解析塔里木油田“三位一体”全过程储层保护

剑走偏锋

12月12日，塔里木克深2-1-6井日产天然气90万立方米，是克深区块单井产量最高的井。这口井应用全过程储层保护技术，天然气日产量翻了一番。至此，库车山前已有6口井采用全过程储层保护技术，为油气流动开辟了“绿色通道”并获得高产。
　　塔里木盆地地质复杂程度和开发难度世界罕见。针对储层潜在损害因素及勘探开发带来的外部损害，塔里木油田致力于储层保护技术攻关，形成了源头、科技、机制“三位一体”的全过程储层保护技术，为油气生产实现高效益、可持续提供了保障。
　　创新理念，调配“绿色”环保“护理液”
　　欲流之远者，必浚其泉源。塔里木油田以抗高温、高压、深井复杂地层的钻井液技术为主攻目标，围绕高效廉价、一剂多效、保护油气层、最大减轻环境污染，寻求技术更先进、性能更优异、综合效益更佳的泥浆体系，调配保护储层的“护理液”。
　　地面是脆弱的沙漠生态，地下是敏感的油气储层，塔里木油田通过科技攻关、反复实验，自主研发出无毒无污染、易生物降解、无生物富集的“绿色”泥浆，并在12口井推广使用。实践表明，这种“绿色”泥浆成为钻井提速的“催化剂”，平均机械钻速提高23%以上。
　　与世界其他地区的碳酸盐岩相比，塔中地区的碳酸盐岩非均质性强，成藏规律极其复杂。塔中地区发育地层中，大孔大洞型地层只占5%， 95%为以裂缝或裂缝孔洞发育为主的地层， 泥浆漏失的危害和损失不言而喻。
　　哈拉哈塘区块是塔里木油田碳酸盐岩上产的主力区块，钻井过程中容易出现泥浆渗漏、井壁泥页岩垮塌和裸眼段长、高密度钻井液使目的层固相颗粒增加对储层的污染等难题。
　　为此，塔里木油田与中国地质大学联合开展技术攻关，在哈拉哈塘区块钻井中研发出一套“双膜”协同保护裂缝性储层的钻井液体系，实现了油气储层全面保护和环境污染源头控制的目标。
　　泥浆中的惰性重金属是伤害储层的元凶。科研人员针对库车山前 “三超”气井储层物性差、裂缝不发育、孔隙度低、储层易污染等特点，创新全酸溶理念，反复试验，优化堵漏剂中加重材料组分，用微锰矿粉和超细碳酸钙替代部分重晶石粉，并创新使用烘干泥饼、灼烧泥饼、固相残余物等检测方法，准确测得微锰矿粉土酸酸溶率达99.9％。
　　精细技术，堵住泥浆“漏失点”
　　碳酸盐岩缝洞构造钻遇目标储层时，钻井操作难控制，一旦钻开缝洞，高压泥浆就会堵塞缝洞内油气运移通道，造成储层污染，导致钻井勘探开发失利。
　　塔里木油田创新精细控压钻井技术，使出独有的撒手锏技术，使泥浆漏失量仅为常规钻井的1/10，具有明显的减漏效果。
　　快速凝结堵住“创口”，是血小板的功能。在碳酸盐岩钻井中，高强度酸溶性堵漏材料很好地扮演了“血小板”的角色，能在泥浆大量漏失的危急关头起到堵漏作用。
　　如果把东部油田砂岩油藏空隙储层比作海绵的话，那么库车山前迪北区块超深埋藏的致密砂岩微裂缝储层就形如压实挤死的海绵，属于液体敏感型储层。钻井中油、水介质一旦污染储层，即使通过储层改造技术，也难以获得地层原始产能。
　　在迪北104井氮气钻完井过程中，塔里木油田首次成功使用油钻杆，并采用油钻杆坐挂工艺技术完井，用氮气替代泥浆，使泥浆不再是钻井的“血液”。10月12日，迪北104井试获高产油气流，全过程储层保护技术实现储层零污染。
　　随钻研究，一体化机制筑牢“防火墙”
　　泥浆具有护壁、携渣、冷却与润滑功能。泥浆的功能是一把双刃剑。泥浆密度大了，容易漏，储层受伤害；小了，容易喷。如何处理好这其中的微妙关系？
　　9月26日，在克深2-1-6井酸压作用中，仅用200立方米酸液酸化，就使这口井天然气日产量增至74万立方米，创造出第一口井全过程应用储层保护技术、克深区块酸化规模最小、单井产量最高的纪录。
　　这口井在钻进过程中，技术人员坚持“地面服从地下”的科研生产一体化机制， 加强随钻研究，结合每次起下钻实时监测油气上窜速度，根据储层预警保护机制，随机应变，将泥浆密度从每立方厘米1.87克微调到1.85克，找准了不“死”不漏的动态平衡点，既确保了安全快速钻进，又避免了井漏和大压差条件下对储层的伤害。（记者 高向东 通讯员 李磊 胡斯晔）
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　　储层保护：钻井中对油气层的损害，主要指钻井液、固井液、完井液及射孔液等工作液的液柱压力，远远超过储油层孔隙压力时，将其工作液挤注于储油层之内，造成油气通道变小或堵塞。为防止挤注以保护储层采取的措施，称为储层保护。

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　　大港油田：保护储层增油增效
　　“我们拥有从油气层损害预防、诊断到解除的油气层保护系列技术，获国家发明专利4项。”12月15日，大港油田采油工艺研究院专家胡成亮向记者介绍。
　　本着保护油气资源，实现少投入、多产出的原则，大港油田针对开发的各个环节，加强基础研究和科技创新现场实验力度，目前已具备基础实验研究、方案编制、入井液评价优选和单项保护技术开发的能力。
　　业内人士指出，钻井与完井的最终目的在于钻开油层并形成原油流动通道，为油井建立良好的生产条件。任何阻碍流体从井眼周围流入井底的现象都会对油层造成损害。
　　基于此认识，大港油田油层保护经历了引进试验、科研攻关、推广应用阶段，形成了具有大港特色的“六环节一体”修井作业油层保护产业化应用服务模式，年应用500井次以上，满足了大港油田主要开发生产过程油气层保护的需要。
　　大港油田在国内首次提出新型广谱暂堵理论。这种新型广谱暂堵剂GPJ系列，在温度和压力作用下，通过软化、变形和吸附作用，在井壁上形成一层韧性强、渗透性极低的“油膜”来封堵孔喉，从而有效保护油气层。这项技术现场应用10口井，施工成功率100%，增油1058.1吨。
　　大港油田研制开发的修井作业自降解防漏失技术，能够迅速封堵地层孔道，防止修井液漏失，在水中可很快降解。重新投产后，地层渗透率能很快恢复，且对环境无污染。现场试验16口井，一次成功率大于90％，平均单井缩短修井占井时间1天，产量恢复期2.2天，创效85.4万元。
　　此外，大港油田已建立起酸化酸液决策系统、储层敏感性智能化预测系统，实现了快速、准确的储层敏感性预测，同时对16个重点区块建立起油气层保护剖面手册。这标志着大港油田油层保护技术已迈向标准化、规范化管理轨道。（记者汪亚萍）
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　　专家视点
　　汪海阁：提高单井产量 切实保护储层
　　　2006年，长深1井欠平衡钻井中测，日产天然气46万立方米。然而，下套管完井半年后测试，日产量只有一两万立方米。后采取一系列措施，长深1井日产气仅能恢复到30余万立方米，无法重振当日“雄风”。无独有偶，大港油田在千米桥潜山油气藏勘探过程中，板深7、板深8井在欠平衡钻井过程中中途测试获得较高产量，但在下套管、射孔后由于储层受污染，产量大幅降低，而大型酸化压裂后的产量也仅与中途测试产量相当。
　　“问题在于没有采取全过程欠平衡钻井，使储层在后期遭到污染，表明固井、完井作业阶段的污染同样不容忽视。这充分说明了储层保护对提高单井日产的重要作用。进行储层前期评价和储层保护很有必要，能有效减少综合投资。”谈及储层保护的意义，汪海阁先举了两个例子。
　　在油气层打开直至枯竭的全过程中,有多种不同类型的工作液接触储层。这些液体都可能给储层带来损害,阻塞油气从储层流向井筒的通道,降低渗透率,直接影响油气井产能。虽然大部分储层可以修复，但是想要使其恢复到原始状态很困难，费用也相当高。“实验室数据显示，储层渗透率能恢复到原来的85%以上已非常不错。”汪海阁说。
　　钻井、固井、射孔、压裂等环节都可能对储层造成伤害。“钻井过程时间最长，钻井液又是油气层打开时首先与之接触的工作液，易对储层造成损害。因此，钻井过程中的储层保护最应受到重视。”汪海阁认为。目前，欠平衡钻井、氮气钻井、全过程欠平衡钻井是比较常见的储层保护钻井工艺技术。在化学方面，针对储层特点匹配专门的钻井液、完井液、射孔液、压裂液，以及低伤害压裂液、清洁压裂液等，都是行之有效的方法。
　　谈及储层保护所遇到的难题，汪海阁认为，对储层保护工作重视程度不够、投入少是目前面临的主要问题。“原来意义上品质差的油气藏，现在可能是品质不错的油气藏。储层品质变差，对工程技术的要求相应提高。”汪海阁进一步解释。近年来，水平井数量在全球呈快速增长。水平井要上水平，储层保护不可缺。水平井最好采用储层专打，使用针对性强的完井液，并尽可能把泥浆密度降下来，使流体尽可能跟储层相配伍。提高单井产量的法宝，首先是水平井加分段压裂，其次是储层保护。“对某些特低渗透致密性油气藏，如塔里木迪北、四川邛西等，氮气钻井可能是提高单井产量最好的技术。”汪海阁说。
　　对于如何进一步加强储层保护，汪海阁认为，首先要提高认识，摒弃低渗透油气藏不需要保护的理念。对于一些水敏性低渗透储层，尤其是致密性气藏，天然裂缝是获得高产的关键。对于这类储层，采用气基全过程欠平衡钻井，最大限度地发现、保护、利用天然裂缝是勘探开发的核心技术。
　　其次，要采用精细钻井技术，搞清楚地层准确的压力、敏感性等参数，优化井身结构、钻井参数和钻井液参数，采用储层专打等，最大限度保护储层。
　　“要加强储层评价，弄清楚工作液伤害储层的机理和原因，研制与之配伍的工作液。此外，国外公司的储层专打技术和对钻井液等的规范化管理，也值得我们借鉴。”汪海阁补充说。（汪海阁为中国石油集团钻井工程技术研究院战略规划研究所所长　本稿件记者 王亮亮）

　　储层保护常见技术
　　欠平衡钻井
　　在钻井过程中，利用自然条件和人工方法在可控条件下使钻井流体的压力低于待钻地层的压力，在井筒内形成负压。这一钻井过程和工艺称之为欠平衡钻井。
　　欠平衡钻井是一个技术系列，包括气体、雾化、稳定泡沫、不稳定泡沫、充气液、特殊泡沫、泥浆欠平衡钻井等。
　　按照实施欠平衡钻井的储层的地层孔隙压力，可以把欠平衡钻井分为两大类型：一类是液相欠平衡钻井，一类是人工诱导欠平衡钻井。
　　氮气钻井技术
　　氮气钻井技术是指在钻井过程中使用氮气作为循环介质的欠平衡钻井技术。其依靠制氮装备、空气压缩机和增压机对气体进行加压，然后利用高压、高速气流作为钻井循环流体，达到冷却钻头及将井底岩屑带到地面的目的。
　　全过程欠平衡钻井
　　全过程欠平衡钻井即在不压井条件下实现过井口密封装置带压进行钻井完井作业，是指从钻井到完井的各个环节都实现欠平衡的一种钻完井方式，具有及时发现和最大限度地保护油气层、最大限度发挥油气井产能等的特点。主要包括：欠平衡钻进、不压井带压起下钻柱、不压井带压测井、不压井下入完井管柱等。
　　保护油气层暂堵技术
　　保护油气层暂堵技术是在近井壁形成渗透率接近零的暂堵带，阻止钻井液或完井液中的固相与液相进入油气层，完井投产时再采取各种措施进行解堵。
　　对于孔隙型油气层，利用油气层被钻开时钻井液液柱压力与油气层压力之间形成的压差，在极短时间内迫使钻井液中加入的各种类型和尺寸的固相粒子进入油气层孔喉或微裂缝中，在井壁附近形成渗透率接近零、厚度小于射孔弹射入深度的屏蔽暂堵带，阻止钻井液、水泥浆中的固相和滤液继续进入油气层，在完井投产时再通过射孔、反排、酸化等措施解堵。
　　对于裂缝型油气层，为提高架桥的稳定性和暂堵层的承压能力，必须使用纤维状暂堵材料，和刚性颗粒一起在水溶液中形成絮凝团。这种絮凝团的外形在受压时会发生改变，与裂缝表面呈多点接触，受压越大，接触面也越大，因而可以形成稳定的堵塞。