強水敏地層清潔鹽水射孔液體系的研究與應用
——以新疆臺5井區為例

王浩任，王松，胡三清，李行

(長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023)

尚娟芳

(宜賓職業技術學院生物工程系, 四川 宜賓644000)

強水敏地層清潔鹽水射孔液體系的研究與應用
——以新疆臺5井區為例

王浩任，王松，胡三清，李行

(長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023)

尚娟芳

(宜賓職業技術學院生物工程系, 四川 宜賓644000)

對新疆臺5井區儲層的地質特征進行了探討，評價了該區塊的敏感性，并對該區塊儲層的潛在損害因素進行了綜合分析。試驗結果表明，該井區儲層為強水敏性損害，具有較強的水敏性、中等速敏性、中等堿敏感性及中等偏強的酸敏感性。針對該地區儲層孔滲特征，結合儲層敏感性評價資料，初步確定適合該區域儲層特性的射孔液體系，該體系性能穩定，流變性能好；抑制黏土膨脹的能力強；熱滾回收率為95.5%；降低射孔液表面張力明顯，降低率超過50%；緩蝕效果好，腐蝕速率僅為0.00213 mm/a。巖心損害試驗結果表明，該體系對儲層巖心的滲透率恢復值在90%以上，能夠有效保護新疆臺5井區的儲層。現場應用效果優良，試驗井的產量比對比井的產量提高約10%～30%。

射孔液；清潔鹽水；儲層敏感性；水敏性；油層保護；新疆油田

水敏性地層種類較多，常見的有硬脆泥頁巖、松散黏土層、泥巖、軟頁巖，這類地層在石油鉆探過程中穩定性都很差，尤其當其與水基射孔液等工作液接觸時，巖石強度將隨入井流體的類型及地層與工作液的接觸時間的增加而降低，造成井下復雜事故。同時，當工作液與強水敏性油層接觸時，其液相將會侵入油層中去，如果射孔液與油層的配伍性不是很好，極易引起油層的水敏損害，降低油井的產量。試油是油井正式投產前最后的一項施工作業，作業過程中選用優質的壓井液、射孔液非常重要。要求射孔液具有合理的密度來平衡地層流體壓力，合適的流變性以及與儲層巖石和地層水配伍性良好，能有效防止射孔過程中及后續作業對油層造成進一步損害，且成本低，配制方便，不污染環境[1～3]。新疆臺5井區儲層屬于強水敏地層，在射孔作業過程中如果使用的射孔液不能夠抑制地層黏土的水化膨脹，就會對儲層產生嚴重的損害。為此，筆者開展具有較強抑制能力的清潔鹽水射孔液體系的研究。

1 臺5井區儲層特征分析

1.1儲層巖性特征

新疆臺5井區侏羅系頭屯河組J2t儲層巖性特征如下：以細粒長石巖屑砂巖為主，另含少量的細粒、中細粒巖屑砂巖。巖石中長石的平均含量12.05%，石英平均含量31%。碎屑顆粒多呈次圓狀，分選中等；巖屑平均含量12.5%，主要為千枚巖、云母及泥巖碎屑；黏土礦物類型主要包括蒙脫石、伊蒙混層，二者相對含量的總和在85%左右，此外還含有15%左右的高嶺石和綠泥石。碎屑顆粒間一般為點至線接觸，膠結類型以壓嵌型為主。

1.2儲層物性特征

新疆臺5井區侏羅系頭屯河組J2t儲層平均孔隙度16.3%，平均滲透率258.9mD，是典型的高孔中低滲儲層。

1.3儲層敏感性評價

1)儲層巖樣用模擬地層水作為驅替介質的水敏性為強水敏，水敏指數0.732，臨界鹽度5000mg/L。

2)儲層巖樣用模擬地層水作為驅替介質時速敏性為中等，其臨界流速在0.25ml/min左右；用煤油作為驅替介質時速敏性為中等，其臨界流速在0.8～1.2ml/min。

3)儲層巖樣用模擬地層水作為驅替介質時堿敏程度為中等。

4)鹽酸酸敏損害程度總體為中等偏強，氫氟酸酸敏損害程度總體為中等，土酸(由12%鹽酸和3%氫氟酸組成)酸敏程度綜合評價結果為中等偏強。

5)儲層巖樣的應力敏感性評價結果為中等。

根據儲層敏感性評價結果，用于新疆臺5井區的射孔液必須具有較強的抑制黏土水化膨脹的能力,以防止黏土在地層孔喉中的運移；而且要具有較好的防腐效果。

2 清潔鹽水射孔液體系研究

2.1清潔鹽水射孔液體系的確定

該區塊之前使用的射孔液體系相對簡單，配方主要為KCl鹽水：清水+0.5%HV-CMC+10%KCl。為此在室內開展了處理劑優選評價試驗，加入具有不同功能的高效處理劑提高射孔液的綜合性能[4～7]，經過室內篩選與評價，選用HV-CMC為增黏降濾失劑，KPAM為黏土穩定劑，MA為防腐劑，有機鹽KCOOH和無機鹽NaCl為密度調節劑，Na2SO3為防腐劑。此外KCOOH對地層黏土也具有較好的抑制作用，確保射孔液具有優良的油氣層保護效果。最終確定保護油氣層清潔鹽水射孔液體系(代號CSW)的配方為：清水+0.4%HV-CMC+0.3%KPAM+0.5%MA +0.1%Na2SO3+15%NaCl +5%KCOOH。

2.2CSW性能評價

2.2.1流變性能評價

利用ZNND6旋轉粘度計評價所研制的CSW的流變性能，結果見表1。從表1可以看出，YP/PV值為0.375Pa/(mPa·s)，攜帶能力強，說明CSW具有較好的流變性能，可以達到射孔作業的基本要求。

表1 CSW的流變性能評價結果

注：φ600、φ300分別為旋轉黏度計600、300r/min的讀數；AV為表觀黏度；PV為塑性黏度；YP為動塑比值。

2.2.2防膨試驗評價

取新疆臺5井區的井TW4和井TW42的巖樣磨碎，在2.0MPa壓力下，壓5min制成巖心薄片，利用JHPZ-2型高溫高壓膨脹儀分別測定其在清水和射孔液體系中的膨脹量，結果見表2。

表2 臺5井區巖樣膨脹量測試結果

從表2可以看出，巖心薄片在研制的CSW中的膨脹量比清水和原射孔液中的膨脹量明顯降低，說明CSW有很好的防膨效果。

2.2.3表面張力評價

按照SY/T 5370—1999方法測定CSW的表面張力，使用儀器為JZ-200全自動表面/界面張力儀，測試溫度為20℃，考察射孔液的表面張力降低效果，結果見表3所示。

表3 表面張力測試結果

表4 頁巖熱滾回收率評價結果

表面張力測試結果表明，所研制的CSW可顯著降低流體的表面張力，說明該體系能夠有效防止水鎖效應造成的油層損害。

2.2.4頁巖熱滾動回收評價

準確稱取過6～8目篩子的臺5井區井產層巖屑50g，將其分別加入到盛有350ml射孔液體系的老化罐中，擰緊老化罐，置于滾子加熱爐中，在120℃下滾動16h，取出后用40目的分樣篩回收巖屑，用少量水沖洗干凈、烘干，稱重，計算回收率，回收率越大，表明試驗流體抑制地層黏土分散的能力越強，試驗數據見表4。

從表4可看出，所研制的CSW對新疆臺5井區的地層巖屑回收率大于95%，用肉眼觀察烘干后的巖樣形狀，發現巖屑在CSW中熱滾后的形狀和原狀基本無區別，說明該射孔液體系抑制黏土分散的能力較強。

表5 鋼片在CSW中的腐蝕速率

2.2.5緩蝕效果評價

選用N80鋼掛片，在90℃條件下，按照SY/T5273—2000的方法，將鋼片放在CSW中浸泡7d，測定鋼片腐蝕速率，試驗結果見表5。

試驗結果表明， CSW能夠有效地控制腐蝕速率，腐蝕速率僅為0.00213mm/a，對設備及管材的腐蝕作用小，可用于現場射孔作業的施工。

2.2.6儲層保護效果評價

在室內利用高溫高壓靜態流動試驗裝置，模擬地層的溫度和壓力，開展射孔液對新疆臺5井區儲層巖心滲透率的損害評價試驗。損害試驗評價的條件為：壓差3.5MPa, 溫度為120℃，巖心為臺5井區天然巖心。首先用脫色煤油正向測定儲層巖心的滲透率K1，反向在高溫高壓靜態試驗裝置中擠入射孔液2～3h，記錄靜濾失量，再用脫色煤油正向測定巖心滲透率K2，將滲透率恢復值記為R，R=(K2/Kl)×100%，試驗結果見表6。

從表6可以看出，1～4號試驗是研制的CSW射孔液體系對新疆臺5區塊巖心的動態損害評價結果，其滲透率恢值復能達90%以上；5～6號試驗是原射孔液對新疆臺5區塊巖心的動態損害評價結果，其滲透率恢值復率僅為60%～70%。由此可見，原射孔液對儲層的損害大，研制的CSW射孔液對儲層保護效果好。

表6 CSW儲層保護效果

3 現場應用

將CSW在新疆臺5井區應用于4口井中，分別為TW282井、TW031井、TW503井和TW461井，采用YD-89型(60°相位角)射孔彈油管傳輸方式射孔，井段為2190～2295m，厚度9m/3段，孔密16孔/m，射孔時液面位于井口，射孔后TW282井、TW031井、TW503井和TW461井日產原油分別為12.87、45.24、7.69和11.36m3，對比井TW288井日產原油10.3m3(與TW282井對比),TW031-1井日產原油40.12m3(與TW031井對比)，TW503-2井日產原油5.42m3(與TW503井對比)，TW461-1井日產原油9.58m3(與TW461井對比)。試驗井比對比井的產量提高約10%～30%。

4 結論

1)所研制的保護新疆臺5井區儲層的強水敏地層清潔鹽水射孔液體系CSW配方為：清水+0.4%HV-CMC+0.3%KPAM+0.5%MA +0.1%Na2SO3+15%NaCl +5%KCOOH。

2)該體系流變性能好，YP/PV值為0.375Pa/(mPa·s)；抑制黏土膨脹的能力強，熱滾回收率為95.5%；降低射孔液的表面張力明顯，降低率超過50%；緩蝕效果好，腐蝕速率僅為0.00213mm/a。

3)巖心損害試驗結果表明，該體系對儲層巖心的滲透率恢復值在90%以上，具有優良的儲層保護效果，可以滿足現場射孔作業的要求。

4)將CSW在新疆臺5井區應用4口井，應用結果表明保護儲層效果明顯，試驗井的產量比對比井的產量提高約10%～30%。

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[編輯] 趙宏敏

TE254.3

A

1673-1409(2017)17-0016-04

2017-06-10

國家科技重大專項( 2008ZX05000-031-04-03)。

王浩任(1989-)，男，碩士生，現主要從事鉆井液與完井液方面的研究工作。

王松(1964-)，男，教授，現主要從事油田化學方面的教學和研究工作，wangs_2008@sina.com。

[引著格式]王浩任，王松，胡三清，等.強水敏地層清潔鹽水射孔液體系的研究與應用——以新疆臺5井區為例[J].長江大學學報(自科版), 2017,14(17):16～19.