浅层疏松砂岩气层损害评价方法研究及应用

2021-07-18马勇新张立权杨仲涵许发宾向雄杨洪烈刘喜亮

钻井液与完井液 2021年1期

马勇新，张立权，杨仲涵，许发宾，向雄，杨洪烈，刘喜亮

（1.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524057；2.中海油服油化湛江作业公司，广东湛江 524057）

1 优选适用于油气层损害评价的岩心

为了真实地模拟油藏中油、气、水的运动规律，进行钻完井液保护油气层损害研究，最好选用钻井取心天然油气层岩心进行实验。但目前进行调整井钻井，需进行钻完井液技术优化研究时，已无岩心可用，因而只能选用与其组构特征相近似的模拟岩心。国内外常用填砂管、人造岩心、天然露头岩心等3 类模拟岩心进行实验。下面对这3 类模拟岩石是否适用于评价钻完井液对南海西部浅层疏松砂岩的损害进行研讨。

1.1 填砂管

填砂管岩心是采用油气层砂样，采用人工装填砂管方式制作模型岩心。在模型的两端都要加上一层孔径为0.045 mm 的不锈钢筛网，视装入砂样的总量将砂样分成若干等份陆续装入，并用橡皮锤不断地向下敲击夯实[3-4]，并使岩心的渗透率与要模拟的地层渗透率相近，但是由于填砂管制作的可重复性较差，没有统一的标准，制造的填砂管表现出来的差异性较大。该方法制作中、高渗岩心较容易，制作低渗岩心较困难。

1.2 人造岩心

人造岩心以天然岩心为参照，采用石英充填、磷酸铝石英烧结等制作的岩心，高温作用会使岩心碎样中的矿物（如黏土矿物、石英和长石等）转化成不稳定矿物，而烧结的陶瓷效应会改变岩石润湿性和相对渗透率[5-7]，用这种方法制备的人造岩心不能很好地代表疏松中、低渗油气层岩石组构特性，不适宜用于钻完井液对此类油气层损害评价实验的研究。

1.3 天然露头砂岩

由于构造运动，部份储层裸露至地面，此类地层的岩石组构特征与实际储层岩石相近似，其孔隙结构更接近于实际油藏岩石，能够较为真实反映孔隙结构对渗流过程的影响，进行钻完井液对油气层损害研究较为合适。因而采用此类露头砂岩制作岩心柱进行油气层损害评价较为合适。

天然露头岩心产地较多，组构特征有所差别。进行钻完井液对南海西部浅层疏松砂岩损害研究，必须选用与该气藏组构特征相近似的天然露头岩心进行实验。

2 评价钻完井液对气层损害的方法优选

南海西部疏松砂岩气层地面没有裸露。通过对国内多处露头砂岩组构特性进行测试分析得出，四川露头石英砂岩的组构特性与南海西部中低疏松砂岩相近似，采用其作为钻完井液对疏松气层损害评价较为合适，下面对两者岩石组构特征及用作钻完井液气层损害评价可行性进行研讨。

2.1 南海西部疏松砂岩气层岩石组构特征

南海西部A 气田气层岩石类型以石英砂岩为主，主要岩性为极细砂岩和粉砂岩，岩石矿物组分以石英为主，其次是菱铁矿，泥质含量较低，为2.5%；岩石成分成熟度较高，砂岩分选中等～好，见表1。气层黏土矿物伊利石占31%，伊蒙无序混层、绿泥石、高岭石均存在，所占比例相接近，见表2。储层物性具有中高孔、中低渗的特点，储层段岩心孔隙度分布范围为15%～34%，平均24%，岩心渗透率分布范围为0.3～640 mD，平均为33 mD。孔喉结构见表3。

12月1日，中国第35次南极科学考察队搭乘的“雪龙”号极地考察船经过一天多的破冰作业，到达南极中山站冰上卸货地点，展开中国南极科考史上最大规模的一次卸货作业。

表1 A 气田X 井气层砂岩薄片鉴定

表2 A 气田X 井储层黏土矿物分析

表3 A 气田X 井气层砂岩孔喉结构

南海西部B 气田气层为中～特高孔、低～特高渗储层；气层渗透率非均质性强，气体渗透率分布较宽，从10 mD 至1000 mD，跨度较大；储层黏土矿物绝对含量较高，平均含量高达36%，属于疏松型泥质砂岩气藏储层；黏土矿物主要为无序伊蒙混层，伊利石和高岭石含量相对也较高，储层表现出强-极强水敏损害、中等偏强速敏以及气水相渗的水锁损害。

2.2 四川露头石英砂岩组构特征

四川露头石英砂岩孔隙度11%～28%，岩心渗透率分布范围为0.3～1500 mD。该低渗砂岩薄片鉴定结果见表4，高渗砂岩矿物组分见表5。孔喉结构见表6。此类岩心为天然的，因而其相同孔渗的岩心，组构特征较为稳定。

表4 四川低渗露头石英砂岩薄片鉴定

表5 四川高渗露头石英砂岩矿物组分

表6 四川露头石英砂岩孔喉结构

2.3 用四川露头岩心作中低疏松砂岩气层损害评价可行性研讨

对比南海西部A、B 气田的气层岩心与四川露头岩心结构特征发现，四川露头岩心与南海西部A气田储层结构特征相类似，可选用四川露头岩心作为A 气田储层损害评价；对于B 气田由于气层黏土矿物含量较高，储层存在潜在的强水敏、盐敏损害，因此若采用四川露头岩心模拟A、B 气田储层损害，需要增加钻完井液抑制性能评价。同时，鉴于A、B 气田各气层钻调整井时，气层均存在不同程度的压力衰竭，A 气田压力系数从1.01～1.14 降低至0.32～0.50，B 气田从原始压力系数1.02～1.14降低至0.87～0.92 左右，因此钻进该气层调整井时，易发生漏失，造成对气层损害，需要在上述实验基础上增加钻开液承压能力实验。此外，A、B 气田的气层是疏松砂岩，在投产时，易出砂，为了防砂，要求钻完井液具有低返排压力，需进行此项实验。

3 浅层疏松砂岩气层损害评价方法

3.1 钻完井液对气层渗透率恢复值存在问题

采用行业标准SY/T5358—2012《储层敏感性流动实验评价方法》、SY/T 6540—2010《钻井液完井液损害油层室内评价方法》评价钻完井液对油气层损害实验。

采用A、B 气田钻进所使用的EZFLOW 钻井液进行油层保护实验，实验数据见表7。结果表明EZFLOW 钻井液对中渗油层的渗透率恢复值都在90%左右，重复性比较好。

表7 采用行业标准评价EZFLOW 钻井液对油层损害

采用行业标准评价EZFLOW 钻开液对气层损害实验结果见表8。平行岩样，由于气体存在滑脱效应，气测渗透率恢复值差距较大，表明行业标准不适用于钻开液对气层损害评价。

表8 采用行业标准评价EZFLOW 钻井液对气层损害

3.2 钻完井液对浅层疏松砂岩气层渗透率恢复值测定方法改进

测试岩心气体渗透率，同时在岩心出口端施加回压，通过监测气相通过岩心后稳定的流量、压力，利用气体达西公式计算岩心损害前后的气体渗透率，此方法称为“界限压力法”[8]，游利军等使用此方法评价钻完井液对低渗、超低渗裂缝气层损害。笔者将此方法引用来评价钻完井液对中低渗砂岩孔隙气层损害。

评价的EZFLOW 钻开液对中低渗砂岩孔隙气层损害结果见表9。平行岩样，渗透率恢复值十分接近，渗透率恢复值都在90%左右，表明在进行渗透率恢复实验，出口端增加回压，能较好克服测试过程气体滑脱效应，测试结果具有较好准确性。

表9 采用界限压力法评价钻开液对气层损害

3.3 评价钻完井液对气层损害的配套方法

采用四川天然露头石英砂岩来测定钻完井液对南海海西部浅层疏松枯竭砂岩气层的渗透率恢复值，还不能全面评价钻完井液保护气层的效果，还需增加钻完井液抑制性、承压能力、返排压力等3项指标。

3.3.1 抑制性

对于南海西部B 气田气层存在强水敏、盐敏损害，需提高钻完井液抑制性，才能减轻对气层损害。采用美国石油协会标准泥岩钻屑（HOLEPLUG），按标准《SY/T 5613—2016 钻井液测试泥页岩理化性能试验方法》评价EZFLOW 钻井液（不同氯化钾、氯化钠加量）对标准泥岩钻屑的回收率与膨胀率。实验结果表明：当KCl 加量≥3%，滚动回收率提高幅度趋于平衡（见图1）；当NaCl 加量≥7%，滚动回收率提高幅度趋于平衡（见图2），将3%KCl与8%NaCl 复配来提高钻开液抑制性（钻开液密度为1.10 g/cm3），钻屑滚动回收率可高达94.34%，钻屑线性膨胀率在15%以下（见表10）。

图1 KCl 加量对钻开液抑制性能的影响

图2 NaCl 加量对钻开液抑制性能的影响

表10 EZFLOW 钻开液抑制性评价（80 ℃、16 h）

3.3.2 承压能力

采用国内石油行业标准GB/T29170—2012《石油天然气工业钻井液实验室测试》中第27 节内容“渗透性封堵仪（PPT/PPA）”封堵评价方法，评价EZFLOW 钻开液承压能力，该钻开液在7.0 MPa压力下，能成功封堵住400～20000 mD 不同孔喉尺寸的砂盘（见表11）。

表11 EZFLOW 钻开液对不同渗透率陶瓷盘封堵性

3.3.3 返排压力

钻开液对气层保护要求解堵返排压力低，因此中海油田服务股份有限公司发明了一种泥饼返排性能测定装置”（实验仪器见图3），并建立了实验方法[9]。

图3 泥饼返排性能测定装置

该仪器在“渗透性封堵仪”基础上改装而来，增加了返排压力泵、压力监控系统等，可测试钻井液形成泥饼后的突破压力或者返排平衡压力。使用此装置对比PRD、EZFLOW 两种弱凝胶钻开液返排性能（见图4、表12），实验结果表明EZFLOW钻开液返排性能较好，突破压力、返排压力都较低，换算成渗透率恢复值为（污染前压力/返排平衡压力）90.39%。