强水敏地层清洁盐水射孔液体系的研究与应用<br/>——以新疆台5井区为例

强水敏地层清洁盐水射孔液体系的研究与应用
——以新疆台5井区为例

2017-10-20王浩任王松胡三清李行

长江大学学报(自科版) 2017年17期

关键词：井区岩心黏土

王浩任，王松，胡三清，李行

(长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州 434023)

尚娟芳

(宜宾职业技术学院生物工程系, 四川宜宾644000)

强水敏地层清洁盐水射孔液体系的研究与应用
——以新疆台5井区为例

王浩任，王松，胡三清，李行

(长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州 434023)

尚娟芳

(宜宾职业技术学院生物工程系, 四川宜宾644000)

对新疆台5井区储层的地质特征进行了探讨，评价了该区块的敏感性，并对该区块储层的潜在损害因素进行了综合分析。试验结果表明，该井区储层为强水敏性损害，具有较强的水敏性、中等速敏性、中等碱敏感性及中等偏强的酸敏感性。针对该地区储层孔渗特征，结合储层敏感性评价资料，初步确定适合该区域储层特性的射孔液体系，该体系性能稳定，流变性能好；抑制黏土膨胀的能力强；热滚回收率为95.5%；降低射孔液表面张力明显，降低率超过50%；缓蚀效果好，腐蚀速率仅为0.00213 mm/a。岩心损害试验结果表明，该体系对储层岩心的渗透率恢复值在90%以上，能够有效保护新疆台5井区的储层。现场应用效果优良，试验井的产量比对比井的产量提高约10%～30%。

射孔液；清洁盐水；储层敏感性；水敏性；油层保护；新疆油田

水敏性地层种类较多，常见的有硬脆泥页岩、松散黏土层、泥岩、软页岩，这类地层在石油钻探过程中稳定性都很差，尤其当其与水基射孔液等工作液接触时，岩石强度将随入井流体的类型及地层与工作液的接触时间的增加而降低，造成井下复杂事故。同时，当工作液与强水敏性油层接触时，其液相将会侵入油层中去，如果射孔液与油层的配伍性不是很好，极易引起油层的水敏损害，降低油井的产量。试油是油井正式投产前最后的一项施工作业，作业过程中选用优质的压井液、射孔液非常重要。要求射孔液具有合理的密度来平衡地层流体压力，合适的流变性以及与储层岩石和地层水配伍性良好，能有效防止射孔过程中及后续作业对油层造成进一步损害，且成本低，配制方便，不污染环境[1～3]。新疆台5井区储层属于强水敏地层，在射孔作业过程中如果使用的射孔液不能够抑制地层黏土的水化膨胀，就会对储层产生严重的损害。为此，笔者开展具有较强抑制能力的清洁盐水射孔液体系的研究。

1 台5井区储层特征分析

1.1储层岩性特征

新疆台5井区侏罗系头屯河组J2t储层岩性特征如下：以细粒长石岩屑砂岩为主，另含少量的细粒、中细粒岩屑砂岩。岩石中长石的平均含量12.05%，石英平均含量31%。碎屑颗粒多呈次圆状，分选中等；岩屑平均含量12.5%，主要为千枚岩、云母及泥岩碎屑；黏土矿物类型主要包括蒙脱石、伊蒙混层，二者相对含量的总和在85%左右，此外还含有15%左右的高岭石和绿泥石。碎屑颗粒间一般为点至线接触，胶结类型以压嵌型为主。

1.2储层物性特征

新疆台5井区侏罗系头屯河组J2t储层平均孔隙度16.3%，平均渗透率258.9mD，是典型的高孔中低渗储层。

1.3储层敏感性评价

1)储层岩样用模拟地层水作为驱替介质的水敏性为强水敏，水敏指数0.732，临界盐度5000mg/L。

2)储层岩样用模拟地层水作为驱替介质时速敏性为中等，其临界流速在0.25ml/min左右；用煤油作为驱替介质时速敏性为中等，其临界流速在0.8～1.2ml/min。

3)储层岩样用模拟地层水作为驱替介质时碱敏程度为中等。

4)盐酸酸敏损害程度总体为中等偏强，氢氟酸酸敏损害程度总体为中等，土酸(由12%盐酸和3%氢氟酸组成)酸敏程度综合评价结果为中等偏强。

5)储层岩样的应力敏感性评价结果为中等。

根据储层敏感性评价结果，用于新疆台5井区的射孔液必须具有较强的抑制黏土水化膨胀的能力,以防止黏土在地层孔喉中的运移；而且要具有较好的防腐效果。

2 清洁盐水射孔液体系研究

2.1清洁盐水射孔液体系的确定

该区块之前使用的射孔液体系相对简单，配方主要为KCl盐水：清水+0.5%HV-CMC+10%KCl。为此在室内开展了处理剂优选评价试验，加入具有不同功能的高效处理剂提高射孔液的综合性能[4～7]，经过室内筛选与评价，选用HV-CMC为增黏降滤失剂，KPAM为黏土稳定剂，MA为防腐剂，有机盐KCOOH和无机盐NaCl为密度调节剂，Na2SO3为防腐剂。此外KCOOH对地层黏土也具有较好的抑制作用，确保射孔液具有优良的油气层保护效果。最终确定保护油气层清洁盐水射孔液体系(代号CSW)的配方为：清水+0.4%HV-CMC+0.3%KPAM+0.5%MA +0.1%Na2SO3+15%NaCl +5%KCOOH。

2.2CSW性能评价

2.2.1流变性能评价

利用ZNND6旋转粘度计评价所研制的CSW的流变性能，结果见表1。从表1可以看出，YP/PV值为0.375Pa/(mPa·s)，携带能力强，说明CSW具有较好的流变性能，可以达到射孔作业的基本要求。

表1 CSW的流变性能评价结果

注：φ600、φ300分别为旋转黏度计600、300r/min的读数；AV为表观黏度；PV为塑性黏度；YP为动塑比值。

2.2.2防膨试验评价

取新疆台5井区的井TW4和井TW42的岩样磨碎，在2.0MPa压力下，压5min制成岩心薄片，利用JHPZ-2型高温高压膨胀仪分别测定其在清水和射孔液体系中的膨胀量，结果见表2。

表2 台5井区岩样膨胀量测试结果

从表2可以看出，岩心薄片在研制的CSW中的膨胀量比清水和原射孔液中的膨胀量明显降低，说明CSW有很好的防膨效果。

2.2.3表面张力评价

按照SY/T 5370—1999方法测定CSW的表面张力，使用仪器为JZ-200全自动表面/界面张力仪，测试温度为20℃，考察射孔液的表面张力降低效果，结果见表3所示。

表3 表面张力测试结果

表4 页岩热滚回收率评价结果

表面张力测试结果表明，所研制的CSW可显著降低流体的表面张力，说明该体系能够有效防止水锁效应造成的油层损害。

2.2.4页岩热滚动回收评价

准确称取过6～8目筛子的台5井区井产层岩屑50g，将其分别加入到盛有350ml射孔液体系的老化罐中，拧紧老化罐，置于滚子加热炉中，在120℃下滚动16h，取出后用40目的分样筛回收岩屑，用少量水冲洗干净、烘干，称重，计算回收率，回收率越大，表明试验流体抑制地层黏土分散的能力越强，试验数据见表4。

从表4可看出，所研制的CSW对新疆台5井区的地层岩屑回收率大于95%，用肉眼观察烘干后的岩样形状，发现岩屑在CSW中热滚后的形状和原状基本无区别，说明该射孔液体系抑制黏土分散的能力较强。

表5 钢片在CSW中的腐蚀速率

2.2.5缓蚀效果评价

选用N80钢挂片，在90℃条件下，按照SY/T5273—2000的方法，将钢片放在CSW中浸泡7d，测定钢片腐蚀速率，试验结果见表5。

试验结果表明， CSW能够有效地控制腐蚀速率，腐蚀速率仅为0.00213mm/a，对设备及管材的腐蚀作用小，可用于现场射孔作业的施工。

2.2.6储层保护效果评价

在室内利用高温高压静态流动试验装置，模拟地层的温度和压力，开展射孔液对新疆台5井区储层岩心渗透率的损害评价试验。损害试验评价的条件为：压差3.5MPa, 温度为120℃，岩心为台5井区天然岩心。首先用脱色煤油正向测定储层岩心的渗透率K1，反向在高温高压静态试验装置中挤入射孔液2～3h，记录静滤失量，再用脱色煤油正向测定岩心渗透率K2，将渗透率恢复值记为R，R=(K2/Kl)×100%，试验结果见表6。

从表6可以看出，1～4号试验是研制的CSW射孔液体系对新疆台5区块岩心的动态损害评价结果，其渗透率恢值复能达90%以上；5～6号试验是原射孔液对新疆台5区块岩心的动态损害评价结果，其渗透率恢值复率仅为60%～70%。由此可见，原射孔液对储层的损害大，研制的CSW射孔液对储层保护效果好。

表6 CSW储层保护效果

3 现场应用

将CSW在新疆台5井区应用于4口井中，分别为TW282井、TW031井、TW503井和TW461井，采用YD-89型(60°相位角)射孔弹油管传输方式射孔，井段为2190～2295m，厚度9m/3段，孔密16孔/m，射孔时液面位于井口，射孔后TW282井、TW031井、TW503井和TW461井日产原油分别为12.87、45.24、7.69和11.36m3，对比井TW288井日产原油10.3m3(与TW282井对比),TW031-1井日产原油40.12m3(与TW031井对比)，TW503-2井日产原油5.42m3(与TW503井对比)，TW461-1井日产原油9.58m3(与TW461井对比)。试验井比对比井的产量提高约10%～30%。