宋瑞宏 杨淑静 李欢欢 李增乐
（大庆石油管理局钻探集团钻井工程技术研究院）
摘要：本文通过对松辽盆地深层勘探钻井完井技术的简要回顾，认为保护储层的钻井完井技术所经历的“采用优质钻井液完井液体系，改善侵入储层滤液性质；近平衡钻井、提高钻井速度，最大限度地减少外来流体对储层的侵入和采用欠平衡钻井工艺技术实现外来流体对储层的无侵入”三个阶段分别满足深层勘探就钻井完井过程中保护储层的技术需求。在对松北深层储层物性以及实施常规钻井技术下，储层潜在损害方式、损害程度研究的基础上，研究分析了各个阶段保护技术的作用原理、应用情况与取得的效果。研究实践表明，保护储层应以勘探发现程度需求为依据，兼顾资料需求和勘探钻井投资，选择相应的保护储层类别。
关键词：松辽盆地北部 深层 储层特性 损害方式 保护技术 保护类别
松辽盆地北部深层系指白垩系下统泉头组二段以下地层，由断陷和坳陷两套地层组成，较大的断陷有7个。主要勘探领域为滨南徐家围子断陷带、古中央隆起带、常家围子-古龙断陷带和莺山-双城断陷带，有利勘探面积为28860km2。徐家围子断陷位于中部徐家围子-北安断陷带上，为松辽盆地北部深层规模较大的断陷，面积4300km2，储层类型比较丰富，在深层不同层位存在致密砂岩、砂砾岩、火山岩、花岗岩及变质岩风化壳五大类储层，断陷区内部的营一段火山岩、断陷区边部的营四段砾岩是徐家围子断陷重要储层。随着大庆油田原油产量的递减，以气补油，实现油气产量不减成为一项重要的石油战略。深层天然气勘探的不断深入，推动着钻井完井过程保护技术的不断进步和发展，为深层天然气的勘探发现和保护提供了重要的技术支持，特别是欠平衡钻井技术所钻的卫深5井和近平衡钻井的徐深1井在产能上的突破，揭示了徐家围子断陷探明1000×108m3天然气储量的潜力，保护储层的钻井完井技术对勘探发现与保护起到了十分重要的作用。
钻井完井过程保护储层技术的回顾
松辽盆地北部（简称松北）深层勘探是从1966年钻成的我国第一口井深为4718.77m的松基6井开始的，1995年在升深2井营城组火山岩获得了32.7×104m3/d的高产工业气流，揭示出松北火山岩及其砾岩岩性圈闭这一新的勘探对象。随着勘探的深入与发展，以储层发现与保护为重点的提高深井钻井速度技术成为勘探迫切需要发展的钻井技术，围绕深层勘探对钻井技术的需求，保护储层技术经历了三个主要发展阶段：
第一阶段：使用优质钻井液体系保护储层阶段。为了不断满足深层勘探对钻井液技术的需求，深井钻井液体系分为3个发展阶段，即：两性复合离子钻井液阶段（1992~1998年）、油包水钻井液阶段（1998 ~ 2001年）、水包油钻井液和有机硅钻井液并存阶段（2001~现在），钻井液体系应用与发展，推动了勘探钻井工艺技术的应用与发展。
第二阶段：使用低密度钻井液、提高钻井速度、近平衡钻井保护储层阶段。油包水钻井液体系的应用，使钻井液密度降到了1.05g/cm3，解决了井眼质量和保护储层两大难题，在此阶段得到了推广使用，同时为欠平衡钻井研制的水包油钻井液，在非欠平衡井中进行了使用。该两种钻井液解决了低密度条件下井壁稳定和保护储层问题，实现了近平衡钻井。
第三阶段：使用水包油钻井液的欠平衡钻井阶段。水包油钻井液把密度降到了0.90g/cm3，实现了欠平衡钻井。在钻进中无外来流体对储层的侵入，极大地减轻和消除了损害，及时发现并保护了储层，水包油钻井液在所有欠平衡井进行了推广使用。由于该钻井液受环境保护和成本的制约，在2004年的9口非欠平衡井中，使用了有机硅钻井液体系。
每个阶段保护储层技术的应用，都是一次勘探钻井技术的进步和保护储层的深入，推动了深层天然气的勘探进程。
保护储层的钻井完井技术
2.1 储层损害潜在分析
2.1.1 储层物性
2.1.1.1 储层特征
火山岩储层特征
火山岩储层岩石有安山岩、流纹岩、熔岩、凝灰岩和火山碎屑岩，储集空间由各种类型的孔隙与各种成因的裂缝构成，组合千变万化。徐深1井以爆发相和溢流相为主的营一段凝灰岩储层，岩芯孔隙度为2.96~10%，水平渗透率为0.04~0.17×10-3m2，垂直渗透率为0.018×10-3m2。
碎屑岩储层特征
碎屑岩储层主要分布于营四段、登娄库组和泉头组下部，包括冲积扇、砾质辫状河成因的砾岩，各种河流和三角洲成因的砾岩。砾石以中—酸性火成岩为主，填隙物为杂基和胶结物。储集空间有粒间孔、溶蚀孔隙、微孔及裂缝共四大类九种类型。孔隙度为0.8~6.6 %，平均3.4%，渗透率为0.04~1.9310-3μm 2。
2.1.1.2 储层温度、压力
肇洲地区平均地温梯度4.19℃/100m，朝阳沟地区和丰乐地区平均地温梯度4.07℃/100m。地层压力系数约在1.00 ~ 1.14之间。地层破裂压力系数在1.40 ~ 1.95之间。
.1.2 储层损害方式及对策
针对深层储层岩石特征，储层损害主要有三种方式。
漏失性损害
漏失性损害是指在钻井完井过程中，由于发生井漏对储层造成的损害。升深203井在营城组火山岩地层正常钻进时，钻井液密度为1.13g/cm3，共发生井漏3次，累计漏失钻井液310m3。徐深6井下完油层套管循环时，两次漏失钻井液53m3。徐深8井在营城组地层，下钻（3715m）开泵循环，漏失钻井液21m3。消除漏失性损害的主要对策是降低钻井压差，实现负压钻井，采取控制起下钻速度、中途循环、提高钻井液封堵性等工艺措施，加以解决。
裂缝性损害
使用水基钻井液体系，在常规钻井条件下，进行的裂缝性储层损害机理研究结果表明，裂缝性储层渗透性综合损害在31.07%～97.47%，其中液相损害在11.90%～36.45%，固相损害在0.08%～85.57%。损害后的渗透率恢复值在2.52%～15.88%，固相侵入深度在5.2～10.6cm，渗透性损害十分严重。结果见表1。
表1 裂缝性气层钻井液分项、综合损害数据
注：模拟损害实验温度150℃，压差5MPa
随着裂缝宽度的减小，液相损害程度增大；随着裂缝宽度的增大，固相侵入深度和损害程度增大，钻井液综合损害程度增大。降低常规钻井条件下裂缝性损害的主要途径提高滤液抑制性、降低滤液表面张力、降低钻井压差来降低微裂缝储层的损害；对于裂缝大于50μm的储层，采用屏蔽暂堵技术，减小固相损害；采用欠平衡钻井技术，消除所有因钻井压差引起的损害。
孔隙性损害
使用水基钻井液体系，在常规钻井条件下，进行的孔隙性储层损害机理研究结果见表2。
表2 砂岩气层钻井液损害方式、损害程度数据表
实验条件：环压：65MPa；回压：26MPa；注入压力：31MPa;岩心温度：100℃；循环温度80℃；剪切速率：300s-1
从表2数据可以看出，钻井过程中对深部储气层的损害，随着储层渗透率的降低，渗透性损害程度增大，钻井液滤液侵入深度在1.10m以上，最大为1.67m，损害深度较深。降低常规钻井条件下孔隙性损害的途径是提高滤液抑制性、降低滤液表面张力、降低钻井压差，提高钻井、完井速度，降低对储层的损害；采用欠平衡钻井工艺，是保护储气层最为有效的途径。
.2 保护储层的钻井完井技术
.2.1 采用优质钻井完井液体系，实现对储层的保护
钻井液体系保护储层的作用机理
钻井液是储层保护系统工程的第一个重要环节。强化聚合物、阳离子的抑制性和改变滤液及连续相性质是保护储层的主要技术途径。水基钻井液体系用膨润土解决钻井液的携岩和抗温性问题，钻井液的处理本身就是一种保护储层和保持钻井液稳定的折中。两性离子将阳离子基团和阴离子基团引在同一聚合物分子链上，在增强聚合物抑制作用的同时，增强了对储层的保护。有机硅钻井液依靠有机硅分子结构，在粘土表面形成牢固的吸附层，阻止和减缓了粘土的水化作用，降低了储层的敏感性损害。水包油钻井液改善了滤液性质和利用阳离子缩聚物起到保护储层的作用。油包水钻井液改变了滤液和连续相的性质，可实现活度平衡，消除了敏感性矿物的损害。
钻井液体系保护储层的研究评价
松北深层勘探使用的4种钻井液体系的损害模拟评价结果见表3。
表3数据说明，油包水钻井、水包油钻井液、有机硅钻井液对储层的渗透性损害较小，并降低了钻井压差，提高了对储层的综合保护效果。
表3 不同钻井液体系对储层模拟损害实验数据
.2.2 使用低密度钻井液、提高钻井速度，近平衡钻井对储层的发现与保护
.2.2.1钻井液密度与储层发现与保护的关系研究
钻井压差与钻井速度的关系
钻井速度随着钻井压差的降低而增加，随着负压差的增加而显著增加，见图1。降低钻井压差是提高钻井速度最为有效的途径。
钻井液密度与发现储层的关系
在葡深1井进行的气测后效值与钻井液密度关系试验结果表明，密度为1.15g/cm3，后效为0.2%；密度为1.13g/cm3，后效为7%，证实了钻井液密度相差0.02对气测就有较大的影响；肇深8井在钻至3110m的储层时，钻井液密度为1.15g/cm3，气测全烃含量为3～30%，在钻至3236m时发生井漏，钻井液密度降至1.10～1.12g/cm3，最低为1.08g/cm3。钻至3300m时，全烃显示为50～60%，下钻循环观测，3110m气层的全烃最高达70%，降低钻井液的密度有利于气层的发现。
钻井压差与保护储层损害的关系
.2.2.2 近平衡钻井技术的应用效果
2000年以来，松北深层勘探共实施近平衡井12口，试气3口，徐深1、徐深6两口压后，获工业气流，推动了深层勘探进程。
徐深1井三开采用油包水钻井液近平衡钻井，当钻至井深3347.64m时，含气显示厚度大，全烃含量高，进行钻杆中途测试，用24mm档板求产，获日产68324m3的工业气流。测井解释累计含气层厚度444.4m，其中营城组火山岩气层厚度达400.4m；完井在3592.0～3624.0m之间两段进行压裂施工，用14.29mm油嘴、76.2mm档板试气，日产气53.01×104m3，折算无阻流量118×104m3。该井成果的获得是松北深层天然气勘探的一个重大新突破。
徐深6井三开采用水包油钻井液进行近平衡钻井，完井井深4034.1m，在营城组时见到了较好的气测显示27个层，共计84m，地质录井综合解释气层1层38.6m，差气层6层126.8m，气水同层25.6m，完井压裂后，170号层采用12mm油嘴试气，日产气52×104m3， 174号层日产气10×104m3。
.2.3 采用欠平衡钻井工艺技术，发现与保护储层
.2.3.1 欠平衡钻井的保护机理
欠平衡钻井技术由于使井筒内钻井液液柱压力低于地层压力，减轻或消除了一切使用常规钻井造成的钻井液滤液和有害固相的损害，同时负压钻进，使井底岩石三相应力状态发生了变化，减少了压持效应，机械钻速得到大幅度提高，缩短了钻井周期，从而有效地保护了储气层。欠平衡钻井通过降低表皮系数，提高了流动效率和油井产能。见图3。
.2.3.2 水包油钻井液的研制
针对松北深层地质特点，研发的水包油钻井液具有乳化稳定性强、高温后油水不分层、悬浮性强、流变性好、API失水低等特点，通过采用复合乳化剂，使水包油钻井液的抗温能力由120C提高到了180C，最高油水比达到了70：30，接近了油水比的理论极限值，采用常规密度的柴油，实现了0.90g/cm3的最低水包油钻井液密度。
.2.3.3 欠平衡钻井技术的应用及效果
及时发现储气层，及时对产层进行随钻测试评价，缩短勘探进程。
卫深5井于3089m钻完二开水泥塞，循环洗井过程中出现井涌，走欠平衡循环管线，点火成功。在以后的钻进过程中，基本上处于燃烧状态，在钻进3182m处，进行原钻具中途测试，5mm油嘴日产气8×104m3。汪深1井钻进至井深2966m时烃值44%，出现井涌，走欠平衡流程，出气点火成功。在以后的钻进过程中，基本上处于燃烧状态。
减少了对产层的损害，有效的保护了储气层。
采用水包油钻井液在13口三开井段欠平衡钻进过程中，通过补充低密度胶液和充分利用固控设备，很好地控制了钻井液密度，整个三开井段钻井液密度基本控制在了0.90~0.94g/cm3之间，这是大庆油田钻井史上钻井液密度的一个突破。加之通过套压的控制，保证了全井段的欠平衡状态，有效地保护了储气层。
.4 保护储层的水泥浆体系
.4.1 DSHJ水泥浆体系
DSHJ降失水剂引用胶联剂和降粘剂，有效地控制水泥浆的失水，简化了降失水剂的混拌工艺。具有防气窜、胶凝强度高、水泥石动态力学性能好等优点。自2000以来，在松北井深小于4000m的生产套管固井中推广使用，提高了固井质量和保护储层效果。
.4.2 DHL深井抗高温水泥浆体系
DHL水泥浆体系具有API失水小于50ml、零自由水、稠化胶凝曲线成直角、顶替效率高、渗透率低、防气窜、稠化时间可调等特点。在升深7井、达深1井应用，声波变密度测井检测，封固段为优质。该水泥浆体系在松北井深大于4000m的生产套管固井中推广使用，满足了180℃高温深井固井需求。
3 认识与建议
松辽盆地北部深层天然气勘探以及钻井工艺技术发展与研究应用的实践表明，钻井完井保护技术可分为两类，即：A类—欠平衡钻井技术；B类—近平衡钻井技术。此两类保护技术都能够起到发现和保护储层的作用，并取得了较好的勘探成果，成为松北深层勘探的关键钻井技术。
钻井完井保护技术应用类别应兼顾勘探目的的实现、资料的需求以及勘探投资承受能力进行选择，建议重点发现井选择应用A类保护技术；一般预探井和评价井选择应用B类保护技术，并根据环保要求和钻井液体系的密度适用范围，选择相应的钻井液体系。
加强松辽盆地北部深层天然气勘探钻井完井过程对储层的保护，建议进一步开展充气、泡沫、空气等气体钻井技术的研究与应用，并尝试裸眼完井技术，使储层发现与保护技术得到一个质的飞跃。
参考文献
孔凡军，等．松辽盆地北部深层天然气勘探钻井技术[J]. 中国石油勘探，2004.34
：38~42.60
宋瑞宏，等．大庆油田深探井钻井液技术应用现状及展望[J]. 钻井液与完井液，2002.
：
沈宗约，等．大庆油田钻井过程油气层保护研究及应用，大庆油田发现40年论文集[M]，石油工业出版社，北京，1999
作者简介：宋瑞宏、现任大庆石油管理局钻探集团钻井工程技术研究院设计中心副主任、高级工程师，主要从事钻井工程设计工作。邮编：163413、电话：4985410、
E-mail：songriuhong@zys.dq.cnpc.com.cn
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/e797c2b769dc5022aaea0071.html
文档为doc格式