八面河油田保护油气层的钻井液技术分析

邓晓玉

（中国石化集团江汉油田分公司江汉采油厂地质研究所，湖北 潜江433123）

八面河油田保护油气层的钻井液技术分析

邓晓玉

（中国石化集团江汉油田分公司江汉采油厂地质研究所，湖北 潜江433123）

随着石油勘探开发的不断深入，人们越来越意识到油气层保护的重要性。实施良好的储层保护技术措施，是提高勘探开发效益的有效方法。八面河油田经过二十年的勘探和开发，为确保油田的可持续发展，提高油田开发的综合经济效益，油气层保护技术至关重要。目前八面河油田地层面临油气层压力低、水敏性强、均质性差、结构疏松、易垮塌等特点，如何进行油气层保护，已经逐步成为钻井液技术研究的首要任务。

八面河油田；油气层保护；钻井液；油气层损害

保护油气层技术是一项系统工程，它贯穿在钻井、固井、测试、射孔、酸化、压裂、试油、采油、修井、注水等作业全过程中，每项作业均应重视油气层保护，否则，均会对油气层造成损害。钻井液作为第一个与油气藏接触的流体，是造成油气层损害的第一外来因素，因此保护油气层的钻井液技术显得格外重要。在实践过程中人们也逐渐认识到，保护油气层是“增储上产”和提高采收率的关键措施之一，只有减少对油气层的损害，才有可能获取更大经济效益。

1 油气层损害机理分析

油气层被钻开后，首先接触的是钻井液，接触时间最长的也是钻井液，这种损害在钻遇油气层过程中一直存在着。如果钻井液损害油气层后，要想进行有效改造和恢复是十分困难的，后期措施作业费用是相当高的。因而主动进行油气层保护是油田增储上产、提高综合勘探效益的一项重要措施。保护油气层目的就是要保持油气层渗透率在各种作业环境中不降低，使原油能够最大限度地从地下采出。目前整个八面河油田油气层压力系数几乎都小于1．0，基本都属于中、高渗透性储层，所使用的钻井液密度最高可达1．13 g／cm3，因此在巨大的正压差作用下，钻井液的滤液和固相很容易通过孔隙，到达储层深部，从而损害油气层。

1．1 钻井液滤液对油气层的损害

对钻井液滤液来讲，进入地层量的大小与钻井液动、静滤失有关系，当然也与钻井时油气层形成的泥饼质量有关系，对泥饼质量控制是降低滤失量的关键技术。当滤液进入油气层以后，会从以下两个方面损害油气层：

一方面与油气层中的流体发生一系列物理和化学反应，最终导致油气层损害。首先八面河油田地层水为水型，地层水中大量的和钻井滤液中的及其它有机化学处理剂结合产生沉淀而堵塞油气层。其次钻井液滤液进入油气层后，会使油气层中水的饱和度增加、油的相对渗透率降低，从而影响了油相的运移。再次钻井液滤液进入油气层后，与油气层中油相发生化学反应，形成乳状液，由于这种乳状液具有相当高的液相粘度，在地层孔隙中也就相对稳定，而且较大的液滴会对一些细小的孔隙进行堵塞。在八面河油田定向井钻探中，为了降低摩阻特别加入了原油和乳化剂（SN－1），这样更容易引起乳化堵塞油气层孔隙。

另一方面与油气层中敏感性粘土矿物发生水化、膨胀等作用，导致油气层损害。从八面河油田的主力油层矿物组成成分看，沙三段以上地层都存在有敏感性矿物，自下而上逐渐增大。钻井液滤液进入这类油气层后，与粘土发生水化反应，以表面水化和渗透两种形式最终导致粘土发生膨胀、分散。特别是沙河街组的沙三段以上地层（东营组和馆陶组）中含有大量如蒙脱石、伊／蒙混层等，粘土在分散、膨胀后体积可以增大几十倍，可以使渗透率降低几十倍。另外钻井液滤液进入油气层后，在地下温度和压力条件下，可以使水敏性相对不强的伊利石、高岭石等粘土矿物发生复杂反应。在高PH值条件下，极易促使不活泼矿物向分散性矿物转化，从而加剧了这类粘土矿物的膨胀和分散。

1．2 钻井液中固相颗粒对油气层的损害

钻井液中存在着有用固相（如膨润土、加重料等）和无用固相（如钻屑、分散性差的劣质粘土等）两种固相。钻井液中固相进入油气层的时间短，主要集中在油气层刚钻开泥饼未形成以前，在钻开新眼时固相颗粒在钻井液正压差的作用下，进入油气层内部，堵塞了孔隙、裂缝，使近井壁地带渗透率下降。固相颗粒的大小分布影响油气层渗透率。固相对油气层的损害与油气层孔隙大小、钻井液中固相颗粒大小有较大的关系。一般来讲中高渗透的油气层，如北区沙三上、沙三中地层，固相进入油气层的深度最深可以达几米，固相含量越高，分散的越细，这种侵入损害就越严重，特别是钻井液的膨润土，是损害油层的主要固相。

1．3 钻井液流变性对油气层的损害

在钻井过程中，剪切作用高低对井眼稳定、泥饼的形成和破坏均有较大影响。在常规情况下层流流态对井壁冲蚀作用较轻，而紊流流态则对井壁有较强的冲蚀作用，使泥饼破坏、井壁掉块甚至垮塌，其结果是钻井液失水量和固相颗粒进入油气层的数量大大增多。因此要控制钻井过程出现紊流或者紊流程度，降低钻井液对井壁的冲蚀程度，从而需要对钻井流态有一个比较精确的计算，判断环空的临界返速。特别对于松散砂岩油气层控制好流态更加重要，在能满足携砂情况下降低泵排量，稳定井壁，降低油气层的损害。

1．4 井下复杂和事故造成油气层损害

当井下出现复杂或事故时，建井周期一般相应会延长，单从钻井液滤液和固相随着时间浸泡、污染油层的角度讲，这方面污染程度会增强许多。当井下出现事故造成工程划眼时，经过多次循环必然造成井壁的失稳，泥饼从形成后被破坏，使钻井液侵入储层的深度和数量相当严重。据统计在打开储层后出现复杂、工程事故较为严重的井，初期试油时产水（或钻井液）的新井测试产量非常低，必须经过酸化或压裂等进攻性措施作业才可能投产。因此预防和减少钻井工程复杂事故，减少油层浸泡时间，是保护油气层的前提。

2 八面河油田油气层保护的现状

2．1 选用油层保护剂保护油气层

通过对油气层损害的机理分析，认为钻井过程中使用油气层保护剂是减少油气层污染的简便、有效的方法之一。目前油气层保护剂常用的有两种类型：固体粉末状和液体，它们保护油气层的侧重点各不相同。在江汉油田使用的JHY－1、YFP－2，建南气田使用的四川产JZHD，但是八面河油田储层是物性好、均质性差，如南区油层平均孔隙度34．67%，空气渗透率1．523μm2，油层层间和层内非均质系数及渗透率变异系数均大于2，层内渗透率极差最高可达115倍，平均大于20倍。为了有效地屏蔽暂堵油气层，只能采用含有多种粒径暂堵颗粒，并用相匹配的广谱型屏蔽暂堵剂，才能较好地减少钻井液对中、高渗透率和严重不均质性油气层损害，如面22－2、面23－2井S41砂组中选用广谱型屏蔽暂堵剂粒子半径大小经计算应为0．17μm～4．2μm为宜（见表1）。

表1 面22－2、面23－2井S4 1砂组压汞法分析孔喉结构参数表

目前各油田使用较多的是聚合醇系列，是一种新型的油气层保护剂，其原理是当油气层被钻开时，它在地层岩石表面和泥饼表面以及地层孔隙中形成一层憎水膜，能够降低滤液侵入地层的速度，减少滤液对地层水所造成的损害。另外聚合醇还可以对钻屑进行包被，防止粘土与水直接接触，从而阻止了钻屑中粘土矿物水化分散，减少了水敏造成的储层损害问题。

借鉴其它油田经验，八面河油田目前使用的油气层保护剂都是聚合醇防塌屏蔽暂堵剂（代号BWF－1）。由于它具有一些油基钻井液的特性，并且在减少钻井事故和保护油气层方面显示出较强的优越性，尤其在探井油气层保护方面，具有良好的技术可靠性和应用前景，被认为是可以代替油基钻井液的水基钻井液体系；无论对水敏性地层还是一般性地层，该类新型钻井液体系是目前在油气层保护方面首推的一种体系，同时又是一种具有有安全钻井和油气层保护双重功能的广谱体系，具有良好应用前景。

2．2 钻井液使用过程中存在问题

目前八面河油田使用的主要是聚合物防塌钻井液体系。该体系具有较强的抑制性，流变性易于控制，能较好地满足钻井安全生产需要，同时该体系具有较低的滤失量和p H值。这样避免了因砂岩油层中的粘土矿物水化膨胀和运移，造成油气层损害。此外应用屏蔽暂堵技术，加入油气层保护剂，阻止钻井液中的固相颗粒和滤液继续进入油气层。从目前所钻探的井来看，钻井液使用过程中主要存在以下两方面的问题：

2．2．1 老井钻井液使用问题

井越深建井周期越长，钻井液中粘土颗粒水化越充分，分散就越细。南区的井建井周期在一个星期之内，然而北区大部分井的建井周期在十天到一个月，这样钻井液中粘土矿物分散程度肯定要比南区严重，而北区油气层的渗透率和孔吼半径比南区大，更易受到钻井液固相污染。下面以J4－X31井和J4－X33井两口新井为例，来说明钻井液中粘土矿物水化分散时间长短对油气层影响程度。J4－X31井和J4－X33井是在八面河油田北区布置的一个台子井，在钻完J4－X31井后整拖J4－X33井，为了节省钻井液费用，钻井队在J4－X33井配浆时使用了老井钻井液。经过对比，J4－X33井由于使用了J4－X31井的钻井液，密度稍高于J4－X31井，而电测解释显示J4－X33井油层比J4－X31井好，完井后经过作业试油同期投产，产量却相差甚远，到目前为止J4－X31井累计产油1500多吨，而J4－X33井不足300吨。分析其原因可能是：由于J4－X33井使用老井钻井液，其中的粘土颗粒得到充分地水化，分散很细小，容易进入到油气层深部，后期上作业措施综合解堵，但相比收效甚微。所以为了保护油气层，客观要求钻井队抓紧时效、提高钻速、提高电测一次成功率、缩短油气层浸泡时间，从而减少钻井液中粘土矿物分散得更细小，要求施工井队尽量少用老井钻井液。

2．2．2 配浆用水质量有待提高

目前井队生产用水是井场附近有水源则就近取水，否则用车到采油厂拉水。由于两者水质不同，钻井液先期处理方式也不相同。井场附近水矿化度＞10000mg／l，配浆时加入大量纯碱、烧碱，除Ca2＋、Mg2＋等；车拉水矿化度＜200 mg／l，可不用纯碱，烧碱用量甚少。而八面河油田地面几乎都是盐碱地，井场附近的地面水矿化度高，井队为了抢时间赶进度，不可能对每口井先做水质化验，纯碱、烧碱加量多少合适全凭经验，因此很容易加过量，剩余的CO32－、OH－必定会与地层水（CaCl2型）中的Ca2＋、Mg2＋等发生化学反应，使钻井液滤液和油气层流体不配伍，堵塞并损害到油气层；另一方面，纯碱、烧碱中Na＋促使地层中粘土矿物发生水化分散，从而损害到油气层。所以根据八面河油田地层水为CaCl2水型特点，为了减少流体不配伍性和粘土矿物水化分散，配浆用水质量有待提高，尽量使用软化水。

3 结论

3．1 应用屏蔽暂堵技术或固体复合粒子暂堵剂技术

首先应用屏蔽暂堵技术，加入暂堵剂（BWF－1）保护好油气层。其次根据地层地质特性寻找合适的保护油气层措施，如面138区主力油层沙四段具有八面河油田少见的均质性，加复合粒子暂堵剂效果较佳，其固相颗粒半径控制在0．4μm～3．3μm之间即可。所以油气层保护剂除了液体的聚合醇外，还可以考虑使用固体的复合粒子暂堵剂。

在油气层钻进过程中加强净化设备使用，钻井液以维护为主，严禁大处理造成性能大幅度波动，保证井眼安全、畅通、快速钻完储层，减少储层浸泡时间。另外进入油气层前50m～100m测定钻井液粒度级配。

在钻台子井时，井队在给新井配浆过程中，不要使用老井钻井液。若现场条件限制，必须使用到老井钻井液，必须同时使用聚合醇防塌屏蔽暂堵剂或相匹配的复合粒子暂堵剂。

3．2 用聚合醇取代白油润滑剂

目前在探井定向后为降低钻具摩阻，特意在钻井液中加入白油和乳化剂（SN－1）。这种降摩阻方法有两方面不足：一是钻井液中加入的乳化剂，它在乳化白油同时进入油气层，乳化了地层中的原油，形成较大的液滴会对一些细小的孔隙进行了堵塞损害油气层；二是白油润滑效果差，加量大、价格高，润滑剂成本占钻井液总成本一半以上，大大提高钻井液成本。

八面河油田目前使用油气层保护剂是聚合醇防塌屏蔽暂堵剂（BWF－1），它本身就具有润滑性能，可以取代在定向井中所使用的原油和白油。如果在定向井钻进过程中把BWF－1当润滑剂使，大大提高钻井液中油气层保护剂含量，保护了油气层，特别是探井，不加价格昂贵的白油和乳化剂，改加价格适中、具有双重功效的聚合醇，可以节约大量钻井液润滑剂成本。

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On the Drilling Fluid with the Reservoir Protecting Ability in Bamianhe Oil Field

DENG Xiao－yu

（Institute for Geological Research of Jianghan Oil Production Plant，SINOPEC，Qianjiang，Hubei，433123，China）

With the going on of oil exploration and drilling，people have come round to the importance of protecting the hydrocarbon reservoirs．A good protection technique can effectively improve the efficiency of exploration．After two decades of exploration，it＇s imperative for Bamianhe Oil Field to employ reservoir protection technique to guarantee a stable development and better economic benefits．The stratum of Bamianhe Oil Field is plagued by low pressure，strong water sensitivity，poor homogeneity，loose structure and unstableness so how to protect reservoirs when drilling has become the priority of drilling fluid study．

Bamianhe Oil Field；Hydrocarbon Reservoir Protection；Drilling Fluid；Hydrocarbon Reservoir Damage

TE38

A

1009—301X（2012）04—0019—03

2012－02－08

邓晓玉（1977－），女，大学，工程师，2000年毕业于石油大学（华东）石油工程专业，现在中国石化集团江汉油田分公司江汉采油厂地质研究所从事钻井设计及现场监督工作。

［责任编辑 郭华玉］