低渗储层高效勘探钻井液技术应用现状分析

李 萌，王俊涛，马德材

（中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营 257017）

近年随着非常规油气田能源开发力度的不断加大，开发效率越发重要，特别是低渗储层的钻井油气层保护工作越来越受到重视，各油田在这方面的研究不断深入，现场应用也得到了不断推广。笔者就近年，我国在低渗储层、页岩储层的伤害因素的认识、油气层保护理念的创新以及基于避免或解决储层伤害因素的手段进行了分析总结。

1 低渗储层保护的基本认识

1.1 低渗储层特点

国内低渗油气藏的地质特点概括起来主要表现为储层物性较差，渗透率低，孔隙度小，一旦遭到破坏极难恢复，需要在钻井、作业以及采油的全过程中重视储层保护，任何一个环节出现问题将严重影响采收率。

1.2 低渗储层损害因素

在低渗储层开发中需要重视固相污染的损害，很久以来由于低渗储层孔隙度小，固相污染在低渗储层保护中往往被忽略。但是，近年由于在低渗储层开发中水平井和裸眼完井相结合的开发方式越来越多，而以往采用射孔完井可以解除的固相污染往往成为储层损害的重要因素。需要特别指出的是，在裸眼井中储层损害最重要的原因是过于致密、过于坚韧的泥饼堵塞孔隙和筛管孔眼造成的。

储层敏感损害是另一个重要损害因素，特别是粘土水化膨胀所引起的水敏损害。当低渗储层与中、高渗地层在压差相同的情况下，由于低孔低渗的特点，钻井液瞬时滤失量较低，在钻井液循环的动态条件下难以形成致密滤饼阻止液相进一步侵入，因此钻井液滤液会持续渗入地层。如果钻井液滤液与储层不配伍，就会因粘土的水化膨胀使孔喉进一步缩小，导致渗透率严重下降。

其三，对于低渗、特低渗气藏，由于孔道狭窄，毛细管效应非常明显。当油（或气）、水两相在岩石孔隙中渗流时，水滴在流经孔喉处遇阻，导致油相或气相渗透率降低，即造成所谓的“水锁损害”。引起水锁伤害的本质是毛细管的自吸力和毛细管中液相的滞留。这种损害在低渗气藏勘探中尤为重要。

2 低渗储层保护技术

2.1 屏蔽暂堵技术

屏蔽暂堵理论是防止入井流体固相和液相侵入储层的最有效方法。在低渗储层勘探中，屏蔽暂堵理论[1]得到广泛应用，并有发展。在传统屏蔽暂堵技术基础上，先后发展了广谱暂堵[9]、理想充填暂堵[10]、自适应屏蔽暂堵[4]等多项技术理论。各类屏蔽暂堵技术的发展和特点（见表1）。

在屏蔽暂堵理论指导下，结合低渗储层的特殊性，近年形成了一系列技术体系，如非渗透钻井液技术、聚合醇钻井液技术等。

2.1.1 非渗透钻井液体系 该体系是以FLC2000为主要添加剂，在井壁岩层表面形成密封层（或薄膜），阻挡钻井液侵入地层，从而有效保护储层，且该密封层很容易被清除。实验结果表明：自然岩心在3.5 MPa的污染压力下污染深度低于1.5 cm。从2005年至今，该体系已在胜利油田[6]、川西气田、准格尔盆地、吉林油田应用1 000余口，取得了良好的效果。

2.1.2 聚合醇钻井液体系 聚合醇是20世纪90年代以来广泛应用的一种钻井液体系。其特点为抑制性好，在一定温度下具有封堵性，低毒且易生物降解[6]。聚合醇钻井液体系可广泛应用于特殊地层，如水敏地层、易坍塌地层，适用于淡水、盐水和海水体系，可广泛应用于特殊工艺井实验室内对比发现，该体系对于低渗储层具有非常好的适应性，油气层保护效果理想。

表1 屏蔽暂堵技术的发展及特点

2.2 欠平衡工艺技术

2.2.1 传统欠平衡工艺 该技术包括充气钻井液、可循环泡沫钻井液两种形式。充气钻井液就是在常规钻井液中通过充入氮气、空气、CO2等气体以实现降低钻井液密度的目的，适用于低压易漏地层，可解决普通钻井液漏失无法正常施工的储层。可循环充气钻井液则是近年开发的一种新型欠平衡钻井液技术，它使用抗油发泡剂，配合空气钻设备，在高压气流作用下让发泡剂充分发泡注入钻具，经井底循环返出，在井口处设置分离、消泡等设备，创造循环利用的条件。该技术可较大限度的释放油气资源，但需限定于稳定的均质储层。充气钻井液在胜利油田的草古100、桩古10、王古1等多口井进行了成功应用。在王古1井中的中途测试，该井日产油467 m3，天然气3 504 m3，解决了长达770多米漏失井段的严重漏失问题，有效地保护了油气层，同时实效比不充气实效提高约70%。

传统欠平衡工艺是通过在泥浆中充气实现密度降低的目的。在低压易漏地层，使用的充气钻井液，解决了普通钻井液漏失无法正常施工及油气层损害等问题，同时钻速还有一定提高。但是由于传统欠平衡工艺是间断性欠平衡，一个不容忽视的问题是水力震荡引起的损害。在实验室内，用同样的仪器、相同的条件进行了一些实验，结果表明间断性的水力冲击，滤液进入低渗储层的深度更深，渗透率恢复值也较稳压更低。

表2 水力冲击对滤液侵入岩心深度的实验结果

2.2.2 泡沫钻井液技术 泡沫钻井液技术见诸报端最多的是在川西地区上不地层推广应用，起到了提高机械钻速的目的。笔者了解到，目前有机构正在进行泡沫钻井液钻探储层的研究工作。泡沫钻井液技术是通过充气发泡实现泡沫携带钻屑，由于泡沫的非均质连续性保证了全过程欠平衡。该技术的关键在于基液发泡、井壁稳定以及空气量，而由于无法给井壁提供液柱支撑力，因此该技术适用范围有一定要求。

2.2.3 空心漂珠钻井液技术 空心漂珠钻井液技术是在钻井液体系中加入一类空心材料，实现低密度的钻井流体。该技术在胜利油田、鄂尔多斯气田等区块进行了大量应用，取得良好效果。其中，鄂尔多斯大牛地气田应用该技术开发水平段，施工7口井均获自然产能；在胜利油田的埕岛油田CB22G-平1井中应用该技术，投产获得130 m3/d的产能。

2.3 有效解除封闭层技术

在低渗储层中，近井壁的污染带是造成污染的主要因素，如何有效解除近井壁的封闭层成为降低储层损害的关键因素。天然可降解材料应用到钻井油层保护主要是基于这部分处理剂进入储层后经过一段时间，其成分能够自然降解，从而达到释放孔道的目的，实现保护储层。目前有报道的此类技术包括烷基糖苷钻井液技术、有机盐可降解钻井液技术以及生物完井液技术等。

2.3.1 MEG钻井液技术 烷基糖苷钻井液是一种新型对环境无污染的油基钻井液替代体系。可提高钻井液流变性能，润滑性能及对油气层的保护性能，并可生物降解（MEG降解性能见图2），无毒，保护环境。该体系作为胜利油田的重要油层保护技术推广，每年推广上百口井。应用该技术的郑364井中途测试表皮系数为-2，郑369井中途测试表皮系数为0，日产原油21吨，有力的证明了该钻井液适用于是钻井油层保护的理想钻井液。

图1 MEG降解性能实验结果

2.3.2 有机盐可降解钻井液技术 有机盐可降解钻井液技术的关键包括有机盐主处理剂、高分子絮凝剂、抗温增粘剂，特别是保证所有高分子处理剂都是易降解的。利用现场某低渗储层岩样进行了滚动分散实验，考察了不同无机盐的页岩分散抑制性的大小，结果（见表 3）。

表3 有机盐处理剂筛选结果

表4 有机盐可降解钻井液性能

从表3可以看出，甲酸盐的抑制性要比无机盐的抑制性好得多，在有机盐里面，甲酸钾的抑制性要比其他有机盐的抑制性好。

通过系列优选试验形成有机盐可降解钻井液的基本配方，主要为：3%膨润土浆+0.1%~0.3%ZH-02+3%~5%HCOOK+0.5%~0.8%NPAN+2%~3%TV-2+1%~1.5%LV-CMC+2%~3%聚合醇+5%~10%复合润滑剂，主要参数（见表4）。

从表4可以看出，该体系性能较稳定，当粘土含量增加至6.0%时，其性能还比较稳定，当NaCl增加至3.0%时，其粘度变化不大，而失水略有增加，当CaCl2浓度增加至1.5%时，其失水增加幅度更甚，当其温度增加至150℃时，其性能仍然稳定。因此，该体系表现出其良好的抗温、抗污染能力，具有很强的稳定性。

该技术首次在胜利油田低渗油藏深井开发中得到应用，义901-平1井取得了良好的油气层保护效果，单井产量较相邻直井提高了5倍。该技术的成功施工改变了以往低渗油藏开发方法，探索解决低渗透油气田钻井完井至开发生产全过程损害问题，开创了利用有机盐强抑制可降解钻井液、生物完井液保护储层开发低渗油藏的全新模式，将成为低渗透油藏开发的新途径和手段。

2.3.3 生物完井液技术 该技术是利用生物酶分解近井壁泥饼以解除泥饼对孔吼的堵塞[7]，起到改善储层的一种钻完井液技术。实验室内试验情况（见图2）。自2008年至今，研制的生物完井液体系在埕北22G-P1、义901-P1等井总计完成了18口水平井的施工，成功避免了酸洗的不足，大幅度调高了油气产量，均取得了良好的油气层保护效果。

图2 生物酶完井液处理前后滤饼渗透率对比图

图3 生物酶处理前后滤饼效果图

2.4 无（低）固相储层保护技术

无（低）固相储层保护技术是基于避免或减少外来流体中的固相颗粒以及钻屑堵塞吼道，从而实现保护储层的目的。该技术主要是钻井流体中固相颗粒较少，配合高效固相控制系统，可较少钻井流体中固体颗粒的数量。

2.4.1 无粘土钻井液技术 无粘土钻井液是一类新型钻井液体系，该体系主要特点在于无粘土、抗高温，流变性能控制良好。我国目前在该体系研究中处于起步阶段。低孔低渗储层，固相虽然侵入较浅，但堵塞严重，而且一旦侵入就难以返排，由于水平井采用裸眼完井，固相污染带难以通过射孔解除，造成渗透率难以恢复。

在室内，使用FDS800-6000储层伤害评价装置，分别使用3种钻井液：油基钻井液、无粘土钻井液和常规粘土钻井液，对岩心进行污染，然后使用相同的完井液进行处理，测定气层渗透率恢复情况。实验结果（见表 5）。

表5 不同钻井液污染恢复实验结果

由室内实验分析可知：由于避免了固相对地层的污染，无粘土钻井液对该地层岩心的伤害最小，渗透率恢复值最高，达到85%以上。而油基钻井液可能是由于发生了乳化，造成了更加严重的气层伤害。

2.4.2 无固相复合盐水钻完井液技术 该项技术能够调节可溶性无机盐和有机盐间的配比，形成复合盐水作为钻井完井液体系的密度调节剂，密度范围1.05～2.30 g/cm3，页岩回收提高率达90%以上，渗透率恢复值在85%以上，起到了很好的储层保护效果。无固相复合盐水钻完井液技术在胜利油田的渤深6等多个区块进行了现场应用，取得了良好的效果。在渤深6-1井中应用中，实现密度可调范围1.05~1.28 g/cm3，投产后自喷原油300 t/d，天然气60 000 m3/d，与使用常规钻井液钻探的临井渤601井相比，产量提高了近4倍，充分显示了该技术的储层保护效果。

2.4.3 无固相抗高温钻井液技术 胜利油田根据储层特点研发了特殊的无固相抗高温聚合物，形成了一种适用于井底温度较高的深井储层保护技术。该钻井完井液在车古206井、CB30A-1、车571-7、车571-9等多口井进行了成功应用，现场使用温度＞180℃。埕北30A-1井在古生界井段试油，10 mm油嘴，油压8.5 MPa，日产油 236.8 t，日产气 9 800 m3；车 571-7 井试油18 m3/h。

3 认识及结论

通过对我国近年来钻井液油气层保护技术发展的研究，主要有如下认识和结论：

（1）近年来对储层损害因素的认识有了较大的提高，已经认识到20多种损害因素，钻井过程中主要是物理损害、化学损害。

（2）对于油层保护重点从降低固相、液相侵入，避免液相圈闭提高启动压力，分解近井壁堵塞层等方面进行了理论创新和现场应用。

（3）降低固相、液相共同侵入的储层保护技术手段包括屏蔽暂堵、膜屏蔽暂堵以及欠平衡工艺技术，现场根据地质状况均取得了较好的效果。

（4）无（低）固相储层保护技术是避免固相污染的重要手段，对于高孔高渗储层尤其重要。

（5）利用生物解堵技术，以及应用可以自身降解的新型处理剂可以有效保护储层，提高单井产量。

（6）在实践中发现，钻井油气层保护理念的实施需要钻井液体系的支持，紧靠一两种处理剂的加入不足以从根本上保证储层保护效果，因此在实施钻井油气层保护时应结合工程时效、钻井液体系性能等方面整体控制，以保证储层保护效果。

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