NP油田Ed1储层泥浆伤害综合评价与解堵技术研究

卫 玮,颜晋川,刘 斌,范 青

(1.中国石油化工股份有限公司西南油气分公司工程技术研究院,四川德阳 618000; 2.中国石油化工股份有限公司西南油气分公司工程监督中心,四川德阳 618000)

NP油田Ed1储层泥浆伤害综合评价与解堵技术研究

卫 玮1,颜晋川1,刘 斌1,范 青2

(1.中国石油化工股份有限公司西南油气分公司工程技术研究院,四川德阳 618000; 2.中国石油化工股份有限公司西南油气分公司工程监督中心,四川德阳 618000)

酸化是解除该类储层伤害,恢复、提高油气井产能最主要的手段。对于各种特定的伤害类型若仅采用笼统的酸化措施,往往难以取得理想的增产效果,如何从伤害机理的角度出发对症解除污染是研究者面临的重要课题。NP油田Ed1储层在以往的酸化改造中,由于对钻井泥浆伤害机理认识不够准确,导致酸液选择存在较大的盲目性,严重影响解堵效果。为解决上述问题,提出酸化解堵设计方法,通过泥浆固相粒度和滤液红外波谱分析试验评价,明确了Ed1储层钻井泥浆伤害产生的机理。在此基础上,设计在同一组试验内先模拟泥浆伤害的产生,发现岩心伤害后渗透率降低至基准渗透率的0.12倍,然后比较评价不同类型的酸液解除该类泥浆污染的能力,最终筛选出解堵效果最好的4%多氢酸体系推荐现场施工使用。

泥浆伤害;酸化;解堵;室内试验;评价

中高渗砂岩储层在钻井过程中,钻井液中的固相和滤液渗入地层内,造成固相堵塞和黏土水化等问题[1],而酸化解堵则是解除该类储层伤害最重要的手段[2]。NP油田Ed1为中孔中渗型细砂岩储层,胶结物以黏土、碳酸盐为主,泥质平均为9.1%,该区钻井作业中普遍采用的盐水聚合物泥浆可能对地层造成某种程度的伤害,为恢复地层渗透率,提高产能,需实施酸化解堵。但在以往的改造实践中,对钻井泥浆伤害机理认识不够准确,导致酸液选择存在较大的盲目性,严重影响解堵效果。因此,针对性酸化解堵设计的核心应包括两点,即首先弄清特定储层泥浆伤害机理与程度,然后考察各种酸液对该类泥浆伤害的解除能力,在此基础上选择合理有效、性能优良的酸液体系。

1 钻井泥浆伤害评价试验

本文通过室内试验的手段,深入认识NP油田Ed1储层钻井泥浆伤害机理,实现泥浆堵塞物的成分确定及形成的原因分析,明确针对性解堵的目标。主要针对使用的盐水聚合物钻井泥浆可能诱发伤害最主要的两种类型,即泥浆固相和滤液开展评价试验。

1.1 泥浆固相粒度分析试验

1.1.1 试验仪器和试验原理

本文利用激光粒度分析仪测量了盐水聚合物泥浆中固相粒度分布。用激光做光源,当光为波长一定的单色光后,衍射和散射的光能的空间(角度)分布就只与粒径有关。对颗粒群的衍射,各颗粒级的多少决定着对应各特定角处获得的光能量的大小,各特定角光能量在总光能量中的比例,应反映着各颗粒级的分布丰度。按照这一思路可建立表征粒度级丰度与各特定角处获取的光能量关系的数学物理模型,测量光能,由特定角度测得的光能与总光能的比较推出颗粒群相应粒径级的丰度比例量。

1.1.2 试验结果及分析

盐水聚合物泥浆中的悬浮颗粒粒径范围在0.02～2 000μm之间(图1),其中粒径范围在2～1 200μm的固相颗粒占绝大多数,平均粒径为96.73μm。

岩心在酸化前平均孔隙直径的分布范围在0.2～5μm之间。可见,泥浆中的固相颗粒的粒径远大于地层岩石孔隙直径,固相伤害机理并非进入岩石孔喉形成堵塞,而是在岩石表面易形成泥饼堵塞。

图1 盐水聚合物泥浆固相粒度分布Fig.1 Distribution of grain size of saline polymer mud solid phase

1.2 泥浆滤液红外波谱分析试验

1.2.1 波谱分析原理

构成化合物的原子质量不同,化学键的性质不同,原子的连接次序和空间位置不同等造成了红外光谱的差别。红外光谱是有机物鉴定中最常用的方法之一,而且在高分子化合物和无机物分析中也有广泛的应用。

红外光的波长覆盖0.76～1 000μm的宽广区域。通常红外区域分为近红外区域(0.76～2.5 μm)、中红外区(2.5～25μm)和远红外区(25～1 000μm)三个区域。红外光谱图用透光率T%为纵坐标,表示吸收强度;波数σ(cm-1)为横坐标,表示吸收峰的位置,它与波长的关系为:波数=104/波长。

红外光谱图是红外光谱最常用的表示方法,它通过吸收峰的位置,相对强度以及峰的形状提供化合物的结构信息。

1.2.2 试验步骤

运用Perkin Elmer公司Paragon 1000型红外分光光度计测量盐水聚合物泥浆滤液的红外吸收光谱,然后运用酸岩流动试验装置将滤液体系通过干岩心,待流出滤液后,关闭滤液出口阀门。1小时后,打开阀门,收集足量过岩心后的滤液,再次进行红外吸收光谱试验,对比分析。

1.2.3 试验结果及分析

测量过岩心前盐水聚合物泥浆滤液,在3 432 cm-1、1 137 cm-1等处出现了强吸收峰,在4 000～3 300 cm-1区域间出现了一段波长相近的吸收峰;过岩心后的盐水聚合物的滤液在4000～3 300 cm-1区域特征吸收峰基本消失;在1 137 cm-1的特征吸收峰转移至1 116 cm-1处(图2、图3)。

图2 过岩心前的盐水聚合物溶液波谱图Fig.2 Spectrum before saline polymer mud flowing through core

图3 过岩心后的盐水聚合物滤液波谱图Fig.3 Spectrum after saline polymer mud flowing through core

解析波谱图时可知,盐水聚合物泥浆滤液在过岩心后,特征吸收峰呈现出相对强度的减弱与峰位置的转移两种类型的变化,表明在流动过程中,泥浆滤液与岩心存在两种作用:

(1)泥浆滤液在岩心中滞留,导致特征吸收峰相对强度的减弱;

(2)泥浆滤液与岩心发生了物质作用,使得滤液化合物中的某些化学键断裂,从而特征吸收峰发生了变化转移。

而上述泥浆滤液的两种作用,均会对岩心造成伤害。由此可见盐水聚合物泥浆的主要伤害机理是滤液在地层孔道中的滞留堵塞和与储层物质发生物理作用引起的黏土的水化膨胀、分散、运移。

1.3 伤害机理分析

通过伤害评价试验,全面研究该区主要使用的盐水聚合物钻井泥浆对储层产生伤害的类型和机理。泥浆固相粒度分析试验结果显示,泥浆中的固相颗粒的平均粒径为96.73μm,远大于地层岩石孔隙直径,极易形成泥饼;泥浆滤液波谱分析试验结果显示,滤液在岩心中产生了滞留和物质反应两种伤害作用;因此,盐水聚合物泥浆对NP油田Ed1储层的主要伤害是形成泥饼堵塞和泥浆滤液伤害。

2 解堵技术研究

根据上述研究,已定性认识了NP油田Ed1储层钻井泥浆主要伤害类型和机理,进而如何针对盐水聚合物钻井泥浆产生的主要伤害类型采用适应性强的酸化对策则是研究的重点,本文创新性的设计室内试验方法,在同一组试验内模拟伤害的产生,定量评价盐水聚合物泥浆的伤害程度,并比较不同类型的酸液体系解除该类泥浆污染的性能,筛选出针对性最强的,解堵效果最理想的酸液体系,实现“对症下药”。

2.1 伤害解除效果评价试验

2.1.1 试验方法

试验先用基液测定岩心渗透率,作为参照的基准渗透率,然后用盐水聚合物泥浆过岩心,模拟泥浆侵入储层的过程,用基液测定伤害后岩心渗透率,再按照酸化过程分别注入酸液前置液、处理液和后置液,用酸化前后的基液渗透率变化判断酸化解堵效果。

2.1.2 试验条件

试验岩心:NP油田岩心209-1#,209-3#, 209-5#,209-10#;试验温度:90℃;试验围压: 3～5 MPa;驱替液体:盐水聚合物泥浆;酸液体系:针对污染后岩心依次采用3%、4%多氢酸体系,6%HBF4体系,2%HF的土酸体系;驱替压力:根据岩心渗透率确定;试验基液:4%NH4Cl溶液。

2.1.3 试验结果

试验结果见表1和图4～图7。

表1 盐水聚合物泥浆岩心伤害及酸化解堵试验结果Tab.1 Statistics of saline polymer mud damage to core and plugging removal test

图5 209-3#岩心泥浆伤害及解堵试验曲线Fig.5 Curves of mud damage to 209-3#core and plugging removal test

图6 209-5#岩心泥浆伤害及解堵试验曲线Fig.6 Curves of mud damage to 209-5#core and plugging removal test

图7 209-10#岩心泥浆伤害及解堵试验曲线Fig.7 Curves of mud damage to 209-10#core and plugging removal test

2.2 试验结果分析

由试验结果可见:

(1)盐水聚合物泥浆侵入对岩心渗透率的伤害较大。4块岩心伤害后基液渗透率分别降为基准渗透率的0.16、0.1、0.037、0.18倍,平均为0.12倍。

(2)氟硼酸与岩心反应后渗透率为基准渗透率的0.99倍,未恢复到污染前的水平,表明对于盐水聚合物泥浆伤害氟硼酸解堵适应性不强,效果欠佳;采用多氢酸、土酸对盐水聚合物泥浆伤害后的岩心都取得了不同程度的解堵效果,解堵后岩心正基液渗透率分别是基准渗透率的1.41、1.83和1.35倍。说明酸化后不仅解除了泥浆污染,还改善了渗透率。

(3)从流动试验曲线看出209-3#岩心在注入处理液后岩心渗透率稳定恢复、上升,呈现出典型的解堵、增产趋势,解堵后渗透率增幅最高为基准渗透率的1.83倍。因此可判断,在三种酸液体系中,4%多氢酸对于解除该类盐水聚合物泥浆伤害具有较强的针对性,现场施工推荐采用该酸液体系配方。

3 结论与建议

(1)通过系列泥浆伤害评价试验研究成果得知,NP油田Ed1储层所采用的盐水聚合物泥浆的主要伤害机理是:泥浆固相在岩石表面易形成泥饼堵塞;滤液在地层孔道中存在滞留堵塞,同时与储层物质发生物理作用,易引起黏土的水化膨胀、分散、运移。

(2)伤害解除效果评价试验成果显示:盐水聚合物泥浆侵入后岩心渗透率降低至基准渗透率的0.12倍;试验的4种酸化工作液除氟硼酸外,都取得了不同程度的解堵效果,其中4%多氢酸解堵针对性最强,建议在该储层的现场酸化改造中推广。

(3)本文以NP油田Ed1储层为典型研究实例,提出解堵技术思路和方法,对于提高同类型储层酸化改造的适应性具有参考意义。

[1]M J埃克诺米德斯,K G诺尔蒂.油藏增产措施(第三版) [M].张保平译.北京:石油工业出版社,2002.

[2]法鲁克西维.储层伤害—原理、模拟、评价和防治[M].杨凤丽,侯中昊,译.北京:石油工业出版社,2003.

Comprehensive evaluation on drilling mud damage in Ed1 reservoir of NP Oilfield and study on plug removal technique

Wei Wei1,Yan Jinchuan1,Liu Bin1,Fan Qing2
(1.Engineering Technology Institute of SINOPEC Southwest Oil&Gas Company,Deyang618000;2.Engineering Monitoring Center of SINOPEC Southwest Oil&Gas Company,Deyang618000)

Acidizing is the main measure to get rid of the reservoir damage and improves the oil&gas well productivity.For each specific type of damage,it is very difficult to achieve the desired stimulation result if using a general acidizing method.Therefore,it is an important issue to acidize specifically according to the reservoir damage mechanisms.Due to the poor understanding about the damage mechanism of drilling mud on Ed1 reservoir of NP Oilfield before this study,unsuitable acidizing fluid has been chosen,which affecting seriously the effect of plug removal.In order to solve this problem,a specific acidizing design method has been put forward.By evaluation on grain size of mud solid phase and infrared spectrum laboratory testing and analysis,the reservoir damage degree and mechanism by drilling mud in Ed1 reservoir have been understood.On this basis,simulation on the generation of mud damage has been done. Through simulation it has been found that permeability of damaged core will reduce to 0.12 times.Finally, evaluation has been done on the ability to remove this kind of mud damage by using different types of acid systems,and eventually the most effective 4%multi-hydrogen acid system has been chosen to use in reservoir acidizing.

reservoir damage by drilling mud;acidizing;specific plugging removal;laboratory test;evaluation.

book=2,ebook=52

TE121.3+1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.02.067

1008-2336(2010)02-0067-05

2010-02-26;改回日期:2010-03-12

卫玮,1982年生,男,硕士,助理工程师,2009年毕业于西南石油大学油气田开发工程专业,现从事增产措施相关研究与设计。E-mail:weiwei822006@163.com。