解除重晶石深度污染技术

刘豇瑜　袁学芳　冯觉勇　黄龙藏　张　键　徐海霞

（中国石油塔里木油田公司）

解除重晶石深度污染技术

刘豇瑜袁学芳冯觉勇黄龙藏张键徐海霞

（中国石油塔里木油田公司）

塔里木盆地库车山前克深气田地层压力系数高，钻揭目的层时钻井液采用了大量的重晶石加重，因储层裂缝发育，重晶石固相侵入裂缝系统，堵塞渗流通道，结果导致气井产量偏低或没有产出。针对重晶石堵塞，运用螯合理论，通过室内实验和现场返排液离子分析表明，重晶石解堵剂能够溶解裂缝内的重晶石固相。该技术首次在X井试验，作业后气井日产气量由0.9×104m3增加到5.2×104m3，增产5.7倍，恢复了深度伤害气井的产能。该技术已推广应用在Y气田，增产效果显著，日产气量由26.2×104m3提高到75.2×104m3，增产近3倍。图4表4参6

塔里木盆地克深气田储层伤害重晶石解堵高温高压气井产能

0　引言

塔里木盆地库车山前克深气田储层裂缝发育，地层压力超过110 MPa，地层温度大于150℃，平均孔隙度4.7%，平均渗透率0.055 mD，属于典型的高温高压裂缝性致密砂岩储层［1-2］。由于地层压力系数高，钻井过程中采用大量重晶石加重，因储层裂缝发育，目的层钻完井液漏失严重，钻完井液侵入天然裂缝，液相部分渗入地层孔隙基质中，固相部分（重晶石等加重材料）残留在裂缝中，经过长时间老化，造成重晶石等固相堵塞，结果导致气井产量偏低或没有产出。重晶石（BaSO4）是一种化学性质非常稳定的矿物质，极难溶于强酸、强碱，酸化（压）作业难以有效清除重晶石固相堵塞［3-4］。针对重晶石堵塞，运用螯合理论，结合储层特征，通过室内实验和返排液研究表明重晶石解堵剂溶解力强、易返排。首先在X井开展先导性试验，结果表明，该解堵剂能够溶解天然裂缝内的重晶石固相堵塞，解除储层伤害，恢复了气井产能，为高温高压裂缝型低渗气藏的增产提供了新思路。

1　裂缝型低渗气藏伤害机理

由于储层裂缝的宽度往往大于钻、完井液和修井液中的固相颗粒尺寸，作业过程中，工作液的固相颗粒就会在正压差作用下进入裂缝，在缝内形成堆积，堵塞渗流通道从而降低裂缝导流能力（图1）［5］。

图1　固相侵入裂缝伤害机理示意图

库车山前克深气田地层压力系数高，目的层钻进时以水基钻进液体系为主，但无论是水基还是油基钻井液体系均采用了大量的重晶石加重，重晶石用量671～2 534 t，平均用量1 345.6 t，且目的层漏失严重，漏失最高达1 361.1 m3，平均漏失量904.9 m3（表1）。储层裂缝发育，平均裂缝密度0.4条/m，裂缝宽度在220～290 μm之间，平均为260 μm，而重晶石的直径为10～75 μm。因此，钻完井过程中，就会有大量的重晶石固相颗粒侵入天然裂缝系统。

表1　克深气田部分井钻井液重晶石用量和目的层漏失情况统计表

2　重晶石解堵剂室内评价

2.1解堵机理

重晶石解堵剂是一种无色-淡黄色液体，密度为1.03 g/cm3，pH值介于12～14。其主要成分为螯合剂，能够与多价金属离子发生螯合，溶解堵塞固相，尤其能够螯合Ba2+，与重晶石形成真溶液。其解堵作用过程是先将裂缝中的固相软化、溶解，然后通过螯合将重晶石颗粒分散、悬浮，最后随返排液排出井筒（图2）［6］。其反应方程式为：

BaSO4+2YNa=｛Y-Ba2+Y-｝+SO42-+2Na+

式中：

YNa—螯合剂的钠盐。

2.2溶解力评价

将滤纸在110℃下烘30 min（恒重）称量，称取5 g重晶石粉加入到50 mL重晶石解堵剂中，在170℃烘箱中密闭反应3 h，然后在常温下反应1 h，过滤，烘至恒重，称量；同时用自来水和15%的盐酸做实验，进行对比。实验数据和结果见表2。

图2　重晶石解堵剂解堵作用过程示意图

表2　重晶石解堵剂溶解力实验结果

重晶石解堵剂的溶蚀量为12.5～12.8 g/L，自来水和盐酸的溶蚀量分别为0.94 g/L，和2.42 g/L，，说明重晶石解堵剂对重晶石粉较15%的盐酸的溶解力强。

2.3界面张力评价

用旋滴界面张力仪测定水、20%解堵剂、20%解堵剂+1%助排剂与原油的界面张力，实验结果见表3，结果表明解堵剂与油的界面张力低，易于返排。

表3　水、20%解堵剂、（20%解堵剂+1%助排剂）与原油的界面张力测试结果

3　现场试验

2013年，重晶石解堵工艺技术首次在X井试验。X井位于库车坳陷克拉苏构造带克深区带克深2号构造高点上，目的层为白垩系巴什基奇克组6 573.00～6 631.00 m。钻井过程中目的层漏失密度2.15 g/cm3的钻井液641 m3，采用671 t重晶石加重剂。本井自2008年完钻后，先后经历三次修井作业，修井液密度1.98 g/cm3。钻、修井液均用重晶石加重、密度高，导致钻、修井液侵入天然裂缝，造成重晶石等固相堵塞伤害。为解除钻、修井过程中的重晶石堵塞，首次进行了解除重晶石堵塞技术尝试。

3.1解堵剂用量设计

采用容积法计算解堵剂的用量，用量由基质和裂缝两部分组成

储层基质孔隙解堵剂用量计算公式：

裂缝解堵剂用量计算公式：

式中：

V1—基质孔隙解堵剂用量，m3

V2—裂缝解堵剂用量，m3；

R—储层基质污染半径，m；

h—射孔段长，m；

φ—目的层平均孔隙度，%；

N—改造段天然裂缝条数，条；

L—天然裂缝平均长度，m；

H—天然裂缝高度，m；

r—天然裂缝宽度，m；

α—重晶石堵塞体积修正系数，取0.4；

ρ—重晶石密度，g/cm3；

β—安全系数，取1.6；

83—单位重量重晶石消耗解堵剂量，m3/t。

通过计算确定解堵剂用量为180 m3。

3.2施工参数及效果

2013年10月进行解堵施工，挤入地层总液量262.9 m3，其中隔离液80 m3，重晶石解堵剂185 m3。泵压3.6～112 MPa，排量0.6～3.65 m3/min，停泵压降79.9下降到76.2 MPa。解堵前油压4.87 MPa，折日产气0.9×104m3，解堵后油压18 MPa，日产气5.2×104m3。通过以上分析认为，解堵剂对井周重晶石堵塞有一定的溶解能力。

3.3返排液离子分析

为进一步验证重晶石解堵剂的作用效果，对返排液进行了取样分析，取得返排液样46个。进行返排液密度和pH值测定，返排液密度由开始返排的1.00上升至1.09，说明解堵液溶解了裂缝内的重晶石堵塞而使返排液密度增加，返排到15 h返排液密度最高，随后密度逐渐降低，说明随着反应的进行，裂缝内可供溶解的重晶石固相越来越少，到返排结束时，返排液密度与解堵剂的密度是（1.03 g/cm3）一致。此外，返排液的pH值由13下降到7（图3），说明返排开始时返排液的pH值与解堵剂的pH值一致，随着重晶石固相的溶解，使返排液的pH值逐渐降低。通过返排液密度和pH值的变化说明储层裂缝中的重晶石堵塞物被溶解而随返排液带出。

此外，据返排液的钙、镁、钡、铁离子浓度分析，返排液所携带的阳离子浓度在返排3 h时达到最高，此后逐渐降低（图4），说明钙、镁、钡、铁阳离子随返排液带出井筒，这也表明裂缝内的固相堵塞物得到溶解。

图3　返排液pH值及密度变化图

图4　返排率阳离子浓度变化图

综合现场施工效果和返排液密度、pH值和离子浓度分析均表明，重晶石解堵剂对天然裂缝内的重晶石固相的溶解具有积极的作用。

3.4推广应用

克深X井成功实施解堵后，该技术推广应用到库车山前Y区块。解堵剂用量最高440m3，平均373.75m3，排量4.9 m3/min，施工泵压最高108.7 MPa，措施后最高产气96×104m3，平均日产气由26.25×104m3提高到75.2×104m3，增产效果显著（表4）。

表4　克深8气田应用效果

目前，施工的4口井均正常生产，其中A井和B井已生产500余天，累产气3.7×108m3。重晶石解堵工艺技术对解除高温高压致密砂岩气藏的重晶石堵塞效果显著，有效性持续时间较长。

4　结论与建议

（1）塔里木盆地库车山前克深气田储层天然裂缝发育，目的层漏失严重，固相侵入是储层伤害的主要因素。

（2）室内实验和返排液离子研究表明重晶石解堵剂能够溶解裂缝中的重晶石固相，且易返排。

（3）重晶石污染技术首次在X井试验，产量由0.9×104m3增加到5.2×104m3，恢复了该井产能。在Y气田推广应用效果显著，产量由26.2×104m3提高到75.2×104m3，增产近3倍，部分井已累产500余天。因此，建议对于此类储层污染，可先采取该工艺实施解堵，疏通天然气渗流通道，恢复气井产能。

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（修改回稿日期2016-07-24编辑景岷雪）

刘豇瑜，女，1985年出生，硕士，现从事油气田储层改造研究。地址：（841000）新疆库尔勒市塔里木油田油气工程研究院酸化压裂研究室。电话：（0996）2173394。E-mail：ljyu-tlm@petrochina.com.cn