随着石油钻探技术的提高及对储层认识的加深, 在钻井过程中如何有效降低储层钻井液固相及滤液侵入, 最大程度地减少储层渗透率的伤害, 且在后期作业中解堵方便, 能最大限度解放油层、提高采收率, 是目前国内外油田石油开发中普遍关注的重要课题。
聚合物弹性微球 (弹性微球) 的主要成分是胶束聚合物、可变形的弹性粒子和填充加固剂。它粒度分布范围广, 其中2.5~300μm聚合物颗粒含量≥80.0%。在春风油田的应用证明, 作为架桥粒子, 在无须明确预知孔喉尺寸的情况下, 可在井壁上快速形成一层韧性强、渗透性极低的封堵层, 有效阻止钻井液侵入, 可对孔径分布范围较大的油层产生有效的暂堵, 克服了传统屏蔽暂堵技术对地层孔隙尺寸的依赖。只要消除过平衡压力, 封堵层的作用就将削弱, 只要有反向流动, 封堵层就会被清除, 不会对油层产生永久损害, 无需额外的解堵作业, 降低了解堵作业成本。
1 聚合物弹性微球保护油层机理
1.1 胶束聚合物作用原理
胶束聚合物具有油溶和水溶两亲特性, 加入到水基钻井液中时, 能够在井壁岩石表面迅速大量吸附, 当达到临界浓度时, 聚合物在岩石表面发生缔合, 形成疏水微区, 疏水微区有一个疏水的内核, 由聚合物的疏水基团构成, 外层由聚合物的亲水链段包裹, 形成空间网络结构, 从而达到稳定。随着聚合物浓度的增加, 在井壁上形成不同尺寸的大量胶束, 并且聚合物由链内缔合发展到链间缔合, 从而在岩石表面形成封闭膜, 阻缓流体侵入油层。
1.2 可变形的弹性粒子作用原理
可变形的弹性粒子具有较好的弹性, 当进入岩石孔隙后有一定的扩张填充和内部挤紧压实的双重作用;同时具有一定的可变形性, 使其能够适应不同形状和尺寸的孔隙或裂缝, 以上特点使弹性颗粒同时具有架桥和充填的双重功能。在压差的作用下, 小于地层孔隙尺寸或裂缝宽度的弹性颗粒进入孔隙后, 可通过架桥充填原理产生封堵;大于地层孔隙直径或裂缝宽度的弹性颗粒可通过挤压变形进入孔隙, 然后通过较强的弹性作用对孔隙或裂缝产生扩张充填作用, 从而对孔隙或裂缝产生较好的封堵作用。
2 弹性微球室内性能评价
2.1 弹性微球对钻井液性能的影响
取胜利油田某常规井水基泥浆, 分别加入弹性微球和复合暂堵剂, 对其钻井液常规性能进行评价, 性能对比见表1。
由表1可以看出, 加入弹性微球后, 钻井液的粘度和切力变化不大, API滤失量下降明显, 与目前东部油田普遍使用的复合暂堵剂相比, 流变性变化小, 滤失量降低程度大, 说明弹性微球对钻井液性能具有一定的改善作用。
2.2 弹性微球油层保护性能评价
1) 堵塞效果评价。选用人造岩芯, 对岩芯进行污染, 评价弹性微球对岩芯的封堵效果。实验条件为:压差3.5MPa, 温度80℃, 剪切速率100s-1, 污染时间60min。在测定污染前后的渗透率时, 压力恒定, 结果见表2。
由表2可看出, 与井浆相比, 采用屏蔽暂堵技术后, 渗透率堵塞率有明显提高;含弹性微球的钻井液比含复合暂堵剂的钻井液的岩芯堵塞程度更高。当弹性微球的含量达到3%时, 渗透率堵塞率达100%, 从而避免了钻井液滤液进一步侵入油气层内部。
2) 反排解堵效果评价。选取被钻井液污染过的岩芯, 测定其在不同流动压力下的反向油相渗透率, 随着反排压力不断增大, 渗透率恢复率相应增大, 解除堵塞的效果变好;在同一反排压力下, 弹性微球的渗透率恢复率更明显。实际生产过程中, 地下原油流向井底的压力一般大于本实验中的反排压力, 因此生产中只要有反向流动, 封堵层就会被清除, 不会对油层产生永久损害。
3 弹性微球在春风油田的应用
排601-20区块位于新疆春风油田东北部, 地层自上而下发育第四系西域组、新近系独山子组、塔西河组、沙湾组、白垩系, 其中白垩系发育两套含油砂体, 岩性主要为灰色油斑含砾细砂岩、灰色油斑砂砾岩, 孔隙度34~36.7%, 渗透率3109~3717×10-3um2, 纵向及平面非均质性弱。为防止水层及油气层井段井径不规则, 影响固井质量, 对后期进行热采造成不利影响, 并最大限度的延长油井寿命, 结合弹性微球产品特点, 决定在300米~井底加入弹性微球, 并与周围施工邻井进行对比。
3.1 对钻井液性能变化的影响
春风油田排601-20区块储层段钻进时使用非渗透润滑防塌钻井液体系, 体系组成:3.5%~5%膨润土+0.3%~0.6%K-PAM+1%~3%聚合物降滤失剂+0.5%~1%非渗透处理剂+3%~5%无荧光白油+1%无水聚合醇。当用弹性微球代替非渗透处理剂时, 储层段钻进时钻井液的性能对比情况见表3。
由表3可以看出, 与目前使用的非渗透处理剂相比, 加入弹性微球后, 钻井液的粘度和切力变化不大, API滤失量下降明显, 摩擦系数有所降低, 说明弹性微球对钻井液性能具有一定的改善作用, 对钻井液的粘度和切力影响不大。
3.2 对井径的影响
分别对比了实施井排601-斜422、429、430与同台井排601-斜423、424、431井的300m~井底的井径变化情况, 数据如表4所示。
由表4看出, 在水层及油层段 (375~450m) , 渤海3007实施的6口井中, 加入和未加弹性微球的井, 平均井径扩大率分别为2.5%~4.3%和3.6%~10.5%, 加入弹性微球的平均井径扩大率较小且井径规则, 在油层、水层井段井径基本无明显扩大。说明弹性微球对地层有抑制作用, 可以防止井径扩大, 有效预防形成“糖葫芦井眼”, 对于后期电测、固井打下良好基础。
3.3 对固井质量的影响
6口试验井的固井质量电测结果表明:第一、二界面固井质量均合格, 加入弹性微球后井径规则, 对后期固井打下良好基础, 有利于提高固井一、二界面固井质量。固井质量测井图如图1所示。
3.4 试采结果分析
弹性微球在排601-斜425井、426井、432井、433井、302井、303井应用, 截止到2013年12月25日, 6口井平均日液18t, 平均日油5.2t, 产油效果较好。虽然没有对比井, 但从侧面充分显示弹性微球对高孔高渗储层可以很好的屏蔽暂堵, 对油气层起到保护作用, 并在投产时有很好的渗透率恢复率。
4 结论
1) 弹性微球能够在一定范围内对不同孔径分布的油层产生较好的封堵作用, 克服了传统屏蔽暂堵技术对地层孔隙尺寸的依赖。
2) 弹性微球是一种集化学抑制、物理封堵、理想屏蔽暂堵技术为一体的广谱性、自适应高的油保材料, 能满足高孔高渗储层的油层保护需要, 是目前胜利油田性价比较高的一种油保助剂。
3) 弹性微球对钻井液的性能、固井质量影响较小, 井眼扩大率小且井径规则。
4) 弹性微球适用于春风油田储层段的油层保护。
摘要：在钻井过程中如何减少储层渗透率的伤害是目前国内外油田石油开发中普遍关注的课题。本文介绍了聚合物弹性微球的保护油层机理, 通过室内及在春风油田的应用证明, 弹性微球能够在一定范围内对不同孔径分布的油层产生较好的封堵作用, 是一种集化学抑制、物理封堵、理想屏蔽暂堵技术为一体的广谱性、自适应高的油保材料, 能满足高孔高渗储层的油层保护需要。
关键词：弹性微球,油层保护,可变形的弹性,粒子填充加固剂,春风油田
参考文献
[1] Labenski F, Reid P, Stantos H.Drilling fluid approaches for control of wellbore instability in fractured formations[R].SPE 85304, 2003.
[2] 黄达全, 许少营, 田增艳.广谱型屏蔽暂堵保护油层技术在大港油田的应用[J].钻井液与完井液, 2004, 21 (6) :23-27.
[3] 徐加放, 邱正松, 黄晓东.谈钻井液封堵特性在防止井壁坍塌中的作用[J].钻井液与完井液, 2008, 25 (1) :3-5.