南苏丹Palouge油田滤饼清除技术

张 鑫

(中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井液公司，北京 100101)

Palouge油田位于南苏丹3/7区上尼罗州的Melut盆地，是南苏丹最大和最具有开发潜力的油田，为增大泄油面积，提高油气井产能，采用筛管完井的水平井进行开发。该油田在钻进储层时采用了Drill-in无固相钻井液，该钻井液在井壁上形成了致密滤饼，减少了钻井液滤液的侵入，达到了防止储层损害的目的，但在进行筛管完井时，水力冲刷无法彻底清除筛管和井壁上的滤饼及侵入油气层的聚合物残留物，打通油气流动通道，因此，筛管完井时如何解除钻井液滤饼堵塞、恢复储层渗流能力成为打通油气流动通道的关键[1_4]。

化学清除法是解除钻井液滤饼堵塞的一种常规方法，该方法主要利用滤饼清除剂解除滤饼堵塞。滤饼清除剂主要分为氧化型、生物酶和酸性3类，清除机理各不相同。氧化型滤饼清除剂主要是利用氧化剂对滤饼中的大分子聚合物产生氧化降解作用，使大分子聚合物降解成小分子聚合物和水，降低滤饼颗粒间的粘结性，从而使滤饼松动脱落，达到清除滤饼的目的[5]。生物酶滤饼清除剂是利用生物酶的选择催化降解作用，在一定温度条件下使钻井液中长链大分子聚合物的分子链断开，将其降解成单糖和二糖，降低滤饼颗粒间的粘结性，使滤饼松动，进而将滤饼清除出井筒[6_8]。酸性滤饼清除剂主要是在井筒中形成酸性环境，使聚合物降解，降低滤饼颗粒间的粘结性,同时快速溶蚀钻井液滤饼中的酸溶性骨架材料，拆散滤饼，从而实现滤饼清除[9]。

Drill-in钻井液主要由可降解的有机处理剂、碳酸钙和聚合醇组成，具有良好的可降解性，形成的滤饼易于被滤饼清除剂清除[10_11]。因此，为保证滤饼清除率和在完井时达到保护储层的目的，笔者在分析Palouge油田储层物性和Drill-in钻井液滤饼情况的基础上，选择与储层匹配程度高的酸性滤饼清除剂，配制了酸性滤饼清除完井液，室内性能评价结果和现场应用表明，利用酸性滤饼清除完井液完井可以清除palouge油田油井储层段的滤饼，打通油气流动通道。

1 滤饼清除剂的优选

基于Palouge油田储层特性以及该油田常用Drill-in钻井液钻进储层的实际情况，开展了滤饼清除剂的优选研究。

1.1 储层特性

Palouge油田主力储层上部基本以泥岩为主，夹杂薄层砂岩；下部则以易漏的细砂岩为主，油层厚度较大。全岩矿物分析结果表明，储层岩石成分以石英为主，其次为钾长石，黏土含量在5%左右，部分井还含有少量的方解石、白云石和菱铁矿。储层主要为孔隙型储层，颗粒间孔隙为主要储集空间，孔隙连通性好，主要是中_大孔喉连通。储层具有孔隙度高、渗透性好的特点，主力油层的渗透率为100～500 mD，部分油层甚至可以达到2 000 mD，孔隙度为15.0%～24.7%，属典型的高孔高渗油层。地层水矿化度较高，为NaHCO3型水。储层具有弱盐敏性、中度水敏性，酸敏性和碱敏性不明显;储层温度60～80 ℃。

1.2 钻井液

针对Palouge油田的储层特性，该油田在钻进储层时采用了Drill-in钻井液。该钻井液以易酸化溶解的碳酸钙颗粒为架桥粒子，以具有“浊点”效应的聚合醇为变形粒子，对储层实施屏蔽暂堵，以达到保护储层的目的。同时，该钻井液采用了可生物和化学降解的处理剂，在完井时可通过生物和化学降解清除滤饼，达到恢复储层渗透率的目的。

Drill-in钻井液配方为0.10%KPAM+0.25%NaOH+XC(视情况而定)+0.30%PAC-RL+0.80%PAC-LV+0.50%NH4HPAN+8.00%KCl+0.15%RH_4+1.00%FT_1+4.00%聚合醇+4.00%润滑剂A，利用200目碳酸钙将其密度提高至1.18 kg/L。

1.3 滤饼清除剂的选择

Palouge油田储层为砂岩储层，渗透性好，采用水力喷射清除滤饼会引起出砂和水敏，造成渗透率降低，导致产能降低，且能耗大、成本高；采用氧化型滤饼清除剂清除滤饼有一定效果，且其与Drill-in钻井液具有较好的配伍性，但安全性差，在运输、储存和使用等方面均存在安全隐患；生物酶具有环保、安全、无毒和腐蚀性小等特点，但选择性高，对成分复杂钻井液形成的滤饼清除效果越差，且对储存条件要求较高，高温下容易变性失去活性。相对于氧化型和生物酶滤饼清除剂，酸性滤饼清除剂对高温不敏感，运输、存储容易，且对含有酸溶性封堵材料聚合物钻井液形成的滤饼具有较好的清除效果，与Palouge油田的储层及Drill-in钻井液具有较好的配伍性。因此，选用酸性滤饼清除剂HBK-Lb。酸性滤饼清除剂HBK-Lb主要由低碳复合酸、氧化剂和破胶剂等组成，外观为白色粉末。低碳复合酸可溶蚀储层孔隙中的酸溶性胶结物及酸溶性暂堵剂，提高储层渗透率；氧化剂可使有机聚合物破胶，解除钻井液有机处理剂造成的污染；破胶剂可使天然高分子处理剂在引发剂作用下快速断链。

2 酸性滤饼清除完井液性能评价

2.1 酸性滤饼清除完井液配方的确定

为保证与地层的配伍性和确保油气层的解堵效果，酸性滤饼清除完井液是在KCl盐水完井液中加入5%酸性滤饼清除剂HBK-Lb配制成的。由于加入了酸性滤饼清除剂，滤饼清除完井液呈酸性，需添加高效缓蚀剂以避免或减缓完井液对筛管、套管和井下工具的腐蚀。笔者参照SY/T 5273—2014《油田采出水处理用缓蚀剂性能指标及评价方法》中静态挂片失重法优选缓蚀剂及加量，结果见表1。

表1滤饼清除完井液缓蚀剂优选试验结果

Table1Testresultsofcorrosioninhibitoroptimizationforcompletionfluidtoremovefiltercake

缓蚀剂及加量平均腐蚀速率/(mm·a-1)缓蚀率,%腐蚀状态描述18.814 3有少量点蚀2.0%CA101_43.962 878.94均匀腐蚀,无点蚀1.0%HCI5.062 873.09均匀腐蚀,无点蚀1.5%HCI3.033 983.87均匀腐蚀,无点蚀2.0%HCI1.378 492.67均匀腐蚀,无点蚀

注：试验条件为80 ℃、24 h；采用N80钢级挂片，挂片面积12.6 cm2。

从表1可以看出，缓蚀剂HCI的缓蚀效果较好，其加量为2.0%时腐蚀速度和缓蚀率分别达到1.378 4 mm/a和92.67%，故确定酸性滤饼清除完井液配方为8%KCl+5%滤饼清除剂HBK_Lb+2%缓蚀剂HCI。

2.2 滤饼清除效果评价

2.2.1 API滤饼

采用老化后密度为1.18和1.30 kg/L的Drill-in钻井液，利用API滤失仪按照中压滤失量测定程序压制2种滤饼，并分别放在400 mL的5%HBK-Lb溶液、8%KCl溶液和5%国外滤饼清除剂中，在80 ℃下浸泡2和4 h，测定滤饼清除剂和8%KCl的清除效果，结果见表2。

从表2可以看出，Drill-in钻井液的API滤饼在5%HBK-Lb滤饼清除剂溶液浸泡2 h后，滤饼清除率可达到95%以上，清除效果较好，且优于国外滤饼清除剂。试验时发现，用酸性滤饼清除剂HBK-Lb浸泡滤饼时有大量气泡溢出，滤纸上的滤饼很快松动脱落，说明HBK-Lb可溶蚀滤饼中的封堵剂CaCO3，快速破坏滤饼结构，达到了提高滤饼清除率的目的。

表2不同滤饼清除剂对Drill-in钻井液API滤饼的清除效果

Table2EffectofremovingtheAPIfiltercakebydifferentremoversforDrill-indrillingfluid

清除剂及加量清除率,%2 h4 h滤饼1滤饼2滤饼1滤饼28%KCl8.017.5410.0511.785%HBK-Lb95.2096.5096.4097.705%国外滤饼清除剂82.6064.2085.5075.50

2.2.2 筛管滤饼

Palouge油田水平井均采用筛管完井，为确定HBK-Lb对筛管上筛网滤饼的清除效果，采用高温高压筛管破胶仪进行筛管滤饼清除试验。首先向筛管破胶仪内注入Drill-in钻井液制备被滤饼堵塞的筛网样，然后将其浸泡在5% HBK-Lb溶液中，在60 ℃下浸泡3和4 h，测得筛网滤饼的清除率分别为85.6%和90.8%。可以看出，滤饼清除剂HBK-Lb对Drill-in钻井液形成的筛管滤饼具有较好的清除效果。

2.2.3 SEM电镜扫描分析

将Palouge油田的储层岩心进行洗油干燥处理后，对岩心端面进行SEM电镜扫描，结果见图1(a)。利用Drill-in钻井液对岩心进行动态污染，然后截去岩心污染端，对断面进行SEM电镜扫描，结果见图1(b)。对污染端截去0.5 cm的岩心，挤入2倍孔隙体积的酸性滤饼清除完井液，并将其在浸泡在酸性滤饼清除完井液中，在60 ℃下浸泡7 h，然后对岩心端面进行SEM电镜扫描，结果见图1(c)。

从图1可以看出：污染前岩心的孔隙、喉道清晰可见；经过Drill-in钻井液污染后岩心表面形成了超低渗透封堵层，孔隙、喉道基本被丝带状、聚团状聚合物和细小颗粒堵塞；经酸性滤饼清除完井液处理后岩心内的滤饼结构被破坏，孔隙、喉道被重新打开，说明岩心内的滤饼被酸性滤饼清除完井液有效清除。

2.2.4 岩心驱替法分析

选用取自Palouge油田FM_27井不同井深的天然岩心，利用岩心驱替法模拟现场酸性滤饼清除完井液清除滤饼的情况。经过Drill-in钻井液污染和酸性滤饼清除完井液处理后，取自井深1 271.00 m、孔隙度28.8%、渗透率1 005 mD岩心和取自井深1 311.00 m、孔隙度26.4%、渗透率746 mD岩心的渗透率恢复率分别为97.0%和96.8%。由此可见，酸性滤饼清除完井液不仅可清除岩心浅层内的滤饼，对岩心深部的内滤饼也具有较强的清除能力，并可有效疏通被Drill-in钻井液中暂堵剂封堵的孔隙和喉道。

图1 岩心端面SEM电镜扫描结果Fig.1 Scanning result of SEM electron microscope on core end face

2.3 储层保护性能评价

参照SY/T 6540—2002《钻井液完井液损害油层室内评价方法》，分别进行酸性滤饼清除完井液对天然岩心的静态和动态污染试验，通过测定天然岩心污染前后的渗透率，评价酸性滤饼清除完井液的储层保护性能。

将洗油、干燥后的天然岩心抽真空饱和标准盐水，老化40 h后待用；在60 ℃下正向测定岩心的煤油渗透率；在60 ℃条件下，在静态污染仪上将2倍孔隙体积的酸性滤饼清除完井液反向注入岩心，静置2 h；取出岩心，将其浸泡在酸性滤饼清除完井液中7 h左右；在60 ℃下正向测定污染后岩心的煤油渗透率，计算岩心经酸性滤饼清除完井液污染后的渗透率恢复率，结果见表3。

表3酸性滤饼清除完井液静态污染试验结果

Table3Staticpollutiontestresultofacidcompletionfluidtoremovefiltercake

岩心号渗透率/mD污染前污染后渗透率恢复率,%1689.791.1101.54124.8123.498.9

由表3可以看出，岩心经酸性滤饼清除完井液静态污染后其渗透率恢复率大于98%，甚至超过了100%，说明酸性滤饼清除完井液对储层起到了保护和改造作用。其原因是Palouge油田储层酸敏性不明显，且对酸性滤饼清除剂HBK-Lb具有较强的适应性和配伍性，同时酸性的HBK-Lb不仅可溶蚀暂堵剂CaCO3，也可溶蚀储层岩石颗粒间的部分胶结物，起到疏通喉道的作用。

在60 ℃下利用岩心动态污染仪模拟滤饼清除完井液对岩心的动态污染，用2倍孔隙体积的酸性滤饼清除完井液反向动态污染岩心125 min，测定动态污染前后岩心的渗透率，计算动态污染后的渗透率恢复率，结果见表4。由表4可以看出，经滤饼清除完井液动态污染的天然岩心，其渗透率恢复率均大于100%，进一步证明酸性滤饼清除完井液具有较好的储层保护性能。

表4酸性滤饼清除完井液动态污染污染试验结果

Table4Dynamicpollutiontestresultofacidcompletionfluidtoremovefiltercake

岩心号渗透率/mD污染前污染后渗透率恢复率,%1239.940.8102.3733.838.1112.7

3 现场应用效果分析

南苏丹Palouge油田先后在6口油井应用了酸性滤饼清除完井液，均达到预期目标。在试油和生产过程中，取得了良好的应用效果。后期统计结果表明，应用酸性滤饼清除完井液的油井，与未应用该完井液的邻井相比，单井原油产量平均增加12.4%以上。

3.1 滤饼清除效果良好

图2为Palouge油田Assel-15H井和PL-24H井应用酸性滤饼清除完井液完井时的漏失曲线。

图2 浸泡滤饼清除完井液时的完井液漏失情况Fig.2 Loss of completion fluid during immersing and removing filter cake

由图2可以看出：Assel_15H井和PL_24H井采用酸性滤饼清除完井液浸泡3～5 h后，均开始出现少量漏失，初始漏失速度较慢，最大为0.6 m3/h，此时主要为滤饼清除完井液的酸性成分与暂堵剂CaCO3发生反应，但是大分子聚合物仍然处于交联状态，滤饼的主体结构尚未被破坏；浸泡8 h后，漏失速度开始骤然增大，且随浸泡时间增长呈上升趋势，说明酸性滤饼清除剂开始与大分子聚合物发生反应，聚合物开始逐步分解，滤饼结构遭到破坏，同时井壁周围被“暂堵”的孔喉逐步打开，从而造成完井液漏失速度逐渐增大。

在完井过程中，酸性滤饼清除完井液漏失速度均呈现先升高后降低再升高的趋势，主要原因是降解形成的小分子物质随完井液漏失进入地层孔喉，导致孔喉被暂时封堵或孔喉直径变小，表现为漏失速度小幅降低；随着小分子聚合物进一步降解，井壁周围的孔喉被再次打开，完井液漏失速度再次呈现增快趋势，说明此时井壁周围的内外滤饼已完全被降解清除。

Palouge油田应用酸性滤饼清除完井液的6口井，在浸泡8～10 h后均发生明显漏失，最大漏失速度均在2.0 m3/h以上，说明酸性滤饼清除完井液可以有效降解滤饼和近井地带孔隙中的大分子聚合物，清除筛管和井壁上及储层内的滤饼，打通油气流动通道，达到扩容增产的目的。

3.2 试油增产效果明显

表5为Palouge油田6口井应用酸性滤饼清除完井液清除滤饼后的试油情况。由表5可以看出，应用酸性滤饼清除完井液油井的产液量和产油量较未应用邻井均有大幅度提高，说明井筒与储层已建立顺畅的油气流动通道。与应用国外完井液的邻井Assel_17H井相比，Assel_15H井产油量增加186.1 m3，增幅达110%。FM_31H井和FM_28H 井均使用了Drill-in钻井液，但FM_28H井未应用酸性滤饼清除完井液，其产液量和产油量均低于应用酸性滤饼清除完井液的FM_31H井。

表5 应用酸性滤饼清除完井液各井的试油情况Table 5 Oil testing of each well after using acid completion fluid to remove filter cake

4 结论与建议

1) 酸性滤饼清除完井液可有效降解Drill-in钻井液中的大分子聚合物、溶蚀滤饼骨架材料，对Drill-in钻井液的API滤饼、筛管滤饼、岩心内滤饼均具有较好的清除效果。

2) 酸性滤饼清除完井液与Palouge油田储层物性具有良好的配伍性，经其静态污染岩心的渗透率恢复率不低于97.0%，经其动态污染岩心的渗透率恢复率不低于102.3%，可起到有效保护和改造储层的作用。

3) 现场应用表明，应用酸性滤饼清除完井液能清除Palouge油田井下筛管和井壁上的滤饼，打通油气流动通道。