儲層傷害分析與預防保護及解堵技術優化

張平，王多才，王海峰，付亞平，王健，朱子恒，黃發木，余長江

摘要：為了預防儲層傷害的發生，屏蔽暫堵技術已經在第1代的“1/3架橋規則”的基礎上優化了暫堵劑顆粒的選擇、物理化學膜的形成、降低表面張力的仿生超雙疏劑的研發，解決了第1代暫堵技術暫堵劑顆粒選擇困難的問題。對于在鉆完井過程中已經受到損害的儲層，酸化解堵技術以及物理解堵技術的出現，使得損害問題得到了一定的解決。研究對鉆完井過程中儲層傷害類型、儲層傷害的預防以及解決已發生儲層傷害的解堵技術方法進行了綜述，為學者在研究解堵技術方面提供借鑒。

關鍵詞：儲層傷害；儲層保護技術；鉆井液；解堵技術

中圖分類號：TE258文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）12-0119-04

Reservoir damage analysis，prevention and protection?and optimization of plugging technology

ZHANG Ping1，WANG Duocai1，WANG Haifeng1，FU Yaping1，WANG Jian1，ZHU Ziheng1，HUANG Famu1，YU Changjiang2*

（1.West-East Gas Transmission Company of National Pipeline Network Group，Shanghai 210002，China;?2.National Engineering Research Center for Oil and Gas Drilling and Completion Technology，China University of Petroleum （Beijing），Beijing 102249，China）

Abstract：In order to prevent the occurrence of reservoir damage，the shielding temporary plugging technology has optimized the selection of temporary plugging agent particles，the formation of physical and chemical film，and the research and development of bionic ultra-double hydrophobic agent to reduce the surface tension on the basis of the first generation of “1/3 bridging rule”，and solving the problem of difficulty in the selection of temporary plugging agent particles of the first generation of temporary plugging technology.For the reservoir that have been damaged in the process of drill and completion，the emergence of acidizing plugging removal technology and physical plugging removal technologies has solved the damage problem to a certain extent.This paper reviews the types of reservoir damage，the prevention of reservoir damage，and the plugging removal technology to solve the existing reservoir damage in the process of drilling and completion，which can provide reference for scholars in the research of plugging removal technology.

Key words：reservoir damage;reservoir protection technology;drilling fluid;plug removal technology

在儲層原始狀態條件下，地層中巖石、粘土礦物以及內部流體處于一種平衡狀態，在對儲層進行鉆完井等作業時，可能會打破儲層平衡狀態，對儲層造成傷害，進而導致儲層滲透率下降。而儲層傷害一旦發生，前期油氣井產量會受到一定程度的限制；而后期為提高油氣產量，酸化、壓裂等增產措施的工作量和作業成本就會增加。所以，為避免和減少儲層傷害對油氣作業的影響，從鉆井過程考慮，先后有學者研制出保護儲層型鉆井液來預防儲層傷害的發生。而針對已經發生的油氣層損害問題，早在21世紀90年代就有學者先后研究出不同的解堵技術，用來解決地層堵塞造成的滲透率下降問題，使得油氣層滲透率得以恢復，油氣井產量提高。

1儲層傷害分析

1.1固相顆粒入侵

在實際生產作業中，儲層傷害的類型有很多種，其中固相顆粒堵塞儲層孔隙和裂縫，造成滲透率下降是最為普遍的一種損害現象。而這種固相顆粒一方面是在油氣作業各個環節為了保持工作液密度、黏度等性質加入的特殊添加劑顆粒；另一方面是儲層內部本身就含有大量微粒，這些微粒會隨儲層內部流體一起發生運動。在長時間的運動中，這些顆粒會在大孔徑孔隙處沉積，堵塞地層。

1.2外來流體與儲層不配伍

在鉆完井過程中，儲層巖石不可避免的會與一系列的外來工作液發生相互作用。工作液與地層巖石不配伍時，就會發生水敏等敏感性損害、濕潤反轉等儲層傷害，影響儲層滲透率。當工作液等外來流體與儲層內部流體不相配伍時，便會在一定外界條件下發生化學反應，產生無機、有機垢等沉淀物堵塞油氣孔道。有時還會有細菌的進入和乳狀液的生成。

1.3水鎖效應和賈敏效應

當外來水相流體侵入親水的油藏孔道時，會在油水界面形成一個凹向油相的彎曲液面。由于表面張力的作用，彎曲液面存在一個附加壓力，即為毛細管壓力。如果地層能量不足以克服附加的毛細管壓力，水段堵塞就無法被油驅至井筒。由于油氣層孔道大小分布廣，驅開的較大孔道中水膜變厚，導致儲層含水飽和度增加，油相滲透率降低，就會發生水鎖效應；當外來液體濾液進入儲層后，其液滴或氣泡在通過狹窄的孔隙吼道發生變形，就會產生流體流動的阻力，賈敏效應也會隨之產生。

1.4應力敏感性傷害

對于裂縫或微裂縫發育的油氣層，如果開采速度過快，會導致裂縫系統內油氣不能及時得到補充，系統內流體壓力也會隨之下降，油氣層巖石的有效應力增加，裂縫被壓縮，影響儲層滲透率，除此之外，孔隙及孔隙吼道的收縮，也會導致儲層滲透率的下降，這就是儲層壓力敏感性傷害。

2儲層傷害預防保護技術

2.1水基鉆井液技術

水基鉆井液由于價格低廉、性能容易控制等優點被廣泛應用。其中，無固相清潔鹽水聚合物鉆井液、無膨潤土暫堵型聚合物鹽水鉆井液等由于其特有的性質得以應用。將車前子殼作為降濾失劑添加到水基鉆井液中，研發出一種耐高溫、環保的水基鉆井液，在高溫下仍然具有良好的降濾失作用，該降濾失劑有優異的抗污染性能[2]。水基鉆井液雖然種類較多，應用也較為頻繁，但是水基鉆井液進入地層后，水相的入侵會引發地層微粒發生水化、運移、膨脹引起儲層傷害；隨著鉆井深度加深，地層溫度和壓力也越來越高，高性能的水基鉆井液也備受重視，所以高性能的鉆井液添加劑將會是以后發展的重點。

2.2氣體類鉆井液技術

氣體類鉆井液，對于低壓儲層，低密度鉆井液可實現近平衡壓力鉆井或負壓差鉆井。泡沫由于其特殊的化學性質，使得其得以應用。對微泡鉆井液基本特性和國內抗溫微泡鉆井液體系做了總結，發現微泡具有“一核三膜”的結構且膜具有一定厚度和黏度，使得微泡在高溫高壓下還能較長時間存活[3]。而微泡鉆井液技術能有效解決井漏問題，具有優異的抗污染能力，儲層保護效果明顯。泡沫是一種熱力學極其不穩定的流體，在高溫、高礦化度條件下的穩定性能更差，所以抗溫及抗鹽鈣性能優異的泡沫穩定劑是泡沫鉆井液的重點研究對象。

2.3合成基鉆井液技術

合成基鉆井液，以人工合成或改性的有機物作為連續相，鹽水為分散相，再加入各類添加劑組成。為解決環境敏感地區油基鉆井液應用有限問題，研發了一種生物質合成基鉆井液，并對體系抗溫性、抑制性、環保性等性質進行評價，結果表明，該體系具良好的流變性、抑制性、無毒，且鉆井液廢棄物易處理，滿足環保要求[4]。為解決地下地層溫度較低（零下低溫）問題，研發出耐低溫合成基鉆井液，該體系在零下10 ℃仍然具有良好流變性能[5]，為寒冷地區非常規井開發提供了技術保證。

2.4保護油氣層的鉆井液技術（屏蔽暫堵技術）屏蔽暫堵技術是油氣層被鉆開時，在極短的時間內向鉆井液中人為加入各種類型和尺寸的固相顆粒，在井壁附近形成滲透率接近零的屏蔽暫堵帶，能有效防止工作液中固相粒子入侵，引起地層損害。

Abrams等早在1977 年提出“三分之一架橋規則”，即向鉆井液中加入的固相粒子平均粒徑等于或略大于儲層孔隙的三分之一，同時顆粒含量大于鉆井液固相含量的5%，標志著第1代屏蔽暫堵鉆井液技術的形成[6]。

結合DICKMA、CHELLAPPAHK、HANDSN等提出的理想充填理論，建立了油層保護技術—理想填充技術，該技術解決了第1代屏蔽暫堵技術對大孔隙無法很好封堵以及小孔隙無意義封堵問題，也標志著保護技術已過渡到第2代精細屏蔽暫堵技術[7]。

自Staverman提出泥頁巖成膜理論以后[8]，有學者研究了成膜效率以及其影響因素[9]。根據該思路采取物理化學相結合的手段，分別建立了油膜法[10]和成膜法[11]，即向鉆井液中特殊添加劑的加入使得近井壁巖石表面可以形成一層膜狀物，該膜能對鉆井液與井壁進行隔離，阻止鉆井液濾液和固相顆粒進入儲層，解決了孔隙尺寸與暫堵粒子的匹配性，標志著第三代屏蔽暫堵技術的形成。

由于第3代暫堵技術通過物理化學作用成膜需要一定時間，且由于瞬時濾失仍會造成油氣層損害。受豬籠草口緣區具有超雙疏表面阻止油/水吸附或滲入，研發出降低巖石表面張力的超雙疏劑[12]，通過實驗發現加有超雙疏劑的鉆井液體系對巖心封堵率和滲透率恢復值皆達到90%以上。將仿生技術應用到鉆井液體系中，也標志著第4代暫堵技術的形成。

3解堵技術優化

3.1水力振蕩解堵技術

水力振蕩解堵技術是利用液體的振動在井底產生壓力脈沖作用于地層，用以解除在鉆完井、開采等過程中造成的儲層污染，以及流體乳化、粘土顆粒運移、無機物、有機物沉淀和雜質堵塞等造成的儲層污染，恢復或提高近井地帶儲層滲透率，達到增產增注的效果。針對勝利石油管理局埕島油田防砂井近井地帶滲透率下降問題，對該油田6口井應用水力振蕩解堵技術和酸化解堵措施[13]。結果表明，水力振蕩解堵技術解除近井地帶污染是可行的。

3.2深穿透復合射孔技術

深穿透復合射孔技術是把射孔技術和高能氣體壓裂技術有機融合，綜合改造油氣層的技術。

1999～2001年間，中原油田共進行深穿透復合射孔施工189 個井，其中181 個井皆取得成功，有效率達95.7%，累積增油6.16×104? t，處理層段深度最大達3 300 m。表1為1999 年到2000年油井采用普通射孔技術和深穿透復合射孔技術的對比結果。

由表1可知，復合射孔工藝效果遠好于普通射孔工藝效果，相比普通射孔技術，復合射孔技術更適合于中原油田。

3.3高壓水旋轉射流解堵技術

分析了高壓水旋轉射流解堵技術原理并對復合解堵劑進行性能評價，利用高壓水旋轉射流與HB復合解堵劑聯合解堵工藝技術對阿南油田實施解堵工藝，取得了較好的增產效果，且有效期達半年以上[15]。介紹了高壓水旋轉射流及化學解堵的工藝原理，對地層污染堵塞問題進行分析，復合解堵技術在油井、水井上的應用都取得了較好的應用效果，與其他技術相比具有工藝簡單、成本低、處理深度大等優點，是高含水期油水井解堵增產的新技術[16]。

3.4酸化解堵技術

各大油氣田根據地區和儲層特征差異研發出不同的酸化處理藥劑和液體體系，都取得不錯的進展[17]，目前主要應用的酸液體系包括土酸體系、緩速酸體系、乳化酸體系、泡沫酸體系以及低傷害酸體系等[18-23]。為解決碳酸鹽巖儲層堵塞嚴重現象，研制了一類新型碘磺酸乙酯并配制出新型酸化解堵體系，進行了一系列室內實驗[24];通過自生酸酸化解堵技術處理海上A區塊，其對自生酸生酸能力、溶蝕性能、腐蝕性能做了相關評價，改善地層滲流條件，增大了地層吸液能力[25]。

為了解除某采油廠油田縱向油層堵塞，常規酸液返排率低等問題，利用CO2“超臨界流體”特性，研究出一套復合酸解堵技術[26]，2010 年現場實施9個井，解決了常規酸液所存在問題，并累積增油1 547 t，為油田開辟了一條酸化解堵新途徑。針對某采油廠深部油層存在嚴重的結垢堵塞問題，對配位緩速酸化的各組成配比進行了優化，最佳的配比緩速酸化能夠極好的適用于該地區油層的堵塞與垢結[27]。酸化解堵作為目前使用廣泛的解堵措施之一，其作用功效毋庸置疑。但是，由于酸化液的特殊化學性質，會造成儲層粘土礦物及巖石被過分溶蝕，產生二次沉淀等造成油氣層損害，影響產量，所以在優選酸化液配方時，要嚴格控制酸化液濃度。

4結語

油氣井產量是檢驗油氣作業是否成功的直接標準。為提高油氣井產量和油氣田生產能力，作業前預測儲層傷害問題是否存在或者受傷害程度大小，再進行針對性解決。研究者研發的保護儲層型鉆井液在預防傷害問題發生的同時充分解放了儲層的生產能力。而對于在鉆完井過程中發生儲層傷害的儲層，物理解堵技術處理半徑相對有限，而且施工復雜，在現場應用容易受到限制；酸化解堵技術工藝簡單，技術成本較低，解堵效果明顯，是當下應用最廣泛的解堵增產技術之一。

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