钻井完井液储层损害室内评价关键技术

文章编号：1001-5620（2010）06-0016-04钻井完井液储层损害室内评价关键技术田荣剑，　罗健生，　王楠，　李松，　孙强（中海油田服务股份有限公司油田化学事业部，河北燕郊）摘要　储层损害室内评价是一个统计性实验，必须经过大量的实验，才能对现场情况作出全面、准确的判断；同时它又是一个模拟性实验，其实验方法、实验条件和判别规则对最终的实验结论都会产生决定性影响。

目前储层保护室内评价结果的稳定性和重复性不太好，降低了对现场作业的参考性。

因此，对室内评价过程中实验岩心的选择、建立束缚水的判断进行了规范，对实验条件进行了确定，从而消除了歧义和误差，提高了评价结果的稳定性、为石油的开采提供保障。

关键词　储层损害；统计性；模拟性；渗透率；临界流速；评价中图分类号：TE258 文献标识码：A0　引言储层损害评价包括室内评价和现场评价。

储层损害室内评价对现场的指导性有时不精确，比如室内评价结果不好，而现场的出油效果却不错；室内评价钻井液的损害程度不大，而现场作业后通过测井等技术却认为地层损害较大。

其原因主要是对储层损害室内评价实验的性质不了解、实验条件选择得不合适以及实验结果判定得不精确，久而久之，一味地追求较高渗透率恢复值成为储层保护室内评价的重点关注，而对于评价实验的条件和适用的范围却很少关注。

殊不知，对于储层保护室内评价来说，只有选择合适的实验方法、建立明确的实验条件，得出的实验结果才有实际的参考意义。

地层的不均质性决定储层保护室内评价是统计性的实验。

此外，储层损害室内评价还是一个模拟性实验。

在进行评价实验时，对于岩心的选择、实验方法的设计、评价条件的确定都会对最终结果产生决定性的影响。

虽然有相关的行业标准作为依据，但是在实际操作过程中仍不可避免地存在歧义或误差，导致了实验结果的不准确和重复性差，降低了其参考的价值。

因此，合理地选择实验方法、精确地统一实验条件、认真地执行判别标准是储层保护室内评价的关键[1-3]。

1　室内储层损害评价基本流程目前室内评价储层损害的主要依据是石油天然气行业标准《钻井液完井液损害油层室内评价方法》，同时参考《储层敏感性流动实验评价标准》。

室内储层损害的评价流程主要为：岩心的准备——岩心的抽空和饱和与建立束缚水——测量液相渗透率——钻井液污染——再次测量液相渗透率——得出渗透率恢复值（有时进行切片处理后再次测量液相渗透率）。

岩心的准备阶段主要是指岩心的钻取和端面处理、天然岩心的洗油和烘干、岩心基本参数的测量（包括孔隙度、渗透率、润湿性以及矿物成分的分析等）。

岩心的抽空和饱和与建立束缚水主要是模拟储层流体的存在状态，尽量建立2相共存时的单相流。

在这个过程中，建立束缚水的充分程度直接影响渗透率测试阶段数据的稳定性，因此需要有严格的判别标准。

基金项目：国家重大专项《深水油气田开发钻完井液及固井工程配套技术研究》（2008ZX05026-001-04）。

第一作者简介：田荣剑，1976年生，2003年毕业于中国石油大学（北京）油气井工程专业并获得硕士学位，现在中海油田服务股份有限公司工作。

地址：河北燕郊中海油服油化事业部技术发展中心；邮政编码 065201；电话（0316）3366084。

田荣剑等：钻井完井液储层损害室内评价关键技术17在渗透率的测试阶段，实验温度不同会改变驱替流体的黏度，因此在实验过程中要保证温度的恒定；其次，驱替压力由驱替液的流速提供，流速的不同直接影响渗透率值的大小，因此驱替流速的确定至关重要。

对岩心进行渗透率测试和污染时，都需要给岩心施加一定的围压，以确保流体完全从岩心内部通过，围压的差异会使岩心的骨架结构发生变化，对于疏松性的岩心来说，其影响更是不可忽视。

因此在整个实验过程中，尽可能降低围压对渗透率变化的影响，有利于获得更为准确的实验结果。

2　实验岩心的选择在针对性地评价某个区块时，最好使用该区块的天然岩心，因为只有这样评价结果才能尽可能地接近实际情况。

但是天然岩心不容易获取，很多情况下只能用人造岩心取代，除了孔隙度和渗透率能保证接近外，岩心的润湿性和活性成分等参数较难模拟。

在选择天然岩心时，很多岩心内部有很多的裂缝，如果在沿长度方向存在明显的裂缝时，该岩心就不适合进行评价实验。

岩心内部也有很多肉眼无法识别的微裂缝（如图1所示），在用这样的岩心进行污染实验时，侵入相进入岩心时受到的阻力不均匀，不能保证平行推进，对实验结果的讨论就会失于片面。

图1　天然岩心横截面微裂缝图2为污染相在岩心不同深度横截面侵入的情况。

从图2可知，岩心在不同深度被侵入的面积不同，说明岩心内部存在微裂缝，被污染时侵入相受到的阻力不均匀。

图2　岩心污染后不同深度横断面切割3　建立束缚水的判断在行业标准《钻井液完井液损害油层室内评价方法》中关于造束缚水有这样的描述：“用煤油先在0.4倍临界流量下驱替到不出水和稳定压力，然后再提高流量到0.8倍下驱替到不出水和稳定压力”。

在《储层敏感性流动实验评价标准》中也有这样的描述：“其驱替速度小于临界流速，……连续驱替12 h 以上，且岩心两端压差不再变化时停止驱替”“设定驱替压力为0.4 MPa ，驱替8 h 以上出水量不再增加”。

在上述2个标准中都提到“临界流速”，这是由于地层中存在可运移的微粒。

在标准中给出这样的解释：岩心的渗透率随着流速的增加有较大幅度下降时对应的前一个点的流速。

为了防止实验中流速过大改变地层的原始渗透率，故而均保持在临界流速以下。

由于对临界流速的确定没有精确的定量界定，在实际实验过程中，对于天然岩心临界流速的测量往往很困难，而且对于大多数人造岩心也不存在临界流速，因此对束缚水的建立就具有不确定性，由此进一步造成渗透率测试重复性差的情况发生。

通过实验可以知道，饱和后的岩心在建立束缚水的驱替过程中，从小到大逐渐增大驱替流速，随着饱和液不断被驱替液驱替出，岩心的渗透率逐渐增加，如图3所示。

按照行业标准，当岩心在不同流量驱替下没有饱和液相流出时，认为束缚水建立完成。

但是实际情况并不是完全如此，在液相渗透率正式测量时，偶尔也会有少许饱和液流出，导致结果不稳定。

而且，花费20几个小时的时间建立束缚水，操作时也有一定的不便之处，于是需要一种较为定量的标准来判断束缚水建立是否充分。

18图3　束缚水建立过程中渗透率变化曲线（Ⅰ）通过对不同渗透率范围的岩心反复地进行建立束缚水的驱替实验，每次建立完成后，放入驱替液相中浸泡24 h 以上，最长时间可达一周。

观察其渗透率曲线，结果如图4～图6所示。

图4　束缚水建立过程中渗透率变化曲线（Ⅱ）图5　束缚水建立过程中渗透率变化曲线（Ⅲ）图6　束缚水建立过程中渗透率变化曲线（Ⅳ）可以看出，在不同流量时，渗透率曲线的“台阶效应”越来越明显。

也就是说，随着束缚水建立的越来越充分，2相流体之间（饱和液相和驱替液相）的干扰越来越弱，液相渗透率的测试越来越稳定。

由此可以通过建立束缚水过程中的渗透率测试曲线对束缚水的建立作出较为准确的判断：不同驱替流速下的渗透率曲线台阶越明显，则可以认为束缚水建立的越充分，测试液相渗透率的值也会越稳定；反之，则需要继续进行束缚水的建立。

4　实验条件的确定1）驱替流速的设定。

在行业标准《钻井液完井液损害油层室内评价方法》中对液相渗透率的测量这样规定：“用0.5倍临界流速下的流量驱替到稳定流量和稳定压力，测定损害前岩心对煤油的渗透率”。

对于临界流速测定困难的天然岩心和不存在临界流速的人造岩心来说，选择多大的驱替流速测定液相渗透率较为合适，目前没有统一的规定。

根据达西公式可知，实验中测试的渗透率大小与出液量成正比，与岩心两端的压力差成反比。

实验中的压力差是由驱替液的流速直接产生，驱替流速增加，岩心的上端压力会随之变大，单位时间内的出液量也将增加，于是液相渗透率发生变化。

由于液体具有一定的压缩性，实验压力差与单位时间内的出液量不是线性变化，因此不同流速测定的液相渗透率不同。

一般来说，随着驱替流速的增加，液相渗透率增大。

在进行室内评价实验时，在岩心内部通道不被流速改变的前提下，要保证岩心污染前后测量液相渗透率时驱替液的驱替流速一致，这样测出来的数据才能有可比性。

2）围压的影响。

进行储层损害室内评价实验，岩心在液相渗透率的测试和模拟污染阶段都受到一定的围压。

2个相关的行业标准都规定：围压要高于实验压力（驱替压力或者工作压力）1.5～2.0 MPa 。

但是对压力敏感的岩心或疏松性的岩心来说，围压对渗透率的测试影响非常大。

围压的施加，或多或少都会使得岩心的空间结构发生变化，岩心内部的液流通道也随之发生变化。

有些胶结强度高或压敏性弱的岩心，其渗透率的变化可以忽略；但对于有些岩心来说，围压所引起的渗透率变化，对比于工作液污染引起的渗透率变化更加明显，因此对于这类岩心，在进行室内模拟实验时，要尽可能地保证整个实验过程中，作用在岩心上的围压保持不变。

否则，在整个室内评价田荣剑等：钻井完井液储层损害室内评价关键技术19的流程中，岩心时而加压、时而卸压，对其内部通道就会产生一定的损害，岩心被污染后的渗透率降低也就不能只认为是工作液侵入的原因。

3）数据的采集间隔。

在储层损害室内评价实验所有采集的数据中，参与渗透率计算的数据只有压力和出液量，在每个设定的时间间隔内，都会计算一次岩心的液相渗透率。

在压力趋于平稳后，每个时间间隔内出液量多少，直接影响渗透率数值的稳定。

同一块岩心在相同的驱替流速下测量煤油的液相渗透率，分别设定数据采集时间间隔为40 s 和60 s ，渗透率曲线见图7和图8。

由渗透率曲线的平稳性可以看出，数据采集时间为60 s 时，渗透率数值明显稳定很多。

图7　数据采集间隔为40 s时渗透率曲线图8　数据采集间隔为60 s 时渗透率曲线低孔、低渗岩心的渗透率很低，单位时间内流出的驱替液少，如果采集间隔过短，一两滴液体质量的增减都会增大计算误差，从而很难得到较平稳的渗透率曲线，因此在设定数据采集间隔时，时间过长会影响实验的进度；时间过短会导致实验结果的不稳定。

5　结论1. 岩心的选择对评价实验的结果非常关键，在使用人造岩心取代天然岩心进行实验时，要尽可能保证其孔渗参数接近实际地层资料。

2. 利用“台阶效应”可以较为准确地判断岩心建立束缚水的情况，不同驱替流速下的渗透率曲线台阶越明显，则可以认为束缚水建立得越充分，测得的液相渗透率值也会越稳定；反之，则需要继续进行束缚水的建立。

3. 对于临界流速测定困难的天然岩心和不存在临界流速的人造岩心来说，在岩心内部通道不被流速改变的前提下，要保证岩心污染前后测量液相渗透率时驱替液的驱替流速一致，这样测出来的数据才能有可比性。

4. 对于压力敏感性的岩心或疏松性的岩心进行室内模拟实验时，要尽可能地保证整个实验过程中，作用在岩心上的围压保持不变。