H32断块低渗油藏成膜钻井液保护技术研究

贾万根，贾禾馨，杨雪山

(1. 中国石化江苏油田分公司概预算中心，江苏 扬州 225009；2.中国石化财务共享服务中心南京分中心，江苏 南京 210033；3. 中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏 扬州 225009)

H32断块位于高邮凹陷北斜坡，是江苏油田HW产能建设重点区块之一。该断块主要油层E1f3和E1f2+1分别为特低渗、低渗储层，在勘探开发过程中，由于其孔喉尺寸小且连通性差，胶结物含量高，容易发生诸如黏土水化膨胀、微粒运移和水锁等损害[1-2]，并且该类储层一旦被伤害就很难恢复。为此，我们在原用钻井液体系配方基础上，开展了能进一步降低滤失量、提高低渗储层保护效果的成膜钻井液技术研究。

1 储层特征

1.1 储层物性

H32块油层主要分布在E1f3和E1f2+1。E1f3砂岩储层孔隙度为6.1%～23.1%，平均值16.4%，渗透率为(0.04～6.18)×10-3μm2，平均值1.53×10-3μm2，为低孔、特低渗储层。E1f2+1砂岩储层孔隙度为11%～20.9%，平均值15.7%，渗透率为(0.127～97.5) ×10-3μm2，平均值23.6×10-3μm2，为中孔、低渗储层。

1.2 黏土矿物特征

根据H32块储层岩心分析：E1f3黏土矿物绝对含量平均为13.3% ，E1f1黏土矿物绝对含量平均为4%，矿物种类主要为石英、方解石、斜长石和钾长石；E1f3伊利石相对含量96%，绿泥石相对含量3%；E1f1伊利石相对含量35.5%，绿泥石相对含量23.5%。由图1可见，绿泥石多以叶片状或针叶状形态分布于粒间或附着在岩石颗粒表面。伊利石呈毛发状和卷曲片状。

图1 H32-2井E1f32 306.39 m岩心扫描电镜照片

1.3 喉道类型及特征

H32断块砂岩平均粒径在3.28～4.45 mm之间，沉积物粒级偏细；标准偏差1.77～2.03，属分选较好的类型。根据图1图2分析，E1f3可变断面的收缩部分是主要喉道，次为片状、弯片状喉道，孔隙发育处连通性一般—较差，喉道配位数为1。

图2 H32-2井2 306.39 m岩心铸体薄片分析照片

1.4 储层敏感性

按照行标SY/T5358-2010，实验评价H32-2井E1f3低渗储层敏感性，分析结果是：强水敏、中等偏强速敏、强酸敏、临界盐度10 540.71 mg/L。

2 储层损害机理研究

根据H32断块的储层特征，分析储层损害机理为：由于低渗储层喉道细且连通性差，固相侵入造成的损害不是主要的，而储层中伊利石和绿泥石发育，钻进中在正压差和毛管力作用下，水基滤液易渗入储层，引起黏土矿物的吸水膨胀、分散，微粒运移，堵塞通道；滤液易在喉道形成水锁，增加渗流阻力；绿泥石是酸敏性黏土矿物，遇酸生成Fe(OH)3堵塞通道。

2.1 滤液侵入对储层损害评价

钻井过程中，正压差是钻井液滤液侵入地层的动力，流体运移是压力传递的载体，根据前人研究[3-4]，压力传递在地层中呈漏斗状，当钻井液在井壁上形成的泥饼渗透率远低于地层渗透率，泥饼造成的压力损失就越高，滤液侵入地层的动力就越低，侵入半径就越小，反之，产生的泥饼越差，滤液侵入半径就越大，距离井筒相同位置的滤液饱和度也更高。

2.2 储层水锁评价

应用Bennion提出的水锁损害评价方法[5-6]，对H32断块储层可能出现的水锁效应进行评价。所选岩心渗透率范围(0.6～13)×10-3μm2，平均值4.8×10-3μm2，储层初始水饱和度范围15.9%～19.4%，平均值18.2%，算得H32块储层水锁指数，评价水锁损害程度(见表1)。可见，水锁指数值在0.34～0.64间，小于0.8，表明水基流体侵入储层会形成严重水锁，形成液相圈闭，只有在足够大的压差下才能突破，否则易降低产能。

表1 H32断块储层岩样水锁损害评价结果

3 储层保护技术研究

根据H32断块低渗油藏损害因素分析，确定低损害保护储层钻井液体系配方优化的基本思路为:①选用成膜封堵技术，形成超低渗透泥饼，进一步降低滤失量；②优选防水锁剂，以降低油/水界面张力，减小返排压力，降低水锁损害。

3.1 成膜封堵剂的优选

在配制的H32块钻井液基浆中，加入一定量成膜封堵剂，室温养护24 h，经80℃×16 h热滚后，分别测定钻井液的各项性能及砂床滤失量，结果见表2。可见，成膜剂的加入会提高钻井液的流变性能，从室温和高温热滚后成膜钻井液的API/砂床滤失量来看，CMJ-2的成膜封堵效果明显优于其他成膜剂，故优选CMJ-2为现场试验用成膜剂，加量为2%。

表2 几种成膜钻井液性能测试结果

注：1#配方：4%土+0.3%Na2CO3+0.3%PAC+0.1%DS-301+0.5%NH4-HPAN+2%FH-96+0.2%NaOH。

3.2 防水锁剂优选

对比4种表面活性剂，HAR-D降低滤液表面张力效果明显，起泡率低，利于现场应用(见表3)。

通过在常用聚合物配方体系中加入2%HAR-D与原体系分别做储层损害实验，评价防水锁剂储层保护效果，结果见表4。可见，加入防水锁剂后，返排压力稳定后压力比值明显降低，渗透率恢复值提高10%，表明加入防水锁剂后能有效降低返排压力，减小水锁损害，故优选HAR-D为防水锁剂，确定加量为2%。

表3 防水锁剂评价结果

表4 水锁损害程度评价结果

3.3 成膜钻井液的基础性能和储层保护效果评价

通过系列对比实验，在H32块原体系配方基础上配加2%CMJ-2+2%HAR-D，建立成膜钻井液保护储层体系配方。

对其基础性能与储层保护情况进行评价，结果见表5、表6。可见，配方体系对岩心的封堵降滤失性、渗透率恢复值以及基础性能均有了明显提高，有利于保护油气层。

表5 成膜钻井液的基础性能实验数据

注：1#H32块原体系配方：4%土+0.3%Na2CO3+0.3%PAC+0.1%DS-301+0.8%NH4-HPAN+3%FH-96+0.2%NaOH+3%QS；2#配方：1#+2%CMJ-2+2%HAR-D。

表6 成膜钻井液的储层保护效果评价结果

注：1#H32块原体系配方：4%土+0.3%Na2CO3+0.3%PAC+0.1%DS-301+0.8%NH4-HPAN+3%FH-96+0.2%NaOH+3%QS；2#配方：1#+2%CMJ-2+2%HAR-D。

Ko为污染前油相渗透率；Kd正为污染后正驱油相渗透率；Kd反为污染后反排油相渗透率；K恢=Kd反/Ko为渗透率恢复值；K封堵率=(Ko-Kd正)/Ko为钻井液对岩心的封堵率；Ko切去端面1cm后和K切恢=Ko切去端面1cm后/Ko分别为污染后岩心端面切去1cm后的反排油相渗透率和渗透率恢复值。

4 现场应用

截至2018年底，低侵入成膜钻井液技术在江苏油田H32断块3口井中成功试用。此前，该断块已钻井3口，均在阜宁组地层发生不同程度的垮塌掉块和井漏等，主要原因是该区E1f4发育大套灰黑色泥岩、E1f3为粉砂岩与棕色泥岩呈不等厚互层，且存在大段破碎性辉绿岩夹层，钻井过程中泥岩极易水化膨胀，造成井壁掉块垮塌，通过采取提高钻井液密度来平衡地层压力，又易造成辉绿岩夹层井漏。因此我们在该区E1f4—井底井段钻进中试用了成膜剂CMJ-2，来提高钻井液的封堵能力和地层的承压能力，储层段增用防水锁剂HAR-D，协同提高储层保护效果。当钻至易失稳地层E1f4前50 m，立即添加1 t的CMJ-2，钻进中继续补充CMJ-2(共计4 t)，储层段再配加2%HAR-D，并逐渐提高密度至1.34 g/cm3，井下垮塌现象得到明显改善，后续施工顺利。

应用效果：加入CMJ-2和HAR-D后，钻井液流变性能变化不大，API滤失量由4.5 mL左右降至3 mL上下，HTHP滤失量由14 mL左右降至10 mL上下，说明成膜剂能在近井壁形成封堵带，阻止钻井液液相侵入地层，从而有效地稳定井壁和保护油气层。

表7 H32断块部分油井产量情况

HX33-1试验井油层测试表皮系数-0.57，呈超完善状态，另外2口试验井均试油投产，具体情况见表7，可见试验井与对比井的初期日产量相当，但平均日产量均高于对比井，成膜钻井液储层保护效果明显。

5 结论

(1)江苏油田H32断块低渗储层损害的主要因素是滤液在压差的作用下侵入地层，引起储层中黏土水化膨胀、微粒运移、水锁等损害。

(2)低渗储层保护的关键在于在储层井壁上形成致密泥饼，增大泥饼造成的压力损失，减少滤液侵入的动力，减少水相圈闭损害。

(3)在H32块钻井液配方体系基础上复配2%CMJ-2成膜剂和2%HAR-D防水锁剂，能有效提高体系的封堵降滤失性，返排压力降低明显，储层保护效果显著提高，且配伍性好。