第1章緒論1.1研究目的以及研究意義由于敖南葡381區(qū)塊油氣層埋藏深度較深，除此之外還有低孔隙度、滲透率較低以及裂縫發(fā)育非均質性強等諸多特點，因此我們需要對該區(qū)塊進行鉆井液傷害評價。目前該區(qū)塊的開發(fā)主要還是依靠儲層改造技術，此外，隨著鉆井工程測量過程中，鉆井液會比較容易侵入地層，由于鉆井液的侵入會導致近井地帶收到污染，在不同程度上造成了油氣層的損害，大大降低了油氣田的開采效率。目前酸化解堵是解決這一問題的有效方法之一。但是，由于我們沒有完全的認識鉆井液傷害機理，可能會導致在選擇酸液進行酸化解堵時存在比較大的盲目性，進而對酸化解堵的作用產生嚴重的影響。此外，由于之前油氣層的研究和開發(fā)缺乏更為系統(tǒng)的理論指導，因此沒有形成更為有效地開發(fā)思路和方法。此次研究該區(qū)塊鉆井液傷害評價的意義在于深化敖南葡381區(qū)塊儲層物性、儲集層敏感性以及鉆井液等入井流體對油氣層的傷害層度以及傷害的規(guī)律進行全方位的認識，為油氣層的保護方案優(yōu)化設計提供依據，對新型低傷害鉆井液的研發(fā)提供理論支撐，能夠有針對性的指導實踐生產，實現(xiàn)油氣田的增產增注，提高社會的整體經濟效益。1.2國內外研究現(xiàn)狀1.2.1鉆井液的研究現(xiàn)狀鉆井液體系有很多種，如水基鉆井液、油基鉆井液和泡沫鉆井液。石油工業(yè)鉆井技術在伴隨著世界各地石油行業(yè)快速發(fā)展的同時對鉆井液的配制有了更高、更新的要求，既要研究出能夠滿足鉆井工程需求(具有較強的實用性)，還要能夠滿足廢棄鉆井液的后續(xù)特殊處理的新型鉆井液是目前國內與國外鉆井液工程技術人員密切關注和研究的一個重要課題。以水相為分散相的多相分散鉆井液體系稱為水基鉆井液。目前，應用最廣泛、應用最廣泛的鉆井液體系是水基鉆井液。研究人員一直在尋找性能優(yōu)越的水基鉆井液，這種水基鉆井液不僅可以滿足環(huán)保要求，大大降低生產成本，而且還具有性能優(yōu)越的油基鉆井液。目前研究人員采用了陽離子聚合物、硅酸鹽、多元醇等材料來提高水基鉆井液的性能。但在抑制膨潤土水化膨脹和潤滑性方面這種方法仍舊存在一定程度的缺陷。為了解決存在的這些問題，國外研究人員開發(fā)了一種全新的復合水基鉆井液。這種水基復合鉆井液包含有油基鉆井液大量的優(yōu)越性能，如：①具有良好的穩(wěn)定性；②可以減少鉆頭的泥袋；③具有高溫穩(wěn)定性；④抑制粘土和巖屑；⑤減小扭矩和摩擦；⑥提高鉆速；⑦降低儲層傷害；同時，這種復合水基鉆井液還具有無環(huán)境污染、生產成本低等優(yōu)點。油基鉆井液是一種以白油等石油物質為連續(xù)相的乳化懸浮液。油基鉆井液中的水以液珠的形式分散在油中，油基鉆井液綜合性能更優(yōu)越。與水基鉆井液相比，油基鉆井液具有更廣泛的適用性，是一種高性能鉆井液。在20世紀60年代國外鉆井液工程技術人員早就已經對油基鉆井液的研究慢慢重視起來，并且還成功試用，鉆井最大深度高達9046m[1]。在此之后，油基鉆井液逐漸蓬勃發(fā)展，逐漸成為鉆超深井與保護油氣藏的有效方法。在國內的中原、新疆、華北、長慶等許多油田逐漸開始引入油基鉆井液技術并進行實驗，但最終由于油基鉆井液的成本太高以及環(huán)保性太差，導致不能全面使用這種技術。油基鉆井液具有的優(yōu)越性能的再次引起了專家們的重視是由于近幾年國內超深井與復雜井的數量越來越多。油基鉆井液的發(fā)展非常迅速，并且最終形成了一系列產品，例如抗高溫油基鉆井液、低毒油基鉆井液、可逆轉乳化鉆井液、以及全油基鉆井液等許多類型。通過比較油基鉆井液和水基鉆井液，油基鉆井液具有一系列的優(yōu)點，例如更好的耐鹽性、更優(yōu)越的抗高溫性、防塌、較低的濾失性、低摩阻以及對油氣層的傷害比較低，油基鉆井液能夠成為鉆井與完井過程中保護油氣層的有效方法之一的原因是由于油基鉆井液能夠使活性黏土更為穩(wěn)定，油基鉆井液的濾失量較低導致其對油氣層的傷害要比水基鉆井液造成的傷害要微小很多。1.2.2鉆井液傷害評價的國內研究現(xiàn)狀石油與天然氣行業(yè)標準SY/T-6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內評價方法》、SY/T-5358-2010《儲層敏感性流動實驗評價方法》[2]等，明確了巖心損害評價的具體實驗方法。葉艷[3]使用了不銹鋼縫板巖心為評價巖心來進行了評價巖心傷害,而且還利用了不銹鋼縫板能夠讓裂縫寬度可視化，可以根據模擬油氣層的不同裂縫寬度。但是由于不銹鋼的物理屬性，導致了該實驗裝置僅僅只能評價裂縫，而忽略了基質對產能的貢獻值。陳科貴[4]等人進行了一系列的長巖心污染實驗，通過實驗分析，確定了儲層污染關系的基本原理和基本實驗過程，研究了地層侵入深度和污染程度的基本理論?？狄懔Φ热饲昂笤O計出了高溫高壓等多功能水平井傷害評價裝置、高溫高壓鉆井液動態(tài)漏失評價裝置等設備進行鉆井液污染傷害評價實驗。肖立志[4]等，利用核磁共振技術對巖石孔隙中流體的賦存狀態(tài)進行了定量表征，分析了流動流體的飽和度與其它物理參數有關，并結合微觀孔隙結構參數特征，采用磁芯夾持器定性分析了影響動態(tài)流體飽和度的因素，核磁共振（NMR）技術和離子顯影技術可用于巖心驅替過程中的孔隙結構分析和滲透率恢復值評價。許定達等人[5]從油基鉆井液的不同組分改變了儲層巖石的潤濕性入手,通過對不同組分的影響程度的分析，分別為潤濕活性劑、有機土、降濾失劑、加重劑、油包水乳液、乳化劑和白油。有機土、潤濕劑、降濾失劑是油基鉆井液組分對油氣層的主要處理劑。除此之外對儲層巖石具有較大影響的還有油包水乳狀液及乳化劑，其中影響最小的是白油。1.2.3鉆井液傷害評價的國外研究現(xiàn)狀WithjackEM等人通過CT進行掃描，通過對三維圖像的微米尺度空間反演，得出了樣品在三維空間中的孔隙結構特征，利用特殊的樣品制備技術和掃描電鏡相結合，便能夠觀察得到納米尺度的孔隙微觀特征，并且利用圖像處理技術以及數值計算軟件可以計算出孔喉半徑、孔喉長度、含油飽和度、含水飽和度、孔隙度和滲透率等配位數。Doane專門使用了人造裂縫巖心與天然裂縫巖心流動的方法在巖心夾持器上評價了鉆井液的動態(tài)傷害，該實驗裝置可以輕松模擬出鉆井液的動態(tài)循環(huán)。LSkalli等認為鉆井泥漿在侵入到儲層,并且在與親水潤濕性巖石接觸之后,并不會引起潤濕性的變化，油基鉆井液中表面活性劑和瀝青類物質等與巖石壁面相互作用是潤濕性變化的原因之一。DCThomas等人的研究成果明確表明在通過使用表面活性劑進行表面改性，可以將油基鉆井液中使用的有機土壤轉化為膨潤土，有機土可以均勻分散與懸浮在油基鉆井液中，并且還可以形成一定的結構黏度，在客觀上也能夠進入到孔隙和裂縫等滲流通道中造成孔道堵塞。NRMorrow的科研成果證實表面潤濕活性劑在改變油基鉆井液中固相顆粒潤濕性的同時，也改變了巖石壁表面的潤濕性，將親水潤濕改變成了親油潤濕，這一系列轉變將會導致油基鉆井液中的親油物質吸附附著在滲流通道壁表面，從而進一步減小了有效氣體滲流通道的孔徑，客觀上導致油氣儲層滲透率降低，造成儲層損害F?BGrowcock等人研究分析了鉆井液中存在的微氣泡對鉆井液性能所產生的影響，他們認為油基鉆井液微氣泡與油基鉆井液結合一起侵入油氣層，微氣泡會產生微裂紋或賈敏效應，減少油氣層的油基鉆井液侵入量，從而減少油基鉆井液對油氣層的傷害，但這種只在氣藏中起作用的鉆井液較少，油基鉆井液的流變性能將直接受到氣藏的影響，導致固相顆粒不能均勻分散，氣侵將會損害儲層。1.3本文主要研究內容（1）對鉆井液的具體分析研究將從對鉆井液的流變特性、濾失性、以及固相顆粒含量對鉆井液進行分析研究（2）鉆井液對儲層傷害的評價研究針對敖南葡381區(qū)塊油氣層特征以及其油氣層的敏感傷害特點，并且結合裂縫性油氣層傷害機理，通過現(xiàn)場油基鉆井液配方來進行鉆井液的動態(tài)傷害評價與靜態(tài)傷害評價的現(xiàn)場實驗分析，這部分將會是本文的重點。第2章鉆井液的作用以及性能分析研究2.1鉆井液的循環(huán)體系以及鉆井液的功能2.1.1鉆井液的循環(huán)過程如下圖2-1所示，在日常生產的鉆井過程中，泥漿泵將鉆井液泵入鉆桿之中，并且最終鉆井液利用鉆頭進入井壁和鉆桿形成的環(huán)形空間返回到地面，然后再通過地表面的固相控制設備返回到泥漿池。圖2-1旋轉鉆井中鉆井液通過一口井循環(huán)示意圖2.1.2鉆井液的功能由于人們把鉆井液生動地稱作為鉆井作業(yè)的“血液”，鉆井液在鉆井生產過程中起著極其重要的作用。特別是近20年來，由于國際石油工業(yè)對油氣藏保護的重視，對鉆井液體系的研究越來越深入。迄今為止，鉆井液所具有的功能有以下幾點:(1)清潔井眼以及攜帶巖屑在實際鉆井過程中，鉆井液能夠利用鉆頭的噴嘴噴出進而發(fā)生噴射作用，利用這種噴射作用可以達到清理井底鉆頭破碎的鉆屑，并且將鉆屑攜帶到地面。(2)控制地下壓力為了平衡地層孔隙壓力，鉆井液必須能夠提供足夠大的靜水壓力，才能限制地層流體流入井眼。鉆井時，鉆井液的液柱壓力高于地層孔隙壓力的這種狀態(tài)稱為“超平衡鉆井”；當鉆井液液柱壓力與地層孔隙壓力相等時的狀態(tài)就稱為“平衡鉆井”；而當鉆井液的液柱壓力低于地層孔隙壓力時的鉆井則稱為“欠平衡鉆井”。(3)冷卻和潤滑鉆頭與鉆柱的作用由于鉆頭與鉆柱在旋轉時與井壁的接觸點產生摩擦從而產生大量的熱量，但是由于地層本身的物理特性，這就導致僅僅只有一小部分的熱量能夠被吸收，而絕大多數熱量便通過循環(huán)鉆井液從接觸點散發(fā)到地面。如果對鉆井設備的所有部分進行充分的潤滑，就可以降低鉆井所產生的成本并且大大減少鉆井時間周期，因此鉆井液需要具備良好的潤滑性能也是尤為重要的。(4)形成泥餅鉆井過程中，一個堅韌的、低或不滲透的泥餅會在井眼的滲透性地層表面上形成，通常稱為泥餅的這“層”是由于鉆井液中的液相開始浸入到滲透性的地層中并把分散的很細的固相顆粒沉積到地層表面的結果。泥餅的厚度和致密度隨著鉆井液的不斷浸入也隨之增加，一直達到一個液體無法再進一步侵入的堅韌的、低或不滲透的泥餅為止。這個泥餅可以起到有助于加固井眼表面的作用，進而防止井壁坍塌。(5)停止時懸浮鉆屑及加重物質在鉆井過程中，由于更換鉆頭或者其它原因，需要很多次停止鉆井液的循環(huán)，如果不能讓鉆井液中所攜帶的固相顆粒保持懸浮，這些固相顆粒就一定會在一定時間內沉積到鉆頭和環(huán)空中，從而導致鉆頭卡鉆。因此，具有懸浮鉆屑和加重物質的能力是任何一種鉆井液都必不可少的條件之一。(6)將地面水馬力傳送到鉆頭上能夠合理地設計鉆井液的水力程序是成功鉆井的關鍵，鉆井液是把地面可用的馬力傳輸給鉆頭的媒介，并能起到在鉆頭處清洗井底的作用。許多經驗都已經表明，鉆井液良好的井底清潔能力及優(yōu)化的水力程序(包括鉆井液循環(huán)速度以及壓力損耗)這一優(yōu)點，都能夠極大地提高鉆速。2.2鉆井液的流變性能實驗分析以及濾失量的測定2.2.1鉆井液基本性能測試分析所需要的儀器表2-1所需實驗儀器實驗儀器名稱型號生產廠家六速旋轉黏度計ZNN-D6青島森欣機電設備有限公司漏斗粘度計MLN-3中西遠大科技有限公司分析天平RS232上海卓精電子科技有限公司常溫泥漿失水儀NS-1上海喆鈦機械制造有限公司2.2.2在常溫條件下的實驗數據以及處理2.2.2.1原始的數據表2-2在常溫條件下的實驗數據鉆井液體系B-lmin（ml）B-7.5min（ml）漏斗黏度（s）泥餅厚度（mm）比重(g/cm3)潤滑系數乳液高分子0.62.5920.51.410.105鉀胺聚合物1.235011.40.044表2-3鉆井液在常溫條件下的流變特性轉速乳液高分子235147100539.57鉀胺聚合物70433220432.2.2.2數據處理Pa（2-1）Pasn(2-2)塑性粘度mPas（2-3）表觀粘度mPas（2-4）流變指數（2-5）表2-4鉆井液流變指數數據表ηaηPΤ0nk乳液高分子117.58830.150.6761.11鉀胺聚合物35274.090.7030.274圖2-2流變曲線示意圖2.2.3鉆井液在高溫條件下的性能2.2.3.1所需實驗設備表2-5所需實驗儀器實驗儀器名稱型號生產廠家CST測試儀900上海雙旭電子有限公司高溫高壓流變性泥漿測試儀LS550北京科氏力科學儀器有限公司高溫高壓失水測試儀GGS71-A青島森欣機電設備有限公司高溫高壓頁巖膨脹儀HTP-2A青島鑫睿德石油儀器有限公司2.2.3.2實驗數據及其處理（1）原始數據（50℃）表2-6高溫條件下鉆井液性能鉆井液體系泥餅厚度（mm）潤滑系數高溫高壓失水量（ml）CST（h）回收率（%）乳液高分子2.50.08754.55.498.8鉀胺聚合物3.50.02625.44.694.2表2-7鉆井液流變性數據轉速Φ600Φ300Φ200Φ100Φ6Φ3乳液高分子19811781427.77甲銨聚合物6440281732（2）實驗數據處理表2-8鉆井液流變指數ηaηpΤ0nk乳液高分子998118.40.760.52甲銨聚合物32248.180.680.59圖2-3流變曲線2.2.4鉆井液的HTHP濾失量測定因鉆井液處理劑很有可能在高溫高壓條件下性能發(fā)生變化，因此有必要進行HTHP濾失量測試，根據試驗標準以及儲集層上限的溫度值，將實驗溫度設定為150°C，然后再根據試驗標準將實驗壓力調整為為3.5MPa。分別對三種種配方在熱滾(150°C，16h)前、后進行實驗。結果見表2-9。表2-9高溫高壓濾失量測試結果配方150℃，16h熱滾后（ml）TEST1現(xiàn)場井漿-油基2.8TEST2改進配方-油基4.6TEST3優(yōu)化配方-油基3.5實驗結果表明，鉆井液經高溫老化后，現(xiàn)場鉆井液及室內優(yōu)化后油基鉆井液HTHP濾失量均小于5ml，滿足現(xiàn)場工藝要求。2.2.5鉆井液的粒度分析采用Mastersizer2000型激光粒度分析儀進行粒度分析實驗，如圖2-4所示，該實驗測定了鉆井液固相顆粒分布以及部分暫堵材料粒度分布。出于對井下作業(yè)的實際情況進行考慮，全部的處理劑均都需要在400r/min的轉速下攪拌2個小時，然后再用超聲波進行5分鐘的分散來進行粒度測量。在實驗前需要對油基鉆井液進行固相洗油，而洗油方法則采用康毅力等人研發(fā)的“一種油基鉆開液固相粒度分析的樣品預處理方法”(專利號:201310286770)[2]，通過使用石油醚清洗鉆井液液中的柴油，乙醇清洗殘余的石油醚，然后用蒸餾水清洗剩余的乙醇,最終便可以獲得可在水中充分分散的固相，具體分析結果如圖2-5、2-6所示。圖2-4馬爾文激光粒度分析儀圖2-5重晶石粒度分析曲線圖2-6鉆井液粒度分布曲線2.3油基鉆井液潛在傷害機制的形成以及傷害類型2.3.1多相流體特征多相流體特征主要體現(xiàn)方式就是不同種類型的流體在相互混合流動情況下的流動特征。而在這里的流體主要包括油基鉆井液中的流體和地層中的流體。其中油基鉆井液的主要流體是油相與鹽水相，地層中的主要流體則是地層水、原油和氣體。通常來說，由于孔隙、孔喉以及裂縫與微裂縫中的油氣水三相處于一個相對的平衡狀態(tài)，因此在油基鉆井液侵入到油氣層之前，油氣水三相之間一般不會產生干擾效應。但是，如果油基鉆井液侵入油氣藏，油水兩相將與地層中的流體混合，形成油、氣、水的多相分布狀態(tài)（如圖2-8所示）。在多相流條件下，流體的滲流特性會發(fā)生很大的變化，不同的混合狀態(tài)很可能形成不同的存在形式，從而導致流體直接或間接吸附或附著在滲流通道內的管壁上。圖2-8油基鉆井液入侵時儲層油氣水的分布狀態(tài)2.3.2巖石強度變化效應（1）物理作用在有油基鉆井液存在的條件下，聚集在裂縫壁面上顆粒性物質并不會與巖石發(fā)生化學反應?；@井液中的主要顆粒性物質是加重材料、有機土、巖屑以及一些儲層保護材料油，微凸體將這些顆粒性的物質吸附或附著在其之間，形成一層顆粒狀的覆蓋層，在巖石在受到外力作用時，這層覆蓋層將會對巖石受到的外力作用力學性質變化產生相當大的影響。在許多條件下，油基鉆井液侵入油氣層之后，物理作用不僅包括油基鉆井液直接對井施加的作用力，還影響了其在微凸體間固相顆粒的填充作用，這間接地影響了裂縫強度的變化，與此同時也看到壓差解除后，固相顆粒仍然附著或吸附在裂縫面的微凸體之間，這導致了滲流通道變小，從而引起滲透率出現(xiàn)相當大程度上的變化，在這種情況下，用物理作用來解釋滲流能力是不恰當的。因此，對于有流體參與的力學作用需要進行綜合評價。 油基鉆井液侵入油氣藏后，在微裂縫和毛管力的作用下，油基鉆井液中的油相進入毛管。并且這種存在非常不容易清除。在大多數情況下，裂縫性致密砂巖氣藏的初始含水飽和度是要小其于束縛水飽和度。油相圈閉會在油基鉆井液侵入油氣藏時受到非常大的損害，隨著油基鉆井液侵入量、地層壓力以及飽和度的變化，油相圈閉受到的傷害也會隨之發(fā)生改變。（2）化學作用巖石強度變化的化學作用的主要來源油是基鉆井液流體對井周和滲流通道管壁的作用。與水基鉆井液不同的是，堿性作用是油基鉆井液對巖石的主要化學作用的體現(xiàn)，而巖石表面潤濕性等性質也可能會產生相對較弱的影響。當油和水都相對較小的時候，大量的水相也會對巖石造成其他形式的損傷。油基鉆井液堿性的主要作用是高pH值的液體對巖石產生堿敏效應，這種作用會促成儲層巖石中的堿敏性礦物發(fā)生結構變化，結構變化后的巖石在油基鉆井液流動沖擊下將會脫落、沉淀、運移以及新的膠體物質產生，這就會使得滲流通道的滲流能力收到極大的影響。目前已有的研究說明，巖石在堿性液體浸泡的條件下，彈性變形減小，巖石經過堿性液體浸泡后會更早地出現(xiàn)塑性變形階段。這是由于在高堿性流體的浸泡下，破壞了裂隙壁上的微凸體等結構，同時破壞了裂隙壁內的孔隙結構，導致巖石的承載力大幅度下降，滲流能力發(fā)生了大幅度變化。（3）油基鉆井液流變性特征鉆井液的基礎性能之一就是鉆井液的流變性，流變性經常用的表征參數有表觀黏度和塑性黏度以及剪切力，鉆井液的流變性反映了鉆井液的流動性和變形性，油基鉆井液相對于水基鉆井液而言，油基鉆井液的流變性更容易受外部因素的影響，比如溫度和壓力、油相含量和顆粒濃度、顆粒類型以及油水界面能等都容易影響其流變性，對于實際工程來講，限制油基鉆井液應用的主要技術瓶頸是其流變性能和懸浮性以及高溫穩(wěn)定性問題，在其流變性能的調整是解決這些問題的一種主要方法。只要解決油基鉆井液在一定范圍內流變性的相對穩(wěn)定性問題，油基鉆井液中的許多問題也會隨著油基鉆井液在一定范圍內流變性的相對穩(wěn)定性問題的解決而解決。由于油、水性質的差異，油基鉆井液與水基鉆井液相比具有明顯的流變不穩(wěn)定性。就正常情況來說，油相的粘度即使是在一個很小的溫度范圍內也會隨著溫度的升高而快速減小，常見的地層溫度則是超過100℃。作為連續(xù)相的油相是一系列處理劑的載體（比如加重劑，有機土等材料），由于油基鉆井液流變性弱化的非常之快導致其并不能夠懸浮太多的顆粒性物質，大量的顆粒性物質會在進入儲層后快速沉降并產生一系列儲層傷害?？刂扑嗷钚杂欣诜€(wěn)定井眼，因此油基鉆井液一般為油包水乳狀液。容易影響油基鉆井液的穩(wěn)定性的是油相含量和相應處理劑形成的油水界面剛度。當氣體侵入量比較大或著水的侵入量比較大的時候，會降低油水界面能，從而導致油基鉆井液的流變性能極不穩(wěn)定，甚至會導致油水分離。就這種情況而言，油基鉆井液在進入油氣層之后，固相和液相的作用會對儲層造成嚴重的傷害。2.3.3油基鉆井液傷害類型根據對油基鉆井液傷害機理形成的研究，對油基鉆井液的潛在傷害類型進行了多種分類，形成了流體相容性、顆粒組合和井壁形態(tài)變化三大損害類型。我們又將這三大類的傷害類型細分成了多種小的傷害影響因素。（1）油基鉆井液與流體配伍性油基鉆井液與地層巖石和流體的配伍性被稱為流體配伍性。油基鉆井液對儲層的損害主要包括以下內容：油基鉆井液與巖石的不相容性：堿性損害和潤濕性變化；乳化堵塞以及油基鉆井液與流體的不相容性。（2）顆粒組成類型傷害油基鉆井液中的顆粒物主要有瀝青質，加重材料、巖屑、有機土、儲層保護材料等固體顆粒和聚合物處理劑等非固相顆粒物，顆粒遷移、固相顆粒堵塞和化學劑吸附為主要的顆粒組成傷害類型。滲流壁面形態(tài)變化油基鉆井液在滲流通道壁面上的作用是引起滲流壁面形態(tài)變化的主原因，同樣的，滲流壁面形態(tài)發(fā)生變化也是是物理化學耦合作用的結果，其中包含潤濕性的變化和油相吸附、應力敏感性和顆粒沉降等。第3章鉆井液對油氣層的傷害評價研究3.1敖南油田區(qū)域地質概況研究從下圖3-1可以清晰的看出，松遼盆地北部中部凹陷，大慶長垣、古龍凹陷和三肇凹陷交界處便是敖南油田所處位置。敖南油田的總體構造格局為中背斜隆起，北部葡萄花構造向南傾入敖南鼻狀構造，西部古龍凹陷，東部為頭臺鼻狀構造西翼，頭臺鼻狀構造與敖南鼻狀構造之間為永樂向斜南鞍部，全區(qū)海拔846.5米至1664.9米[7]。圖3-1敖南油田構造位置圖從上圖可以看出該區(qū)塊的主體構造鼻狀構造，南北向的大斷裂將主體構造切割成若干大小不一，高低不一的斷塊。油田主要斷層基本上分布在南北方向，局部發(fā)育東北-西南方向和西北-東南方向的部分小斷層，均為正斷層。圖3-2為敖南油田巖性綜合柱狀圖，下白堊統(tǒng)姚家組一段葡萄花油層是敖南油田的主要開發(fā)目的層。下白堊統(tǒng)姚家組一段包括葡萄花油層，其厚度一般為7m到49m，西北方比較厚，而東南方則相對較薄。該區(qū)塊的巖性主要是一套灰色粉砂巖和灰綠色泥巖及過渡巖性，呈尖峰狀或鋸齒狀的電阻率曲線。葡萄花油層的上邊界標志是上薩普層間為10m到20m左右的灰黑色泥巖，同時這層灰黑色泥巖是葡萄花油層的良好蓋層。葡萄花油層下青山口組頂部為一套穩(wěn)定分布的暗色泥巖[8]。圖3-2敖南油田巖性綜合柱狀圖3.2敖南葡381區(qū)塊油氣層的敏感性分析與評價對敖南葡381區(qū)塊油氣層進行黏土礦物分析，分析結果表明381區(qū)塊的油層中存在著一定比例的綠泥石、伊利石以及蒙脫石，然后對對伊利石的結構進行分析研究，可以得出伊利石存在孔隙襯墊式，而且伊利石與蒙脫石大約占油層巖石成分的25%左右，因此該區(qū)塊油層巖石具有水化分散能力。巖心分析的主要目的是了解儲層損害的類型和原因，并根據損害原因優(yōu)化油氣藏保護的施工方案。通過對敖南葡381區(qū)塊的巖樣分析，可以得出該區(qū)塊油氣層的孔隙度和滲透率都相當高。所以在該區(qū)塊進行鉆井施工的過程中要能夠更為有效的保護油氣層，就必須控制鉆井液的固相含量以及固相滲入油層的深度。3.2.1速敏性試驗分析因流體流速的變化從而導致儲層中具有速度敏感性特征的礦物顆粒運動被稱作為速敏性。這些礦物顆粒造成孔隙喉道堵塞，大大降低了儲層的滲流速度。速敏指數與滲透率損傷率成正比，與巖樣的臨界流量（V）成反比。應根據下列公式計算速度靈敏度指數:IV速敏指數；Dk滲透率傷害率；Kmax巖樣滲透率在巖樣臨界流速之前的最大值；Kmin巖樣滲透率的最小值。伊利石、高嶺石是油氣層之中主要的速敏性礦物。本研究以381區(qū)塊油氣田為例,對其速敏性進行實驗分析可以得出,在381區(qū)塊的儲層之中,伊利石的含量相對而言比較多,它的相對含量約占8%,絕對含量大約是0.5%。速敏標準如下表3-1所示表3-1速敏評價標準[11]速敏指數0.70.3-0.7速敏程度強中等弱1號巖樣與2號巖樣速敏試驗結果如表3-2所示：表3-2速敏試驗結果巖樣滲透率（10-3um2）速敏指數速敏程度10.1690.75強20.2340.74強平均0.20150.745強結合速敏評價標準以及表3-2的實驗結果可以看出1號與2號巖樣的平均速敏指數值是0.745，因此可以得出結論該儲層為強速敏性。3.2.2水敏性評價實驗水敏實驗首先用地層水或模擬地層水流過巖心，然后用含鹽量為地層水一半的鹽水（即二次地層水）流過巖心，最后用去離子水（蒸餾水）流過巖心。在以上的每個階段結束的時候，分別對不同的流體對巖心滲透率的影響程度進行測量，并且分析了對巖心的水敏程度度。這次水敏試驗結果數據見下表3-3。表3-3水敏性實驗數據分析表[12]巖心滲透率10-3um2滲透率損害率/％模擬地層水次地層水蒸餾水10.1420.1320.1317.7520.1380.1270.1257.67實驗數據表明該儲層的水敏性總體上而言為弱水敏3.2.3鹽敏性評價實驗在本實驗中，按照地層水類型和鹽度不同，依次從高到低將按照鹽度減半的順序所配置的鹽水注入巖心之中，分別對不同鹽度的鹽水通過巖樣時的滲透率進行實驗測量。當鹽度降低到一定值時的流體會導致巖樣的滲透性大幅度的降低,我們將該鹽度為臨界礦化度。臨界礦化度在注水開發(fā)時，對注入水的選擇和調整具有很重要的意義。實驗數據見下表3-4。表3-4鹽敏性實驗數據分析表巖心序號鹽度/（mg.L-1）黏度/（mpa.s）滲透率/10-3um2滲透率損害率/％12737500.970.0744-21.021825000.960.06838.203912500.950.053322.00總體上來說，該區(qū)塊儲集層為鹽敏性較弱的儲層,其臨界礦化度是43600mg/L,鹽敏指數是15.8%。通過對以上三種室內實驗分析可以得出，敖南葡381區(qū)塊油氣層的敏感性體現(xiàn)在如下幾個方面:有著較強速度敏感性，水敏性相對較弱，鹽敏性弱，沒有酸敏性。3.3鉆井液綜合傷害評價分析3.3.1溫度對鉆井液入侵深度的影響溫度對鉆井液入侵深度的影響實驗結果如下圖3-3所示[10],圖3-3溫度對鉆井液入侵深度的影響實驗結果說明當溫度逐漸增加時，鉆井液入侵深度隨著時間的增加而增大，而隨著時間的推移逐漸降低，鉆井液侵入油氣層的速率也慢慢降低。3.3.2剪切速率對鉆井液侵入深度的影響不同剪切速率下的鉆井液侵入深度實驗如下圖3-4所示，圖3-4剪切速率對鉆井液的侵入深度的影響該實驗結果表明隨著剪切速率的增加，固相傷害的深度也逐步增加，只有在剪切速率到達300s-1時，這時的固相傷害程度變化幅度就非常小。3.3.3油基鉆井液的靜態(tài)傷害評價造成裂縫性油氣層傷害的主要原因是油基鉆井液的固相顆粒(主要為加重材料)，本文在油基鉆井液傷害程度評價的過程中，研究了油基鉆井液對裂縫性油氣層的傷害規(guī)律。實驗評價操作步驟以及數據分析[5]①選擇實驗巖心，用人造裂縫寬度模擬新方法為基本思路進行以下操作;②首先制備裂縫性巖心，然后建立起始含水飽和度，;③把實驗用的巖心放入巖心夾持器中，關上出口末端的閥門;④慢慢的將圍壓加到2-3MPa;在已經清洗好的容器中放入煤油、鉆井液，然后將實驗管線鏈接好;⑤進行調節(jié)壓力，首先將實驗巖心的圍壓調節(jié)到3MPa，然后在煤油不斷驅替的過程中不斷穩(wěn)定地調節(jié)圍壓，直到滲透率所對應的裂縫寬度滿足實驗要求即可;⑥將鉆井液段的出口閥打開，開始污染巖心，經過一段時間后，煤油返驅替巖心就可以得到污染后巖心的滲透率;⑦關閉所有閥門，取出實驗巖心，清洗實驗儀器，擦干備用，實驗結束。表3-5油基鉆井液靜態(tài)傷害實驗結果污染介質巖心描述圍壓Mpa裂縫寬度um污染前滲透率md污染后滲透率md滲透率恢復值％基質滲透率md長度cm直徑cmAPI重晶石加重0.01494.432.44153365.1712.3318.92微鐵：重晶石=1：20.00734.662.43153874.2522.7630.63表3-6油基鉆井液對不同裂縫的傷害程度數據（API重晶石加重）巖心編號長度cm直徑cm實驗過程流量（ml/min）PV壓差滲透率（mD）裂縫寬度（um）滲透率恢復值（％）137.5024.58傷害前2.606648.070.11749.3122.3218.09傷害后1.386933.730.04498.92——244.5024.42傷害前1.570014.360.0021160.167.4332.22傷害后1.630023.240.004551.58——343.4024.42傷害前1.495135.520.0034121.256.7723.47傷害后1.300042.200.015428.44——442.7024.58傷害前1.520047.140.006481.9141.7620.33傷害后1.580020.300.266816.95——圖3-5裂縫寬度與滲透率恢復值的曲線關系圖根據上表3-5、3-6、圖3-5可以看出，油基鉆井液對敖南葡381區(qū)塊油氣層的傷害程度比較高，實驗數據說明油基鉆井液傷害巖心后的滲透率恢復值不到20%，在采用了微鐵與重晶石的復配優(yōu)化體系后，油基鉆井液對油氣層仍然有著相當高的損害程度。與鉆井液傷害程度有直接關系的就是裂縫寬度，隨著裂縫滲透率(即裂縫寬度)的增加，油基鉆井液對巖心的傷害程度慢慢的減小，同樣的，這種傷害跟固相顆粒的粒徑與裂縫開度之間的相對大小有一定關系。3.3.4油基鉆井液動態(tài)傷害評價靜態(tài)傷害評價法和動態(tài)傷害評價法是傳統(tǒng)的油基鉆井液綜合評價常規(guī)方法，靜態(tài)/動態(tài)傷害評價方法已經有著多年的應用，但在一定程度上存在很大的局限性，實驗結果在可信度和重復性方面存在較大的問題。評價鉆井液入井損傷的常規(guī)方法是動態(tài)損傷評價方法，同樣動態(tài)傷害評價方法也是評價油基鉆井液綜合損傷的直觀有效的方法之一，能夠真實模擬井下實際工況。敖南葡381塊目的層巖心（包括基質巖心、天然裂縫巖心和人工裂縫巖心）是實驗巖心，敖南油田目的層油基鉆井液是實驗的液體，試驗采用煤油正驅油基鉆井液反傷害，煤油正驅、氮氣正驅油基鉆井液反堵兩種方式進行，煤油驅替的實驗結果見表3-7）、氮氣驅替的實驗結果見表3-8。表3-7動態(tài)傷害評價實驗結果（煤油驅替）巖心種類巖心編號傷害前滲透率10-3um2傷害后滲透率10-3um2濾失量（ml）返排壓差（Mpa）滲透率恢復率（％）天然裂縫巖心12.39880.68750.42.8828.6623.03950.98540.41.6932.42人工造縫巖心18.47524.52380.93.1253.38210.45843.68460.72.2735.23由于煤油是無法驅替基質巖心滲透率低于0.1x103μm2煤油無法驅替,因此只需要考慮煤油驅替裂縫性巖心。前后煤油驅替的動態(tài)傷害評價實驗說明，絕大多數情況下，油基鉆井液對巖心造成的傷害大于60%，這就表明油基鉆井液對敖南葡381區(qū)塊油氣層的巖心傷害極其嚴重。表3-8動態(tài)傷害法評價結果（氮氣驅替）巖心種類巖心編號傷害前滲透率10-3um2傷害后滲透率10-3um2濾失量（ml）返排壓差（Mpa）滲透率恢復率（％）基質巖心30.01710.005300.8130.9940.06540.013600.6420.80天然裂縫巖心312.86533.989900.2531.01421.54688.023400.1437.24人工造縫巖心398.154737.65360.70.1438.364146.365468.74231.60.0846.97在氮氣驅替的條件下，三類巖心的滲透率恢復值在氮氣驅替的情況下全都沒有超過50%,這就說明油基鉆井液對巖心造成的傷害仍然是非常嚴重的。油基鉆井液對巖心的這種傷害程度在煤油驅替和氮氣驅替的條件下與水基鉆井液條件下的傷害幾乎沒有差異，需要引起高度重視。3.4解決方案3.4.1優(yōu)化現(xiàn)用油基鉆井液體系根據油基鉆井液的儲層保護性能評價，不難看出鉆井液對儲層的嚴重傷害，因此很有必要對儲層保護性能進行優(yōu)化。根據對381區(qū)塊儲層地質和流體特征的分析研究，可以得出儲層裂縫發(fā)育，孔隙分布在小孔徑范圍內的結論。油氣層的主要滲流通道就是孔隙喉道、裂縫。因此，研究區(qū)塊的儲層保護不僅要針對裂縫，同時還需要考慮能對滲透率產生較大影響的孔隙喉道。(1)體系優(yōu)化設計根據裂縫寬度動態(tài)不難可以預測出裂縫的動態(tài)寬度在主要在100um的范圍之內波動。以油基鉆井液儲層保護技術的研究為依據，可以將儲層保護性能優(yōu)化分為兩個范圍：分別是裂縫在10um以下以及裂縫在10un以上100um以下的范圍之內。在動態(tài)預測裂縫寬度的基礎上，根據油基鉆井液對裂縫性致密砂巖氣藏保護性能的要求，采用衍生屏蔽暫堵技術來進行油氣層保護。根據兩個層段對儲層保護性能的不同要求，以前人的研究結論為基礎，可以進一步形成以下儲層保護基本方式:對于小于10μm的裂縫可以根據實際中的鉆井情況采用如下表3-9所示的加入材料方法。表3-9小于10um裂縫加入材料方式編號加入材料配方①現(xiàn)用油基鉆井液+不同梯度的親水剛性顆粒+少量的可變形的顆粒以及少量的潤濕劑②現(xiàn)用油基鉆井液+微錳礦+少量超細剛性粒子+少量可變形顆粒;③現(xiàn)用油基鉆井液+不同梯度的親油剛性顆粒+少量的可變形粒子④現(xiàn)用油基鉆井液+超細親油型復合暫堵劑實驗分析說明，能夠非常好的匹配裂縫的尺寸的微錳礦的的粒徑在1um到5um的范圍內，因此，提高10um以下的裂縫封堵效果的方式便是加入微量的微錳礦作為儲層保護劑，并且還要與少量的剛性顆粒復合。此外，油基鉆井液本身也包含有一部分的可變形顆粒和乳化液滴。這些可變形顆粒與乳化液滴一樣可以對保護儲層逐漸進行堵漏的作用。對于大于10um小于100μm范圍內的裂縫，可以根據具體黏度情況采用下表3-10所示的材料加入方法。表3-10小于100um裂縫加入材料方式編號加入材料配方①現(xiàn)用油基鉆井液+親水性纖維粒子+親水性剛性粒子+少量可變形顆粒+少量微錳礦+少量的潤濕劑以及降黏劑②現(xiàn)用油基鉆井液+親油性纖維粒子+親油剛性粒子+少量微錳礦+少量可變形粒子以及降黏劑③現(xiàn)用油基鉆井液+超細親油復合暫堵劑+少量微錳礦+少量可變形顆粒降粘劑油以油基鉆井液對表面潤濕劑潤濕性的要求為依據，每個裂縫寬度間隔對應不同的儲層保護材料添加方案。當暫堵劑的加量通常在5%左右的時候，大量的顆粒性物質會表現(xiàn)出親水潤濕性，而在這種情況之下，油基鉆井液很有可能沒有辦法去承受這些顆粒性物質的穩(wěn)定懸浮，加入少量潤濕劑可以有效解決這一問題，加入潤濕劑之后可以有效地懸浮儲層保護材料，進而能夠保證高效封堵。同時，微型錳礦加重劑不能大量使用的重要原因是因為加入油基鉆井液會使得粘度快速的上升，從而影響鉆井作業(yè)的正常進行。加入少量的降粘劑也可是解決該問題的有效途徑。(2)粒子種類以及加量對油基鉆井液性能影響前面的文章提到，油基鉆井液是有著很強的的流變性，外來流體以及顆粒都能對其產生非常之大的影響。通過研究顆粒對油基鉆井液流變性能的影響之后，便可以為不同顆粒的加入提供基本理論。以顆粒級配和用量來制定基本原則，按下表3-11的配方用量來評價顆粒類型以及顆粒用量對油基鉆井液流變性能的影響。試驗后得鉆井液基本性能變化見下表3-12。表3-12粒子種類以及加量配方編號加量配方①現(xiàn)用油基鉆井液+5％的超細碳酸鈣②現(xiàn)用油基鉆井液+3％的超細碳酸鈣+2％的纖維③現(xiàn)用油基鉆井液+3％的超細碳酸鈣+1.5％的纖維+1％的微錳礦粉④現(xiàn)用油基鉆井液+2％的超細碳酸鈣+2％的纖維+1％的微錳礦粉表3-12的粒子加量說明，顆粒的加入對油基鉆井液性能的影響相對有限。加入油層保護材料后，粘度有不同程度的增加，但影響在可接受范圍內。同時，加入油層保護劑的鉆井液失水率逐漸降低了，破乳電壓升高了，這就說明說明保護效果良好。表3-12粒子加量對油基鉆井液性能的影響配方號老化條件AV(mpa?s)PV(mpa?s)YP（pa）FL（mL）ES(V)原漿滾前51.5474.50.6921滾后52.5475.50.8903①滾前595360.31158滾后62.5539.50.21171②滾前5751601063滾后60.5519.501045③滾前585080.31036滾后645590.21006④滾前6052801079滾后66579010033.4.2優(yōu)化后的油基鉆井液對儲層保護評價在實際工程過程中，裂縫寬度不能直接預測。在大多數情況下，儲層裂縫的寬度是由鄰近井的相似地層來估計的，但其范圍很大。如敖南葡381區(qū)塊的測井資料和預測范圍均在100um以內，規(guī)模較大。在地層條件的情況下，許多條裂縫能夠同時存在，理論分析不可能嚴格區(qū)分不同的裂縫寬度。因此，在效果評價中只考慮小于100um的實驗條件，這中實驗條件也是符合鉆井作業(yè)工程中鉆井液調整的基本思想。滲透率恢復率和短期封堵效率兩個指標都是油基鉆井液儲層保護評價的基本指標。評價儲層保護能力的常用指標就是滲透率恢復率。鉆井液短時間損害后巖心裂縫的滲透率下降率被稱作是短時間封堵效率。這兩個指標對當前室內儲層保護效果評價是極其重要的。目前采用的是油基鉆井液超細親油復合暫堵劑、少量微錳礦、少量可變形顆粒降粘劑。對于研究區(qū)裂縫性致密砂巖氣層，每個裂縫寬度段對應不同的儲層保護材料，裂縫封堵的方法有很多種，比如自然回流法、射孔法和酸壓法。根據各種解堵方法的不同工藝來確定油基鉆井液的儲層保護效果評價方法。滲透率恢復率法主要用于自然回流法。而射孔主則用于評價快速封堵以及承受壓力的能力?！白匀环蹬?酸洗”則成了酸壓經常使用的方法。(1)實驗儀器和實驗條件實驗儀器使用DTSH-III型多功能傷害評價儀;實驗溫度為室內溫度20°C,壓差則是3.5MPa即可,剪切速率為150s-1,實驗時長為一個小時;實驗巖心采用人造裂縫巖心;實驗液體則使用常用油基鉆井液及優(yōu)化后配方。(2)實驗配方見下表3-13。表3-13實驗配方表配方編號優(yōu)化配方①現(xiàn)用油基鉆井液+2%LHF+2%復配超細碳酸鈣+0.5%FEP②現(xiàn)用油基鉆井液+2%OBFM-3+2%復配改性超細碳酸鈣+0.5%FEP③現(xiàn)用油基鉆井液+2%LHF+2%復配超細碳酸鈣+0.5%FEP+5%微錳礦+0.1%潤濕劑④現(xiàn)用油基鉆井液+2%OBFM-3+2%復配改性超細碳酸鈣+0.5%FEP+5%微錳礦表3-14自然反排效果評數據分析鉆井液編號巖樣氣測滲透率（10-3um2）濾矢量（ml）突破壓力（Mpa）自然反排恢復率（％）原漿16135.692.60.2738.671867.471.70.3646.81①36117.680.51.2534.263278.450.51.5429.74②27221.490.61.75