第29卷第5期 石 油 学 报 Vol_29 No.5 Sept. 2008 2008年9月 文章编号:0253—2697(2008)05—0752—05 ACTA PETROLEI SINICA 碳酸盐岩裂缝性储层钻井液损害评价新方法 叶 艳 鄢捷年 邹盛礼。 李再钧 王书琪 (1.中国石油大学石油工程教育部重点实验室北京 102249; 2中国石油塔里木油田分公司 新疆库尔勒841000) 摘要:以不锈钢缝板岩心为评价岩心,以储层成像测井资料确定岩心裂缝宽度,对碳酸盐岩裂缝性储层钻井液损害进行了评价,评 价实验过程中所用岩心裂缝宽度的相对误差降低到1%以下。应用这种新方法对聚磺钻井液、无固相弱凝胶钻井液以及两种钻井 液中加入理想充填暂堵组合剂后进行的储层伤害评价实验结果表明:无固相弱凝胶钻井液的渗透率提高值高于聚磺钻井液,在加 入适量优化暂堵组合剂后,两种钻井液的渗透率提高值均明显增大,在不锈钢缝板岩心端面可观察到有致密暂堵层形成。裂缝性 储层损害评价新方法即可用于钻井液储层伤害评价和暂堵方案的优选,也可应用于裂缝性储层保护的实验研究。 关键词:碳酸盐岩裂缝性储层;钻井液;不锈钢缝板岩心;裂缝宽度;储层损害;评价方法 中图分类号:TE254 文献标识码:A A novel method for evaluating damage of drilling fluid to fractured carbonate reservoir YE Yan YAN Jienian ZOU Shengli LI Zaijun WANG Shuqi (1.Key Laboratory for Petroleum Engineering of the Ministry of Education,China University of Petroleum,Beijing 102249, China;2.PetroChina Tarim Oilfield Company,Korla 841000,China) Abstract:A series of simulated fractured core samples made of stainless stee1 with a given width of fracture were used tO evaluate the damage of drilling fluid tO fractured carbonate reservoirs in laboratory.The width of artificial fracture was estimated by virtue of the image well log information.The relative error of the width of tested core with artificial fractures decreased tO 1%.A series of tests for reservoir damage were conducted by using the simulated stainless steel core samples flushed with different drilling fluids such as the sulfonate-polymer drilling fluid and the solid—free drilling fluid with or without ideal packing bridging materials.On the basis of experimental results using this kind of simulated core,a novel approach tO control the damage of fractured carbonate reservoirs was presented.The experimental results show that the effective temporary plugging ring on the end face of the simulated core sample can be observed clearly and the simulated stainless steel fractured cores make it possible tO visualize the solid and filtrate invasion.The new evaluation method could be used tO measure the feasibility of the ideal—packing theory for the fractured reservoir,and it can also be applied to evaluate the sealing effectiveness by adding the temporary sealing particles in the drilling fluid. Key words:fractured carbonate reservoirs;drilling fluid;simulated stainless steel fractured core;fracture width;reservoir damage, evalHation method 由于碳酸盐岩储层非均质性强,裂缝特征复杂多 储层损害评价新方法。 样,因而对该类储层的损害机理及评价方法研究难度 很大。与孔隙性砂岩不同的是,裂缝性碳酸盐岩储层 一1 天然碳酸盐岩岩心人工造缝评价方法 由于裂缝性储层的应力敏感性很强,当含有裂缝 的岩心取至地面后,应力释放会导致裂缝在地面测取 般基质渗透率很低,工作液对基质的入侵可忽略,裂 缝是主要的储集空间和渗流通道,故对于裂缝性储集 层应集中考虑裂缝受到的损害l1 ]。Louise等人l3]的 研究表明:适当级配、适当浓度的暂堵固相粒子能显著 的宽度与井下实际宽度有很大差距,在实验室测得的 其他储层参数与实际值也相差较大 ]。目前国内对裂 缝性碳酸盐岩储层伤害评价中多采用天然碳酸盐岩岩 心进行人工造缝来模拟井下储层裂缝_5]。 降低钻井液对裂缝的侵入。裂缝宽度作为裂缝性油气 藏特征参数之一,直接影响到钻井液对储层伤害程度 的评价结果和储层保护方案中暂堵剂参数的选择。因 此,应准确模拟储层裂缝宽度,建立适用性强的裂缝性 人工造缝是对天然岩心施以一定压力后,得到平 行于岩样轴向的单一贯穿缝。为了达到缝宽要求,常 基金项目:国家自然科学基金项目(No.50574061)和教育部“长江学者和创新团队发展计划”(IRT0411)联合资助。 作者简介:叶艳,女,1972年1O月生,2003年获西南石油大学硕士学位,现为中国石油大学(北京)石油工程专业在读博士研究生,主要从事油气井 化学和储层保护方面的研究。E-mail:yeer996@I26 corn 维普资讯 http://www.cqvip.com
第5期叶艳等碳酸盐岩裂缝性储层钻井液损害评价新方法:753用的裂缝宽度支撑方法多为造缝后加垫金属丝,。但是金属丝属于弹性材料只有在弹性范围内其弹性变形和地层水后按常规岩心渗透率恢复率评价方法分别O∞∞∞∞∞∞∞∞进行了缝宽测试实验实验过程保持围压为55,。.87654321才符合虎克定律超出弹性范围后金属丝变形便不可,,MP1215.a,得到这、10块岩心的裂缝宽度分别为、15“m、恢复。此外裂缝中的金属丝还有可能脱离支撑面在,,6弘m5txm18.5肛mm32/xmm。、64pm、19.5txm、58pm、流体流动作用下发生位移造成评价实验中岩心裂缝,.、42p和,35p宽度的不确定从而导致钻井液储层伤害评价结果与,由此可见即使在相同的围压下相同岩性的,10现场情况有较大偏差1.。块人工造缝天然岩心中最大裂缝宽度为,64扯m,最小1人工造缝天然岩心裂缝宽度随围压的变化选取塔里木油田轮古地区和塔中地区的奥陶系碳值为在常,12.6,肚m。这表明压缝法得到的缝宽受偶然因素。影响较大导致测得的渗透率恢复率出现明显偏差2酸盐岩岩心,3组共12块采用加压法人工造缝,。温条件下利用静态岩心流动试验仪不断增加围压不锈钢缝板岩心评价方法成像测井资料有助于识别裂缝并可判别其有效将成像测井不锈测得部分人工造缝岩心的缝宽随围压变化的关系曲线(图1)和(图2)。相应的岩心渗透率值随缝宽变化的趋势№]性还可描述裂缝的形态判断其产状,,。分析结果与岩心模拟相结合根据成像测井资料选取,所需加工的岩心缝宽制备出不锈钢缝板岩心,。钢压缩系数小基质性质在测试过程中几乎不发生变,基i、化重复使用时不易受实验条件变化的影响能保证,,钗所模拟的储层裂缝宽度值较为一致有效地避免了,烈人工造缝天然岩心裂缝宽度在评价试验中的不确定性。为了模拟贯穿缝设计了,一系列具有不同裂缝宽:图Fig.1人Rar工e造缝天然岩心缝宽与围压的关系曲线ns度的不锈钢缝板岩心①岩心长为e。目前加工的缝板岩心有两种2.3、cm,1latiohipcurvesreoffrawcturewidthforth直径为、51、Cm,缝宽分别为m0.2tificialfractudcoresithconfiningpmressurem、0.4mm0.6mm0.8mm1.0m和5.1.2,mm;②模拟小于20宣土’.100肛m的微裂缝岩心长为,8cm直径为,51cm,缝宽分别为40肛m、50肛m90、70肛m和。。100肛m与模拟岩样端面的夹角分别为,。和30模拟岩心2一、均可滑动成两半用于观测钻井液完井液污染的侵入、深度。褂蝈酶以平行板模型为基础利用达西定律,p“],导出不锈钢缝板岩心裂缝宽度的计算式为缝宽,pm硼屯848×图Fig.2R人工造缝天然岩心渗透率随裂缝宽度的变化曲线e(玺)亨(1)2latioarnshipcurvesoffractudcoresrewidthwithpermeability式中:Q为流量黏度,,mLm/in;△户为压差,MPa;F为流体rortificialfracturemPaS。图1表明随着围压增加人工造缝碳酸盐岩岩心,,岩心渗透率计算公式为K一的缝宽值急剧减小;当围压超过逐渐降低至一4~5MPa后缝宽值,定值缝宽总体变化幅度达,92.7%。从黯cm△PA×100丽6U,(2)图2可知评价岩心裂缝宽度的变化导致了渗透率变,。式中:L为岩心长度,A;为岩心横截面积cm。。化较大1.渗透率恢复率计算公式为KK一,。2固定围压下同组人工造缝岩心的缝宽测试o为了考察围压相同时同组人工造缝岩心的缝宽值是否能保持相近实验选取了塔中地区某井奥陶系上,瓦。。×1。o%10。。(3)btm;K式中:K。为污染后岩心渗透率,,。,为污染奥陶统的10块碳酸盐岩岩心经室内洗油压裂缝饱,、、前岩心渗透率10弘m维普资讯 http://www.cqvip.com
754石油学报2008年第29卷为了验证评价过程中不锈钢缝板岩心缝宽的性选取加工裂缝宽度为,一致,反方向固定岩心将岩心置于夹持器中;③在,,,,一定围,50“m的不锈钢缝板岩心首6MPa压下测试煤油正向驱替的稳定压差记录流量根据先测其不同围压下的缝宽变化;在恒定围压为条件下测得压持时间为,式(1)和式(2)计算缝宽和污染前渗透率;④保持围压不变将污染样在,2h。、3h、4h、6h和8h的缝3.5MPa压差下进行反向污染污,,宽。测量结果如图3所示染时间为2h;⑤继续保持围压让煤油在压差作用,下流至岩心污染端通过两组管线正反循环冲洗污染基i、端直到冲洗出来的煤油中无污染样或固相颗粒为,稠止;⑥正向驱替煤油读取稳定后的压差和流量根据,,剞式(2)计算污染后的渗透率再根据式(3)得到渗透率,恢复率围压/MPa(a)。33.新评价方法的应用1模拟岩心裂缝宽度的选取在碳酸盐岩储层钻进时常用聚磺钻井液和无固,皇i、憾相钻井液两种体系实验分别采用不锈钢缝板岩心和,裂天然岩心人工造缝两种方法对两种钻井液进行了储,层损害评价压持时间/h。不锈钢缝板岩心的选取依据塔里木油田350~某井奥陶系碳酸盐岩储层井段(5FMI5400m)的(b)成像测井资料解释结果。测井资料统计得到裂,图3不锈钢缝板岩心裂缝宽度随围压及压持时间的变化规律缝on46条裂缝宽度最大值为,500ptm一最小值为10扯m,多以an40~50/tm.为主~。因此肚m。,般选取不锈钢缝板岩Fig.3E船ectofthewconofiningpressuredtimethefractureidthfthe)心的加工缝宽为4【50simulatedcores3.2聚磺钻井液储层损害评价用聚磺钻井液对塔里木油田某井奥陶系碳酸盐岩图3(a)表明围压从2MPa增加到8MP,a时不锈,钢缝板岩心的裂缝宽度仍保持相对恒定变化幅度非储层损害进行了评价不锈钢缝板岩心。。选用两种人造天然岩心和I,一种常小。图3(b),表明在恒定围压条件下即使压持时,,人工造缝天然岩心m,为LG41192.,间长达1%。8h不锈钢缝板岩心的缝宽相对误差也不超过井深为cm5571.77长度为3.033cm直径为516从而证实了不锈钢缝板岩心可以保持评价实验一;人工造缝天然岩心Ⅱ为.TZ828882.,井深为。过程中裂缝宽度的致性。558230m,长度为35.969869cmcm,直径为568.em不锈根据大量的室内实验确定新评价方法的实验程,钢缝板岩心长度为结果见表1。.,直径为251cm。实验序如下①根据成像测井资料计算井下有效裂缝宽:,度选取相近缝宽的不锈钢缝板岩心;②标记岩心的正,从表1可知用新方法评价的聚磺钻井液储层渗,表Ta1ma碳酸盐岩储层聚磺钻井液储层损害的评价实验结果geevablelThedaluationofsuifonatepolymerdrillingfluidtocarbonatereservoir透率恢复率低于用人工造缝天然岩心评价的渗透率恢3mm,钻井液侵入裂缝并不明显,。但用不锈钢缝板岩复率这是由于在不锈钢缝板岩心端面形成滤饼的时,心评价时观察到不锈钢缝板岩心的整个缝面已经布间要求更短形成有效封堵的条件也更为严格,。此外,满了钻井液和固相粒子(图4),这表明新方法更直观。用人工造缝天然岩心测得钻井液的侵入深度只有地反映了钻井液对储层裂缝的伤害程度维普资讯 http://www.cqvip.com
第5期叶艳等:碳酸盐岩裂缝性储层钻井液损害评价新方法33.无固相弱凝胶钻井液储层损害评价无固相弱凝胶钻井液对塔里木油田奥陶系碳酸盐岩储层的伤害评价实验结果见表由表12。和表2可以看出用常规方法评价出无固,相弱凝胶钻井液的渗透率恢复率低于聚磺钻井液的渗透率恢复率反映出常规评价方法具有局限性,。而用新方法评价得到的无固相钻井液渗透率恢复率高于用图Fig.44聚磺钻井液对不锈钢缝板岩心缝面的伤害Thedambysuaa常规方法得到的评价值证实了无固相钻井液更有利,gedfacetepolysofthesimulatedsteelcures于裂缝性储层保护。表2的实验结果同时还说明,:lfonmerdrillingfluid即使是性能优良的无固相弱凝胶钻井液其中加入适无固相弱凝胶钻井液储层损害评价实验结果geeva表2Table2Thedamaluationofsolidf—reeweakgeldrillingfluidtoreservoir注:人工造缝天然岩心Ⅲ为TZ82885,井深为5581.22m,长度为4063cm,直径为2.559ClTI。量的合理粒径级配暂堵粒子对于储层裂缝的保护也,充填暂堵剂颗粒粒径。依据塔中某井成像测井资料,,是非常必要的3.。运用理想充填设计软件筛选出了3种暂堵剂及其复配比例考虑到环空流速对暂堵剂颗粒的剪切作用又,,4暂堵方案优选及储层保护效果评价减少裂缝损害及预防外来固相侵入最有效的办法适当增加了其中大颗粒所占比例再复配适量纤维暂,是在钻进过程中快速形成致密的非渗透性滤饼。。]:,。堵剂100DF1,m得到优化暂堵剂组合(IPA)为:16kg/。最好选用粒径不同的暂堵剂进行组合复配纤维状暂目超细钙++16kgm/。m/。300。目超细钙+8kgm/’800堵剂可以起到更为有效的架桥作用充填D,。。实验中采用理想,目超细钙5kg、DF1规则”’。‘设计出优化暂堵剂组合设计中把碳在130C热滚16h前后冷却至室温条件下测、,酸盐岩储层的渗滤通道类型视为由不同宽度的片状裂缝所组成的裂缝网络根据储层的主流喉道选取理想,试了加入优化暂堵剂组合(IPA)后无固相弱凝胶钻井液的性能变化实验结果见表,3。表Ta3ters加入优化暂堵剂组合前后无固相弱凝胶钻井液性能参数oble3Performanceparamefsolidf—reeweakgeldrillingfluidbeforeandafteraddingtemporarypluggingagent从表3可见,加入优化暂堵剂组合后对钻井液。实验实验结果见表,,4。由表4可知加入优化暂堵,流变性的影响在可接受的范围内到进变化一钻井液滤失量得9m剂组合后无固相弱凝胶钻井液的渗透率恢复率明显提高。步降低,130℃,时HTHP,滤失量降低至L;滤饼薄而致密静置。5d再次测得的性能几乎无由图5可见加入优化暂堵剂组合后的不锈钢缝,,,板岩心端面明显形成了暂堵层缝板表面非常干净未发生固相颗粒或胶态粒子侵入,。采用新评价方法和常规方法对加有优化暂堵剂组合的无固相弱凝胶钻井液进行了储层伤害评价说明钻井液中加入优。化暂堵剂组合后对储层的保护效果十分理想维普资讯 http://www.cqvip.com
756石油学报2008年第29卷表Ta4a加入优化暂堵剂组合后无固相钻井液储层损害评价实验结果tionoble4Thedamageevalufsolidfreeweakgeldrillingfluidtoreservoirafteraddingtemporarypluggingagent注:人工造缝天然岩心Ⅳ为TZ82885,井深为5582.3m,长度为3.969cm,直径为2568cm。FarukC.Reservoirfoitig:rmationda.magefulatendamentals,modeling,,assessment,andmation[M]umTransdbyY,ang:FengliHouZhongha,o.Beijing,Petrole,IndustryPress2003235.E2]郝明强刘先贵胡永乐等微裂缝性特低渗透油藏储层特征研.究[J]石油学报.,2007,28(5)n:9398u.HaoMingqiaong,LiuXiagui,HuYonglep,eta1R.eservoircharacteristicsfmicrofraactured,ltralo:wermeabilityreservoirs[J].ActaPetroleiSinicoe,2007pues28(5),9398.[3]BaileyL,BkE.,JacS,eta1..Particulateinvasionfromdrillingfluids[R]SPE547621999图5加入优化暂堵剂组合后不锈钢缝板[4]崔迎春张琰储层损害和保护技术的研究现状和发展趋势[J],..岩心端面形成的封堵层Fig.探矿工程ve,1999n,,26(n增刊)gm:299303.5ThoetempoesrarypluggingcoreringderlopedonthreendCuiYingmenchurmZhaYaan.Theanresearchsituationandde.velopratoffoginationdagedprotectentecthnology.[J]ExplofthimaulatedenafteaddingtemporaytionE,neering,,1999,,26(S.upplem):299303plugginggt[5]刘静康毅力刘大伟等考虑裂缝宽度及压差的裂缝孔隙型储层屏蔽暂堵实验研究[J]钻采工艺.,2006,29(2):9798,101.4结论宽度保持恒1%,LiuJings,KangYili,LiuexDimawei,eta1R.esearchonthetemporaryhieldingpluggingiroperentinconsideringfrrenceactureporereser(1)研制的不锈钢缝板岩心可使裂缝voffrctacturewidthoandpressurediffe[J]..Drillingand定评价实验过程中缝宽的相对误差降至,以下。Produio,nTechn,logy。2006,.,29(2):9798,101(2)以不锈钢缝板岩心为评价对象选取的裂缝,[6]郑玉玲赵冬梅胡国山等成像测井技术在碳酸盐岩水平井中的应用[J]新疆地质.宽度以储层成像测井资料统计情况为依据,建立了裂,2004gem,22(3)i,:319322.缝性储层新评价方法实验程序并推导出模拟缝宽的ZhengYouling.ZhaoDoneHuObouoshaten,eta1The.applicatio.nfFMIineohoriz,ontalwllsin.carnareservoir[J]Xinjiang计算公式。Glogyuve,200422(3):319322(3)新评价方法能直观地反映钻井液对裂缝的侵[7]ChameateauGm,NgeabzarLce,CosteJPr.Physicossandnmodeling.ofper入程度具有较强的适用性加入适量优化暂堵粒子可,,bilityda.aindudbypaticledepitio[R]SPE39463,显著降低钻井液对裂缝性储层的伤害(4)1997。采用新方法对加有优化暂堵剂组合的钻井液,[83何更生油层物理[M]北京石油工业出版社..:,1994:1048.HPeGengshe:ng.Petrophysics[M].Beijing:PetroleumIndustry进行储层伤害评价时可在模拟岩心端面观察到有效ress,1994,1048a.暂堵层的形成情况。这表明新评价方法还可应用于裂。[9]JiaoDSharmMM.Mudindu,cedformationdamageinfractured缝性储层暂堵的实验研究参r1]Farureservoirs[R]n,.SPE30107en1996gr..[10]YzanJieniaseFgWenqianDticesigsnofdrillinfluidsby.optimi考文献,inglectionofbridgingpale[R]SPE104131,2006,kC..油层伤害原理模拟评价和防治[M]杨风丽候中、、.昊译北京:石油工业出版社,,2003:235(.收稿日期20071210改回日期20080508编辑仇学艳)
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