水平井伤害机理及保护储层方法

樊世忠

中国石油勘探开发研究院 （北京 100083）

水平井伤害机理及保护储层方法

樊世忠

中国石油勘探开发研究院 （北京 100083）

介绍了水平井油气层伤害机理及近期研究结果，提出水平井油气层特性研究方向，根据国内外实际理论和工作经验，提出保护储层措施。

水平井 伤害机理 保护储层

水平井是20世纪90年代初期在提高油井采收率方面，最突出成就之一，是属于世界性的技术革新，全世界在2005年底统计钻水平井40 000口以上，美国、加拿大、俄罗斯为先进的钻井国家，钻的水平井数最多，中国石油集团公司截止到2005年底统计，共钻水平井683口，2006年计划钻水平井500口，2007年计划钻600口水平井，均已超额完成。

水平井针对所钻储层可取得最大油流产量及提高油田采收率，非均质储层中含多种裂缝油藏、低渗低孔薄油层油藏，存在水锥或气锥储层油藏，产层中含有高黏度低流动性原油油藏（稠油油藏）。美国在钻多裂缝储层差不多占水平井一半以上，延迟水锥、气锥占1/3左右，加拿大水平井在稠油油藏占到40%以上，大大提高稠油采收率（2006年）。我国在稠油油藏开采方面也得到显著成效，增产数倍，水平井稀井高产，可以节省施工及搬迁费用，提高单井产量，降低成本，效果十分显著。另外在国内其他油藏，水平井方面都取得显著成果。

水平井比垂直井具有的优越性：①水平井井段长，油层接触面积大；②水平井渗滤阻力小（相同产量条件）；③水平井泄油面积大于垂直井；④水平井生产压差小，压力梯度小；⑤伤害油气层产量的影响水平井低于垂直井。

水平井从伤害机理及保护储层方面有以下几个特点：

（1）地层伤害对水平井流动效率和天然气产量有严重影响，在不同渗透率比值下，地层伤害对水平井流动效率的影响程度小于垂直井；从产量损失对比看，对水平井的影响大于垂直井，且水平井解除地层伤害的技术措施难度大、成本高。

（2）存在水平方向渗透率各向异性时，水平井眼必须垂直于最大渗透率方向，方能达到最高产量，若垂直渗透率各向异性小、水平井段长，地层伤害的影响会减弱。

（3）水平井产量未达到预定的目标时，除选择井位、水平井设计及钻井工艺诸因素外，伤害油气层和垂直渗透率低也可能是重要的因素，掌握这些储层特征，可作为后继措施的决策依据。

（4）应加强水平井保护油气层的研究工作，以预防为主，在储层评价基础上，对每个作业环节均应注意此项工作。

根据表1中7个工序，12种伤害机理排序，判定以下几种伤害机理是主要的：①微粒运移；②乳状液堵塞/水锁；③无机、有机垢；④润湿性反转。

1 水平井油气层伤害机理

1.1 水平井油气层伤害机理

（1）浸泡时间的影响：端部与尾部伤害时间不同，程度不同。垂直井与水平井伤害形状对比情况，见图1。

表1 Amaeful伤害油层排序表

图1 垂直井与水平井伤害形状对比

（2）渗透各向异性的影响：垂直与水平渗透不同，滤液浸入深度不同，呈椭圆锥形伤害。水平井底、边、顶部位伤害状态不同，顶部伤害严重底、边、顶部位伤害，见图2。

（3）机械因素影响：钻柱旋转及钻井液循环冲蚀造成伤害。

1.2 伤害机理的近期研究情况

（1）在清除滤饼后，所有钻井液、完井液都遗留一层极细的剩余固相层，这是伤害储集层的主要因素。

图2 底、边、顶部位伤害图

（2）固相层一般厚 50～200μm，覆盖在井壁表面。钻井模拟器试验证明，污染进入岩心深约1～4cm，使井壁表面厚约3mm地层的渗透率受到严重影响。

（3）固相层的影响程度取决于储集层原始渗透率和所含流体及碳氢化合物的相态。

（4）能否用压降法来消除钻井引起的储集层伤害，取决于其原始渗透率。含天然气岩心的原始渗透率不小于1×10-3μm2，含油岩心的原始渗透率不小于500×10-3μm2，因此，用压降法消除伤害是可能的。

（5）微粒运移、颗粒堵塞是伤害水平井储集层的主要方式，井下工具堵塞问题，亦不容忽视。

1.3 水平井油气层特性的研究

保护油气层技术措施具有很强的针对性，因而确定水平井保护油气层技术措施，必须研究油气层特性，并以此为依据，搞清所钻油气层的潜在伤害因素，才能确定保护油气层的有效技术措施。

故此，必须研究下述油气层特性：①储层岩性和类型；②油气层岩石物理性质：孔隙度、水平渗透率及其各向异性情况、垂直渗透率、孔隙结构、岩石表面性质等；③岩石矿物组分与结构；④流体特性；⑤油气层压力和温度；⑥原地应力大小及方向；⑦敏感性（包括水敏、酸敏、速敏、盐敏、碱敏、应力敏感）等。

2 储层保护的基本要点

MI泥浆公司水平井工作28条中明确指出，井眼净化及润滑性是重要的两个环节，井眼净化关键因素是流态（紊流）环控返速（0.9m/s以上）及钻井液性能。对疏松地层应考虑排量影响，尽可能用层流，环控返速降低。性能方面应以钻井完井液3～6r/min旋转黏度计数据中选择，提高黏度及切力改进净化程度加强固控设备的利用，旋转钻具，提高净化。关于润滑摩阻方面，加强固体及极压润滑剂的研制，润滑性能保持在0.06泥饼摩阻系数。润滑性的处理可用各种润滑剂及原油加量控制。

从机理的探讨方面，世界各专家及国内有关人员认为，伤害是多种多样的，不同储层有不同的问题，但最主要、最基本的伤害是固相堵塞及微粒运移造成堵塞所形成的伤害，制止固相堵塞及微粒运移的办法很多，钻井完井液的类型是重要的方面。例如：胜利油田运用有机盐无固相MEG完井液体系，其优点是具有独特的抑制性低活度完井液，优异的润滑性，优良的保护油气层，低腐蚀性配伍性良好，已应用于70余口井，效果显著。大庆油田应用油包水泥浆，净化优良，有好的润滑性，滤失量低，固相少，井壁稳定好。中原油田对天然气裂缝性油田使用了表面活性剂和纤维状复合暂堵剂，采用近平衡钻井，快速形成钻井完井液密封圈，较低滤失量，比较浅的钻井液侵入井壁深度，加强对渗透率贡献大的裂缝孔隙的保护作用，消除或减少滤液在气层中的水锁作用。江苏油田应用聚合物屏蔽暂堵完井液，两性离子复合金属离子聚合物，取得几百口井的成功佳绩。2001年开始，应用无毒润滑剂及防塌剂，至今已推广应用200余口井。阳离子钻井液体系，正电胶钻井液体系，生物聚合物小阳离子聚合物钻井液体系，天然高分子钻井完井液，都是水平井好的钻井完井液。

根据国内外实际理论和工作经验，提出以下几条保护储层的建议：

（1）通过实际经验选用表面活性剂有助于减少地层乳化，润湿性转变及微粒运移。

（2）选用与储层岩石、原油和地层水配伍的洗井液、修井液，减少不溶解盐的沉淀；前后完井液，修井液，压井液，增产液相互要相容。

（3）工作液要彻底驱替井内原有流体。若驱替不彻底，残渣会留在井眼，或循环时进入井壁及残渣留在砾石充填液中，这是施工中最重要的问题。

（4）要加入足够的滤失控制剂，减少或防止滤失。否则水的饱和度增加，降低油流相对渗透率。

（5）要减少固相颗粒和井下碎屑侵入储层。例如：射孔、研磨及切削时形成的固相，减少或停止液体的滤失即可防止漏失，防止这些小颗粒进入地层。

（6）使用恰当的控制漏失或滤失原材料（LCM）配方，减低漏失和滤失量，降低或防止发生储层伤害。若使用不当的配方，则会对地层产生严重伤害。

（7）根据不同渗透率地层采取不同措施控制工作液的滤失或漏失。对相对较高渗透率和高压地层，滤失和漏失对油井的生产几乎没有影响；对致密低压地层，少量的液体漏失或滤失就会伤害地层，因而液体漏失或滤失在这些井中是非常重要的。

（8）对非裂缝储层，可在黏性液体中加入不同类型颗粒桥堵封堵地层，更有效降低滤失量。因为较黏的配方能减少滤失或漏失，但不能完全阻止液体漏失。

（9）对裂缝性储层，要加入恰当桥堵剂，减轻或停止滤失或漏失。松散和细颗粒的固体对储层都能形成不可逆的伤害。若欲停止滤失或漏失，则必须仔细选用桥堵剂 （颗粒状、纤维状）和堵漏原材料（LCM），使有关桥堵剂足以桥接地层表面的裂缝，并可以在生产原油时用各种化学或物理方法除去。若加入桥堵剂后液体变稠，则表明其对停止滤失和漏失有明显效果。

The damage mechanism of oil and gas reservoir in horizontal wells and the recent research results are introduced firstly, followed by the presentation of the research direction about the oil-gas reservoir characteristics of horizontal wells.Then,according to the practical theory at home and abroad and working experiences,some methods of protecting oil reservoirs are recommended.

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樊世忠（1929-），男，教授级高工，博士生导师。现为中国石油天然气集团公司钻井工程重点实验室学术委员会高级顾问，石油大学兼职教授。

尉立岗

2011-05-23