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吉林油田保护油气层钻井液的研制及应用

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吉林 油田 保护 油气 钻井 研制 应用
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大 庆 石 油 学 院 学 报F 8 卷  第 3 期   2004 年 6 月28   3     2004  收稿日期 :2003 - 05 - 23 ;审稿人 :范洪富 ;编辑 :关开澄作者简介 :孙玉学 (1961 - ) ,男 ,博士生 ,教授 ,主要从事钻井液完井液与油气层保护及三次采油方面的研究 , 杨立国 1 , 李继丰 2( 1. 大庆石油学院 石油工程学院 ,黑龙江 大庆  163318 ;   2. 大庆油田有限责任公司 采油工程研究院 ,黑龙江 大庆  163000 )摘 要 :定量评价了吉林油田的储层速敏性、水敏性、盐敏性和碱敏性 ,找出了潜在的储层伤害因素 . 研制了屏蔽暂堵钻井液 ,进行了室内损害评价和现场应用 . 结果表明 :吉林油田储层的速敏性为弱速敏 ,水敏性为中等 ,盐敏性随地区的不同有一定差异 ,临界盐度的变化范围从 1/ 16 地层水到 1/ 2 地层水 ,碱敏性为中等偏弱 ;钻井过程中储层保护的措施应着重于控制入井钻井液的矿化度和 防止钻井液滤液侵入地层 ,屏蔽暂堵钻井液的渗透率恢复值比较高 ,能够减少钻井过程中储层伤害的发生 ,有利于发现和保护油气层  词 :速敏 ;水敏 ;盐敏 ;碱敏 ;屏蔽暂堵钻井液 ;储层保护 ;吉林油田中图分类号 :   文献标识码 :A     文章编号 :1000 - 1891(2004) 03 - 0017 - 030  引言大情字井地区、英台地区和伊通地区是吉林油田有代表性的 3 个区块 . 3 个区块储层多属于低渗透储层 . 钻井过程中 ,由于钻井液固相颗粒和滤液进入地层 ,容易发生储层损害 ,不利于在勘探过程中及时发现油气层 ,并且会导致后继生产过程中油井产量降低 . 开发初期吉林油田几个重点区块使用的水基钻井液以钾铵聚合物为主 ,这种钻井液体系的抑制性差 ,井径扩大率大 ,导致井眼不规则 ,对测井和固井产生很大影响 . 为了平衡井壁不得不提高钻井液密度 ,但常常造成实际钻井液密度远大于地层孔隙压力 ,易压死油气层 ,影响油气层的发现和保护 ,给试油和产能带来不良影响 ,导致探井试验效果差 ,影响勘探、开发的速度和质量 ,因此 ,研究钻井过程中油气层保护技术 ,对储层可能潜在的敏感性进行分析 ,选择合理的钻井液体系 ,提高钻井液的抑制性 ,对于及时发现油气层 ,提高油气井的产量具有重要意义 储层特征大情字井地区储层的岩性为粉砂岩 ,矿物组成主要以正长石和石英为主 , w (正长石 ) 为 42 % , w (石英 )为 30 % ;其它矿物含量 , w (斜长石 )为 12 % , w (钠长石 )为 6 % , w (方解石 )为 3 % , w (黏土矿物 )为 7 %w (伊利石 )为 68 % , w (高岭石 )为 14 % , w (绿泥石 ) 为 14 % , w (伊蒙混层 ) 为 4 % ,伊蒙混层比为 1 :4. 胶结类型主要为接触式胶结 . 储层的孔隙度为 8. 41 %~ 16. 3 % ,平均为 10. 6 % ,渗透率为 0. 4 ×10 - 3~ 16. 0 × 10 - 3μ 平均为 2. 4 × 10 - 3μ 属于中孔隙度低渗透储层 . 英台地区黏土矿物以伊利石为主 ,含有一定量的高岭石和伊蒙混层 ,伊利石呈孔隙衬垫式分布于粒表 ,伊蒙混层中 w (蒙脱石 ) 为 15 %~35 % ,黏土具有一定的水化能力 . 随着地层深度增加 ,伊利石、高岭石质量分数增加 ,伊蒙混层中蒙脱石质量分数相对减少 ;高岭石的存在 ,有可能发生微粒运移导致储层损害 \[1 \];该储层的孔隙度为 15 %~ 22 % ,孔喉半径均值为 5. 12~ 9. 69μ m. 孔隙特征参数较高 ,控制固相侵入质量浓度对保护油层至关重要 . 伊通地区的黏土矿物也以伊利石为主 ,还含有高岭石和伊蒙混层 . 伊蒙混层中蒙脱石质量分数为 30 % ,具有一定的水敏性 . 该储层的孔隙度为 6 %~ 13 % ,孔喉半径均值为 2. 80~ 4. 10μ m. 孔隙特征参数较低 ,应该控制入井工作液的滤液对储层的伤害 .·71·2  储层敏感性2. 1  敏感性表示(1)流速敏感性 . 实验评价中 ,模拟地层水为使用介质 ,以速敏指数为评价标准 . 速敏指数为 ( ,式中 : 速敏指数 ; (2)水敏感性 . 水敏性评价用水敏系数 示 ,即 式中 : 用蒸馏水测得的岩心渗透率 ; 用地层水测得的最小渗透率 .(3)盐敏感性和碱敏感性 . 盐敏感性评价用临界盐度来表示 ,碱敏感性评价用临界碱度表示 2  敏感性评价表 1  敏感性评价区块 岩心号 w 临界盐度 /地层水质量浓度 - 4 0. 10 0. 56 1/ 16 10地区 6 - 1 0. 14 0. 66 1/ 16 10英台地区 3 - 2 0. 15 0. 48 1/ 2 104 - 1 0. 19 0. 43 1/ 4 10伊通地区 2 - 1 0. 09 0. 35 1/ 4 91 - 2 0. 07 0. 33 1/ 8 10以上 4 种敏感性评价结果见表 可以看出 ,3 个地区的岩心无明显的临界流速 ,速敏性不强 ,水敏性均为中等水敏性 ,其中 ,大情字井地区的水敏性为中等偏强 ,英台地区的水敏性为中等 ,伊通地区的水敏性为中等偏弱 . 对有水敏性的地层 ,应控制钻井液滤液侵入地层的数量 . 3 个地区的盐敏感性不同 ,大情字井地区的盐敏感性最弱 ,临界盐度为 1/ 16 地层水 ,为轻度盐敏地层 ;伊通地区 ,临界盐度为 1/ 8~ 1/ 4 地层水 ,为中等盐敏性地层 ;英台地区的盐敏性最强 ,临界盐度为 1/ 4~ 1/ 2 地层水 ,为较强盐敏性地层 \[2 \]. 为防止盐敏的发生 ,在钻井过程中 ,应控制钻井液的矿化度 . 3 个地区的临界碱度 0 ,为中等偏弱碱敏性地层 . 对于碱敏性地层 ,应控制钻井液的 防止发生碱敏 钻井液的评价3. 1  钻井液的配方针对吉林油田原有钻井液体系抑制性较差的特点和储层敏感性的评价结果 ,优选和评价钻井液 ,调整钻井液体系 ,研制出具有抑制性的屏蔽暂堵钻井液 . 该钻井液的配方组成如下 :5 %膨润土 + 0. 5 %碱 + 1 %有机硅降滤失剂 + 0. 2 % 1. 5 %有机硅稳定剂 + 3 % 2 %1 %油气层保护剂  常温和高温下的钻井液性能温度及时间塑性黏度 /(s)表观黏度 /(s)密度 /(g· 3)滤失量 /3 31. 3 1. 10 3. 6 0. 5 2. 0 5. 5 11. 4180 ℃ ,16 h 22 34. 2 1. 10 3. 2 0. 5 5. 0 9. 0 13. 2由表 2 可以看出 ,在经过 180 ℃ ,16 h 的老化后 ,钻井液的性能变化不大 ,说明该钻井液的性能较稳定 2  钻井液的抑制性为了评价该钻井液体系的抑制性 ,进行岩屑滚动回收率实验 . 取 6~ 10 目的岩屑加入钻井液 ,在 180℃ ,16 h 热滚后 ,对 10 目和 20 目的岩屑进行回收 ,并测定回收率 ,实验结果见表 可以看出 ,屏蔽暂堵钻井液的滚动回收率明显高于钾铵聚合物钻井液的滚动回收率 ,因而屏蔽暂堵钻井液的抑制性要强于吉林油田原有的钾铵聚合物钻井液 .·81·大  庆  石  油  学  院  学  报               第 28 卷   2004 年表 3  岩屑的滚动回收率 %类型 目数 1 2 3 4 平均屏蔽暂堵钻井液 10 86. 7 86. 3 74. 0 73. 7 80. 220 95. 4 97. 3 90. 7 91. 7 93. 8钾铵聚合物钻井液 10 73. 4 56. 2 61. 0 51. 6 60. 620 87. 2 67. 9 72. 4 67. 2 73. 73. 3  钻井液的储层保护钻井液对储层的保护作用通过储层损害实验进行评价 . 用动态损害实验装置对 2 种钻井液进行实验对比 ,温度为50 ℃ ,注入压力为 5  钻井液对储层的损害程度岩心参数大情字井地区钾铵聚合物钻井液屏蔽暂堵钻井液英台地区钾铵聚合物钻井液屏蔽暂堵钻井液伊通地区钾铵聚合物钻井液屏蔽暂堵钻井液孔隙度 / % 9. 02 9. 79 16. 54 15. 15 10. 18 9. 54气测渗透率 / 10 - 3μ . 810 1. 951 24. 840 23. 110 0. 260 0. 200原始油相渗透率 / 10 - 3μ . 486 0. 508 6. 980 6. 440 0. 049 0. 044损害恢复后渗透率 / 10 - 3μ . 256 0. 374 3. 590 4. 730 0. 025 0. 032渗透率恢复值 / % 52. 6 73. 6 51. 5 73. 4 50. 8 72. 7由表 4 可以看出 ,用屏蔽暂堵钻井液比钾铵聚合物钻井液的渗透率恢复值高 ,对储层损害的渗透率恢复值均为 72. 0 %以上 ,保护储层效果明显 ;与钾铵聚合物钻井液相比 ,屏蔽暂堵钻井液能够很好地与吉林油田的地层配伍 ,起到屏蔽暂堵的作用 ,强抑制性能防止地层中的黏土水化膨胀 ,降低油气层发生损害的程度 现场应用采用屏蔽暂堵钻井液作为吉林油田的保护储层的钻井液 ,保护措施如下 : (1) 提高钻井液滤液的总矿化度 ,使之与地层水相互配伍 ,减少工作液对储层的污染 . (2)钻入油气层前加入适量的抑制剂 ,可提高钻井液抑制能力 ,稳定地层中黏土矿物 . (3)增加屏蔽暂堵材料 ,改善泥饼质量 ,降低钻井液滤失量 . (4)应用井下压力系统分析方法 ,对钻遇的地层进行地层压力预测 ,并控制起、下钻速度 ,避免因产生抽吸压力和激动压力而导致钻井液固相和液相侵入地层深部 试油测试结果显示 ,表皮因数多数为负值 ,其中 ,黑 47井测试层位 2. 160~ 2. 154 油相渗透率为 5. 14 × 10 - 3μ 表皮因数为 - 0. 87 ,试油结果表明本层物性较好 ,能量充足 结论(1)吉林油田储层的速敏性为弱速敏 ,水敏性为中等 ;盐敏性随地区的不同有一定差异 ;临界盐度的变化范围从 1/ 16 地层水到 1/ 2 地层水 ;碱敏性为中等偏弱 .(2)钻井过程中保护储层的措施应着重于控制入井钻井液的矿化度和 ,并防止钻井液滤液侵入地层 .(3)屏蔽暂堵钻井液的渗透率恢复值比较高 ,能够减少钻井过程中储层伤害的发生 ,有利于发现和保护油气层 \[1 \] 陈 忠 ,张哨楠 ,沈明道 . 黏土矿物在油田保护中的潜在危害 \[J \] 1996 ,23(2) :80 - 87.\[2 \] 孙玉学 ,龙安厚 ,周保中 ,等 . 吉林英台地区储层敏感性评价 \[J \] 2002 ,67(3) :54.·91·第 3 期                  孙玉学等 :吉林油田保护油气层钻井液的研制及应用of is to 0 on 2004 ,28(3) :10 - 13 , 57015 , In of 0 is of as of As 0 in E. by of or S” of ; 1 % 9 % of it is a of be of be 0 of of 2004 ,28 (3) :14 - 16 1. 34023 , 2. 02249 , on of in a 3 is to an of to in a of of in 2004 ,28 (3) :17- 19 1. 63318 , 2. , 63000 , to A is in to is is to to of is to be pH of of be a 11·            28   3   2004 of of on 2004 ,28 (3) :20 - 21 1. 63318 , 2. 10059 , 3. , 63411 , of on in of of on 0 0 is of on O2 2004 ,28 (3) :22 - 24 1. 10059 , 2. 63318 , 3. , 63411 , In of a on on it be 0 s. to we s as as of on of so as is by 2004 ,28 (3) :25 - 27 1. , 63411 , 2. 63318 , is a of a of of of in is a is of By we on up a on 2004 ,28 (3) :28 - 31·811·            28   3   2004
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