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????? 维北油气田疃3区块新型钻完井液优化设计# 李志勇1,蒋官澄1,余维初2,谢水祥1,张洪霞3,何能举1**|1|李志勇|Li Zhiyong|中国石油大学石油工程学院,北京,102249|Faculty of Petroleum Engineering, China University of Petroleum,Beijing,102249|李志勇(1978-),男,2000年7月,本科毕业于中国石油大学(华东)石油工程学院,讲师,博士,主要从事油田化学及储层保护技术研究.

|北京市昌平区府学路中国石油大学石油工程学院|102249|[email protected]|010-89732238|18911226188|2|蒋官澄|Jiang Guancheng|中国石油大学石油工程学院,北京,102249|Faculty of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing,102249|||||||3|余维初|Yu Weichu|长江大学化学与环境工程学院 湖北,荆州 434023|School of Chemistry and Environmental Engineering,jingzhou,434023|||||||4|谢水祥|Xie Shuixiang|中国石油大学石油工程学院,北京,102249|Faculty of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing,102249|||||||5|张洪霞|Zhang Hongxia| 中国石油长城钻探工程有限公司钻井液公司,辽宁盘锦,124010|Drilling fluids Company of GWDC of CNPC,Panjin,124010|||||||6|何能举|He Nengju|中国石油大学石油工程学院,北京,102249|Faculty of Petroleum Engineering, China University of Petroleum,Beijing,102249||||||维北油气田疃3区块新型钻完井液优化设计|Optimization Design of the Novel Drill-in Fluids of Tuan

3 Block of Weibei Oilfield|教育部高等学校博士学科点专项科研基金新教师课题(项目编号:20070425024)青年科学基金资助(项目编号:50904074) (1. 中国石油大学石油工程学院,北京,102249;

2. 长江大学化学与环境工程学院(1. 中国石油大学石油工程学院,北京,102249;

2. 长江大学化学与环境工程学院 湖北,荆州 434023;

3. 中国石油长城钻探工程有限公司钻井液公司,辽宁盘锦,124010) 摘要:维北油气田疃3区块属于中高孔、低渗储层,泥质含量高,地层水矿化度高,储层极易发生损害,本文首先对储层的基本特征及潜在损害因素进行分析,在此基础上,优化设计了新型的理想充填剂、活性碳酸钙及广谱油膜相结合的协同增效钻井完井液体系,通过室内评价,可知该体系具有良好的流变性、抑制性、抗污染能力,储层渗透率封堵率可达100%,渗透率恢复值可达到98.87%,初始流动压力明显下降,表明该体系在钻井过程中可有效封堵钻井液中的固相及液相侵入储层,而在开发过程中有助于油气反排,从而整体上提高储层保护效果. 关键词: 维北油田;

储层保护;

活性碳酸钙;

广谱 油膜 暂堵;

理想充填;

钻井完井液 中图分类号:请查阅《中国图书馆分类法》 Optimization Design of the Novel Drill-in Fluids of Tuan

3 Block of Weibei Oilfield Li Zhiyong1, Jiang Guancheng2, Yu Weichu3, Xie Shuixiang2, Zhang Hongxia4, He Nengju1 (1. Faculty of Petroleum Engineering, China University of Petroleum,Beijing,102249;

2. Faculty of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing,102249;

3. School of Chemistry and Environmental Engineering,jingzhou,434023;

4. Drilling fluids Company of GWDC of CNPC,Panjin,124010) Abstract: Abstract:Reservoir formation of Tuan

3 block of Weibei oilfiled is characterized by medium-high porosity, low permeability, high shale content and high salinity formation water that is easily damaged. The paper optimized the new drill-in fluid system by combining broad-spectrum oil-film agent, active calcium carbonate and ideal packing agent on the basis of analysis of formation characteristic and potential damage factors. The laboratory results show the optimized drill-in fluid technologies have synergistic effects and are characterized by excellent rheological properties, strong inhibition, good anti-pollution ability on salts and calcium, high Plugging rate of permeability(is 100%), high return permeability (is 98.87%)and low initial flow pressure. The new drill-in fluids can prevent filtrate and solids from invading into formation during drilling, and is favorable to flow back for oil and gas during production. The reservoir protection can be greatly improved. Key words: weibei oilfield;

formation damage control;

active calcium carbonate;

broad-spectrum oil-film temporary plugging;

ideal packing technology;

drill-in fluids 0序言 储层保护是一种系统工程,接触储层的每一种工作液均有可能引起储层伤害.钻井完井液作为接触储层的第一种外来流体,其储层保护效果直接影响油气层的最终产能.维北油气田疃3断块储层渗透率低,粘土矿物及伊/蒙混层含量高,地层水矿化度高,属于中高孔低渗油层,储层极易发生伤害,而该地区含油量较高,针对该地区储层特征开展钻井完井液技术研究,对于提高储层保护效果具有十分重要的意义.

1 维北油气田疃3断块储层损害机理分析 利用疃3断块所取岩心进行常规物性分析、扫描电镜、毛管压力测试,储层敏感性测试以及地层水分析的基础上,确定该地区储层潜在损害因素,并提出钻井完井液设计时需要满足的要求. 1.1常规物性分析 通过对疃3断块883.70~889.00m井段所取岩心进行储层常规物性分析,可知该地区储层为中孔低渗储层,含油饱和度较高,该地区储层容易发生水锁损害,进行钻井完井液设计时,需要加入合适的防水锁剂. 表1 常规物性分析 Tab.

1 The analysis of normal physical characteristics 井段 m 岩性描述 层位 孔隙度 % 渗透率 10-3μm2 含油饱和度 % 883.70~889.00 883.70~889.00 883.70~889.00 棕褐色油浸粉砂岩棕褐色油浸粉砂岩 棕褐色油浸粉砂岩 Ek2 Ek2 Ek2 24.7 29.4 28.7 23.8 24.7 21.6 46.0 39.8 37.4 1.2 扫描电镜分析 对疃3斜1井870.56m井段取得的岩心进行扫描电镜分析,试验按照石油行业标准SY/T 5162-1998进行,其结果见图

1、图2所示.从测试结果可以看出,粒间孔分布不均,粘土矿物主要为片状高岭石和片状伊蒙混层为主. 图1 粒间孔分布不均 图2 粒间孔充填片状高岭石K及伊蒙混层I/S等矿物 Fig.1 distribution of formation pore throat Fig.2 kaolinite and illite/smectite mixed layer in formation pores 1.3岩心毛管压力测试 利用压汞法测量了疃3断块的疃3斜23井所取岩心的毛管压力曲线,其相关信息及特征参数见表2,由表中数据可知,疃3断块EK2储层孔喉半径较小,容易引发水敏和水锁伤害. 利用压汞法测量了疃3断块所取岩心的毛管压力曲线,其相关信息及特征参数见表2所示,由表中数据可知,疃3断块储层孔喉半径较小,最大孔喉半径分布为2.41μm~3.67μm,平均孔喉半径分布为:0.47μm~0.66μm,可据此设计理想充填暂堵方案[1,2].容易引发水敏和水锁伤害. 表2 压汞法测孔喉分布数据 Tab.2 Pore throat distribution measured by mercury intrusion method 井段 m 排驱压力 MPa 最大孔喉半径 μm 汞饱和度50%的压力 MPa 孔喉半径平均值 μm 最大汞饱和度 % 928.80~936.15 928.80~936.15 928.80~936.15 928.80~936.15 0.2005 0.2002 0.3049 0.3038 3.6692 3.6740 2.4125 2.4208 8.42826 6.956271 2.18155 3.1283 0.6578 0.4661 0.5810 0.5694 61.56 81.40 89.49 81.15 1.4 地层水分析 对疃3断块不同井所取地层水进行的离子分析,其结果如表3所示,可知该井区地层水矿化度高,尤其是Ca2+、Mg2+含量高,按照苏林分类法该断块地层水属于CaCl2水型[3],因此需要特别注意作业流体对地层水的配伍性,及侵入流体引起的储层盐敏性,避免引起储层伤害.同时,注意高矿化度地层水对钻井完井液的影响,需要提高其抗盐、钙侵的能力. 表3 地层水离子分析 Tab.3 Ion analysis of formation water 井号 阳离子(mg/L) 阴离子(mg/L) 矿化度(mg/l) pH 水型 K++Na+ Ca2+ Mg2+ Cl- SO42- HCO3- OH- CO32- 疃3-X39 疃3-X8 疃3-X9 6308.21 3082.53 5251.36 1850.68 1199.437722.43 188.555 380.46 125.89 11676.24 7917.77 29657.94 0.0 0.0 0.0 174.67 111.79 139.74

0 0

0 0

0 0 19198.35 12691.99 15897.36 6.25 6.5 6.5 CaCL2 CaCL2 CaCL2 1.5 敏感性评价与分析 利用疃3断块所取岩心进行储层五敏性评价[4],其结果见表4,从实验结果可以看出,该区块储层具有较强的水敏性和盐敏性,而速敏性弱,碱敏性中等偏弱,需控制入井流体pH值不要太高,无酸敏性,可用酸进行储层改造.实验结果与前述分析结果一致. 表4 敏感性评价 Tab.4 Reservoir sensitivity evaluation 井号 井深 m 速敏 水敏 程度 盐敏程度 碱敏 酸敏 程度 (15%HCl) 速敏程度 临界流速 盐敏 程度 临界矿物度, mg/L 碱敏 程度 疃3斜1井883.70~889.00 弱无中等偏强 中等

5289 中等偏弱 无 因此,在钻井完井液设计时需要特别注意储层的水敏及盐敏损害,入井流体与地层水配伍性评价和体系抗地层水侵入的影响.

2 疃3断块钻井完井液优化设计及评价 在疃3断块常用钻井液处理剂基础上,通过室内实验,优化设计了各种常用处理剂加量,并优选了表面活性剂(BHJ)、理想充填剂(按照理想充填理论进行优化暂堵方案优化设计),广谱油膜剂GPJ[5,6]及活性碳酸钙[7].并将矿化度调整到临界矿化度,形成最优评价配方如下: 4%膨润土+0.2%KPAM+2%降滤失剂+0.2%BHJ+4%理想充填剂(1000目:800目:300目=10%:20%:70%)+3%GPJ(广谱 油膜 剂)+3%极压润滑剂+2%活性碳酸钙+烧碱 2.1 常规性能评价 对优选钻井完井液进行常规性能评价,结果见表5,可知该体系流变性合理,API滤失量小于3.0mL,HTHP滤失量为10.2mL,动塑比合理,有助于携岩. 表5 钻井完井液常规性能评价 Tab.5 Conventional performance evaluation of drill-in fluids 密度 g/cm3 AV mPa?s PV mPa?s YP Pa YP/PV 初切/终切 Pa/Pa API FL mL HTHP mL 摩阻系数 pH 1.05

28 17

11 0.647 1.0/3.0 2.9 10.2 0.05 8.0 2.2 钻井完井液抗污染评价 2.2.1抗盐侵试验 在评价钻完井液中分别加入2%,4%,6%NaCl来模拟高矿化度地层水的侵入,其结果见表6,可以看出体系流变性及滤失量变化不大,具有良好的抗盐侵能力. 表6 盐侵试验评价 Tab.6 Performance evaluation of drill-in fluids by salt invasion NaCl加量 试验条件 AV mPa?s PV mPa?s YP Pa YP/PV 初切/终切 Pa/Pa API FL ml 2% 80℃,16h

29 17

12 0.706 1.5/3.0 3.0 4% 80℃,16h

31 18

13 0.722 2.0/4.0 3.5 6% 80℃,16h 32.5 19.5

13 0.667 2.0/5.0 4.5 2.2.2抗钙侵能力 在评价钻井完井液中分别加入1%、2%CaCl2,测其性能如表7所示,可以看出整体性能良好,滤失量增加不大,表明体系抗钙侵能力较好 表7 钙侵试验评价 Tab.7 Performance evaluation of drill-in fluids by calcium ion invasion CaCl2加量 试验条件 AV mPa?s PV mPa?s YP Pa YP/PV 初切/终切 Pa/Pa API FL ml 1% 80℃,16h 30.0 20.0 10.0 0.5 2.0/4.0 3.5 2% 80℃,16h 31.0 21.0 9.0 0.429 3.5/5.0 4.5 2.3抑制性评价 2.3.1岩样回收率评价 针对疃3斜23井50g过6~8目岩样,使用滚子加热炉进行回收率试验,其结果见表8所示,可知该地区储层岩样水化分散能力强,清水回收率仅为0.2%,而优化的钻井完井液可有效提高岩样回收率,可达86.4%,提高了与地层的配伍性. 表8 岩样回收率测定 Tab.4 Recovery rate of rock sample 配方 井号/井深,m 试验条件 回收质量,g 岩样回收率,% 优化钻井完井液+岩样 疃3斜23 944.45~948.20m 80℃*16h 43.2 86.4 清水+岩样 疃3斜23 944.45~948.20m 80℃*16h 0.10 0.2 2.3.2岩样膨胀性评价 使用NP-01型页岩膨胀仪,利用疃3斜23井944.45~948.20m井段所取岩样评价优化的钻井完井液的抑制岩样水化膨胀的能力,结果见表9.可知优选的钻井完井液体系对疃3断块地层的抑制水化能力较强,可显著降低储层岩样膨胀量. 表9 岩样膨胀率数据表 Tab.9 Expansion rate of rock sample 数据项 井号井深m 岩心高度 mm 24h最大膨胀量 mm 膨胀率 % 清水+岩样 疃3斜23 944.45~948.20 9.00 1.41 15.67 优化钻井完井液+岩样 疃3斜23 944.45~948.20 8.95 0.45 5.03 2.4 配伍性评价 使用浊度仪评价了钻井完井液滤液与地层水之间的配伍性.其评价方法为:将滤液与地层水按不同比例混合,测试其浊度值,浊度值越大,表明两者不配伍,生成沉淀.试验结果见表10,从结果中可以看出,钻井完井液滤液与地层水之间的配伍性较好,没有沉淀发生,有助于储层保护. 表10 钻井完井液与地层水配伍性测试 Tab.10 The compatibility test between formation water and drill-in fluids 地层水 比例 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 浊度 1.25 1.28 1.29 1.31 1.35 1.37 1.36 1.4 1.31 1.30 1.29 2.5储层保护效果评价 针对优化后的钻井完井液,利用JHMD-II动态损害评价系统,评价其储层保护效果,其结果见表11.由表中数据可知,理想充填、活性碳酸钙及广谱 油膜 三者协同增效钻井完井液能有效封堵疃3断块储层,封堵率达到100%,同时渗透率恢复值接近99%,初始流动压力仅为0.05MPa,可达到良好的储层保护效果,建议在现场推广应用. 表11 优化钻井完井液储层保护效果评价 Tab.11 The evaluation of formation damage control of the optimized drill-in fluids 井号 岩心号 Ka 10-3μm2 孔隙度 % Ko 10-3μm2 Ko'

10-3μm2 封堵率 % 渗透率 恢........