油基钻井液对超深裂缝性致密砂岩气藏的保护能力评价

以塔里木盆地山前白垩系巴什基奇克组某超深、裂缝性致密砂岩气藏为研究对象,探究油基钻井液对其储层的损害机理,以便于完善油基钻井液储层保护能力评价方法和优选原则。为此开展了钻井液滤液损害、钻井液体系动态损害以及滤饼承压能力室内实验,完善了该钻井液储层保护能力的室内评价方法。首先进行固相粒度分析前进行钻井液预处理,然后模拟动态损害过程评价钻井液返排渗透率恢复率,最后开展滤饼承压能力评价。实验结果表明:1主要的储层损害方式为固相侵入、液相圈闭损害;2油基钻井液滤液对基块损害程度为强;3钻井液体系对裂缝动态损害程度达到中等偏强—强,钻井液滤饼仅对100μm及以下缝宽裂缝具有封堵能力。结论认为,应用油基钻井液保护该类储层应优先保证油基钻井液滤饼承压能力,同时兼顾动态损害渗透率恢复率和液相圈闭损害程度。     

复杂地层钻井液漏失诊断技术系统构建

井漏不仅是最严重的储层损害方式,而且是钻井工程中长期悬而未决的重大理论和技术难题。诊断并有效控制井漏,要从根本上认识并准确描述井漏三要素:位置、类型及强度。漏失机理及类型诊断是制定科学合理的漏失控制技术的前提。综合利用钻前、随钻、钻后信息资料,描述和表征漏失层性质及参数,进行潜在漏失层预测。建立了钻井液漏失诊断技术系统框架,提出了漏失诊断具体方法,综合室内实验和数值模拟开展裂缝、孔洞的应力敏感性和裂缝传播机制研究,预测漏失通道变形程度和漏失强度,为优选堵漏材料提供理论依据;基于钻时、岩屑、钻井液等工程参数对井漏的异常特征响应来识别井漏,利用实时录井参数来监测并描述井漏状态,提前预测井漏发展趋势;建立了基于漏失发生机理的漏失压力模型,从漏失压力的角度诊断了漏失类型。针对井漏演化过程的认识,初步建立了井漏诊断技术框架,为漏失控制技术提供理论支持。     

致密砂岩孔渗对盐析的响应实验研究

高地层水矿化度的深层—超深层致密砂岩气藏开发过程中盐析及其诱发问题日益突出。选取了致密砂岩柱塞岩心,开展了盐析前后岩心孔渗参数测试实验,利用扫描电镜观察了结晶盐在岩心孔喉内的盐晶形态和赋存状态,并通过压汞法分析了盐析前后致密岩心孔喉半径分布变化情况。结果表明,盐析后致密砂岩孔渗出现明显降低,孔隙度降幅最高可达53%,渗透率降幅最高为65%;结晶盐在致密砂岩孔喉内的赋存状态可分为沿着粒间孔缝和天然微裂缝团簇生长、附着在伊/蒙间层等亲水性黏土矿物表面层状生长以及在孔隙角隅处单粒生长3种模式;当结晶盐颗粒尺寸越接近致密砂岩孔径分布时,盐析越容易造成裂缝和孔喉堵塞。基于致密砂岩气藏盐析诱发损害现象,建议孔隙度小于5%的致密砂岩在开展室内分析实验前应进行洗盐预处理。     

深部裂缝性致密储层随钻堵漏材料补充时机研究

深部裂缝性致密储层地质条件复杂、天然裂缝发育,钻井液漏失风险大。加入随钻堵漏材料是预防裂缝性地层钻井液漏失、控制储层损害的重要手段。为系统研究考虑钻进过程中材料消耗的随钻堵漏材料补充时机,以塔里木盆地某深部裂缝性致密气藏为研究对象,实验评价了不同随钻堵漏材料消耗比例下的油基钻井液体系承压能力,并基于地层裂缝产状构建了随钻堵漏材料消耗率计算模型。结果表明:当材料消耗率超过15%后,随钻堵漏油基钻井液体系的封堵能力显著降低;地层裂缝宽度及倾角对随钻堵漏材料消耗率影响显著,裂缝倾角越接近90 °、裂缝宽度越大、裂缝线密度越大,材料消耗率增长越快;在确定随钻堵漏材料补充时机及补充量时,需要特别注意地层裂缝宽度及倾角变化。该计算模型在现场试验中取得了良好应用效果,对深部裂缝性致密储层高效钻井有指导意义。     

工作液顺序接触诱发超致密砂岩气藏液相圈闭损害评价

液相圈闭损害一直被认为是致密砂岩气藏储层损害的重要机理。由于储层物性特征及工作液类型不同,超致密砂岩气藏的液相圈闭损害程度和损害机理存在差异。为此,以塔里木盆地超致密砂岩气藏为例,建立模拟钻井—中途测试—压井作业—完井测试等4个阶段实际作业环节的油基/有机盐钻开液滤液—有机盐完井液顺序接触诱发超致密砂岩气藏综合液相圈闭损害的评价方法,并选取典型超致密砂岩气藏基块及裂缝样品开展实验评价。结果表明：基块油基/有机盐钻开液滤液—有机盐完井液顺序接触后的综合液相圈闭渗透率损害率分别为86.00%和98.37%;裂缝油基/有机盐钻开液滤液—有机盐完井液顺序接触后的综合液相圈闭渗透率损害率分别为99.95%和63.45%。分析发现：超致密砂岩气藏特殊的黏土矿物类型和产状以及狭小喉道导致油基钻开液滤液抑制基块后续水基工作液侵入;裂缝内残留的油基钻开液滤液（油滴）在后续气驱返排过程中阻碍有机盐完井液的返排及蒸发是油基钻开液缓解基块综合液相圈闭损害、加剧裂缝综合液相圈闭损害的主要机理。     

超深致密砂岩储层裂缝壁面出砂机理及其对应力敏感性的影响

致密储层渗透率的应力敏感性问题一直是致密油气藏开发的研究热点。选用塔里木盆地超深致密砂岩气藏井下岩心样品制取裂缝岩心样品6块,开展超深致密砂岩储层应力敏感性评价实验。实验前、后对裂缝壁面进行激光扫描成像处理,并采用扫描电镜表征其微观结构。实验结果表明,超深致密砂岩储层裂缝岩心样品的应力敏感系数为0.41~0.72,应力敏感程度为中等偏弱—强,明显弱于中国典型致密砂岩储层。三维激光扫描图像对比结果显示,实验前、后裂缝壁面出现明显的砂粒脱落现象;扫描电镜图像显示,实验前裂缝壁面存在大量松散脆弱结构。在超深致密砂岩储层裂缝岩心样品应力敏感性评价实验过程中,裂缝壁面脆弱结构在高速流体拖曳力作用下与壁面脱离,运移过程中持续撞击侵蚀壁面,进一步促进砂粒脱落,形成的砂粒沉积于裂缝狭窄处。当有效应力增加时,具有一定强度的砂粒将起到支撑裂缝的作用,进而起到弱化应力敏感性的效果。裂缝壁面出砂对不同宽度裂缝应力敏感性的弱化程度存在显著差异,其弱化程度从大到小依次为中等宽度裂缝、较大宽度裂缝和较小宽度裂缝。     

顺北油气田深部破碎性地层井壁失稳机理及对策研究

顺北油气田多口探井在奥陶系碳酸盐岩地层钻遇破碎带,井壁失稳严重,已成为制约顺北油气田安全建井的突出问题。文章在综合分析顺北奥陶系破碎性碳酸盐岩地层井壁失稳类型及理化特性、裂缝面物理—力学特性和岩石力学实验的基础上,提出了井壁稳定钻井液技术对策。研究发现,区域断裂带附近地应力方向复杂,地应力差大;地层天然多尺度裂缝发育、破碎程度大、岩体等效强度较低;钻井液易沿天然裂缝侵入地层,钻井液-裂缝面水岩作用造成缝面粗糙度减小、摩擦系数降低,易诱发地层沿裂缝面失稳,是深部破碎性地层井壁失稳的主要机理。明确“合理密度支撑+钻井液刚柔并济多级配封堵”,配合使用“耐高温随钻/段塞固壁剂”是顺北油气田深部破碎性地层稳定的井壁钻井液技术对策。研究成果对促进深部破碎性地层安全高效钻井具有重要借鉴意义。     

塔里木盆地超深致密砂岩气藏储层流体敏感性评价

明确储层流体敏感性及其评价方法对优选入井工作液体系和性能至关重要。超深致密砂岩气藏储层流体敏感性受矿物组成、孔喉特征及高温流体环境等因素的影响,目前行业常用的评价方法已不再适用。以塔里木盆地超深致密砂岩气藏为研究对象,提出了改进的稳态流体敏感性实验评价方法,包括实验全过程模拟地层温度、出口端预加高回压等,并选取12块具有代表性的超深致密砂岩基块样品开展了水敏、盐敏和碱敏实验评价。结果表明：储层基块水敏指数0.41~0.52,盐敏指数0.72~0.73,碱敏指数0.83~0.92。数据对比显示本方法获得的流体敏感性损害程度强于以往室温条件下获得的评价结果,与矿场数据契合度更高。分析认为改进的评价方法能更好地反映储层实际情况,降低实验误差;细微孔喉及发育的粘土矿物是产生流体敏感性的内因;高温条件增大矿物表面水膜厚度、降低有效渗流通道半径,加剧粘土矿物水化膨胀、促进地层微粒分散/运移,加速矿物溶解/沉淀是加剧超深致密砂岩储层流体敏感程度的主要机制。     

考虑接触面积与压差的致密砂岩气藏水相自吸行为

钻完井过程中,水相通过毛管自吸和正压差进入储层,会引起致密砂岩气藏水相圈闭损害,导致储层测井解释错判为水层,阻碍致密砂岩气藏的及时发现和准确评价。为了揭示致密砂岩气藏水相自吸行为,选取典型致密砂岩气藏柱塞岩样,分别模拟了钻开储层时水相接触岩石的岩样端面自吸、裂缝水淹后的岩样浸泡自吸和正压差下的毛管强制渗吸实验,分析了接触面积与压差对致密砂岩水相毛管自吸的影响。结果表明:自吸速率受到渗吸面积与裂缝发育程度的影响,裂缝越发育,接触面积越大,渗吸速率越快,渗吸越易达到平稳阶段;正压差促进岩石毛管渗吸作用,但受岩石物性影响明显,当岩石物性低到一定程度时,渗吸作用主要受到毛管力的控制;裂缝的存在既增加渗吸接触面积,又进一步强化正压差作用,使渗吸能力显著增加。结合实验研究认为,在钻完井过程中,预防致密砂岩气藏水相侵入应以封堵裂缝、控制压差来减少水岩接触面积和水相侵入量为主。      

复杂地层钻井液漏失诊断技术系统构建

井漏不仅是最严重的储层损害方式,而且是钻井工程中长期悬而未决的重大理论和技术难题。诊断并有效控制井漏,要从根本上认识并准确描述井漏三要素:位置、类型及强度。漏失机理及类型诊断是制定科学合理的漏失控制技术的前提。综合利用钻前、随钻、钻后信息资料,描述和表征漏失层性质及参数,进行潜在漏失层预测。建立了钻井液漏失诊断技术系统框架,提出了漏失诊断具体方法,综合室内实验和数值模拟开展裂缝、孔洞的应力敏感性和裂缝传播机制研究,预测漏失通道变形程度和漏失强度,为优选堵漏材料提供理论依据;基于钻时、岩屑、钻井液等工程参数对井漏的异常特征响应来识别井漏,利用实时录井参数来监测并描述井漏状态,提前预测井漏发展趋势;建立了基于漏失发生机理的漏失压力模型,从漏失压力的角度诊断了漏失类型。针对井漏演化过程的认识,初步建立了井漏诊断技术框架,为漏失控制技术提供理论支持。