屏蔽暫堵完井液技術(shù)在鄂北塔巴廟低壓低滲氣藏的應(yīng)用

1、屏蔽暫堵完井液技術(shù)在鄂北塔巴廟低壓低滲氣藏的應(yīng)用        【摘 要】鄂北塔巴廟低壓氣藏是典型的低孔低滲地層（致密砂巖），儲(chǔ)層的主要流動(dòng)通道為裂縫，對(duì)該區(qū)塊儲(chǔ)層巖心進(jìn)行了鉆井液損害實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，鉆井完井液固相和濾液將造成儲(chǔ)層三個(gè)方面的損害：(1)鉆井完井液固相堵塞儲(chǔ)層裂縫和微裂縫；(2)鉆井完井液濾液造成儲(chǔ)層基塊水鎖、敏感性損害等；(3)鉆井完井液造成儲(chǔ)層孔縫界面損害，破壞儲(chǔ)層的有效連通性。開展屏蔽暫堵技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)大牛地氣田施工的一些生產(chǎn)井、探井進(jìn)行屏蔽暫堵技術(shù)的試驗(yàn)及應(yīng)用，并對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。 【關(guān)鍵詞

2、】塔巴廟 屏蔽暫堵 完井液 油氣保護(hù) 1 概述 鄂爾多斯北部地區(qū)已進(jìn)入氣田開發(fā)階段。為了減輕鉆井過程中對(duì)氣層造成的傷害，從2002年開始進(jìn)行屏蔽暫堵保護(hù)氣層的技術(shù)試驗(yàn)。在研究鄂北塔巴廟氣藏儲(chǔ)層低壓低滲砂巖氣層損害機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)該區(qū)塊儲(chǔ)層巖心進(jìn)行了鉆井液損害實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，然后開展屏蔽暫堵技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)各井的試驗(yàn)效果，進(jìn)一步優(yōu)化配方，以形成保護(hù)低壓低滲砂巖氣層的屏蔽暫堵鉆井完井液技術(shù)方案。通過實(shí)施屏蔽暫堵技術(shù)，減輕了鉆井作業(yè)期間對(duì)儲(chǔ)層的傷害。同時(shí)，井眼穩(wěn)定，目的層井徑規(guī)則，總結(jié)了一套實(shí)施屏蔽暫堵技術(shù)的方法和經(jīng)驗(yàn)。 2 鄂北工區(qū)儲(chǔ)層特性及地層損害分析 2.1儲(chǔ)層特性 通過對(duì)地層孔滲特征分析，上古生

3、界儲(chǔ)層平均孔隙半徑2030m，最大孔隙可達(dá)到90m，儲(chǔ)層砂巖最大連通孔喉半徑0.796.3m，平均孔喉半徑0.320.88m之間。分段物性見表2-1，下古生界碳酸鹽巖氣藏為定容彈性驅(qū)動(dòng)，無邊底水地層巖性氣藏，屬低壓低滲氣層，儲(chǔ)層巖心平均空氣滲透率為0.31×10-3m2，孔隙度為3.6-5.49%；杭錦旗區(qū)塊上古生界砂巖氣藏為定容彈性驅(qū)動(dòng)，構(gòu)造巖性復(fù)合氣藏，屬低壓低滲氣層，儲(chǔ)層巖心平均空氣滲透率為1.6×10-3m2，孔隙度一般為3.54-22.5%，平均為13.4%。 根據(jù)已完鉆多口井試氣資料，經(jīng)計(jì)算鄂北氣藏地層上古生界壓力梯度為0.00880.0097MPa/m。下古生

4、界儲(chǔ)層壓力系數(shù)0.84-0.85。總之，鄂北工區(qū)氣藏屬于低壓、低孔、低滲的儲(chǔ)集層。 2.2地層損害機(jī)理 研究表明，塔巴廟氣藏地層損害機(jī)理主要為：儲(chǔ)層液鎖（水鎖）損害，儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性損害，儲(chǔ)層裂縫和微裂縫損害，儲(chǔ)層水敏鹽敏損害等。從入井流體上分主要為不適當(dāng)?shù)你@井液完井液、射孔液與壓井液等造成的地層損害。其中鉆井完井液的損害不僅僅發(fā)生于近井帶(如多數(shù)孔隙性儲(chǔ)層那樣)，而且可能會(huì)波及到整個(gè)儲(chǔ)層。 在室內(nèi)分別進(jìn)行了鉆井液濾液和鉆井液動(dòng)態(tài)污染實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在動(dòng)態(tài)條件下考慮固相損害后，損害率在77.6(94.7%之間，平均為84.38%，比濾液的單一損害增加30%左右，而且返排困難。這說明原鉆井液體系

5、中固相顆粒與儲(chǔ)層裂縫、孔喉大小分布不匹配，會(huì)形成深度較大的內(nèi)泥餅，加上大量濾液的侵入，必然造成氣層的嚴(yán)重?fù)p害。 從鉆井液對(duì)氣層的損害的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果可知，鄂北大牛地區(qū)塊原用鉆井液對(duì)油氣層的損害是存在的，其損害程度是嚴(yán)重的，地層損害的基本原因是鉆井完井液中大量固相和液相的侵入，造成地層裂縫堵塞和基塊水鎖損害等。大牛地區(qū)塊儲(chǔ)層敏感性總體上為中等，其中應(yīng)力敏感性、堿敏性和HF酸敏性較強(qiáng)，而儲(chǔ)層速敏性、水敏性、鹽敏性和HCl酸敏性為中等偏弱。 3 屏蔽暫堵工藝技術(shù)分析 3.1屏蔽暫堵技術(shù)機(jī)理 屏蔽暫堵技術(shù)的機(jī)理是，按照屏蔽暫堵鉆井完井液技術(shù)方案，在鉆進(jìn)液中加入一些與油氣層孔喉相匹配的架橋粒子、填充粒

6、子和可變形的封堵粒子，利用鉆井液壓力與儲(chǔ)層壓力之間的正壓差，使這些粒子快速地（10分鐘以內(nèi)）進(jìn)入儲(chǔ)層，堵塞儲(chǔ)層孔隙喉道，在井壁周圍5cm以內(nèi)形成有效的、滲透率極低的屏蔽環(huán)，阻止鉆井液中的固相和液相進(jìn)一步侵入儲(chǔ)層，從而消除或減少鉆井液和固井時(shí)水泥漿對(duì)油氣層的傷害。由于形成的低滲透屏蔽帶很?。ㄒ话阈∮?cm），很容易被射孔彈射穿，同時(shí)也可通過流體返排或其它解堵技術(shù)解決屏蔽堵塞問題，因而這種堵塞是暫時(shí)性的，不會(huì)對(duì)此后的流體產(chǎn)出帶來不利影響。     3.2屏蔽暫堵技術(shù)要點(diǎn) 3.2.1暫堵粒子 按照粒子物理性質(zhì)可分為剛性粒子、變形粒子和纖維狀粒子，前者主要為超細(xì)

7、的碳酸鈣顆粒，變形粒子常用磺化瀝青、氧化瀝青、石蠟和樹脂等材料；后者主要為石棉短纖維。 按照粒子的作用可分為架橋粒子和填充粒子。架橋粒子的粒徑較大，其作用是堵住孔隙喉道，將大的喉道分割為直徑更小的通道；填充粒子是架橋粒子的下一級(jí)粒子，其作用是堵住由大喉道分割而成的次級(jí)小喉道。變形粒子的作用較為復(fù)雜，它既可以堵塞填充粒子未堵住的更次一級(jí)的微小喉道，也可與其它粒子一起堵塞較大的孔隙喉道。而纖維狀粒子的主要作用是堵塞孔徑較大的裂縫。 3.2.2暫堵粒子粒徑的選擇原則 對(duì)于孔隙性儲(chǔ)層，通常按最大連通孔喉直徑的1/22/3選擇架橋粒子（常用剛性粒子，即細(xì)目的CaCO3）的粒徑，并使這種顆粒在鉆井液中的含

8、量大于3%。 通常選擇粒徑大約為最大連通孔喉直徑的1/4的剛性粒子作為填充粒子，其加量應(yīng)大于1.5%。 可變形顆粒一般選用粒徑與填充粒子相當(dāng)、軟化點(diǎn)與油氣層溫度相適應(yīng)的可變形顆粒，加量通常為12%。 若儲(chǔ)層存在裂縫或?qū)挾容^大的微裂縫，則架橋材料中還應(yīng)加入纖維狀暫堵材料，用以封堵裂縫，纖維長度應(yīng)根據(jù)裂縫寬度而定。 3.2.3屏蔽暫堵現(xiàn)場實(shí)施的工藝技術(shù)要求 (1)合理的井底正壓差 根據(jù)理論分析和室內(nèi)試驗(yàn)證明，在一定壓差范圍內(nèi),壓差增大，屏蔽堵塞效果增強(qiáng)，鄂北屏蔽暫堵的施工，以3.5Mpa作為最小正壓差。 (2)鉆井過程中環(huán)空上返速度的制定和實(shí)施 研究表明：進(jìn)入孔喉的粒子大小與剪切速率（即環(huán)空返速）

9、成反比，所以要實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層的理想暫堵，就必須確定針對(duì)該儲(chǔ)層的最大上返速度，經(jīng)理論分析、室內(nèi)和現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明，要保證試驗(yàn)區(qū)的屏蔽暫堵效果，進(jìn)入氣層后，鉆鋌外環(huán)空返速應(yīng)小于1.6m/s。 (3)暫堵劑粒子粒度與鉆井液粒度的控制 鉆井液粒度的控制是屏蔽式暫堵技術(shù)成敗的關(guān)鍵，剛性暫堵劑顆粒尺寸分布必須與所選區(qū)塊的儲(chǔ)層孔喉分布匹配，其酸不溶物的含量必須低于5；可變形油溶性暫堵劑的軟化點(diǎn)應(yīng)與儲(chǔ)層溫度匹配，油溶性暫堵劑必須在水基鉆井液中完全分散，并達(dá)到油溶性的技術(shù)指標(biāo)。 3.3屏蔽暫堵配方的確定 儲(chǔ)層存在平均直徑50m以上的裂縫，考慮裂縫上限160m，泥漿中應(yīng)有直徑為60120m的架橋粒子；儲(chǔ)層的孔喉直徑分

10、布不均，最大連通孔吼是主要封堵對(duì)象，大牛地區(qū)塊儲(chǔ)層最大連通孔喉半徑大多集中在0.55m，極少數(shù)達(dá)到2537m，中值孔喉半徑小于0.2m。因此泥漿中顆粒粒徑主要考慮是410m左右的顆粒，兼顧1025m的顆粒。 儲(chǔ)層溫度在90左右，在泥漿中加入軟化點(diǎn)75100的可變形軟化粒子，泥漿中粒度分布應(yīng)較好地覆蓋各類儲(chǔ)層孔喉分布區(qū)間。通過對(duì)相關(guān)研究項(xiàng)目的總結(jié)和分析，進(jìn)行適量的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)分析，優(yōu)化出了大牛地儲(chǔ)層屏蔽暫堵鉆井完井液體系配方，其基本配方為： a.下石盒子組： 原鉆井液+( D中=1230(m) 56%復(fù)合暫堵劑FH+12% ( D中=415(m) 屏蔽暫堵劑PD-1+23%油溶性暫堵劑WZD-2+稀

11、膠液 b.山西組： 原鉆井液+( D中=820(m) 45%復(fù)合暫堵劑FH+01% ( D中=48(m) 屏蔽暫堵劑PD-1+23%油溶性暫堵劑WZD-2+稀膠液 c.太原組： 原鉆井液+( D中=1025(m) 45%復(fù)合暫堵劑FH+01% ( D中=410(m) 屏蔽暫堵劑PD-1+23%油溶性暫堵劑WZD-2+稀膠液 由于大牛地儲(chǔ)層各區(qū)塊、各儲(chǔ)層物性差異較小，大牛地屏蔽暫堵鉆井完井液體系的基本配方總體變化不大。具體應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)層孔喉特征及其原鉆井液顆粒粒度分布情況確定各區(qū)塊各儲(chǔ)層屏蔽暫堵鉆井完井液體系配方。 4 實(shí)施效果 4.1屏蔽暫堵技術(shù)對(duì)測試效果的影響   &#

12、160; 為便于評(píng)價(jià)屏蔽暫堵效果，對(duì)塔巴廟和杭錦旗的實(shí)施蔽暫堵的五口井7層次測試結(jié)果，與未采用屏蔽暫堵技術(shù)的井，進(jìn)行壓前地層測試對(duì)比如下： (1)表皮系數(shù) 表皮系數(shù)是衡量儲(chǔ)層是否受到污染以及污染程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)。從對(duì)比看出差異并不明顯。塔巴廟區(qū)塊各層段的平均表皮系數(shù)由26.27降為22.35；其中盒3下降幅度最大，由22.67下降為1.49。其余層段如山1、山2和太原組的表皮系數(shù)變化不大，甚至出現(xiàn)表皮系數(shù)增大現(xiàn)象。杭錦旗地區(qū)各層段的平均表皮系數(shù)由4.22降為1.49，下降較為明顯。 (2)氣產(chǎn)量 鄂北地區(qū)壓裂前的天然氣產(chǎn)量一般很低。從壓前地層測試結(jié)果來看，在采用屏蔽暫堵技術(shù)鉆井中，

13、山2氣層和盒3氣層的壓前平均氣產(chǎn)量有所提高；其中山2氣層平均氣產(chǎn)量提高了3.8倍，盒3氣層氣產(chǎn)量提高了1.6倍，但產(chǎn)量規(guī)模并無本質(zhì)變化，產(chǎn)量依然很低，。而太原組和山1氣層的平均氣產(chǎn)量均略有降低，變化不明顯。 (3)探測半徑 在采用屏蔽暫堵技術(shù)的鉆井中，山2氣層和盒3氣層的探測半徑，比未屏蔽暫堵鉆井求得的探測半徑要長一些，其中山2氣層平均提高了3.6倍，盒3氣層提高了1.5倍，而太原組的探測半徑則減小明顯，山1氣層的探測半徑相差甚小，基本無變化。 從以上對(duì)表皮系數(shù)、氣產(chǎn)量和探測半徑分析可以看出，屏蔽暫堵技術(shù)在山2氣層和盒3氣層的應(yīng)用效果似乎較好；山1、太原組的應(yīng)用效果則不明顯，似乎反映出屏蔽暫堵

14、效果與儲(chǔ)層物性特征有關(guān)。由于到目前為止，進(jìn)行屏蔽暫堵同時(shí)進(jìn)行壓前地層測試的井較少，是否可以說屏蔽暫堵技術(shù)對(duì)于不同的層所起的作用不同，還不能作結(jié)論，對(duì)如何應(yīng)用測試結(jié)果對(duì)屏蔽暫堵效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，還需進(jìn)一步探索。 4.2 對(duì)地層穩(wěn)定性和井徑擴(kuò)大的影響 (1) 全井段井徑 鄂北二疊系石炭系地層，受到鉆井液濾液的浸泡，易發(fā)生水化分散，剝落掉塊，從而引起井徑擴(kuò)大。據(jù)未進(jìn)行屏蔽保護(hù)的大探1等6口井統(tǒng)計(jì)，全井平均井徑擴(kuò)大率達(dá)29.31%，目的層井段平均井徑擴(kuò)大率達(dá)16.49%。據(jù)實(shí)施屏蔽暫堵的大10等15口井統(tǒng)計(jì)，全井平均井徑擴(kuò)大率為20.3%，比未進(jìn)行屏蔽暫堵的井縮小了9.01個(gè)百分點(diǎn)；目的層井段平均井徑擴(kuò)大

15、率為11.22%，比未保護(hù)的井縮小了5.27個(gè)百分點(diǎn)。形成了比較規(guī)則的井眼，減少了井內(nèi)復(fù)雜情況。 (2)氣層段井徑 氣層段井眼的規(guī)整程度，影響到目的層的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)（見表4-1），屏蔽暫堵技術(shù)應(yīng)用前，山1段的擴(kuò)徑率為6/8（擴(kuò)徑層/統(tǒng)計(jì)層，下同），平均擴(kuò)大量為4.625cm；山2段的擴(kuò)徑率為4/5，平均擴(kuò)大量為2.4cm；盒1段的擴(kuò)徑率為5/8，平均擴(kuò)大量為5.75cm；盒2+3段的擴(kuò)徑率為4/8，平均擴(kuò)大量為1.75cm。 屏蔽暫堵技術(shù)應(yīng)用后，山1段的擴(kuò)徑率為2/12，平均擴(kuò)大量為0.5cm；山2段的擴(kuò)徑率為2/13，平均擴(kuò)大量為1cm；盒1段的擴(kuò)徑率為6/13，平均擴(kuò)大量為2.538cm；盒2+3段的擴(kuò)徑率為5/13，平均擴(kuò)大量為3.077cm，而這一段平均擴(kuò)大量的增加是因?yàn)镈12和DK5兩口井的擴(kuò)徑量大所致。 顯然，屏蔽暫堵技術(shù)應(yīng)用后氣層段的擴(kuò)徑率下降，尤其是D15、D16等井的高產(chǎn)氣層段井眼非常規(guī)整，為正確認(rèn)識(shí)、評(píng)價(jià)氣層奠定了基礎(chǔ)。 5 結(jié)論和認(rèn)識(shí) (1)鄂北氣藏儲(chǔ)層屬致密性砂巖儲(chǔ)層，地層孔隙壓力低、低孔、低滲、和毛孔壓力高、有效應(yīng)力高的特點(diǎn)，從理論上，實(shí)施屏蔽暫堵鉆井液體系可有效地保