通过开展QC活动降低DS井储层表皮系数

杨金龙

（大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江大庆 163712）

DS井是一口浅层储气库先导试验井，属于一级井控风险井，周围采气井均已开采20年以上，开采井周围的储层压力系数较低（0.36～1.04），并且储层为P 层，埋藏较浅，一般在700m左右，储层物性非常好，在钻井过程中，钻井液有可能发生渗漏或漏失，对储层造成伤害。钻完井过程中应最大限度降低钻井液对储层的污染，制定合理的储层保护措施，才能降低储层表皮系数，从而有效提高储气库的注采效果。

因此，为了降低DS 井储层表皮系数，QC 小组从储层特征研究、分析储层伤害原因、屏蔽暂堵材料的优选入手，开展了以《降低DS井储层表皮系数》为课题的活动。表皮系数评价标准见表1。

表1 表皮系数评价标准

1 现状调查

小组成员深入现场，调研DS井周围存在储层污染的气井，对气井污染查找症结问题。统计了25 口存在储层污染情况的气井，得到了储层污染与以下因素有关，详见表2。

从表2中可以看出，造成气井储层污染的因素共有5 种，分别是：储层保护措施差、人员技术水平低、钻井周期长、岩石本身特性差、其它。五种导致固井质量差的问题占总问题的比例分别为：68%、16%、4%、8%、4%。

表2 气井储层污染因素统计表

从图1储层污染因素累积百分比图可以看出，储层保护技术差和人员技术水平低这两个因素累计百分比达到84%，因此，将这两个因素设定为需要解决的主要问题。

2 目标确定

2.1 设定目标

依照标准《储层敏感性流动实验评价方法测定》SY/T5358-2009进行室内实验，通过实验获得岩芯物性、粘土含量、孔喉半径等储层参数，制定屏蔽暂堵措施，最终达到储层表皮系数S等于零的目标。

2.2 目标可行性分析

（1）技术方面：小组具有1 名现场工作经验丰富的高级工程师，能够为现场调查和检验提供技术支持，小组具备先进的钻井设计软件和设计优化能力，能够完成DS井储层保护技术研究，使储层表皮系数S等于零的目标可以实现。

（2）材料方面：勘探开发研究院能够提供岩芯样品，钻井队能够提供实验所需钻井液，实验室提供屏蔽暂堵材料，保障课题研究材料的供给。

（3）人员方面：小组人员中有两名从事钻井工作十多年的技术骨干，能够满足现场研究方面的需求，还有3名钻井设计人员能够熟练掌握办公软件，人力资源充沛。

（4）设备方面：合作单位具备孔渗测量仪、布鲁克D8 Advance X 射线衍射仪、FEI 450 扫描电镜等相关实验设备。

综合以上四方面因素，小组判断设定的目标可以实现。

3 原因分析

小组针对现状进行讨论，利用头脑风暴法从人员、资料、方法等方面对储层保护措施差和人员技术水平低的原因进行分析，最终找到8个末端原因，因果关系见图2。

4 要因确认

经过小组成员对现场调查、检验等结果的总结，确定以下三方面是影响储层保护措施的主要原因。即：未进行储层物性分析、未进行钻井液对储层伤害评价、未进行屏蔽暂堵技术研究，要因确认见表3。

表3 要因确认表

5 制定对策

小组成员按专业技术特点制定了目的层储层特征研究、钻井液对储层伤害评价实验、屏蔽暂堵储层保护技术研究等对策和相应目标值、措施、实施地点、完成时间，并按照对策逐一进行了实施。

6 对策实施

6.1 目的层储层特征研究

为了准确获得目的层岩芯物性、粘土含量、孔喉半径等储层参数，小组对试验井取芯岩样50块，进行物性分析、岩芯孔喉分析、扫描电镜分析等室内实验。实验结果如下：

（1）岩芯物性分析。依据《岩心分析方法》SYT 5336-2006，利用气体孔隙度、渗透率测试方法测试岩芯样品（岩芯尺寸：直径25mm±1mm，长度50mm）的孔渗参数，得到平均空气渗透率为550.1×10-3μm2，平均孔隙度为27.05%。

（2）粘土含量分析。按照《沉积岩中黏土矿物和常见非粘土矿物X 射线衍射分析方法》SY/T 5163-2010，利用X 射线衍射仪对储层岩芯粘土矿物进行绝对含量和相对含量的分析。由实验结果可知，岩芯样品渗透率越低，粘土含量越少；岩芯样品粘土中伊利石和绿泥石占比较大。

（2）岩芯孔喉分析。按照标准《岩石毛管压力曲线的测定》GB/T29171-2012，对岩芯样品进行孔喉分析实验，获取不同渗透率储层的孔喉大小分布特征及孔喉对渗透率的贡献，进而为屏蔽暂堵剂颗粒粒径的优选提供依据。由图3可知：岩芯样品的平均孔隙半径中值为3.656μm。

（3）扫描电镜分析。微观孔隙结构从根本上决定了宏观孔喉分布和屏蔽暂堵剂颗粒的选择。小组选用扫描电镜来分析目的储层孔隙结构，并且可以分析研究后续微粒运移和固相颗粒侵入情况。由图4可知：岩芯样品中的胶结物含量较少，且微裂缝较多。

由于储层伤害的主要由于地层岩石矿物内在因素和各种施工等外来条件的影响[1-2]。通过六敏实验结果得到，试验井储层伤害过程中由岩石内在因素引起的伤害较小，主要受钻井液和外来施工影响较大，可以通过实施屏蔽暂堵技术进行改善。

6.2 钻井液对储层伤害评价实验

小组成员调查分析得到，在井壁上未形成泥饼之前，滤液对油、气层的伤害更为严重。同时钻井液的固相颗粒主要是在井壁上未形成泥饼之前侵入油、气层孔道，使油、气层渗透率大大降低。压差越大、颗粒越细，侵入深度越深[3-5]。按照石油与天然气行业标准《钻井液完井液伤害油层室内评价方法》SY-T6540-2002开展实验，对钻井液动态前后进行岩芯伤害评价、表皮系数测定和扫描电竞分析，并对钻井液储层伤害原因进行分析。

动态实验结果表明：低渗岩芯岩芯伤害率最大，渗透率下降了71.35%。岩样表皮系数均大于零，表明注入钻井液体系后井受到了污染，储层存在污染。

由图5 岩芯动态伤害前后扫描电镜对比图可以得到：动态伤害使得岩样孔隙变小。

6.3 屏蔽暂堵储层保护技术研究

根据屏蔽暂堵技术的原理，小组主要通过屏蔽暂堵剂性能评价，优化架桥粒子和填充粒子的尺寸、加量，最终给出适合DS井的屏蔽暂堵材料最佳配比[6-7]。

为了优选合适的架桥粒子、填充粒子尺寸和加量，分别以当前使用的架桥粒子、填充粒子尺寸和加量为基准，分别上浮、下调，开展4 因素3 水平的正交实验，根据实验结果进行粒子尺寸及加量的优选，见表4。

表4 架桥粒子、填充粒子尺寸和加量正交实验设计

根据API 失水和高温高压滤失量的数据对封堵效果进行评价。若某一组方案对应的API 失水和高温高压滤失量降低得最多，则封堵效果最佳。根据表5 分析得到，方案6（架桥粒子尺寸5μm、架桥粒子加量3%、填充粒子尺寸2.5μm、填充粒子加量0.5%）屏蔽效果最好。

表5 API失水和高温高压滤失量实验数据表

7 效果检查

7.1 课题目标值完成情况

经过小组成员近一年的努力，以技术研究、室内实验和现场试验分析为基础，整合各项优势技术，形成一套适用于储气库钻井的屏蔽暂堵材料最佳配比。DS试斜1 井、DS 试斜2 井、DS 试斜3 井和DS 试斜4 井试气压力恢复数据解释储层的表皮系数S 值均小于零，本次活动超过预期目标值，获得了较好效果。

7.2 直接经济效益

统计已完钻的试验井无阻流量15.3×104m3/d，为直井的3倍左右，储层污染较小。采用储层保护屏蔽暂堵技术的试验井平均采气量为1.2×104m3/d，相同地质条件的未采用储层保护屏蔽暂堵技术的邻井采气量为0.5×104m3/d；通常年采气期为5个月，按照目前的天然气价格1.5元/m3，单井每年直接创造经济效益约152.5万元。

7.3 社会效益

开展降低DS井储层表皮系数研究，产生了良好的社会效益：

（1）降低了钻井过程中的储层伤害，达到保护储层和储气库安全注采的目的，提高了储气库的注采效率。

（2）本次活动使小组成员得到了锻炼，提高了解决现场问题的能力。提供了储层保护质量工艺技术手段，满足油田开发的需要。

（3）保障了钻井施工安全，有效控制了井控风险，降低了施工风险，满足安全环保施工要求，为储气库井钻井安全高效施工提供了技术支持和保障。

8 巩固措施

QC小组为了继续巩固成绩，将成功的经验加以总结，制定以下巩固措施：

（1）措施纳入钻井设计中。为了提高储气库井储层保护质量，我们从设计做起，把对策措施纳入钻井设计中，要求各施工单位执行。

（2）措施融入到培训中。措施融入到技术培训、论坛讲座、技术交流等，大家相互学习，共同进步。

（3）现场跟踪效果。钻井液屏蔽暂堵材料是储层保护的关键，必须现场跟踪，每月都要有现场跟踪记录，保证钻井液性能参数达到设计要求，及时发现问题，解决问题，科学地指导钻井施工。

9 总结

通过这次QC活动，达到了预期的效果，降低了DS井储层表皮系数，分析了钻井液对储层伤害的原因，进行了屏蔽暂堵技术研究，提出了一套钻井液屏蔽暂堵材料的最佳配比。

减少了钻井事故的发生，降低了储层污染，提高了采气量，增强了钻井设计优化水平。同时小组成员的团队意识、个人能力、质量意识及QC知识等方面都有了明显提高，能正确地运用QC方法解决工作中遇到的难题。