低渗透油气藏“协同增效”钻井液及其作用机理.pdf

第 3 0卷 第 5期 2 0 1 3年9月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D ＆ COM PLETI ON FLUI D V_o 1 ． 3 0 NO． 5 Se p t ．2 01 3 【 理论研究与应用技术 】 低渗透油气藏 “ 协同增效’ ’ 钻井液及其作用机理 李秀灵， 陈二丁 中石化胜利石油工程有限公司，山东东营 李秀灵等 ． 低渗透油气藏 “ 协同增效”钻井液及其作用机理 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 l 3 ，3 0 5 1 8 - 2 1 ． 摘要胜利油田低渗透油气藏具有储量大，油藏埋藏较深、物性差、储层成岩和压实作用强、非均质性严 重、采出程度低和开发难度大等特点。以 “ 协同增效”理论为基础，对研制的A MP油层保护剂和F CS防水锁剂 进行 了评价，形成了适合低渗透油气藏的 “ 协同增效”钻井液。室内研究表明，A MP油层保护剂、F CS防水锁剂 与聚合物钻井液体系配伍性好，当A MP加量为 3 ％ 时，对岩心的封堵率大于 9 0 ％，阻止了固相颗粒和滤液进入储 层 ；当切 去 3 ． 0 ～3 ． 5 mm 的暂堵端后 ，渗透 率恢复率 大于 9 5 ％ ；当 F C S加量 为 0 ．3 ％ 时，钻 井液滤液表 面张力仅 为 l 8 ． 5 mN／ m，降低 了滤液的表面张力。AMP 、F C S能与钻井液中其他处理剂协同作用，更好地保护低渗储层． ． 关键词 低渗透油气藏 ； 钻井液 ；防止地层损害 ； 临时性封堵 ； 水锁 ； 协同增效 中图分类号 T E 2 5 4 - 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 3 0 5 0 0 1 8 - 0 4 与 中国同类油藏相 比，胜利油 田低渗透油气藏 具有储量大、 油藏埋藏较深、 物性差、 储层成岩和压 实作用强 、非均质性严重 、 采 出程度低等特点 [ 1 - 3 1 ， 在钻采过程中极易因外来流体侵入而使储层产生水 敏 、水锁等损害 ，而且储层一旦受到损害，难 以恢 复。因此，对该类油藏的油层保护工作尤其显得重 要 [ 4 - 5 ] o针对 以上问题 ，以 自主研制的 AMP油层保 护剂和 F CS防水锁剂为基础 ，形成了适合低渗透油 气藏的 “ 协 同增效”钻井液 。该钻井液具有较低 的 表面张力 、优 良的封堵能力 ，渗透率恢复率高等优 点 ，油层保护作用明显。 钻井液进入油气层。随着钻探时间的延续，任何钻 井液都不可避免地有滤液侵入地层。对于低渗储层 来讲，即使很少量的滤液侵人地层，也会增加孔隙 间的毛细管力，降低油层的渗透率，改变储层原始 参数，对后续的储层改造造成影响，因此在钻井液 中加入与油层保护剂相配伍的防水锁剂，降低滤液 的表面张力，减少滤液对油层渗透率的水锁伤害， 使岩石表面性质向有利于原油流动、有利于保护油 气层的方向转变，达到保护油气层的目的。 2 关键 处理 剂的性能评价 1 “ 协同增效” 钻井液的特点 2 ． I A M P 油层保护剂 低渗透油气藏 “ 协同增效”钻井液 ，即通过在 储层上部钻井液 中加入油层保 护剂和防水锁剂等 ， 实现将上部钻井液改造为对低渗储层具有良 好保护 效果的钻井液体系。在协同使用过程中，首先利用 油层保护剂的软化、变形、吸附作用，在井壁上形 成一层韧性强、渗透性极低的暂堵屏障，阻止后续 笔者采用在钻井液中加入 自主研制 的 AMP油 层保护剂的方法 ， 使钻井液在近井壁处形成一层韧 性强、 渗透率极低的暂堵屏障， 阻止固相颗粒和滤 液进入储层 【 6 ] 。 2 ． 1 ． 1 AMP 油层保护剂的制备 A MP油层保护剂采用乳液聚合法，将预先经 基金项 目 胜利石油管理局项 目 “ 低渗透油气藏 ‘ 协同增效’型钻井液新体系研究与应用” GK Z1 1 0 5 。 第一作者简介 李秀灵，工程师， 2 0 0 8 年毕业于北京化工大学应用化学专业，获得硕士学位，现在主要从事钻井液工 艺研究工作。地址 山东省东营市胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司泥浆工艺研究所 ；邮政编码 2 5 7 0 6 4； E ． ma i l l i x i u l i n g ． s l y t s i n o p e c ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0 卷 第 5 期 李秀灵等低渗透油气藏 “ 协同增效”钻井液及其作用机理 1 9 过减压蒸馏精制好的苯 乙烯 s t 、 丙烯酸丁酯 B A 、 2 一 丙 烯 酰胺 基 一 2 ．甲基 丙 磺 酸 AMP S ，搅 拌均 匀 后加入 到一定量溶 剂 中剪切乳 化 ，然 后转移至 四 口烧瓶 中，通 N， 置换乳液 中的空气 ，搅拌升温 至 一定温 度 ，滴 加引发 剂 ，反 应一段 时 间后 ，将 所得反应液冷却至室温 ，用 Na OH溶液调 p H值 为 9 ～1 0 ，置于有机溶剂中搅拌沉淀 ，得 白色沉淀物 ， 于 9 5 ～1 0 5 o C 下烘干，粉碎，过筛，不同粒度按比 例复配得产 品。 2 ． 1 ． 2 流变性能 配制 4 ％ 钠膨润土基浆 ，室 内养护 2 4 h后 ，加 入不 同量 的 AMP油层保护剂 ，考察其对 钻井液性 能 的影响 ， 结果见表 1 。从表 1 可知 ， 在不同加量下 ， AMP能降低钻井液滤失量 ，随着加量 的不断增加 ， 其降滤失效果增强 ，对基浆流变性影响较小。 表 1 不 同 AMP加量对基 浆性 能的影响 A MP ／ ％AV ／ mP a S PV ／ m P a S Y P ／ P a G P a ／ P a F L ／ mL 2 ． 1 ． 3 保护油层性能 评价了3 ％A MP油层保护剂对不同孔径、渗透 率人造岩心的暂堵效果 ，结果见表 2 。 表 2 A MP对不 同岩心封堵率和渗透率恢复率 的评价 注 1 、2 、3 天然岩 心分别选 自胜利 油 田莱 8 7区块 、 梁 2 4区块和商 7 4 7区块。 由表 2可知， 在 1 ． 8 1 1 0 ． 8 9 p , m孔径范围内，3 ％ AMP对不同孑 L 喉直径岩心的封堵率都大于 9 0 ％ ； 对 于渗透率小于 5 1 ．2 1 0 p m 2 的天然岩心，封堵率 大于 9 5 ％，因此，可以说 A MP油层保护剂对低渗 储层具有较好的封堵效果 。从表 2还可以看出，当 切去较短的污染端后 ，岩心渗透率恢复率都在 9 5 ％ 以上 ，说明其对岩心的伤害较小。 2 ． 2 FCS 防水锁剂 F C S防水锁剂是利用氟碳表面活性剂的强憎水 憎油 、较高的表面活性等特性 ，通过氟碳表面活性 剂和碳氢表面活性剂复配制得的具有更高表面活性 的防水锁剂 ，最大程度上 防止水锁损害 [7 - 8 ] ，更好 地保护低渗透储层。 2 ． 2 ． 1 F C S防水锁剂制备 在三 口烧瓶 中加入含氟烷基中间体 、 有机溶剂 ， 在一定温度下加热 ，搅拌反应 ，然后再滴加一定量 磺 酸盐 ，其 中加入适量 Na OH水溶液调节溶液 p H 值在一定范围内，在一定温度下回流反应数小时 ； 反应完毕后冷却至室温，过滤干燥，进行洗涤，蒸 发干燥得到氟碳表面活性剂 F C。再将 F C与碳氢表 面活性剂 、消泡剂、水等按一定 比例复配成新型防 水锁表面活性剂 F CS 。 2 ． 2 ． 2 岩心表面浸润性 将岩心用溶胶 、1 0 ％F C S防水锁剂浸泡 4 h ，自 然晾干， 分别测蒸馏水 、 油田污水 、 十六烷和原油的 接触角 ，结果见表 3 。由表 3可知 ，经 F C S处理 的 岩心表面 ， 水的接触角达到 1 3 9 ． 7 9 。 ，其中接触角比 空 白明显增大为 1 3 7 ．2 7 。； 油 田污水 、十六烷 、 原油 的接触角 比空 白也显著增大。总之，经 F C S处理的 岩心表面 ，已由亲水性转变为疏水性 ，同时亲油性 也有所下降 ，因此 ，在钻井过程 中对滤液 的侵入具 有阻碍作用， 避免 了泥岩水化膨胀和水锁损害发生。 表 3 各介质在不 同岩心表面 的润湿角 介质 不 同岩心表面的润湿角 ／ 。 空 白 溶胶 F C S 2 ． 2 ． 3 与其他表面活性剂的表面张力对比实验 采用 Z L 一 2自动张力仪测定了 F C S防水锁剂与 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 3 年9月 其他 6 种常用表面活性剂溶液 的表面张力 ，结果见 表 4 。可以看出，在同等浓度下，F C S 溶液的表面 张力远低于其他表面沿l 生 剂 。 表 4 F C S防水锁剂与其他表面活性剂溶液的表面张力 表面活性剂 表面张力 ／ 表面活性剂 表面张力 ／ 溶液 mN ／ m 溶液 mN／ m 0 ． 3 ％F CS 8 ． 2 6 0 ． 3 ％ S p a n 6 0 2 9 ． 5 6 0 ． 3 ％ABS 2 6 ． 0 6 0 ． 3 ％Twe e n 一 8 0 4 1 _3 6 0- 3 ％ 0P． 1 0 26． 5 9 0． 3％ABS N 25 ． 5O O - 3 ％ T we e n ． 4 0 3 0 ． 2 5 3 钻 井液配方和性能 以聚合物钻井液 1 为基础 ，研究 了低渗透 油气藏 “ 协 同增效”钻井液 2 。钻井液配方如下。 1 3 ％ 基浆 0 ． 2 ％P A M2 ％KF T 3 ％S MP I 2 ％S P NH 2 ％低荧光磺化沥青 Z X． 8 2 1 3 ％ AM P 0 ． 3 ％FCS 3 ． 1 2 种钻井液性 能 3 ． 1 ． 1 基本性能评价 对 2种钻井液进行基本性能评价 ，结果见表 5 。 从表 5可 以看出 ，AMP和 F C S对钻井液 的流变性 影响不大，且随着 F C S的加人 ，钻井液的表面张力 大幅度下降，有利于防止水锁伤害。 表 5 不同配方的钻井液性能 3 ． 1 ． 2 油层保护性能对 比 对 2种钻井液进行油层保护效果评价 ，结果见 表 6 。 从表 6 可看出， 在A MP 和 F C S 的协同作用下， 体系封堵率大于 9 0 ％，切去一段暂堵端后 ，渗透率 恢 复率大于 9 5 ％，由此可见 ，在聚合物钻井液 中加 人 AMP和 F C S ， 极大地提高了油层保护效果。 3 ． 2 对不同渗透率岩心的暂堵效果 采用不同渗透率的人造岩心进行污染实验，测 定低渗透油气藏 “ 协同增效”钻井液污染前、后岩 心的渗透率 ，实验结果见表 7 。 表 6 不 同配方钻井液对岩心的油层保护效果 配方 0 r 3K I J 0 r 3 KL m ／ 0 r 3 K o ／ 切 m 长 m 1 1 1 7 ． 2 7 7 6 ． 5 8 3 4 ． 7 9 8 ． 5 5 3 ． 0 5 5 ． 9 8 5 6 ． 8 2 9 2 ． 3 5 7 ． 3 0 9 2 ． 1 8 1 ． 6 8 3 ． 1 7 8 ． 0 9 9 5 ． 6 表 7 钻井液对不同渗透率岩样 的暂堵效果评价 岩样K0 封堵 K 切长 } 渗透率恢 号 1 0 g r n 2 1 0 I．t m 率／ ％ 1 0 I．t m。mm 1 0 。g m 复率 ／ ％ 1 7 0 -2 5 3 ． 8 6 9 4 ． 5 6 3 ． 4 l 3 ．2 6 1 _3 8 9 6 ． 8 2 8 2． 28 6． 3 4 9 2- 3 7 0． 35 3． 5 68．45 9 7． 3 3 l 21 _ 3 6 7．77 93 ． 6 1 1 3． 6 2 3． 5 1 1 0 ． 78 9 7． 5 4 1 7 8． 41 l 4． 09 92． 1 1 5 5． 5 7 3- 3 1 53 ． 24 9 8． 5 5 1 8 4 ． 6 1 1 4 ． 7 7 9 2 ． 0 1 6 4 ． 9 3 3 ． 4 1 6 3 ． 7 8 9 9 ． 3 6 21 6 ． 7 9 1 6 ． 4 8 9 2 ． 4 1 7 5 ． 5 2 3 ． 6 1 6 6 - 2 2 9 4 ． 7 从表 7可知，随岩样原始渗透率的增加 ，钻井 液的封堵率没有明显变化 ，说明岩样 的孔喉直径大 小对钻井液的暂堵效果影响不明显 ，即能够 同时封 堵不 同直径 的孔喉 ，可适用于非均质地层。对各不 同原始渗透率的岩心暂堵后 ，当切去很短的暂堵端 后 岩样的渗透率恢复率都很高 ，说明通过处理剂的 协 同作用，该钻井液能在距离暂堵端很短的距离 内 建立屏蔽环， 阻止滤液和固相颗粒进入岩样的深部。 3 ． 3 不 同温度下 的暂堵效果 为了评价 “ 协同增效” 钻井液的暂堵效果 ， 对 2 配方钻井液进行了不同温度下的暂堵实验 见图 1 。 由图 1 可以看出， 在 4 0 ～ 1 2 0℃内， 岩心封堵率较大 ， 说明在该温度范围内该钻井液都可以建立 良好 的屏 蔽暂堵 ，适用温度范围较宽 ； 切去 3 ． 0 ～ 3 ． 5 mm的 暂堵端后各岩样的渗透率恢复率都很高 ， 大于 9 5 ％。 说明该钻井液所建立 的屏蔽暂堵环在 4 0 ～ 1 2 0 范 围内可起到封堵作用， 能较好地保护油气层。 ”℃ 图 1 在不同温度条件下的钻井液暂堵评价实验 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 O 卷 第 5 期 李秀灵等低渗透油气藏 “ 协同增效”钻井液及其作用机理 2 1 3 ． 4 不同温度下的钻井液表面张力 为评价 “ 协同增效”钻井液的防水锁效果 ，测 试 了 2 配方钻井 液在不 同温度下 的表面张力 ，结 果见 图 2 。 由图 2可 知，F CS加 量为 0 ． 3 ％ 时，钻 井液滤液在 4 0 ～ 1 2 0 o C的表面 张力较低 ，低 于 2 5 m N／ m， 降低 了毛细管阻力 ， 有利于低渗储层的保护 。 ／ 7 “ 12 图2 不同温度条件下 “ 协同增效” 钻井液的表面张力 综上所述 ，“ 协 同增效”钻井液能在较宽范围的 油气层渗透率和温度范围内， 起到保护油气层作用。 3 ． 5 钻井液滤液与储层流体的配伍性 采用絮凝法评价钻井液滤液与模拟地层水 的配 伍性 ，结果见 图 3 。可 以看出 ，钻井液滤液与模拟 地层水混合后，未见发生化学反应和沉淀物生成， 表明钻井液滤液与储层流体 的配伍性 良好 。模拟地 层水配方如下。 2 ％ KC1 5 ． 5 ％Na C1 0 ． 45 ％ M gC1 2 0． 55 ％ CA C1 2 ■誓 地层水 地层水 滤液 图 3 滤液与模拟地层水配伍性实验 4 保 护油气层作用机理分析 1 F C S防水锁剂 的憎水憎油效应 。F CS防水 锁剂中的氟碳表面活性剂为强憎水憎油性质 ，岩石 经 F C S防水锁剂溶液浸泡后 ，具有憎水憎油性质 ， 使得滤液在岩石表面为非润湿或全不润湿 ，减少滤 液进人岩石 ，避免泥岩水化膨胀和水锁损害发生。 2F C S防水 锁剂的强表面活性。随着钻进时 间的增长 ，钻井液滤液不断渗入地层 ，堵塞油气流 动通道。F C S具有很强的降表面张力的能力，可使 钻井液滤液表面张力 明显下降 ，减少水锁发生 ，使 得滤液在孔喉两端压差作用下 ，比较容易被排人井 底 ，从而恢复油气流动通道 。 3 A MP油气层保护剂的封堵作用。在地层温 度条件和正压差作用下，A MP粒子产生变形并像 楔子一样封堵地层孔隙。这些粒子与地层岩石 间存 在较强的静 电吸附作用 ，不会渗入地层深部 ，而是 先吸附在井壁上 ，再在近井壁迅速形成一层致密的 “ 油膜” ， 从而封堵了地层， 巩固了井壁， 并使井壁的 润滑性有所提高 ， 从而使油气层免受钻井液的污染 。 5 结论 1 ． 研制的A MP油层保护剂可降低钻井液滤失 量 ，基本 影响钻井液 的流变性 能，对人造岩心和 天然岩心的封堵率均大于 9 0 ％，封堵效果良好。 2 ． 研制的 F CS防水锁剂具有极强的表 面活性 ， 可明显降低钻井液滤液的表面张力 ，同时岩石经防 水锁剂浸泡后 ，具有一定 的憎水憎油性质 ，减少滤 液进入岩 百， 避免黏土水化膨胀和水锁损害的发生。 3 ． 低渗油气藏 “ 协 同增效 ”钻井液可将 AMP 油层保护剂 、 F CS防水锁剂和其他处理剂有机结合 ， 满足“ 协同增效” 理论的技术要点， 具有表面张力低、 封堵能力强、 渗透率恢复率高的优点，可较好地保 护油气层 ， 参 考 文 献 赵金洲 ， 薛玉志， 李公让 ． 胜利油田钻井过程中低渗油 气藏的保护对策 [ J ] ． 中国石油大学学报 ， 2 0 0 7 ， 3 1 3 1 48 1 51 ． 李阳，曹刚 ． 胜利油田低渗透砂岩油藏开发技术 [ J ] ． 石 油勘探与开发 ，2 0 0 5 ，3 2 1 1 2 3 ． 1 2 6 ． 延吉生， 孟英峰 ． 我国低渗透油气资源开发中的问题和技 术需求 [ J ] ． 西南石油学院学报， 2 0 0 4 ， 2 6 5 4 6 ． 5 0 ． 田增艳， 黄达全， 伍勇，等 ． 超低渗广谱油层保护技术在 板深 5 1 区块的应用 [ J ] _ 钻井液与完井液， 2 0 0 6 2 1 1 1 4 ． 党龙梅， 姚凯， 孙明磊， 等 ． 史深 1 0 0油藏钻井油层保护 技术研究与应用 [ J ] ． 特种油气藏， 2 0 0 4 ， 1 1 2 6 0 ． 6 2 ． 裴建忠，吕开河，王树永，等 ． 聚合物弹性微球油层保 护剂的研究 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 9 ， 2 6 3 2 8 2 9 ． 范文永，舒勇，李礼，等 ． 低渗透油气层水锁损害机理 及低损害钻井液技术研究 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 8 ， 2 5 4 1 7 1 9 ． 崔迎春 ，张琰 ． 低渗透气藏地层损害的特殊性 [ J ] ． 钻井 液与完井液，1 9 9 8 ，1 5 2 1 1 - 1 3 ． 收稿 日期2 0 1 3 ． 3 ． 2 5 ；H GF 1 3 0 5 M4 ；编辑马倩芸 冒[， 恒僻 Ⅲ 吲 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m