吳起油田長8儲層鉆井液儲層保護技術研究

張 蕊，李馨語，牛 萌，史花轉，凌陳月

（1.延安大學石油工程與環境工程學院，陜西 延安 716000；2.延長油田股份有限公司勘探開發技術研究中心，陜西 延安 716000；3.中國石油天然氣股份有限公司吐哈油田分公司，新疆 鄯善 838200）

近幾年，吳起地區在長8 油層組的油氣勘探取得了重大的進展，但是對于長8 油層組的研究程度相對較為薄弱[1-2]，因此，很有必要對吳起地區長8 儲層做深入研究。本文針對鄂爾多斯盆地吳起地區長8 儲層傷害問題，收集研究區基礎地質資料，并結合室內敏感性實驗，利用現代巖樣分析技術，對儲層潛在損害因素進行了綜合研究，找出了研究區油氣層的損害因素，通過鉆井液的固、液相損害油氣層機理研究，形成了適合該儲層的鉆井完井液和壓井液，最終提出具有現場指導價值的油氣層保護措施。

1 儲層特征分析

1.1 儲層地質特征

吳起地區長8 油層組地處伊陜斜坡西部，西臨天環坳陷，屬于典型的低滲油氣藏，油層埋藏深，地下情況復雜，潛在損害因素多，儲集層非均質性強，勘探成本高，因此，能否有的放矢地擴大勘探范圍，搞清楚吳起地區儲層傷害的機理至關重要[3－4]。

1.2 儲層物性特征

據200 多塊樣品分析資料顯示，該地區儲層的物性條件較差。孔隙度最大6.76%，最小0.15%，平均0.96%，其中孔隙度小于1%的樣品占72.28%，滲透率最大29.65×10-3μm2（由于該分析法其精度只能達到0.01×10-3μm2，無法求全部樣品的平均值）。按照SY/T 5336—1996《巖心常規分析方法》，在吳起油田長8 儲層200 塊巖心分析樣品中，孔隙度大于12%的Ⅰ級儲層樣品只有2 個，占總樣品數的1%，孔隙度在6%～12%的Ⅱ級儲層樣品有18 個，占總樣品數的9%，孔隙度在2%～6%的Ⅲ級儲層樣品有50 個，占總樣品數的25%，孔隙度小于2%的儲層樣品有130 個，占總樣品數的65%，屬于致密的Ⅳ級儲層（表1）。

表1 研究區儲集層劃分樣品級別統計表

1.3 儲層孔喉結構

孔喉結構是指巖石所具有的幾何形狀、大小、分布以及相互連通關系，將孔隙空間劃分為孔隙與喉道，喉道的大小、分布以及幾何形態是影響儲層儲集能力和滲透物性的主要因素[5]。28 個樣品的壓汞分析表明，該儲層孔喉結構差，排驅壓力高，平均值達到12.37 MPa。中值喉道半徑小，分選系數2.60%，分選差，歪度系數1.36，屬于細歪度，孔隙度在0.4%～4.8%、平均孔隙度1.17%，說明孔喉具有分選較差、歪度細、結構差等主要特征。

2 儲層潛在損害因素分析

2.1 固相顆粒及微粒的損害

鉆井完井液及其濾液流動損害實驗證明，鉆井液、完井液中的固相顆粒（直徑大于1 μm）、微粒（直徑1～0.05 μm）及粒徑更小的固相組分與其他各種組分以泥餅的形式損害井眼周圍淺表層孔隙、喉道、裂縫，而粒徑極小的微粒則可以沿新形成的孔隙、喉道、裂縫向更深地層侵入[6-7]。在鉆井、完井液侵入儲層的過程中，一部分的微粒被巖石孔喉表面吸附而形成了“泥膜”，導致孔隙通道的滲流能力下降，影響儲層的導流能力[8]。

2.2 濾液對儲層的傷害

鉆井完井液濾液由于濾膜形成、潤濕反轉、微粒運移、水鎖和化學沉淀，將對小裂縫造成嚴重甚至致命的損害。對于低滲微裂縫儲層，由于毛細管壓力的作用，濾液入侵造成水鎖傷害和賈敏效應，導致儲層的滲流率下降[9]。

2.3 應力敏感損害

從油氣層投入鉆探開始，包括在以后的試油、酸化、壓裂采油和注水等作業過程中，油氣層的應力都在發生變化。當巖石所受外應力升高時，巖石在整體上受壓變形，嚴重時甚至出現裂縫閉合。因此，如采用欠平衡鉆井，應該控制欠平衡壓差，在試油（采）過程中或在開發過程中，應該嚴格控制采油速度，避免由于應力變化而造成裂縫張開度降低而造成應力敏感傷害[4]。

3 實驗部分

針對該儲層的特點以及對潛在傷害因素的分析預測，著重對壓力敏感性如速敏性、水敏性、鹽敏性、堿敏性和酸敏性進行了實驗研究，敏感性實驗數據見表2。

表2 研究區儲層敏感性實驗結果

3.1 速敏性

（1）儲層的速敏性是指儲層中的地層微粒隨流動液體運移而堵塞儲層喉道造成滲透率降低的現象。速敏性評價的目的就是確定儲層是否存在流速敏感及存在敏感性的程度，找出巖心的臨界流速Vc，以便為勘探確定合理的工作制度，為開發確定合理的注采速度[10]。

（2）速敏性對研究區儲層傷害的程度：通過實驗發現研究區除少數樣品無速敏性外，大部分樣品臨界流量低于1.00 mL/min，多在0.25 mL/min 左右，少數樣品超過1.00 mL/min，長8 儲層20 井樣品臨界流速為0.38 m/d，損害程度為中偏強。

3.2 水敏性、鹽敏性

（1）水敏性指水的敏感性，水敏實驗目的是確定儲層水敏性強弱的程度，為工作液是否需要防膨措施提供依據。用水敏性評價指標Lw 來判斷水敏性強弱。Lw越大，儲層的水敏性越弱，反之則越強。

（2）鹽敏性是指鹽度敏感性，當高于地層水礦化度的外來工作液進入油氣層后，將可能引起黏土的收縮、失穩、脫落；當低于地層水礦化度的工作液濾液進入油氣層后，則可能引起黏土的膨脹和分散，這些現象都會引起儲層滲透率的下降。臨界鹽度CC 為評價指標，反映巖心滲透率隨外來液體礦化度下降時而出現大幅度下降的現象。其判斷標準為CC 值越小，鹽度敏感性越強；反之，鹽度敏感性越弱[11]。

（3）水敏-鹽敏性實驗結果：長8 儲層20 井水敏指數分別為0.01、0.55、0.54，是無-中偏強水敏，臨界鹽度分別為11 930 mg/L、23 860 mg/L、5 965 mg/L。

3.3 堿敏性

（1）堿敏性評價目的：為降低工作液對套管的腐蝕和保持工作液的良好性能，除酸化和酸洗液外，其他工作液（如鉆井液、射孔液等）均為堿性液體。當濾液進入儲層后，一方面可與儲層中的黏土礦物發生反應，使水敏性增強，另一方面可使地層水中的Ca2+、Mg2+等離子反應，以Ca（OH）2，CaCO3等沉淀析出而堵塞儲層通道。這兩方面的最終結果都是使儲層的滲透率降低。這種由堿性液體引起的儲層滲透率降低的現象稱為儲層的堿敏性，而堿敏性的強弱又決定了儲層滲透率降低的大小[12]。

（2）堿敏性實驗結果：該地區堿敏指數為14.5%～67.1%，為弱堿敏到強堿敏范圍，變化幅度較大。長8儲層20 井三塊樣品堿敏指數分別為0.37、0.22、0.25，一個樣品為中等堿敏，兩個樣品為弱堿敏。

3.4 酸敏性

（1）酸敏性評價的目的：酸敏性是指酸度敏感性，當外來酸液進入儲層后，儲層中酸敏性礦物會與其發生反應，生成沉淀或釋放出微粒，堵塞儲層孔喉通道，造成滲透率下降的現象稱為酸敏性。酸敏性評價的目的是了解酸化儲層后是否會造成儲層損害及損害的程度，以便為確定儲層是否可以酸化及采取什么措施酸化提供參考依據。酸敏性以酸敏指數La（最終滲透率Kend與初始滲透率Kw的比值）作為評價指標，La 值越大，儲層的酸敏性越弱；反之，則越強[13]。

（2）酸敏性實驗結果：由收集到的儲層酸化資料表明，在現場7 口井的16 次酸化作業中，酸化效果較好的7 次，效果不顯著的8 次，1 次產量下降。長8 儲層20 井三塊樣品中，一塊樣品酸敏傷害程度為中等，酸敏指數為0.60，兩塊樣品無酸敏。

4 儲層保護措施

4.1 屏蔽暫堵技術

為防止固相顆粒對油氣層的傷害，常用的方法是屏蔽暫堵技術，全國大多數油田已普遍使用屏蔽暫堵技術來保護油氣層，并取得了較好的效果。一般采用暫堵劑中的架橋粒子尺寸為平均孔喉直徑的2/3，濃度一般不低于3%。屏蔽暫堵劑的顆粒以含纖維（或片狀）的復合材料為主，其中架橋粒子的粒徑為裂縫平均縫寬的0.8 倍，纖維材料通過多點接觸，使裂縫變成孔隙，再以充填粒子填充孔隙，填充粒子粒徑為縫寬的1/3～2/3 為佳。無論是現場還是在室內進行屏蔽暫堵工藝設計時，均是根據以上的屏蔽暫堵原則進行粒徑匹配[14]。

根據吳起地區的儲層特征，對暫堵劑提出了一定的要求：

（1）要求所選暫堵劑有良好的封堵裂縫能力，由于剛性材料在裂縫表面很難形成穩定的架橋，即使形成一定的橋堵，在波動的壓力作用下（如鉆井正壓差上升），橋堵顆粒會隨之失效，大量固相顆粒會隨鉆井液進入裂縫深處對儲層進一步嚴重傷害。由纖維狀暫堵顆粒與剛性材料組合成的復配材料在裂縫處相互膠結成團，形成了多點接觸，在正壓差作用下，能夠變形嵌入裂縫處形成穩定的架橋及堅實的屏蔽環，有利于防止鉆井液對油氣層造成的傷害。

（2）應當對多種縫寬的裂縫均有一定的堵塞能力，如果所選材料僅對某一縫寬的裂縫有封堵能力，那么，對于比這縫寬小的孔喉或是微裂縫，封堵材料無法形成橋堵，濾液及微小固相顆粒將浸入裂縫深處，而對于較大的縫隙，封堵材料將會跟隨鉆井液深入裂縫深部，對地層造成更大的傷害，不利于油氣層的保護[15]。

（3）有一定的返排解堵能力，封堵材料中的纖維材料由表面可被水潤濕、但不溶于水、不規則形狀和長短級配的多種纖維形成纖維網，由不同粒徑的剛性粒子形成支撐骨架，變形粒子有效、多級填充。

4.2 保護儲層的低固相鉆井液

4.2.1 材料與鉆井液的配伍性 采用現場井漿，把不同的封堵材料復配后加入鉆井液中，測定加入材料前后鉆井液性能的變化，評價結果（表3）表明：該暫堵劑加入鉆井液后，對鉆井液的性能幾乎無不良影響，而在暫堵材料加入鉆井液后，固相顆粒的分布會受剛性粒子的影響而改變，軟化變形粒子的增加有利于降低失水。

表3 暫堵劑比例加量對于鉆井液性能的影響

4.2.2 低固相鉆井液配方研究 研究地區地層壓力系數低，孔喉配合度低，連通性差，基質滲透率差，在正壓差鉆井過程中，很容易出現液相和固相沿裂縫侵入地層，在裂縫內部形成泥餅對儲層造成傷害，本文以“屏蔽暫堵”為技術核心，對常用的處理劑評價篩選出滿足現場安全鉆井和保護油氣層需要的新型鉆井完井液配方及現場應用工藝技術。

從實驗分析及結果（表4）來看，所選的暫堵劑SLD-1、EL-1 是較為適合該儲層的暫堵劑，將這幾種暫堵劑以2∶3 比例復配后，加入一定的油層保護劑（TYZ-7、JYP）進行滲透率恢復值的測定，在加入TYZ-7 后的效果明顯好于JYP。因此通過采用聚合醇防止液相污染和纖維暫堵劑的復配防止固相顆粒對地層滲流通道的侵入，能夠達到很好的保護油氣層效果。為此，將此套方案作為在吳起地區廣泛推廣的保護油氣層措施。

表4 油層保護劑對滲透率恢復值的影響

5 結論和認識

（1）吳起油田長8 儲層巖心樣品的壓汞分析表明，儲層孔喉結構差，排驅壓力高，平均值達到12.37 MPa，中值喉道半徑小，分選系數2.60%，分選差，歪度系數1.36，屬于細歪度，平均孔隙度1.17%，說明孔喉具有分選較差、歪度細、結構差等主要特征。

（2）該地區儲層主要傷害為固相顆粒進入儲層或被巖石孔喉表面吸附而形成的水鎖傷害，由于濾液形成濾膜而發生的賈敏效應。

（3）通過“五敏”實驗，可以得出該地區水敏程度為中偏強、鹽敏程度弱、堿敏程度中等、存在一定的速敏現象，基本無酸敏。

（4）在吳起長8 儲層的屏蔽暫堵技術應用中，應選擇纖維的封堵材料作為架橋粒子，形成多點接觸，再通過加入一定的充填粒子或軟化粒子，形成堅實的屏蔽環，具有良好的保護油氣層的作用。