塔里木迪北區塊深層致密碎屑巖氣損害機理與鉆開方式選擇策略

李 寧， 康毅力， 郭 斌， 閆霄鵬， 晏智航， 王藝鈞， 羅 威

(1中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司油氣工程研究院 2油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室·西南石油大學)

近年來，隨著世界范圍內油氣勘探的不斷推進，深層油氣資源的開發已成為許多國家擴大油氣儲量的重要途徑[1-3]。其中，對深層碎屑巖油氣藏的勘探，已成為我國油氣工業未來最重要的發展方向之一[4]。而深層裂縫性致密油氣藏已成為塔里木盆地油氣勘探開發的重要對象[5-6]。在塔里木盆地迪北發現了典型的深層裂縫性碎屑巖氣藏，工區已完鉆井曾使用水基、油基、氮氣鉆以及氮氣鉆轉液體等多種鉆開液體系和工藝，尚未探索出一條適合工區有效開發的工程技術體系，使得區塊合適的鉆開方式及工藝不明確。迪北區現今構造運動活躍，煤系地層、深井、高應力、高地層壓力條件下，對勘探工程技術體系與開發工程技術體系要求差異顯著，并對當前各類先進技術應用提出更加嚴峻的挑戰。本文以工區工程地質特征為基礎，深化認識了鉆井及完井過程儲層損害機理。并從油氣勘探開發技術要求出發，考慮全過程儲層保護觀、工程作業系統工程觀，明確了不同鉆開方式優缺點與技術關鍵，形成了適用于工區的鉆開方式選擇策略。

一、鉆井及完井過程儲層損害機理

1.水相圈閉損害

因損害儲層巖石孔喉致密、毛管壓力高，使得水相圈閉損害成為制約氣藏高效開發最為嚴重的儲層損害類型之一。為了進一步明確工區水相圈閉損害程度，開展了水相圈閉損害評價實驗，實驗操作步驟詳見參考文獻[7]。水相圈閉損害評價實驗結果表明，基塊巖樣液相返排率5.9%～7.4%，水相圈閉損害率93.47%～97.16%，水相圈閉損害強。迪北區塊儲層孔喉細微、毛管壓力高、混合潤濕特性以及局部超低含水飽和度，在正壓差或者負壓差作業過程中液相極易進入儲層。進入儲層的液相會繼續通過自吸作用進入儲層的深處。返排時，由于排驅壓力高，使得侵入孔喉的液相難以返排出來[8]。

2.儲層流體敏感性損害

迪北阿合組共計13塊巖樣流體敏感性評價結果表明，速敏中等偏弱～強，水敏中等偏弱～中等偏強，鹽敏中等偏強，酸敏中偏弱，堿敏弱～中等偏強。阿合組巖樣黏土礦物中伊利石平均含量高于60%，伊利石的產狀以毛發狀為主，主要分布在粒間孔、粒間縫等滲流通道的關鍵位置。流體流動過程中，較大孔隙中的伊利石可能被沖斷，脫落堵塞細微吼道，誘發速敏損害。黏土礦物中綠泥石含量較高，易誘發酸敏損害。迪北阿合組儲層屬煤系地層，酸性沉積環境，易與堿性工作液發生反應，誘發堿敏損害。

3.應力敏感性損害

采用應力敏感系數法[8]，獲取迪北阿合組基塊巖樣與裂縫巖樣的應力敏感性，結果表明，阿合組巖樣中基塊應力敏感性系數0.64～0.67，應力敏感性中等偏強，原地條件下(30 MPa有效應力)滲透率0.014 0～0.016 0 mD；裂縫巖樣應力敏感程度中等偏強，原地條件下裂縫開度3.2～8.5 μm。

工區存在正壓差與負壓差兩種工況，其中正壓差作業主要包括水基或油基鉆開液鉆進過程、壓井過程，負壓差作業有氣體揭開儲層過程以及氣井生產過程[9]。正壓差作業過程中儲層的有效應力會進一步減小，巖石的滲透率會增大；而負壓差作業條件下儲層巖石壓實作用增強，滲透率會進一步降低。

水基或油基正常鉆進，濾液主要沿基塊孔喉與天然微裂縫濾失；由于工區巖石應力敏感性較強，在壓力激動、正壓差過大或天然微裂縫防漏效果不佳條件下，會誘發應力敏感引起的漏失性的深部損害[10]，因而形成高質量濾餅以及裂縫封堵層是水基和油基鉆開儲層的重中之重。

4.固相侵入損害

工區現場用水基鉆開液固相粒度進分析表明，鉆開液D90為39.8 μm。巖心造縫模擬原地有效應力實驗法得到的原地條件下裂縫開度在0.001～0.005 mm之間，依據測井與試井數據獲得的裂縫寬度分布范圍0.06～0.30 mm，根據漏失數據反算出的裂縫寬度可達1 mm。根據裂縫封堵的D90原則，原鉆開液D90遠小于儲層裂縫寬度，無法有效封堵裂縫，將導致鉆井液中的固相在漏失時沿裂縫侵入儲層，引起固相堵塞損害。

鉆開液裂縫封堵層承壓能力評價結果顯示，鉆開液對縫寬100 μm及以下的裂縫具有較好的封堵能力，對150 μm縫寬的裂縫在7 MPa下失去封堵能力，對縫寬大于200 μm無封堵能力。裂縫封堵層承壓能力不足帶來的重復性漏失和水泥漿漏失同樣將造成嚴重的固相侵入損害。此外，氣體鉆井揭開儲層后，近井地帶隨著氣體產出會產生壓力虧空[11]，氣體轉液體壓井過程工作液更易發生漏失損害。

二、工區的鉆開方式選擇策略

從油氣勘探開發技術要求(高效、安全、綠色)出發，考慮全過程儲層保護觀、工程作業系統工程觀，形成了以下適用于工區的鉆開方式技術路徑選擇策略：①“戰略層次”，從油氣勘探開發技術要求角度出發，一個好的工程技術需要滿足安全、高效、綠色的原則；②“戰役層次”，一個好的工程技術需要遵循全過程儲層保護觀：必須同時滿足有利于油氣層及時發現，有利于油氣層準確評價，有利于油氣層高效開發；③“戰術層次”，一個好的工程技術需要考慮工程作業系統工程觀：首先必須將本環節作業高質量、安全、經濟地完成好，不能把上一個環節作業已取得的功效削弱、甚至徹底消除，盡可能為下一個環節作業創造良好的施工(井眼及井周地層)條件，至少不設置明顯障礙，導致后續作業難度增加。

基于鉆開方式技術路徑選擇策略，從工區前期鉆井、完井、增產改造及試油試氣工程實踐出發，系統分析了不同鉆開方式下鉆開液體系的適用性(表1)。

表1 不同鉆開方式下鉆開液體系的適用性

備注：√—有利；○—末涉及或不考慮；×—不利。

氮氣鉆開有利于油氣層及時發現，準確評價，可預防固相、液相損害，預防泥頁巖水化失穩，大幅度提高鉆速。氮氣鉆開適用于裂縫發育的儲層，高壓氣體沖蝕帶來的井控風險大，高壓氣體的產出也會誘發巖體結構失穩[12]。氣體鉆井完井配套工藝有待完善，與后續作業銜接困難。氣井安全管理、井下巖體結構穩定性管理、完井及生產管柱完整性管理是氮氣鉆開儲層的技術關鍵。

氮氣鉆進鉆遇不可控高壓氣層或遇到井下負責事故時，需轉換為液體完井。氣體鉆開過程會帶來井筒干化，近井地帶含水飽和度較低。且氣體鉆開揭開儲層后，隨著氣體的產出會造成近井地帶壓力虧空。當氣體轉液體完井時，工作液更易發生漏失，井筒干濕交替更易失穩。氣體鉆開轉液體完井儲層損害方式與液體鉆開相同，但損害程度有進一步加劇的趨勢。氣體鉆開轉液體完井難以為下一個環節作業創造良好的施工(井眼及井周地層)條件，導致后續作業難度增加。氣體鉆開轉液體完井徹底抵消了氣體鉆開儲層已取得的功效。

油基鉆開液適用儲層類型多樣，預防泥頁巖水化失穩，儲層保護能力好，利于順利鉆進，技術較為成熟。其缺點為易于發生漏失性儲層損害，影響固井質量，環保壓力較大。與水基鉆開儲層相同，油基鉆開儲層的技術關鍵也是防漏堵漏。

水基鉆開儲層適用儲層類型多樣，成本可控，安全性好，技術成熟與后續技術作業環節銜接緊密。水基鉆開儲層的不足為潛在泥頁巖水化失穩，易于漏失，致儲層損害。其技術關鍵為形成高質量濾餅以及裂縫封堵層，防漏堵漏是水基鉆開儲層的重中之重。水基鉆開儲層以其環境友好性、低成本以及與后續作業環節優良的配伍性，已經成為裂縫性碎屑巖氣層鉆開方式的一種可行的選擇。

三、結論

(1)氣體鉆井有利于油氣層的及時發現、準確評價，但其配套完井技術制約了油氣層的高效開發。

(2)氮氣鉆遇高壓氣層后氣體產出會在近井帶造成壓力虧空，氮氣轉液體鉆開過程壓井液漏失引發的固相、液相損害將嚴重削弱、破壞甚至徹底消除氣體鉆開已取得的功效。

(3)油基鉆開儲層帶來的高環保壓力、高成本以及其與后續測錄井、固井等的不配伍性制約了油基鉆開液的廣泛使用。

(4)水基鉆開儲層以其環境友好性、低成本以及與后續作業環節優良的配伍性，已經成為裂縫性碎屑巖儲層鉆開方式的一種可行的選擇。