油基钻井完井液对页岩储层保护能力评价_康毅力

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天 然 气 工 业 ０１３年１２月
与水基钻井液相 比，油 基 钻 井 液 在 抑 制 页 岩 水 化 膨 胀 ，润 滑 防 卡 ，维 持 井 壁 稳 定 以 及 快 速 钻 进 等 方 面 具 有明显的优势，已成 为 钻 探 高 温 深 井、海 上 钻 井、大 斜 度 定 向 井 、水 平 井 、各 种 复 杂 井 段 和 保 护 储 层 的 重 要 手 段［１－２］。近年来随着 国 内 页 岩 气 资 源 勘 探 开 发 的 持 续 升温，针对页岩气储 层 的 地 质 特 征 和 水 平 井 井 身 结 构 特 点 ，油 基 钻 井 完 井 液 以 其 独 特 的 优 势 ，成 为 水 平 井 段 钻进的首选 钻 井 完 井 液 体 系 。 ［３－６］ 但 从 现 场 实 施 效 果 来看，页 岩 层 段 的 井 塌 井 漏 现 象 仍 较 为 严 重 。 ［５－７］ 井 漏 、井 壁 失 稳 等 问 题 通 常 会 严 重 损 害 近 井 地 带 储 层 ，后 期的压裂改造还可能将侵入的固相和液相推向储层深 部，造成大范 围 的 不 可 恢 复 损 害 。 ［８－９］ 已 有 研 究 认 为， 对 于 致 密 储 层 ，水 基 工 作 液 的 损 害 以 水 相 圈 闭 、固 相 侵 入、黏土矿物水化膨胀、应力敏感等方式为主 。 ［１０－１６］ 关 于油基钻井完井液对 页 岩 储 层 的 保 护 能 力，目 前 仍 缺
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ｏｉｌ－ｂａｓｅｄ ｄｒｉｌｌ－ｉｎ ｆｌｕｉｄｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｔ ｃｏｌｌａｐｓｅ ａｎｄ ｌｅａｋａｇｅ ｏｆ ｗｅｌｌ ｂｏｒｅ－ ｈｏｌｅ ｄｕｒｉｎｇ ｌｏｎｇ ｌａｔｅｒａｌ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔａｒｇｅｔｉｎｇ ｏｒｇａｎｉｃ－ｒｉｃｈ ｓｈａｌｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｅｌｌｂｏｒｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｓｔｉｌｌ ｈａｐｐｅｎｓ ｆｒｅ－ ｑｕｅｎｔｌｙ ｄｕｒｉｎｇ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｗｈｅｎ ｓｕｃｈ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｄｏｗｎｈｏｌｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ａｒｅ ｄｅａｌｔ ｗｉｔｈ，ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｓｐｅｅｄｓ ａｎｄ ｔｒｉｐｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｓｌｏｗｅｄ ｄｏｗｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｒｏｃｋｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｓｏａｋｅｄ ｆｏｒ ａ ｌｏｎｇ ｔｉｍｅ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｓｅｒｉｏｕｓ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄａｍａｇｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｉｍｓ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｄａｍａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｏｉｌ－ｂａｓｅｄ ｄｒｉｌｌ－ｉｎ ｆｌｕｉｄｓ ｔｏ ｓｈａｌｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ａｎｄ ｔｏ ａｃｑｕｉｒｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ． Ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ｇａｓ ｓｈａｌｅ ｃｏｒｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｓｉｌｕｒｉａｎ Ｌｏｎｇｍａｘｉ ａｎｄ Ｃａｍｂｒｉａｎ Ｎｉｕｔｉｔａｎｇ Ｆｍｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂａｓｉｎ，ｗｅ ｍａｄｅ ａｎ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ａｎａｌ－ ｙｓｉｓ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｏｉｌ－ｂａｓｅｄ ｄｒｉｌｌ－ｉｎ ｆｌｕｉｄｓ′ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｄａｍａｇｅ ｔｏ ｓｈａｌｅ ｆｏｒｍａ－ ｔｉｏｎｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｄａｍａｇｅ ｒａｔｅ ｒａｎｇｅｄ ｆｒｏｍ ６３．５ｔｏ ９９．９％ ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄｙｎａｍｉｃ ｄａｍａｇｅ ｒａｔｅ ｆｒｏｍ ４９．０ｔｏ ８７．２％ ，ｗｈｉｃｈ ｍｅａｎｓ ａ ｍｏｄｅｒａｔｅ ｔｏ ｓｔｒｏｎｇ ｄａｍａｇｅ ａｓ ａ ｗｈｏｌｅ．Ｉｔ ｗａｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｈａｔ ｍａｊｏｒ ｄａｍａｇｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎｃｌｕｄｅ ｓｏｌｉｄ ｐｈａｓｅ ｉｎｔｒｕ－ ｓｉｏｎ，ａｌｋａｌｉ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｄａｍａｇｅ，ｏｉｌ ｐｈａｓｅ ｔｒａｐｐｉｎｇ ｄａｍａｇｅ，ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｄａｍａｇｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｂｙ ｆｌｕｉｄ－ｓｏｌｉｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ．Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ，ｗｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｈａｔ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｐｌｕｇｇｉｎｇ，ｐＨ ｖａｌｕｅ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ，ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｖｏｌｕｍｅ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎ－ ｔｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｉｔｈ ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｗｅｌｌ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｄｅｓｉｇｎ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｈａｌｅ ｗｅｌｌｂｏｒｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｂｕｔ ｐｒｏｖｉｄｅ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙ ｔｏ ｍｉｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄａｍａｇｅ ｏｆ ｏｉｌ－ｂａｓｅｄ ｄｒｉｌｌ－ｉｎ ｆｌｕｉｄｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈａｌｅ，ｆｒａｃｔｕｒｅ （ｒｏｃｋ），ｃｏｒｅ，ｏｉｌ－ｂａｓｅｄ ｄｒｉｌｌ－ｉｎ ｆｌｕｉｄｓ，ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｄａｍａｇｅ，ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅ
第３３卷第１２期 钻 井 工 程
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油基钻井完井液对页岩储层保护能力评价
康毅力 杨 斌 游利军 陈 强 俞杨烽
“油 气 藏 地 质 及 开 发 工 程 ”国 家 重 点 实 验 室 · 西 南 石 油 大 学
康 毅 力 等 ．油 基 钻 井 完 井 液 对 页 岩 储 层 保 护 能 力 评 价 ．天 然 气 工 业 ，２０１３，３３（１２）：９９－１０４． 摘 要 在中国，页岩气储层长水平井段钻进中普遍采用油基钻井完井液，钻进过程中时常发生 井 壁 垮 塌 和 漏 失，不 得 不 频 繁 处理井下事故，导致页岩段钻井速度慢，浸泡时间长，引发严重的储层损害问题。为了探究油基钻井 完 井 液 对 页 岩 储 层 的 损 害 机 理 及防治策略，以四川盆地志留系龙马溪组和寒武系牛蹄塘组页岩为研究对象，开展了页岩储层敏感性 评 价、油 基 钻 井 完 井 液 静 态 和 动态损害评价系列实验。结果表明，油基钻井完井 液 滤 液 对 裂 缝 岩 样 的 损 害 率 为 ６３．５％ ～９９．９％，体 系 动 态 损 害 率 为 ４９．０％ ～ ８７．２％，综合损害程度为中等—强。结论认为：固相侵入、油相圈闭损害、碱敏损害、流—固耦合强 化 的 应 力 敏 感 损 害 是 主 要 的 损 害 方式；及时高效封堵裂缝、降低滤失量、控制合理的 ｐＨ 值和正 压 差，并 与 井 眼 轨 迹 优 化 设 计 相 结 合 既 是 强 化 页 岩 井 壁 稳 定 的 技 术 对 策 ，也 是 提 高 油 基 钻 井 完 井 液 保 护 页 岩 气 储 层 能 力 的 重 要 途 径 。 关 键 词 页 岩 裂 缝 （岩 石 ） 岩 样 油 基 钻 井 完 井 液 储 集 层 损 害 保 护 措 施 ＤＯＩ：１０．３７８７／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－０９７６．２０１３．１２．０１５
基 金 项 目 ：国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （９７３ 计 划 ）（编 号 ：２０１０ＣＢ２２６７０５）、国 家 科 技 重 大 专 项 （编 号 ：２０１１ＺＸ０５０１８－００５－００３）。 作者简介：康毅力，１９６４年生，教授，博士生导师，博士；主要从事 储 层 保 护 理 论 及 技 术 、非 常 规 天 然 气、油 气 田 开 发 地 质 的 研 究 与教学工作。地址：（６１０５００）四川省成都 市 新 都 区 新 都 大 道 ８ 号 西 南 石 油 大 学 新 能 源 研 究 中 心。 电 话：（０２８）８３０３２９７４。Ｅ－ｍａｉｌ： ｃｗｃｔｋｙｌ＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ
１ 岩样及实验方法
１．１ 样 品 选 取 实验岩样为四川盆地龙马溪组和牛蹄塘组页岩， 基础物性参数见表１。该２组地层均是 古 生 代 海 相 沉 积形成的富有机质页 岩，后 期 经 历 了 大 幅 度 的 构 造 抬 升和强烈的 地 质 改 造 作 用 。 ［３］ 地 层 硬 脆 性 特 征 明 显， 微 裂 缝 发 育 ，常 见 于 石 英 、长 石 等 骨 架 颗 粒 间 以 及 云 母 片 中 。 裂 缝 面 溶 蚀 作 用 明 显 ，常 见 黏 土 矿 物 呈 片 状 、絮 状充填以及方解石充填。
Ｄａｍａｇｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｉｌ－ｂａｓｅｄ ｄｒｉｌｌ－ｉｎ ｆｌｕｉｄｓ ｔｏ ｓｈａｌｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ
Ｋａｎｇ Ｙｉｌｉ，Ｙａｎｇ Ｂｉｎ，Ｙｏｕ Ｌｉｊｕｎ，Ｃｈｅｎ Ｑｉａｎｇ，Ｙｕ Ｙａｎｇｆｅｎｇ （Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｏｉｌ ＆ Ｇａｓ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｇｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ／／Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ６１０５００，Ｃｈｉｎａ） ＮＡＴＵＲ．ＧＡＳ ＩＮＤ．ＶＯＬＵＭＥ ３３，ＩＳＳＵＥ １２，ｐｐ．９９－１０４，１２／２５／２０１３．（ＩＳＳＮ １０００－０９７６；Ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
乏深入系统的分析与评价。笔者以四川盆地志留系龙 马溪组和寒武系牛蹄 塘 组 页 岩 为 对 象，开 展 了 页 岩 储 层敏感性评价、油基 钻 井 完 井 液 静 态 和 动 态 损 害 评 价 系 列 实 验 ，力 求 通 过 实 验 分 析 ，探 索 潜 在 的 损 害 因 素 与 机 理 ，提 出 针 对 性 的 储 层 保 护 措 施 。
表 １ 实 验 岩 样 基 础 物 性 参 数 表
层位
有机碳 含量
镜质组 反射率
基 块 渗 透 率／ ｍＤ