影響研究[J].長江大學學報(自科版) ,2015,12(14):51~54.

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2015)14-0051-04

[中圖分類號]TE254.1

[作者簡介]魏裕森(1981-)，男，碩士，工程師，現主要從事鉆完井監督工作，weiys@cnooc.com.cn。

[收稿日期]2014-11-20