碳酸钙粒径匹配对储层保护效果的影响研究

魏裕森,韦红术张俊斌,张伟国

(中海石油(中国)有限公司深圳分公司深水工程技术中心，广东 深圳 518067)

由福昌

(长江大学石油工程学院，湖北 武汉 430100)

碳酸钙粒径匹配对储层保护效果的影响研究

魏裕森,韦红术
张俊斌,张伟国

(中海石油(中国)有限公司深圳分公司深水工程技术中心，广东 深圳 518067)

由福昌

(长江大学石油工程学院，湖北 武汉 430100)

[摘要]针对低渗储层在钻井过程中由于固相或者液相的侵入容易对储层造成严重伤害的问题，采用在无固相钻开液体系中加入碳酸钙能够有效地提高钻开液的暂堵性能，防止聚合物“胶液”对储层的伤害。选取5种不同粒径的碳酸钙，从固相封堵及粒径匹配2个方面开展研究，结果表明，在选择碳酸钙作为暂堵剂时，需要选择粒径分布窄、酸溶率高的碳酸钙。在低渗储层中，碳酸钙粒径越细，封堵效果越好，其渗透率恢复值达到90%以上，具有较好的储层保护效果。

[关键词]碳酸钙；粒径；匹配；储层保护

低渗透油田储藏着丰富的油气资源，且广泛分布于世界各地，低渗透油气藏同样也是我国主要的油气资源之一，近年来低渗透油气储量在我国探明储量中逐年上升。低渗透储层具有低孔、低渗、大比表面积等特点，由于低渗透储层渗透性差，孔喉尺寸小，黏土矿物含量普遍高，毛细管现象突出，油气流动阻力大，因此极易受到严重伤害。尤其是在钻进过程中，钻井液中无论是固相还是液相的侵入，都会对低渗储层造成严重的伤害。针对海上钻井采用水平井裸眼完井方式的情况下，钻井液对储层的伤害问题尤为突出，海上钻井过程中常常采用无固相钻开液体系进行钻井，无固相钻开液在中高渗储层中表现出了良好的储层保护效果，而在低渗储层中的储层保护效果差强人意，如何提高低渗储层的储层保护效果，笔者从固相封堵及粒径匹配2个方面进行了研究与评价，有效地解决了上述问题。

1碳酸钙封堵思路及设想

在实际钻井过程中，固相和液相都有可能对储层造成伤害，如果固相颗粒侵入较深，将会严重伤害储层；而液相对低渗储层的污染更加突出，尤其是对于低渗储层。而钻开液的暂堵性能将能够有效地降低液相对储层的伤害，尤其是聚合物“胶液”对储层的伤害。基于以上分析，笔者认为在无固相钻开液体系中加入碳酸钙能够有效地提高钻开液的暂堵性能，防止聚合物“胶液”对储层的伤害，而采用何种碳酸钙将至关重要，合理的碳酸钙粒径才能够有效封堵储层，而不会造成固相伤害。

Abranms[1]认为架桥颗粒的粒度中值(D50)应该等于或略大于1/3平均孔隙直径；20世纪90年代，罗向东[2]对1/3架桥理论进行了改进，提出了“屏蔽暂堵”技术；2012年邱正松[3]依据“隔层堆积”理论，提出了“多级孔隙最优充填”暂堵方法。可见固相封堵理论及技术的进步及对储层保护的重要性。

以上暂堵理论较为客观，并有一定的延续，但是如何实现封堵材料的粒径分布，是钻井液技术人员一直以来所追求的目标。粉体材料的粒径分布千差万别，尤其是超细材料，这就需要对粉体材料进一步研究[4~7]。基于以上理论基础，笔者主要从碳酸钙的表面形态、粒径分布、粒径匹配等方面来阐述了碳酸钙的暂堵性能及对储层保护效果的影响，提出了低渗储层的碳酸钙暂堵的粒径匹配原则。

2碳酸钙基本性能

表1　碳酸钙粒径分布统计结果

注：D10、D90分别为粒径小于它的颗粒占10%和90%。

实验室选取经过特殊处理后的超细碳酸钙，对其粒径分布进行分析。对所选超细碳酸钙进行粒径测试,统计结果如表1所示。普通的碳酸钙粒径分布范围较广，从细到粗均有；而经过特殊处理后的超细碳酸钙粒径分布较窄，局限于一个特定的范围内，这样就更有利于碳酸钙的粒径匹配对储层保护影响的评价。

3碳酸钙粒径匹配对储层保护效果影响研究

3.1碳酸钙粒径对钻开液性能的影响

实验室对上述碳酸钙在无固相钻开液中的影响进行了评价，采用新型可液化无黏土相钻开液体系进行评价。评价配方：海水+0.1%烧碱+0.25%纯碱+0.5%DualSeal储层保护剂+0.6%VIS-B流型调节剂+2.0%STARFLO降滤失剂+5.0%碳酸钙+3.0%KCl(配方中的百分数为质量分数，下同)。钻开液性能如表2所示，随着碳酸钙粒径的减小，黏度略有增加，低剪切速率黏度增加略大，API失水量略有减小，总体性能变化不大。

表2　不同粒径碳酸钙对钻开液性能的影响

注：μa为表观黏度；μLSR为低剪切速率黏度；τd为动切力；NΦ6、NΦ3分别为六速旋转黏度计6、3r/min对应的读值；VAPI为API滤失量。下同。

3.2碳酸钙粒径对储层保护效果的影响

图1　碳酸钙粒径对渗透率恢复值的影响

实验室将上述钻开液按照岩心入井流体储层伤害评价方法进行岩心驱替试验，以评估不同粒径碳酸钙对储层保护的影响，试验结果如图1所示。在低渗岩心上，随着碳酸钙粒径的变小，渗透率恢复值逐渐变大，这说明低渗岩心孔喉直径小，需要更细的碳酸钙进行封堵，而粗碳酸钙无法对岩心进行有效封堵导致聚合物“胶液”侵入，造成钻开液对岩心的伤害。

3.3碳酸钙粒径匹配对储层保护效果的影响

以紧密堆积理论为基础，在粗颗粒的空隙中恰好有中颗粒填充，而中颗粒的空隙中恰好有细颗粒填充，细颗粒中的空隙有超细颗粒填充，如此逐级填充使超细碳酸钙形成最紧密的堆积状态，空隙率达到最小值，堆积密度达到最大值，同时达到封堵与保护储层的目的[8~10]。

表3　不同粒径碳酸钙复配后的渗透率恢复值

图2　碳酸钙加量对渗透率恢复值的影响

为进一步评价碳酸钙粒径匹配对储层保护的影响，实验室对上述超细碳酸钙进行了复配评价。由于JQWY-2的渗透率恢复值也达到了80%以上，分析认为在此基础上添加更细的超细碳酸钙将达到空隙充填的目的，会带来更好的储层保护效果。实验室以JQWY-2为基础，逐步添加一定量的超细碳酸钙，复配后的碳酸钙在钻开液中的总质量分数为5%，评价其储层保护效果，结果表3所示。

可以看出，在JQWY-2的基础上复配更细的超细碳酸钙后，渗透率恢复值明显提高，其中复配质量分数为10%JQWY-4和10%JQWY-5以后的效果较好，渗透率恢复值都达到了90%以上，由于JQWY-4与JQWY-5效果相当，而JQWY-5加工成本更高，因此，选用JQWY-2与JQWY-4作为复配后的储层暂堵剂，用以封堵储层，提高储层保护效果。

3.4碳酸钙粒径匹配后质量分数对储层保护效果的影响

根据复配试验可知，选用JQWY-2和JQWY-4复配后的储层保护效果较好，实验室评价了碳酸钙不同质量分数下对不同渗透率的低渗岩心储层保护效果的影响，结果如图2所示。

随着碳酸钙质量分数的增加，渗透率恢复值逐渐增大，质量分数以5%为最佳，再提高质量分数后，渗透率恢复值变化不大。而在不添加碳酸钙的情况下，渗透率恢复值最高的仅有60%多，这说明钻开液的封堵性能对储层保护尤为重要。而添加碳酸钙后在不同的低渗岩心上的渗透率恢复值都基本相当，并且随着岩心渗透率的增大而增大，这说明岩心渗透率越低，伤害越大。

4结论与认识

1)在选择碳酸钙作为暂堵剂时，需要选择粒径分布窄、酸溶率高的碳酸钙。

2)在低渗储层中，碳酸钙越细，封堵效果越好，储层伤害越小。

3)碳酸钙复配结果表明，在低渗储层，采用JQWY-2与JQWY-4复配后，封堵效果最佳，对储层的伤害最小，其最佳质量分数为5%，渗透率恢复值达到90%以上，具有较好的储层保护效果。

本文属中海油深圳分公司深水工程技术中心项目“南海东部海域典型低孔低渗油气藏勘探开发关键技术研究及实践(CNOOC-KJ125ZDXM07LTD)”产出论文。

[参考文献]

[1]Abranms A. Mud design to minimize rock impairment due to particle invasion[J].JPT,1977,29(3):585~592.

[2]罗向东，罗平亚.屏蔽式暂堵技术在储层保护中的应用研究[J].钻井液与完井液，1992,9(2):19~27.

[3]邱正松，张世锋，黄维安，等.“多级孔隙最优充填暂堵方法”与现场试验[J].石油钻探技术，2012,40(5):17~21.

[4]艾贵成，刘梅全，张禄远,等.“理想充填理论”——d90经验规则在昆2井中的应用[J].钻井液与完井液，2006,23(5):14~17.

[5]雍富华，鄢捷年.保护裂缝-孔隙性储层的钻井液技术[J].钻井液与完井液，2001,18(2):6~9.

[6]张艳娜，孙金生，王倩，等.国内外钻井液技术新进展[J].钻井工程，2011,31(7):47~53.

[7]李志勇，蒋官澄，谢水祥，等.碳酸钙表面改性及在新型钻井完井液中的应用[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报)，2011,33(3):98~102.

[8]杜鹤，张遂安，徐代才，等. 煤层气多分支水平井防塌可降解屏蔽暂堵钻井液研究[J].中国煤层气，2010，7(1):30~41.

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[10]张统得，陈礼仪，贾军，等.汶川地震断裂带科学钻探项目钻井液技术与应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，2014,41(9):139~145.

[编辑]帅群

[引著格式]魏裕森,韦红术,张俊斌,等.碳酸钙粒径匹配对储层保护效果的影响研究[J].长江大学学报(自科版) ,2015,12(14):51~54.

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2015)14-0051-04

[中图分类号]TE254.1

[作者简介]魏裕森(1981-)，男，硕士，工程师，现主要从事钻完井监督工作，weiys@cnooc.com.cn。

[收稿日期]2014-11-20