中低孔隙度滲透率儲層鉆井液侵入規律研究

邵陽,劉俊東,席斌,孫建孟,屈翠霞,宋宏業,李衡

(1.中國石油集團測井有限公司天津分公司, 天津 300280;2.中國石油大學(華東), 山東 青島 266580)

0 引 言

近年來,針對中低孔隙度滲透率儲層的勘探開發逐年增加,這種儲層孔隙度滲透率結構復雜,鉆井周期長,受鉆井液侵入嚴重,其侵入特征復雜多變。針對該類儲層鉆井液侵入前后測井響應特征的研究一直在進行,也形成了很多研究方法,包括實驗分析法、時間推移測井法、電阻率校正法等。其中實驗與實際測井相結合的實驗分析法可以直觀分析鉆井液侵入的動態過程,對侵入特征分析有很大幫助。但以往的實驗分析中,小巖樣的低孔隙度滲透率巖心造成了巖心實驗的局限性。為求得接近真實地層環境下的低孔隙度滲透率儲層鉆井液侵入規律,本文從中低孔隙度滲透率長巖心的鉆井液侵入動態聯測實驗入手,模擬井筒環境,通過記錄15塊中低孔隙度滲透率巖心在2～4 MPa侵入壓差、0.5～6 d侵入時間條件下,侵入過程中不同侵入深度處電阻率變化,進行侵入特征分析,形成了不同孔隙度滲透率條件下鉆井液侵入規律認識。建立了不同侵入條件下鉆井液侵入速率模型,與實際測井相結合,計算鉆井液侵入半徑,能夠有效指導測井評價及下步施工措施。

1 實驗思路及方法設計

中低孔隙度滲透率巖心孔隙結構復雜,非均質性強,以往針對整塊巖心進行侵入過程中電阻率測量的實驗方法已經不能滿足研究需求,提出了鉆井液侵入動態聯測實驗思路,并與中國石油大學(華東)合作制造了實驗設備并進行了改進,獲得發明專利一項。圖1為儀器構造圖,鉆井液循環釜體中有巖心夾持器,可同時進行1～5塊10 cm以下長巖心的鉆井液侵入實驗,根據其不同位置的電極環進行分段電阻率和頂端至某一位置的電阻率的測量,從而記錄同一鉆井液侵入條件下不同巖心5個徑向深度電阻率隨時間的變化。該實驗設計盡量模擬地層條件,還原真實侵入特征,實驗巖心上下釜體中放置泥巖巖心模擬蓋層及隔層,并可同時進行相同侵入條件下不同流體性質2塊巖心的對比實驗。將巖心按照泥巖巖心與實驗巖心交互放置,同時進行2塊巖心的侵入實驗。鉆井液循環壓力0～6 MPa可調,圍壓最高可達10 MPa。圖1中紅色數字表示電極環距離巖心侵入端距離。

該實驗可有效模擬鉆井液循環條件下,油水層的侵入機理差異、鉆井液配置差異、地層水變化、物性變化、巖性變化、含油性及其分布變化等引發的巖石電阻率變化,通過實驗揭示了復雜儲層的成因機理,為復雜儲層油水識別奠定堅實的實驗基礎。

圖1 “5巖心”鉆井液侵入動態聯測實驗裝置原理

2 數據采集

進行了孔隙度(φ)分布范圍在2.74%～15.5%之間,滲透率(K)分布范圍在0.01～39.74 mD[注]非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2;1 cP=0.001 Pa·s,下同之間,2種侵入壓差(Δp)、3種鉆井液濾液礦化度(Cm)、2種原油黏度(η)共計15塊中低孔隙度滲透率飽和油巖樣的鉆井液侵入動態聯測實驗。并完成了數據采集,計算了能反映孔隙結構的孔隙度滲透率比參數(φ/K),在0.39～685.11之間分布。圖2為采集到的鉆井液侵入電阻率動態變化圖。其中F為孔隙度與滲透率比值,K為巖心滲透率,Cw為飽和水礦化度,Cm為鉆井液濾液礦化度,p為侵入壓差,η為巖心飽和油黏度,Ri為不同電極環處分段電阻率,i=1,2,3,4,5。

圖2 鉆井液侵入電阻率動態變化圖

3 基于實驗數據的鉆井液侵入規律分析

3.1 原油黏度的影響

通過對飽和油巖樣鹽水鉆井液侵入前、后電阻率變化對比,可得到在鹽水鉆井液濾液侵入情況下,飽和油巖樣呈現明顯低侵入特征。但實驗巖心飽和油黏度的差異會造成鉆井液侵入特征差異。隨著原油黏度的增加,鉆井液侵入需要克服的阻力越大,鉆井液侵入速度越慢,巖心電阻率達到侵入平衡的時間越長。

圖4 飽和油巖樣在不同壓差下侵入時間與侵入深度關系圖

3.2 物性的影響

圖2展示了不同物性飽和油巖樣鉆井液侵入電性變化動態對比圖。由對比分析可知,咸水鉆井液侵入環境下,好物性油層電阻率侵入初期下降速度快,而后下降速度減緩,最后達到侵入平衡時間短;差物性油層從鉆井液開始侵入其電阻率就呈現較為平緩的下降趨勢,直至達到平衡,且達到平衡時間較好物性油層慢。

圖3為飽和油巖心不同徑向探測深度處侵入速率(侵入整段巖心距離與侵入時間比值)與物性參數φ/K(孔隙度與滲透率比值)關系圖。不同形狀點子,代表不同徑向探測深度處侵入速率。由圖3可見,不同孔隙度滲透率比范圍鉆井液侵入速率與孔隙度滲透率比的關系不同;φ/K<10,隨著孔隙度滲透率比增加,R1(距侵入端1.0 cm處)和R2(距侵入端2.5 cm處)處侵入速率降低,R3(距侵入端4.5 cm處)處變化不明顯,R4(距侵入端7.0 cm處)和R5(實驗巖心尾部)處侵入速率增加;φ/K在10～150之間,隨著φ/K增加,鉆井液侵入速率迅速降低;φ/K>150,鉆井液侵入速率變化規律復雜,現儀器難以準確模擬該部分物性儲層鉆井液侵入變化規律。

圖3 物性與侵入速率關系圖

3.3 壓差的影響

鉆井液侵入動態聯測裝置可利用循環泵提供0～6 MPa范圍可調的侵入壓力,相當于井筒環境下的侵入壓差。由實驗數據分析可知,隨著侵入壓差增大,巖心侵入越徹底,鉆井液侵入后巖心電阻率變化越明顯,電阻率降低越多。圖4為不同物性飽和油巖樣在不同壓差下侵入深度與侵入時間關系圖,其中圖4(a)侵入壓差為2 MPa,圖4(b)侵入壓差為4 MPa,每個電極環距侵入端的距離,依次為1.0、2.5、4.5、7.0、9.5 cm,不同顏色的線為不同物性飽和油巖樣。由圖4可知,相同物性飽和油巖樣,侵入壓差越大,達到平衡所需時間越短,說明壓差對儲層鉆井液侵入速率和侵入深度影響較大,壓差越大,侵入速率越快,相同時間內壓差越大,侵入深度越深。

4 中低孔隙度滲透率儲層鉆井液侵入模型建立

4.1 侵入模型建立

對于飽含油的儲層來說,物性、侵入壓差、原油黏度和侵入時間是決定地層侵入深度的主要因素。通過前面的分析,建立了低孔隙度滲透率條件下鉆井液侵入速率模型,利用打開地層的時間和侵入速率,計算侵入半徑,判斷儲層污染情況。

其中鉆井壓差

Δp=ρd×g×h

(1)

不同飽和油黏度η情況下鉆井液濾液侵入速率vi是巖心孔隙度滲透率比φ/K、和侵入壓差Δp的函數

(2)

利用侵入速率vi和侵入時間Δt計算鉆井液濾液的侵入半徑Di,侵入時間Δt表示從地層被鉆開到測井這段時間

Di=vi×Δt=f(φ/K,η,Δp)×Δt

(3)

由孔隙度滲透率比和平均侵入速率交會圖可以看出,隨孔隙度滲透率比增加,鉆井液侵入速率呈指數降低(見圖5)。

圖5 孔隙度滲透率比和平均侵入速率交會圖

建立了所有巖心鉆井液侵入速率與孔隙度滲透率比關系式

R2=0.570

(4)

并建立了不同侵入條件下鉆井液侵入速率與孔隙度滲透率比關系式。

黏度為22.1 mPa·s下巖心鉆井液侵入速率與孔隙度滲透率比關系式

R2=0.5581

(5)

黏度為1.5 mPa·s下巖心鉆井液侵入速率與孔隙度滲透率比關系式

R2=0.4965

(6)

4 MPa壓差下巖心鉆井液侵入速率與孔隙度滲透率比關系式

R2=0.5791

(7)

2 MPa壓差下巖心鉆井液侵入速率與孔隙度滲透率比關系式

R2=0.7903

(8)

在其他壓差下,通過公式系數插值,建立鉆井液侵入速率與孔隙度滲透率比的關系式。

也嘗試了利用孔隙度與侵入速率建立關系式,在無法得到較準確滲透率的情況下可以進行侵入半徑的計算。

侵入速率與孔隙度關系式

v=0.002e0.427φ

R2=0.41

(9)

4.2 參數校正

由于測井過程中,不同地區、不同儀器等環境差異,會造成井間資料誤差,影響儲層參數的計算,使得測井計算孔隙度滲透率比存在差異。要提高侵入深度的計算精度,就需要對測井資料進行校正,以求獲得更準確的孔隙度滲透率比數據。本文的校正方法是利用研究區取心分析資料中的孔隙度、滲透率與測井計算孔隙度與滲透率建立關系,得到校正系數,進行參數的校正,提高侵入深度的計算精度。

5 應用效果分析

埕海地區CHxx井Es2下,鄰井巖心分析孔隙度4%～14%,滲透率0.002～8 mD,屬于低孔隙度低滲透率儲層。18 ℃鉆井液濾液電阻率0.27 Ω·m,地層水電阻率0.36 Ω·m,侵入時間10 d。通過計算,其侵入深度如圖6所示。可以看出該段孔隙較高的儲層部分侵入較為明顯,集中在1～50 cm段,物性較差的差油層侵入較淺,而干層處基本無侵入。測井解釋過程中,結合侵入深度與電阻率變化,綜合解釋儲層流體性質,并有效指導了射孔方案設計。該井成功試油,73-77號層(3 792.1～3 812.1 m段),壓后,油管8 mm油嘴放噴,日產/累產油53.12/188.12 t,日產/累產氣6 467/25 820 m3,84號層的3 854 m處MDT測試以水為主。證明了解釋的準確性及射孔施工的有效性。

圖6 CHxx井應用效果分析

6 結 論

(1)鉆井液侵入動態聯測實驗裝置能夠有效模擬地層侵入條件下中低孔隙度滲透率儲層鉆井液侵入過程,采集不同侵入時間5個徑向深度巖心電阻率變化情況。

(2)通過侵入實驗數據,認識到儲層孔隙度滲透率比小于10,鉆井液侵入速度呈現先快后慢的趨勢,巖心電阻率表現為先快速下降,然后緩慢下降直至平衡的特點。孔隙度滲透率比介于10～150之間時,鉆井液侵入速度比較穩定,巖心電阻率呈現比較平緩的下降趨勢直至達到平衡。孔隙度滲透率比大于150的儲層其侵入規律有待于繼續探索。

(3)建立了中低孔隙度滲透率儲層不同孔隙度滲透率比條件下鉆井液侵入速率模型,應用于生產,計算儲層鉆井液侵入深度。

(4)研究區應用10口井/85層,應用效果較好。在分析中低孔隙度滲透率儲層受鉆井液影響程度方面具有很強的指導意義,為處理井的儲層解釋及射孔施工設計提供了技術支撐。