低渗透油田油层保护策略室内实验研究

于田宇，姜 源，韩保罗，钟会影

（1. 东北石油大学 提高油气采收率教育部重点实验室， 黑龙江 大庆 163318；2. 大庆油田装备制造集团 抽油机制造分公司国际总装厂，黑龙江 大庆 163316； 3. 大庆石油管理局，黑龙江 大庆 163453）

低渗透油田油层保护策略室内实验研究

于田宇1，姜 源2，韩保罗3，钟会影1

（1. 东北石油大学 提高油气采收率教育部重点实验室， 黑龙江 大庆 163318；2. 大庆油田装备制造集团 抽油机制造分公司国际总装厂，黑龙江 大庆 163316； 3. 大庆石油管理局，黑龙江 大庆 163453）

考虑投资与成本，开展了低渗透率岩心伤害评价实验，结果表明钻井液对储层的伤害程度最大，达到60%以上；在系列流体流动实验中，当钻井、射孔均不保护，只在压裂环节采取保护措施时，岩心的最终伤害率为 32.92%，仅比各环节均采取保护措施时的伤害率多 20%，结合经济效益分析认为，钻井、射孔均不保护，在压裂环节保护可作为低渗透油层保护的一项策略。

低渗透；油层保护；伤害率；岩心实验

对于流体渗透能力差、产能低的低渗透油田，目前普遍采用水力压裂技术进行改造以维持其正常生产，同时，在各生产环节辅以相应的油层保护工作[1-5]。引入油藏经营理念，把投资与成本有效结合起来，综合考虑油田的长期和短期收入，实现一定产量规模下投资与成本的最佳组合，已经是新形势下石油战略的一个重要方面[6]。采取压裂投产，投入费用本来就高，加之前期钻井、射孔过程若采取油层保护措施，更需大量的资金投入。为了降低成本，选择适宜的油层保护液类型，以渗透率伤害率为目标，开展了系列流体评价实验，研究钻井、射孔、压裂以及后续的投产、投注等各环节间的油层保护策略，以探索对低渗透油藏经济高效开发的新途径。

1 储层保护措施效果的评价依据

渗透率伤害率是评价储层伤害程度，反映储层保护措施效果的主要指标。室内一般以整根岩心污染前后渗透率的比值来描述入井流体对储层的伤害，影响油井产能各因素的关系为：

式中：Qd/Q — 堵塞比；

Qd— 实际产能；

Q — 理论产能；

re— 井眼排液半径；

rw— 井眼半径；

rd— 污染带半径；

k — 储层原始渗透率；

kd— 污染带储层渗透率。

式（1）说明对某一确定的油藏，堵塞比主要由污染带半径rd和储层原始渗透率与污染带储层渗透率的比值k / kd所决定。与此相应，本研究中，将储层保护措施效果的评价指标即污染岩心的伤害率D定义为：

式中： k — 岩心原始渗透率；

kd— 污染后伤害段岩心渗透率。

2 室内实验

2.1 实验内容

2.1.1 实验方法

对于低孔隙度低渗透率的砂岩储集层，根据三分之一架桥原理[2]，外来工作液滤液的侵入是损害油层的主要因素。因此，钻井环节中是在钻井液滤液中添加相关抑制剂保护油层；射孔环节中以射孔液代替清水保护油层；压裂环节中以清洁压裂液代替普通压裂液保护油层，具体步骤需结合油层保护评价依据，执行储层伤害常规评价程序。

2.1.2 实验条件

岩心：大庆外围油田天然岩心，直径为25 mm，长度为100 mm，经抽提清洗，平均气测渗透率约为5×10-3μm2，在压裂环节模拟中对岩心人工造缝，实验温度45 ℃。实验仪器及装置：渗透率测定仪；高温高压滤失仪；梯度式高压岩心流动实验仪（4个测压点）；压力传感器（量程：400，186，60，15 kPa）。

2.1.3 实验方案

单相流体伤害评价：分别评价钻井液滤液、压裂液等入井流体对低渗油层的伤害程度。系列流体伤害评价：钻井、射孔、压裂均不保护；钻井、射孔、压裂均保护；钻井保护，射孔、压裂均不保护；射孔保护，钻井、压裂均不保护；压裂保护，钻井、射孔均不保护；钻井、射孔、压裂均不保护，采取后续解堵。

2.2 实验结果

2.2.1 单相流体伤害评价实验

单相流体伤害评价实验结果见表1。

表1 单相流体伤害评价实验结果Table 1 Experimental evaluation of single-phase fluid damage

单相流体伤害评价实验结果表明，钻井液对储层的损害较大，岩心渗透率伤害率达到60.60%，普通压裂液同样能使伤害率接近50%，相比之下，射孔液和清洁压裂液对储层的伤害程度较弱。

2.2.2 系列流体伤害评价实验

系列流体评价实验的目的在于通过室内静动态模拟，了解岩心按实际工程施工工序与各种外来流体接触时受到的伤害及程度，评价结果见表2。

表2 系列流体伤害评价实验结果Table 2 Series of fluid damage evaluation experimental results

从表2结果可以看出，钻井、压裂均不保护，而射孔环节保护时，污染岩心的最终伤害率为44.12%，较各环节均不保护或单独钻井环节保护时的伤害率分别低出19.90%和 13.23%，这说明钻井环节对储层的伤害最大，体现出射孔液能有效恢复储层渗透能力的特性；当钻井、射孔均不保护，而压裂环节保护时，污染岩心的最终伤害率为32.92%，岩心注入压差明显降低，见图1。

图1 钻井、射孔均不保护时不同压裂方案的实施对注入压差的影响Fig.1 The influence of different fracturing schemes on injection pressure when drilling and perforation are not protected

对比其它各方案实验结果，该方案与钻井、射孔及压裂各环节全保护时 12.28%的伤害率相差最小，表明即使钻井和射孔环节不采取油层保护措施，在压裂环节施以清洁压裂液，同样可有效减弱不同外来工作液与地层接触而产生的负面影响。该方案可以作为低渗透油田油层保护的一个策略。

钻井、完井及压裂过程中，工作液滤液以及微粒因正压差的作用将不可避免地进入油层，造成对地层渗透率的损害。为此，采取后续解堵措施使储层的渗透率得以恢复，即“钻井、射孔、压裂均不保护，采取后续解堵”方案。而室内实验研究结果表明，即使钻井、完井及压裂各环节均不采取相应的保护措施，其对储层所造成不同程度的伤害，在采取解堵措施后，渗透率恢复可大于90%。但需考虑一个风险性问题：若解堵剂配方不恰当，或施工工艺不合适会对地层造成二次损害，使地层渗透率进一步降低，不但达不到改造储层提高产量的目的，相反会使产量进一步降低，并且解堵的有效作用距离和成本也是影响实施储层渗透率恢复技术及其应用效果的重要因素。

3 油层保护策略经济回报率分析

结合经济回报率评价的一般通行方法，主要引入“原油价格”和“油层保护措施费用”，并以钻井、射孔及压裂全不保护方案为计算基准，根据室内岩心实验伤害率的测定结果，按照5 m的油层有效厚度和1 a的开采时间，对单井采取不同策略的油层保护技术进行经济回报率分析，分析结果见表3。

表3 经济回报率分析结果Table 3 Economic return analysis results

从表3经济回报率的初步分析结果可以肯定，在钻井、射孔不保护，而压裂环节采取保护措施时，虽然单井投入费用高，但所得经济回报率较高，大约是各环节均保护方案经济回报率的 1/2，对储层的最终伤害程度较低，采油强度又适于油田开发的长远战略，故该油层保护策略对于降低成本和保证油田开发效益具有一定的价值。

4 结 论

（1）入井流体中钻井液对低渗透储层的伤害程度最大，岩心渗透率伤害率大于60%，而与储层流体配伍性好的射孔液和压裂液能有效解除前期油层的污染；后续解堵能较大幅度地恢复储层的渗透率，但在实际生产过程中，除了优化解堵剂配方外，还得考虑解堵作用半径、解堵有效期等一系列问题。

（2）钻井、射孔及压裂环节均采取保护措施时的效果最好，但结合对储层的伤害程度及相应成本控制，钻井、射孔不保护，而仅在压裂环节采取保护措施不失为低渗透油田油层保护的一项策略。

［1］蒋金宝，林英松，阮新芳，等．低渗透油藏改造技术的研究及发展[J]．钻采工艺，2005，28（5）：50-53．

［2］李克向．保护油气层钻井完井技术[M]．北京：石油工业出版社，1993．

［3］张福坤，于永波，刘丽华，等．敏感性油藏油层保护技术的研究与应用[J]．中国石油勘探，2002，7（3）：69-72．

［4］陈凤，罗美娥，张维平，等．大庆外围油田钻井过程中的油层保护技术[J]．石油钻采工艺，2005，27（3）：28-30．

［5］党龙梅，姚凯，孙明磊，等．史深 100油藏钻井油层保护技术研究及应用[J]．特种油气藏，2004，11（2）：60-62．

［6］元子瑞．对提高老油田投资效益的思考[J]．胜利油田党校学报，2004，17（4）：88-89.

Experimental Study of Reservoir Protection in Low-Permeability Oilfield

YU Tian-yu1，JIANG Yuan2，HAN Bao-luo3，ZHONG Hui-ying1
（1. Key Laboratory of Enhanced Oil & Gas Recovery of Ministry of Education, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China；2. Beam Pumping Manufacture Branch, Daqing Oilfield Equipment Manufacturing Group Co.,Ltd., Heilongjiang Daqing 163316, China；3. Daqing Petroleum Administration Bureau, Heilongjiang Daqing 163453, China）

Taking the investment and costs into account, the evaluation experiment of low-permeability core damage was carried out, and the results indicated that the damage level of drilling fluid to reservoir was the highest, exceeding 60%. In series of fluid flow experiments, the drilling and perforation were not protected unless it’s in fracturing process, and the final damage rate of core reached at 32.92%, only 20% more than that in all protection process. After analyzing the economic benefits, it’s pointed out that the drilling and perforation need be not protected, and the protection of fracturing link can be used as a strategy for protecting the low-permeability reservoirs.

Low permeability; Reservoir protection; Harmful rate; Core experiment

TE 348

A

1671-0460（2015）08-1882-03

东北石油大学青年科学基金，项目号：NEPUQN2014-29。

2015-06-15

于田宇（1991-），男，黑龙江齐齐哈尔人，2015年毕业于东北石油大学油气储运工程专业，现从事油气田开发工程方面的研究。E-mail：dytyty@126.com。

钟会影（1981-），女，讲师，硕士，从事油气田开发工程方面的教学和科研工作。E-mail：nepuwzh@163.com。