金山氣田儲(chǔ)層傷害機(jī)理分析

王雪

摘要：在鉆井過(guò)程中，鉆開(kāi)產(chǎn)層，破壞了產(chǎn)層原有的平衡狀態(tài)，使產(chǎn)層開(kāi)始與外來(lái)工作液接觸，這必然會(huì)給產(chǎn)層帶來(lái)?yè)p害。由于鉆井液接觸的是處于原始狀態(tài)的產(chǎn)層，因此對(duì)它產(chǎn)生損害的可能性很大，造成的損害也可能最嚴(yán)重，而且由于儲(chǔ)層損害一旦發(fā)生，則極不易消除。因此，鉆開(kāi)儲(chǔ)層時(shí)，防止儲(chǔ)層損害的問(wèn)題是儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)的系統(tǒng)工程中必須充分重視的第一環(huán)節(jié)。然而，量化鉆井液對(duì)儲(chǔ)層各種損害的傷害程度，分清儲(chǔ)層保護(hù)的主次，有針對(duì)性地采取金山氣田儲(chǔ)層保護(hù)措施是降低儲(chǔ)層損害提高開(kāi)采效率的關(guān)鍵所在。

關(guān)鍵詞：傷害機(jī)理;滲透率;儲(chǔ)層保護(hù)

1 地質(zhì)概況及儲(chǔ)層巖性特征

金山氣田位于梨樹(shù)斷陷東南斜坡帶的南端，為長(zhǎng)期的斜坡背景。沙河子組沉積早期，受金山地區(qū)東南方向的物源供給，扇三角洲發(fā)育，規(guī)模較大，暗色泥巖與砂礫巖互層沉積;沙河子組沉積后期，金山地區(qū)主要發(fā)育來(lái)自東南方向的扇三角洲平原沉積，地層向盆地邊緣超覆、尖滅，地層、巖性圈閉發(fā)育。營(yíng)城組沉積期，繼承性的古斜坡沉積，該期發(fā)育來(lái)自東南方向的扇三角洲沉積，物源供給充足，主要以棕紅色泥巖與含礫砂巖互層沉積。沙河子組與營(yíng)城組為金山含氣構(gòu)造的主要含氣儲(chǔ)層。

根據(jù)對(duì)該地區(qū)9口井的地質(zhì)資料及巖石薄片的顯微鑒定與統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得到了金山含氣構(gòu)造主要層位的儲(chǔ)層巖性特征。登婁庫(kù)組儲(chǔ)層巖性基本上都為砂礫巖為主，本段地層砂巖相對(duì)較發(fā)育，泥質(zhì)膠結(jié)，部分含灰質(zhì)，較致密～致密，膠結(jié)類型主要為孔隙，分選性差;營(yíng)城組儲(chǔ)層巖性基本上都為砂巖為主，本段地層相對(duì)較發(fā)育，砂、泥巖含量相當(dāng)，砂巖占地層總厚度的48.70%。砂以細(xì)砂為主，含少量粗砂，次棱角狀，泥質(zhì)膠結(jié)，致密，膠結(jié)類型主要為孔隙，分選性好;沙河子組儲(chǔ)層巖性基本上都為砂巖為主，本段地層砂巖發(fā)育，砂巖占地層總厚度的61.82%。砂巖以含礫細(xì)砂巖、細(xì)礫巖為主，礫狀砂巖次之。砂以細(xì)砂為主，含少量粗砂，次棱角狀，泥質(zhì)膠結(jié)，致密。

在該地區(qū)共采集242塊巖樣的油層物性分析中獲得了其孔隙度和滲透率，分別對(duì)登婁庫(kù)組、營(yíng)城組、沙河子組進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。表明金山氣田地區(qū)登婁庫(kù)組、營(yíng)城組、沙河子組儲(chǔ)層主要為低孔特低滲儲(chǔ)層。

分析了金山氣田儲(chǔ)層敏感性礦物的類型、含量、產(chǎn)狀，及儲(chǔ)層基本地質(zhì)特征判斷，儲(chǔ)層中損害源基本相同，各層位間相差不大，綜合預(yù)測(cè)研究區(qū)儲(chǔ)層潛在的損害為：水鎖損害、酸敏、堿敏、速敏、水敏和鹽敏損害。

2金山地區(qū)儲(chǔ)層傷害機(jī)理分析

2.1 儲(chǔ)層巖心的鉆井液液相傷害評(píng)價(jià)

在模擬地層溫度和約0.7倍臨界流速條件下，反向注入鉆井液濾液，在與造束縛水時(shí)相同的條件下，正向地層水驅(qū)恢復(fù)，并測(cè)定巖心的滲透率，與前一過(guò)程傷害相比較，可以判斷由于鉆井液濾液與儲(chǔ)層不配伍和毛細(xì)管自吸造成的傷害程度。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求配制鉆井液。其中1#鉆井液配方為PK-PB體系：4% NV-1+5% Na2CO3，+1銨鹽+0.3% K-PAM+0.3% CMC+2% FT-99+0.5% PB-1+1～2% HA樹(shù)脂;2#鉆井液配方為聚磺體系：1#鉆井液+1%SMP+1%SMC+ 0.5%JS-9+1～2% FT-1。根據(jù)巖心樣品的巖性，取芯深度，登婁庫(kù)組、基底組、營(yíng)城組巖樣取芯深度<2500m，采用PK-PB體系，即1#鉆井液體系。沙河子組、火石嶺組巖樣取芯深度>2500m，采用聚磺體系即2#鉆井液體系。

按照配方，分別配制1#、2#體系后，按標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)程序和方法測(cè)定，室溫條件（20℃），巖心經(jīng)PK -PB體系（1#）和聚磺體系（2#）的濾液污染后，1#體系對(duì)登婁庫(kù)組、基底組、營(yíng)城組傷害情況較輕，滲透率恢復(fù)值最大為66.70%，2#體系對(duì)沙河子組和火石嶺組這2個(gè)層位，巖樣的恢復(fù)率在11.78%～39.01%不等，傷害比較顯著，說(shuō)明濾液對(duì)巖心的傷害較大。

2.2儲(chǔ)層巖心的鉆井液固相傷害評(píng)價(jià)

進(jìn)行濾液傷害后的巖心，在模擬地層溫度和鉆井壓差條件下，用鉆井液進(jìn)行模擬傷害。巖心在以前傷害的基礎(chǔ)上，僅可能增加一種由于固相顆粒侵入而造成的傷害。在與造束縛水時(shí)相同的條件下，正向驅(qū)氣（沿產(chǎn)氣方向）恢復(fù)，并測(cè)定巖心的滲透率，與前一過(guò)程傷害相比較，可以判斷由于固相顆粒侵入而造成的傷害程度。

選用PK-PB體系（1#）和聚磺體系（2#）進(jìn)行巖心固相傷害實(shí)驗(yàn)。PK-PB體系（1#）對(duì)登婁庫(kù)組、基底組、營(yíng)城組三個(gè)層位進(jìn)行污染，聚磺體系（2#）對(duì)沙河子組、火石嶺組巖樣進(jìn)行污染。對(duì)于登婁庫(kù)組，1#鉆井液體系傷害率為24%，1#鉆井液體系濾液傷害率平均為40%，1#鉆井液體系對(duì)登婁庫(kù)組的傷害為液相傷害，基本無(wú)固相傷害。對(duì)于基底組，1#鉆井液體系傷害率平均為74.6%，1#鉆井液體系濾液傷害率平均為53.81%，固相傷害率為20.79%。對(duì)于營(yíng)城組，1#鉆井液體系傷害率平均為78.77%，1#鉆井液體系濾液傷害率平均為52.26%，固相傷害率為26.51%。對(duì)于沙河子組、火石嶺組，2#鉆井液體系對(duì)巖樣傷害嚴(yán)重，2#鉆井液體系濾液對(duì)巖樣傷害嚴(yán)重，2#鉆井液體系傷害為液相傷害，基本無(wú)固相傷害。

2.3 鉆井液處理劑單劑傷害評(píng)價(jià)

處理劑通過(guò)改變體系中液相性質(zhì)和固相聚集狀態(tài)來(lái)調(diào)整鉆井液性能，從而影響鉆井液是否能滿足儲(chǔ)層保護(hù)的要求。本課題從處理劑的角度入手，先行研究處理劑的損害;運(yùn)用單因素分析方法，對(duì)處理劑的損害評(píng)價(jià)，為鉆井液的配制提供有力的指導(dǎo)。

不同鉆井液體系之所以對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度不同，最大的原因是不同體系中相同處理劑的加量不同，因此，本節(jié)實(shí)驗(yàn)選用現(xiàn)場(chǎng)在用鉆井液體系中對(duì)儲(chǔ)層傷害程度影響較大的幾種處理劑：銨鹽、KFT、SMC、JS-9等進(jìn)行了傷害評(píng)價(jià)，以期找到它們對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，KFT、銨鹽和JS-9三種處理劑對(duì)登婁庫(kù)組的傷害較小，恢復(fù)率平均值均在80%以上，而SMC恢復(fù)率平均值為42%。SMC、銨鹽和JS-9三種處理劑對(duì)基底組和營(yíng)城組地層的傷害比較小，恢復(fù)率基本在95%以上，而處理劑KFT對(duì)基底組巖樣傷害后的恢復(fù)率值平均為67%，對(duì)營(yíng)城組傷害率較大。四種處理劑對(duì)沙河子組和火石嶺組的傷害則有高有低，其中JS-9對(duì)沙河子組地層的傷害較輕，對(duì)火石嶺組地層的傷害最嚴(yán)重?；謴?fù)率值大于100.00%的部分，為實(shí)驗(yàn)真實(shí)數(shù)據(jù)，由于實(shí)驗(yàn)有限，若要分析，尚待進(jìn)一步研究。

2.4 毛細(xì)管自吸傷害評(píng)價(jià)

毛管自吸是水驅(qū)油氣藏和裂縫性油氣藏開(kāi)采的一個(gè)重要現(xiàn)象，在注水驅(qū)和邊底水活躍的油氣藏，可能由于毛管自吸而發(fā)生水相圈閉、水錐現(xiàn)象，嚴(yán)重降低油氣藏開(kāi)采壽命和采收率，但同時(shí)，毛管自吸又是裂縫油氣藏中裂縫和基塊之間進(jìn)行質(zhì)能傳遞的動(dòng)力。在鉆井、增產(chǎn)措施和隨后的開(kāi)采作業(yè)過(guò)程中保護(hù)油氣層將直接或間接地提高油氣采收率。然而，保護(hù)油氣層的效果受到毛細(xì)管自吸作用的影響，因此掌握毛細(xì)管自吸行為對(duì)于高效經(jīng)濟(jì)開(kāi)采裂縫性油氣藏和致密砂巖儲(chǔ)層保護(hù)具有重要意義。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知，巖心吸水體積確實(shí)與時(shí)間的平方根成正比。將各層位巖心吸水量隨時(shí)間的變化情況，擬合得出的直線斜率：自吸能力比較強(qiáng)的是基底組與營(yíng)城組，登婁庫(kù)組與火石嶺組巖心吸水能力居中，沙河子組最小。

3結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）金山氣田儲(chǔ)層潛在的損害為：水鎖損害、酸敏和速敏損害;

（2）KFT、SMC、銨鹽和JS-9四種被評(píng)價(jià)處理劑對(duì)登婁庫(kù)組、基底和營(yíng)城組地層的傷害比較小，其余地層的傷害則有高有低，其中JS-9對(duì)火石嶺組地層的傷害最嚴(yán)重;

（3）PK-PB體系優(yōu)化前后對(duì)登婁庫(kù)組地層有顯著效果，對(duì)基底組和營(yíng)城組基本無(wú)效;聚磺體系經(jīng)過(guò)優(yōu)化后對(duì)沙河子組和火石嶺組均有一定的改善，但需要進(jìn)一步優(yōu)化。

（4）在聚磺體系中通過(guò)表面活性劑的優(yōu)選，并與定向鉆井所需的潤(rùn)滑劑結(jié)合，是滲透率恢復(fù)值進(jìn)一步提高。

參考文獻(xiàn)

[1]鄢捷年.鉆井液工藝學(xué).北京：石油工業(yè)出版社.2001.7.22-40

中石化東北油氣分公司石油工程環(huán)保技術(shù)研究院 吉林長(zhǎng)春?130062