钻井储层伤害及其应对措施室内模拟实验研究

朱文森 陈丹磬 李金宜 信召玲 柳永军

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300452)

钻井储层伤害及其应对措施室内模拟实验研究

朱文森 陈丹磬 李金宜 信召玲 柳永军

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300452)

通过一系列实验，量化了渤海海域钻井液对砂岩储层物性的损害程度和酸化解堵后储层物性的变化。钻井液对疏松储层损害明显，有机解堵后物性得到恢复，解堵效果好。利用核磁共振技术评价了致密砂岩储层钻井液污染酸化前后储层物性的变化情况。通过扫描电镜观察致密储层污染和酸化后的微观变化。致密储层污染后核磁渗透率恢复值很低，酸化后核磁渗透率值较其最初值有了较明显的提高。

渤海海域； 砂岩储层物性变化； 实验研究

近几年渤海海域勘探在浅层新近系稠油油田和中深部油田都取得了巨大的成功。但整个评价过程遇到的问题较多，特别是测试方面的问题。J23-2新近系稠油油田多口井在测试过程中进行了解堵作业。中深部致密储层如B27-2-2井测试过程中2次更改测试方案，酸化解堵后终获成功。测试过程复杂除了测试层本身的原因外，钻井液对储层的污染伤害程度有多大？解堵剂对储层解堵程度如何？致密含碳酸盐储层酸化效果又如何？针对这些问题，本次研究做了一系列的室内模拟实验，量化了钻井中储层物性的变化。

1 钻井液对储层的伤害程度分析

钻井液是最先接触油气层的外来流体,钻头钻开储层时,在正压差的作用下,钻井液滤液渗入储层,特别在泥饼形成之前,滤液渗入不可避免。进入储层的滤液如果与储层岩石或流体不配伍,就会引起黏土矿物水化、膨胀、分散、迁移；或与地层水中无机离子作用形成不溶于水的盐类沉淀等；如果滤失量过大,钻井液将会携带大量的固相颗粒进入储层。这几种情况都会导致储层孔喉堵塞、储层渗透率下降，对储层都有不同程度的损害[1]。

1.1对疏松储层伤害程度分析

对新近系稠油油田2口取心井J23-2-3和L21-2-2井分别钻取4个岩心柱塞进行实验，取相近深度点的岩心柱塞1个，对其去油后做污染实验，另取1个未处理的岩心直接做实验。实验流程是，先测出柱塞的煤油渗透率，然后用各井的钻井液泥浆进行驱替，以3.5 MPa的压力驱替2 h后，再重新测量样品的煤油渗透率。疏松砂岩储层钻井液泥浆污染和解堵后物性变化见表1。J23-2-3和 L21-2-2井泥浆污染实验表明，疏松储层泥浆污染后渗透率恢复值在55.6%～80.0%，钻井液对疏松储层物性损害较为明显。通过室内模拟，量化了钻井液对疏松储层的伤害程度。

1.2对致密储层伤害程度分析

钻井液对低渗透油层的损害较大且以液相损害为主。水锁效应是低渗透储层最主要且最常见的损害类型之一,损害率一般在70%～ 90%[2-6]。

B27-2-2井目的层埋深在3 700 m以下，孔隙度分布范围为3.7%～13.5%，平均孔隙度仅有8.3%，渗透率分布范围为(0.014～0.600)×10-3μm2，平均渗透率为0.200×10-3μm2。这种致密砂岩储层因为储层渗流能力差，液体驱不动。尝试采用核磁物性数据来比较钻井液对储层的伤害程度。核磁共振作为一种正在兴起的岩心实验分析新手段，具有样品无损、方便快捷的优点。理论上，通过核磁共振直接观测岩石样品的孔隙流体信号，不仅可以揭示岩石的孔隙结构特征，而且有可能获取岩石的物性、含油性等储层参数，可对同一块样品进行多参数分析对比[7-8]。对B27-2-2井6块岩心进行了核磁共振实验,并采用SDR预测模型，求取岩心渗透率。

表1 疏松砂岩储层钻井液泥浆污染和解堵后物性变化情况

对B27-2-2井进行了2次取心，第1次取心在沙一段，碳酸盐平均含量为24%，在第一取心段 3 750.32 m附近钻取3个柱塞，编号为1-1、1-2、1-3。第2次取心在沙二段，碳酸盐平均含量为20%，在第二取心段3 791.51 m附近同样钻取3个柱塞，编号为2-1、2-2、2-3，按设计的致密砂岩储层物性变化实验流程图(见图1)逐步实验。

首先将岩心柱塞洗油洗盐，测出氦孔隙度和空气渗透率；然后饱和地层水后测出柱塞的核磁孔隙度和渗透率；接着用泥浆驱替污染后，测出污染后核磁孔隙度和渗透率(表2)。泥浆污染后的核磁孔隙度占原核磁孔隙度的65%～84%。核磁渗透率恢复值很低，小于30%，最低仅为2.24%。从核磁共振T2谱分布图上可以看出泥浆污染后T2谱右端明显出现减幅段(图2b、d)，T2分布面积变小，储层物性变差。近年来，人们虽然从不同侧面提出了一些基于核磁共振的岩石物性参数预测模型，但迄今为止仍存在较多争议，低孔渗储层参数预测问题尤为突出[9-10]。核磁孔隙度与常规孔隙度相关系数为97%，相关性好，核磁渗透率与常规渗透率相关系数低仅为52%，但污染前后核磁物性变化程度还是能够反映污染后储层伤害程度。

图1 致密砂岩储层物性变化实验流程图

编号氦孔隙度∕%空气渗透率∕(10-3μm2)核磁孔隙度∕%核磁渗透率∕(10-3μm2)泥浆污染后核磁孔隙度∕%泥浆污染后核磁渗透率∕(10-3μm2)酸化后核磁孔隙度∕%酸化后核磁渗透率∕(10-3μm2)清洗后氦孔隙度∕%清洗后空气渗透率∕(10-3μm2)1-14.30.2624.10.4192.80.05412.21.6848.40.7221-24.50.4774.20.4193.20.120————1-35.80.0933.20.4162.60.04512.12.796——2-111.80.47710.90.4028.10.00912.10.282——2-212.60.59711.00.4729.20.108————2-313.00.29010.20.4028.50.02811.722.66513.31.364

图2 B27-2-2井核磁共振T2谱分布图

对2块钻井液污染后的样品进行了扫描电镜分析，扫描电镜中见到方解石、白云石和伊利石充填粒间孔隙、丝片状伊利石和白云石包壳粒间溶蚀孔隙发育次生加大石英和伊利石充填粒间孔隙(图3a、b、c、d)。经过多次核实未在孔隙中发现污染物，分析认为主要原因是实验中驱替时间较短，驱替压力与实际压力相差大。而在取心段其他岩心柱塞的扫描电镜中多次发现颗粒表面被石盐包裹以及石盐充填溶蚀孔的现象(图3e、f)。

图3 B27-2-2井扫描电镜照片

2 解堵、酸化效果分析

2.1解堵剂对疏松储层的解堵程度分析

解堵剂是一种地层修复保护液，专为钻完井后期修复和油气层先期防护而研发的地层预处理体系，该项技术能有效清除钻完井液对地层造成的伤害，起到修复油气层、恢复油气井产能的作用，同时实现长时效保护油气层的目的。

J23-2-3和L21-2-2井主要采用的是有机解堵剂。有机解堵剂的主要成分是TC-04地层清洗剂，其主要作用是清除有机垢，溶蚀侵入固相，分散致密滤饼。在有机解堵的实验中，解堵后渗透率恢复值均在70.0%以上，最高恢复值达到86.4%，解堵效果较明显(见表1)。

2.2酸液对致密含碳酸盐储层的酸化效果分析

致密储层主要通过实验测试分析酸化效果，B27-2-2井现场测试所用酸液成分为：15% HCL+3%铁离子稳定剂+(2%～3%)缓释剂。2个取心段酸化后核磁渗透率较最初核磁渗透率有了较明显的提高，渗透率恢复值在70.15%～80.60%。酸化后样品核磁共振T2谱分布图见图4。T2谱右端明显出现增幅段，T2谱分布面积变大，反映可动流体百分数及大孔隙百分数显著增加。

图4 酸化后样品核磁共振T2谱分布图

2块酸化后的样品清洗后测其空气渗透率和孔隙度(见表2)，清洗后的氦孔隙度是原氦孔隙度的1.02～1.95倍，清洗后空气渗透率是原空气渗透率的2.76～4.70倍。酸化后B27-2-2井扫描电镜照片见图5。从图中可以看到矿物溶蚀和溶蚀孔较为发育。B27-2-2井在测试过程中采用的是酸压模式，酸压效果要比实验室模拟的酸化效果好很多。

图5 酸化后B27-2-2井扫描电镜照片

3 结 语

通过一系列的室内模拟实验和分析，得到以下结论：(1)钻井液对疏松和致密储层均会产生一定的伤害；(2)有机解堵剂对稠油疏松储层有一定的解堵能力；(3)致密含碳酸盐储层酸化效果较好，酸化后核磁渗透率有了较明显的提高，矿物溶蚀和溶蚀孔较为发育。

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Abstract:Through a series of experiments, the damages and effects to sandstone reservoir physical properties caused by drilling fluid are quantitatively analyzed after plug-release and acidifying in drilling in Bohai Sea. Drilling fluid makes obvious damage to loose reservoir property, but it has better physical properties recovery after organic plug-release. Nuclear magnetic resonance (NMR) technology evaluates the changes of tight sandstone reservoir physical properties after drilling fluids pollution and acidification. Microscopic changes after tight sandstone reservoir pollution and acidification are observed with SEM. Recovery value of NMR permeability of tight sandstone reservoir is very low after drilling fluids pollution. Recovery value of NMR permeability of tight sandstone reservoir after acidification has obviously higher improvement than the original NMR permeability. The results of these experiments provide a good reference for sandstone reservoir protection research in drilling.

Keywords:Bohai Sea; changes of sandstone reservoir physical properties; experiment research

SimulationResearchonReservoirDamageandResponseMeasuresinDrilling

ZHU Wensen CHEN Danqing LI Jinyi XIN Zhaoling LIU Yongjun

(Bohai Petroleum Research Institute, Tianjin Branch Company, CNOOC, Tianjin 300452, China)

TE258

A

1673-1980(2017)05-0012-05

2017-06-02

“十三五”国家科技重大专项“渤海海域勘探新领域及关键技术研究”(2016ZX05024-003)

朱文森(1985 — )，女，工程师，研究方向为石油地质勘探。