华北油田低渗透油藏储层保护技术研究

华北油田低渗透油藏储层保护技术研究 梅 青1 ,唐洪明1, 2 ,赵 峰1 ( 1.西南石油大学资源与环境学院, 四川 成都 610500; 2. /油气藏地质及开发工程0国家重点实验室#西南石油大学,四川 成都 610500) 摘 要:低渗透油藏具有低孔、低渗、大比 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面积、裂缝发育等特点,在钻完井过程中易于发生损害, 且 损害一旦发生便难以解除。本次研究以华北油田典型低渗透油藏为例,利用扫描电镜、铸体薄片等手 段,系统分析了低渗透油藏在钻完井过程中的损害机理,并对其有效的储层保护措施进行了探讨。研 究结果表明:低渗透油藏钻完井过程中主要的损害机理为水锁、应力敏感、固相侵入和敏感性损害。 通过文献调研和室内实验,认为欠平衡钻井技术是低渗透油藏较佳的选择,若将欠平衡钻井与非直井 工艺相结合可获得更好的效果,推荐采用全过程欠平衡钻完井技术;通过精细 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的屏蔽暂堵技术也 可获得良好的储层保护效果。 关键词:华北油田;低渗透;油藏;储层保护;损害机理; 保护技术 中图分类号: T E34 文献标识码: A 文章编号: 1004 ) 5716( 2010) 04 ) 0062 ) 04 1 概述 低渗透储层具有低孔、低渗、大比表面积、裂缝 发育等特点, 在相对渗透率曲线上的油水两相共渗 区范围很窄, 开发难度很大, 尤其是在钻完井过程中 易于受到损害。由于本身渗透性差, 所以对低渗透 储层对损害十分敏感,且储层孔喉迂曲度高, 毛细管 阻力大, 一旦发生损害就难以解除, 单靠储层自身的 能量来解除损害是很难实现的。如果采用酸化、压 裂等强化措施来解除, 往往又容易造成二次损害。 所以对于低渗透储层而言, 储层损害应该以预防为 主, 解除为辅 [ 1 ]。以华北油田典型低渗透油藏为例 , 从储层特征分析入手, 剖析储层钻完井过程中主要 的损害机理, 并提出相应的储层保护措施, 为低渗透 油藏的储层保护提供依据。 2 低渗透油藏地质特征 2. 1 岩性特征 低渗透储层一般分为原生低渗透储层和次生低渗 透储层。原生低渗透储层为近源快速沉积,储层岩石成 熟度较低;次生低渗透储层主要受后期成岩作用影响, 成熟度较高。华北油田沙河街组低渗透储层岩石石英 含量为 13. 20% ~ 49. 13% ,平均 31. 49% ;长石含量为 18. 89% ~ 78. 79%, 平均 50. 46%, 储层以长石砂岩为 主,成分成熟度较低。储层填隙物以泥质和钙质为主, 其次为硅质。其中钙质为方解石和铁白云石,含量平均 为 10% 左右; 泥质含量为 3. 30% ~ 13. 69% , 平均 9. 10%。 2. 2 孔隙结构特征 ( 1)基块。华北油田沙河街组低渗透储层原生孔隙 含量较低,储集空间以次生孔隙为主,包括粒间溶孔、长 石粒内溶孔和铸模孔(图 1- a)。同时储层中还有部分 粘土矿物晶间微孔, 但这部分孔喉对储层渗流意义不 大。 压汞分析结果表明:储集层孔喉半径均值为0. 45~ 6. 53Lm,平均 1. 54Lm;最大孔喉半径0. 7~ 12. 5Lm,平 均为 3. 25Lm; 中值半径 0. 14~ 5. 47Lm,平均1. 76Lm; 排驱压力为 0. 59~ 2. 31MPa。总体上看, 储层孔喉细 小,连通性较差, 含量较少的部分大孔喉对储层渗流起 着主要的控制作用,是储层保护的重点。 ( 2)裂缝。低渗透储层由于压实作用强,脆性大,出 现裂缝的可能性更大。低渗透油田能够开发, 很大程度 上是因为裂缝系统的存在。裂缝主要包括由于构造活 动引起的构造缝和由于异常高的地层压力产生的微裂 缝。我国低渗透油田储层的裂缝大多是构造裂缝, 其分 布比较规则,常常成组出现;裂缝切穿深度大, 产状以高 角度裂缝为主[ 2]。华北油田沙河街组低渗透储层微裂 缝发育,以构造缝为主(图 1- b)。微裂缝往往是沟通 致密砂岩孔隙空间的通道,对致密砂岩储层渗流有着极 其重要的贡献。在低渗透油藏勘探开发过程中,裂缝容 易受到损害,且损害后难以恢复, 所以裂缝应该是重点 保护对象。 2. 3 粘土矿物特征 低渗透砂岩中一般粘土矿物发育, 沙河街组低 62 西部探矿工程 2010年第 4期 渗透储层粘土矿物以高岭石和伊/蒙间层为主, 其次 为伊利石和绿泥石。在低渗透砂岩中粒表衬垫和桥 接式的粘土矿物对孔隙空间的分割和充填占主要地 位, 其结果就是减小孔隙空间, 将原有较大孔喉改造 成大量的微细孔喉, 导致孔隙度和渗透率降低, 使得 岩石低渗化(图 2)。 图 1 华北油田低渗透储层孔隙和裂缝类型 ( a)长石溶孔; ( b)微裂缝 图 2 粘土矿物对从储层孔喉的改造 ( a)伊利石分割孔喉; ( b)高岭石充填孔隙 2. 4 润湿性和流体特征 低渗透储层表现出与高渗透储层不同的润湿性:低 渗油藏一般为混合润湿性, 储层为部分水湿、部分油湿, 水湿占主要。砂岩油藏储层原始含水主要由毛管水和 薄膜水组成, 水相主要存在于储层微细孔喉中。低渗透 储层一般具有孔喉细小、比表面积大、孔喉迂曲度高的 特点,导致其束缚水饱和度一般较高,在 50% ~ 80%之 间,而低渗透油藏原始含水饱和度一般在 30%~ 50%, 有的可达 60%。也就是说, 低渗透储层原始含水饱和 度一般要低于束缚水饱和度。 3 低渗透油藏主要损害机理分析 3. 1 水锁损害 低渗透砂岩油藏润湿性水湿占主要, 当外来水相流 体侵入油层孔道后,会形成一个凹向油相的弯液面进而 产生毛管阻力。同时,油水两相在地层中流动,乳化液 滴在通过岩芯孔隙的喉道处时,会因为贾敏效应而产生 632010年第 4期 西部探矿工程 一个附加压力。若想将侵入储层的水相驱出,就必须克 服这两种阻力。若地层不能提供足够的压力,就不能克 服该阻力在地层中形成液相流动,造成水锁损害。 水锁损害是低渗透油藏主要的损害方式之一,初始 渗透率、孔隙结构、初始含水饱和度、油水界面张力是影 响水锁损害程度的主要因素。初始渗透率和含水饱和 度越低、储层孔喉越小、油水界面张力越大,储层潜在的 水锁损害程度就越强[ 3] 。 3. 2 应力敏感性损害 应力敏感性是指有效压力对储层微观孔渗特征 的影响, 钻井过程中的有效应力主要来源于应力二 次分布。以前大量研究人员认为低渗透储层存在着 较强的应力敏感性损害 [ 4-5 ] , 但是近年来, 一些研究 者已趋向于低渗透储层没有强的应力敏感性, 李传 亮 [ 6]认为低渗透储层实验所测强的应力敏感性是由 于实验的系统误差所致, 而非岩石本身的性质。低 渗透储层基块的确不存在强的应力敏感性, 但是储 层若有裂缝存在, 情况就不一样了。裂缝在有效应 力作用下一旦闭合就很难再次开启, 导致裂缝导流 能力丧失 ,造成损害。 利用室内实验评价了华北油田低渗透储层的应力 敏感性损害程度(图 3)。由实验结果可知, 基块应力敏 感损害率为 26. 3% , 损害程度为弱; 裂缝损害率为 88. 2% ,损害程度为强。 图 3 华北油田低渗透油藏储层基块和裂缝应力敏感实验曲线 3. 3 敏感性损害 低渗透储层中一般富含敏感性矿物, 包括粘土矿 物、碳酸盐胶结物等。这些敏感性矿物的物理、化学稳 定区间较窄, 当不配伍的外来流体侵入储层与敏感性矿 物接触后,将会发生一系列物理、化学反应,造成地层损 害。钻井过程中敏感性损害类型主要包括速敏、水/盐 敏、碱敏性等。 华北油田低渗透储层地层水速敏损害程度为弱 ) 中等偏弱;水敏为中等,盐敏损害为中等偏弱,碱敏损害 为中等偏强。 3. 4 固相侵入损害 钻井液固相组成一般包括膨润土、加重剂等固相添 加剂和混入钻井液的地层微粒, 固相颗粒粒径在一定范 围内分布。对于低渗透储层而言,由于基块本身孔喉尺 寸较小,钻井液中的固相颗粒很难侵入到储层深部; 但 低渗透储层中发育的裂缝宽度一般大于大部分钻井液 固相颗粒粒径,钻井过程中固相会在正压差的作用下快 速侵入和堵塞裂缝及裂缝网络, 沿裂缝表面形成类似于 井壁处的泥饼,使裂缝渗流能力大幅降低,甚至完全丧 失。而且由于裂缝弯曲, 缝面往往被一些自生矿物充 填,所以固相堵塞后反排更加困难。 综上所述,低渗透油藏在钻完井过程中主要损害机 理为水锁、应力敏感、固相侵入和敏感性损害。 4 低渗透油藏储层保护技术探讨 4. 1 欠平衡钻井技术 低渗透储层损害多与固液相侵入相关, 因此,对于 低渗透油藏保护最有效的方法就是防止固液相侵入储 层。欠平衡钻井技术在钻井过程中人为使井底压力低 于地层压力,产层的流体有控制地进入井筒并将其循环 到地面,钻井液中的固相和液相不会在正压差下侵入储 层,可以避免与固、液相侵入造成的相关损害[ 7] 。欠平 衡钻井技术在国内外已得到了广泛的应用,尤其是在复 杂储层中的应用取得了很好的效果。胜利油田纯梁区 块为典型的低渗特低渗油藏, 以纯 70- 平 1 井为例,采 用水平井与欠平衡钻井技术相结合的方式打开储层,该 井投产后, 产能是邻井的 6 ~ 8 倍, 增产效果非常明 显 [ 8]。 可见,欠平衡钻井技术是开发低渗特低渗油藏一个 较好的选择。若将大斜度井、水平井等非直井工艺与欠 平衡钻井相结合,可获得更好的开发效果。 64 西部探矿工程 2010年第 4期 4. 2 过平衡屏蔽暂堵技术 就目前而言, 欠平衡钻井技术的应用还受到很多条 件的限制,比如地层适应性、井壁稳定性等。此时,屏蔽 暂堵技术不失为一种好的选择。屏蔽暂堵技术关键是 暂堵颗粒的选择, 正如前所述, 低渗透储层中一部分大 孔喉储层渗流起着控制作用,因此暂堵颗粒应该根据这 部分孔喉尺寸来进行筛选, 同时兼顾裂缝。针对华北油 田沙河街组低渗透储层特征和损害特点,储层保护屏蔽 暂堵储层保护钻开液设计重点提高其封堵性和成膜性。 通过优选,最终确定钻开液配方如下: 基浆+ 3% Q S+ 0. 5%YD。 其中 QS为针对储层孔喉大小分布特征及渗透率 贡献值,利用理想充填屏蔽暂堵技术优选的具有一定粒 度分布的刚性暂堵颗粒和专用的裂缝暂堵材料; YD为 专门针对低渗透储层、具有成膜性的油溶性暂堵颗粒, 可在井壁形成薄而致密的保护膜,阻止固液相进一步侵 入储层,尤其是对微裂缝,具有优良的储层保护效果。 利用室内实验分别评价了钻开液对储层基块和裂 缝的储层保护效果。实验 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 如下: ( 1)岩芯抽空饱和 地层水 24h以上, 地层水正向测初始地层水渗透率; ( 2) 钻井液在 3. 5M Pa 正压差下反向循环 2h; ( 3)地层水正 向再测反排渗透率; ( 4)如果岩芯的渗透率恢复程度差, 则截取岩芯损害端一定长度后, 再正向测渗透率, 目的 在于评价钻井液的损害深度。 实验结果见表 1。其中 K w : 地层水初测渗透率; K ws : 钻开液循环后岩芯自然返排渗透率; I r 1 : 自然反排 渗透率回复率; K wd :截取损害端 1. 5cm 岩芯煤油反排 渗透率; I r 2 :截取损害端 1. 5cm 后岩芯煤油反排渗透率 恢复率。 表 1 钻井液动态损害评价实验结果 样号 类型 K w ( 10- 3Lm2 ) K w s ( 10- 3Lm2 ) I r1 ( % ) K wd ( 10- 3Lm2 ) I r2 ( % ) 1 0. 049 0. 036 74. 32 0. 043 86. 82 2 基块 0. 708 0. 492 69. 43 0. 641 90. 50 3 0. 755 0. 556 73. 68 0. 667 88. 26 4 2. 456 1. 752 71. 32 2. 126 86. 57 5 77. 91 39. 91 51. 23 63. 84 81. 94 6 裂缝 36. 83 23. 27 63. 19 30. 72 83. 42 7 21. 45 13. 45 62. 69 17. 92 83. 54 8 8. 32 5. 46 65. 67 7. 18 86. 32 由实验结果可知: ( 1)钻井液循环 2h 后,基块岩芯 渗透率自然返排恢复率为 69. 43%% ~ 74. 32% , 平均 72. 19%; 裂缝岩芯为 51. 23% ~ 65. 67% , 平均 60. 70%。裂缝渗透率恢复率要低于基块,说明裂缝相 对于基块更容易收到损害, 且损害后解除起来更难。 ( 2)截取岩芯损害端 1. 5cm 后,基块渗透率返排恢复率 为86. 57%~ 90. 50% , 平均 88. 04%; 裂缝渗透率恢复 率为 81. 94% ~ 86. 32% ,平均 83. 81%。说明钻井液固 相侵入深度< 1. 5cm。 可见,优选的屏蔽暂堵钻井液体系具有透率恢复率 高、损害深度小等优点。说明对于低渗透油藏而言, 不 管是基块还是裂缝,根据储层特征和损害机理精细设计 的屏蔽暂堵技术可以起到很好的储层保护效果。 在现场应用时,应根据环境、地层条件等因素选择 最适合的钻井方式。如果适用欠平衡钻井,则推荐采用 全过程的欠平衡钻完井技术; 若采用屏蔽暂堵技术, 则 需要根据储层特征和损害机理来科学的选择钻井液体 系和暂堵颗粒,可获得良好的储层保护效果。 5 结论与建议 ( 1)华北典型低渗透油藏储层孔喉细小、微裂缝 和敏感性矿物发育, 在钻完井过程中易于受到损害。 主要损害机理包括水锁、应力敏感、固相侵入和敏感 性损害。 ( 2)通过对储层特征和损害机理的研究,采用欠平 衡钻井技术和屏蔽暂堵技术可有效保护储层。推荐采 用全过程欠平衡钻完井技术; 若采用屏蔽暂堵技术, 则 需根据储层特征和损害机理的研究优选钻井液体系和 暂堵颗粒。优选的屏蔽暂堵钻井液体系对华北油田低 渗透储层具有良好的储层保护效果。 参考文献: [ 1] 赵峰.基于储层保护的钻井方式适应性研究[ D ] . 西南石油 大学 2008 届博士学位论文. 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