CN116378644B - 一种咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法，其包括：准备岩样、劈裂岩样、获取孔喉结构平均分形维数、获得初始裂缝宽度数据、去除岩样中矿物、获取处理后孔喉结构平均分形维数、获得处理后裂缝宽度数据、验算。本发明充分考虑了盐类矿物溶解对咸化湖相储层孔缝结构的影响，综合考虑盐类矿物溶解前后的孔缝结构特征，优化设计钻井液固相粒度分布，有效克服了现有技术的不足，在基块孔喉与裂缝保护措施制定方面具有较好的运用效果，可操作性强。
Description
技术领域
本发明属于石油与天然气工程行业钻井过程中储层保护及工作液漏失控制领域，涉及一种咸化湖相碳酸盐岩储层钻井液储层保护配方优化方法。
背景技术
全球约91％的石油资源量和近80％的天然气资源量均来源于膏盐分布的盆地或地区。咸化湖相储层沉积于特殊的盐湖相环境，国内主要分布于渤海湾、江汉、塔里木和柴达木等盆地。盐源充足条件下，经历长期干寒环境沉积过程，咸化湖相储层通常地层水矿化度极高，富含盐类矿物，如石盐、钙芒硝、石膏等，在低矿化度流体侵蚀与浸泡下，盐类矿物将发生持续溶解。在进行咸化湖相储层钻井作业时，钻井液漏失现象频繁发生，诱发盐类矿物溶蚀，显著改变储层孔缝结构、物性及力学等岩石物理性质，潜在诱发严重的储层损害与井下事故等问题，对咸化湖相碳酸盐岩安全钻进完井及开发作业带来极大的挑战。
盐水钻井液体系在此类储层中得以广泛运用，在一定程度上短时间内可抑制盐类矿物的溶解作用。然而，采用盐水钻井液体系钻开咸化湖相储层时，若钻井液体系矿化度低于地层水矿化度，滤液长时间与储层接触后，仍然会造成储层盐类矿物发生大量溶解。一方面，盐类矿物溶解可改善储层物性，增大孔喉尺寸与渗流空间，同时也进一步加剧了钻井液漏失风险与漏失程度。钻井液漏失将导致更多低矿化度滤液侵入储层，继而促进盐类矿物溶解，以此形成了“钻井液漏失→盐类矿物溶解→钻井液漏失”的恶性循环。并且，储层条件下，通常存在大量难溶矿物通过盐类矿物与储层骨架紧密胶结，盐类矿物溶解后，将导致难溶矿物脱落并运移，堵塞孔喉，降低储层渗透率，造成储层损害。
考虑到钻井过程低矿化度流体环境下盐类矿物溶蚀难以完全抑制的特性，本发明通过室内盐类矿物溶蚀实验，揭示盐类矿物溶蚀对储层孔缝结构的影响，分别从基块孔喉与裂缝两个角度对钻井液储层保护固相配方进行优化，到达钻井过程储层保护与钻井液防漏堵漏的目的。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法，其包括如下步骤：
准备岩样：将井下岩心洗油后进行烘干；
基块岩样：所述基块岩样为洗油后的岩样；
裂缝岩样：对洗油后的基块岩样通过巴西劈裂法制备数块人工裂缝岩样；
对洗油后的基块岩样获取孔喉结构平均分形维数：通过高压压汞测试获取毛管压力曲线与孔喉尺寸分布曲线，根据相应数据使用式(1)计算得到孔喉结构平均分形维数；
其中，所述式(1)为
lg(SHg)＝(Df-2)lg(Pc)+(Df-2)lg(a) (1)
式中，SHg为进汞饱和度，％；Df为孔喉结构分形维数；Pc为进汞压力，MPa；a为拟合系数；
所述孔喉结构平均分形维数用于评估矿物溶解对岩样孔隙结构的影响程度，便于后续优化钻井液中固相粒度分布；
获得初始裂缝宽度数据：对于裂缝进行三维扫描，根据三维扫描数据计算得到初始裂缝宽度数据，用于确定矿物溶解对裂缝宽度的影响，便于后续优化钻井液中堵漏材料粒度分布；
溶解岩样中矿物：将基块岩样和裂缝岩样通过开展去离子水驱替实验溶解岩样中盐类矿物，完成后进行干燥；
获取溶解盐类矿物后的基块岩样和裂缝岩样的孔喉结构平均分形维数：通过高压压汞测试获取毛管压力曲线与孔喉尺寸分布曲线，根据相应数据使用式(1)计算得到孔喉结构平均分形维数，用于优化钻井液中固相粒度分布；
获得处理后裂缝宽度：对于处理后的岩样进行三维扫描，依据得到的数据和式(2)进行宽度数据测量；
其中，所述式(2)为：
w(x,y)＝D-(|z上(x,y)|+|z下(x,y)|+2d) (2)
式中，(x，y)为裂缝面微凸体坐标点；w(x，y)为微凸体对应处的局部缝宽，μm；D为岩心直径，μm；z上(x，y)和z下(x，y)分别为裂缝上、下缝面对应微凸体高度，μm；d为上、下缝面微凸体高度对应参考线高度，μm；
评估：根据去除岩样中矿物的数据进行孔喉结构分形锥数与裂缝宽度进行评估，评价盐类矿物溶解对孔隙结构分形维数和裂缝宽度的影响程度，用于优化后续优化钻井液中固相粒度分布；
基于屏蔽暂堵分形理论与裂缝性暂堵防漏堵漏理论，根据盐类溶蚀前后孔隙结构分形维数与裂缝宽度的变化，分别设计钻井液固相与堵漏材料粒度分布，达到优化钻井液储层保护配方的目的。
作为本发明所述的咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法的一种优选方案，其中：准备岩样中，所述岩样使用洗油溶剂进行洗净，所述洗油溶剂按照计体积比为酒精：苯：氯仿＝1：2：2。
作为本发明所述的咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法的一种优选方案，其中：获得初始裂缝宽度数据中，所述三维扫描的扫描分辨率为20μm。
作为本发明所述的咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法的一种优选方案，其中：获取孔喉结构平均分形维数中，所述岩样的初始孔喉尺寸为0.003～100μm。
作为本发明所述的咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法的一种优选方案，其中：初始裂缝宽度主要介于80-1000μm。
作为本发明所述的咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法的一种优选方案，其中：获得处理后裂缝宽度数据中，所述三维扫描为扫描速率为480000次测量/秒，基准距300mm，景深250mm，50μm扫描分辨率。
作为本发明所述的咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法的一种优选方案，其中：获取处理后孔喉结构平均分形维数中，所述去除岩样中矿物处理后，裂缝平均增幅低于20％、
本发明有益效果：
(1)现用钻井液固相配方通常以井下岩心的孔缝结构为依据进行优化，忽略了盐类矿物溶解对孔缝结构的影响，导致优化的固相配方难以有效封堵盐类溶解后的孔缝结构，造成储层损害。本发明充分考虑了盐类矿物溶解对咸化湖相储层孔缝结构的影响，综合考虑盐类矿物溶解前后的孔缝结构特征，优化设计钻井液固相粒度分布，有效克服了现有技术的不足。
(2)本发明中提及的屏蔽暂堵分形理论与裂缝暂堵性防漏堵漏理论目前已发展成熟，在基块孔喉与裂缝保护措施制定方面具有较好的运用效果，可操作性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明实施例中盐类矿物溶蚀前后基块孔喉变化及固相粒度优化示意图；
图2为本发明实施例缝面盐类矿物诱发裂缝扩展延伸示意图
图中，图a为正压差作用下钻进液侵入裂缝；图b为钻井液侵入诱发缝面盐类矿物溶解；图c为盐类矿物溶解导致裂缝扩展延伸，固相封堵能力降低。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
本实施例采用的岩样为取自中国柴达木盆地某咸化湖相碳酸盐岩为例，储层平均孔隙度为5.47％，平均渗透率为0.046mD，盐类矿物含量5.0％-20.0％。
(1)密闭钻取咸化湖相碳酸盐岩井下岩心，将岩心室内岩心抽真空，真空度达到-0.098MPa以上，持续1h以上停止。在6MPa加压条件下将洗油溶剂(体积比：酒精：苯：氯仿＝1：2：2)充分注入岩心，稳压2h后，进行卸压至常压，随后反复进行加压与卸压清洗岩心，直至荧光级别低于3级。取出岩心，在干燥箱60℃条件下烘干岩心48h。
进一步的，岩心荧光级别为采用QF-C二维定量荧光分析仪在常温常压下测量岩心荧光级别，满足行业标准—岩心分析方法(SY/T 5336-2006)规定的岩心洗油标准
(2)选取无肉眼可见裂缝的标准基块岩样，采用巴西劈裂法制备数块人工裂缝岩样。
(3)采用型号为Poremaster60全自动压汞仪开展高压压汞测试，从0.0036～206.87MPa逐渐增加压力，将液汞注入样品中，利用获取的毛管压力曲线与孔喉尺寸分布曲线，明确基块岩样微观孔喉结构特征，计算出储层初始孔喉尺寸分布于0.003～100μm，平均中值孔喉半径0.013μm，结合上述数据进行孔喉结构平均分形维数的计算，计算方式如式(1)所示，计算得到的结果为孔喉结构平均分形维数为2.1451。岩样孔喉结构分形维数的计算不限于上述孔喉尺寸分布范围。
lg(SHg)＝(Df-2)lg(Pc)+(Df-2)lg(a) (1)
式中，SHg为进汞饱和度，％；Df为孔喉结构分形维数；Pc为进汞压力，MPa；a为拟合系数。
(4)采用型号为HSCAN771的手持式激光三维扫描仪，扫描速率为480000次测量/秒，基准距300mm，景深250mm，在50μm扫描分辨率条件下，以裂缝轴线方向持续移动扫描仪扫描裂缝，直至裂缝面所有区域完成扫描。基于裂缝面三维扫描结果，获取人工裂缝岩样裂缝面上、下微凸体高度分布，根据式(2)进行初始裂缝宽度分布的计算，计算出初始裂缝宽度主要介于80-1000μm，最大可达1500μm。
w(x,y)＝D-(|z上(x,y)|+|z下(x,y)|+2d) (2)
式中，(x，y)为裂缝面微凸体坐标点；w(x，y)为微凸体对应处的局部缝宽，μm；D为岩心直径，μm；z上(x，y)和z下(x，y)分别为裂缝上下缝面对应微凸体高度，μm；d为上、下缝面处微凸体高度对应参考线高度，μm。
(5)采用去离子水开展基块岩样与人工裂缝岩样流体驱替实验，溶解岩样中盐类矿物，根据石油天然气行业标准—岩心分析方法(SY/T 5336-2006)，实验过程测试岩样渗透率，待渗透率稳定后，停止实验。取出岩样，置于干燥箱60℃条件下烘干岩心48h。
(6)重复步骤(3)，获取盐类矿物溶蚀后岩心毛管压力曲线与孔喉尺寸分布曲线，计算出基块岩样尺寸介于0.1-10μm孔喉数量显著增多，最大孔喉尺寸可达150-160μm，孔喉结构分形维数为2.4045。重复步骤(4)，计算出盐类溶解后裂缝岩样裂缝宽度增加至1800μm。
(7)基于屏蔽暂堵分形理论，采用D90规则，设计钻井液固相材料D90与盐类溶解后基块岩样最大尺寸相近，应介于150-160μm，，孔喉结构分形维数相对变化高达12％，以盐类矿物溶解后的基块孔喉结构分形维数2.4045为依据设计固相粒度分形维数，如图1所示。
(8)盐类矿物溶解后，裂缝宽度平均增幅低于20％。充分考虑盐类溶解前后裂缝宽度，基于裂缝暂堵性防漏堵漏理论，设计钻井液堵漏材料粒度以介于0.8-1.2倍初始缝宽为宜，即介于1200-1800μm，如图2所示，此时95％裂缝宽度不高于此区间，可保证对盐类溶解前后的裂缝均产生有效封堵。
(9)由步骤(7)和步骤(8)中的得到的结论进行总结可得，优化钻井液储层保护固相配方，选取储层岩心，开展室内岩心动态损害实验，结果表明优化后钻井液具有一定双向承压能力，在返排压力介于1.2-2.5MPa时，渗透率最大恢复率平均提升至84.71％，储层保护效果较为理想。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
准备岩样：将井下岩心洗油后进行烘干获取基块岩样，所述基块岩样为洗油后的岩样；
裂缝岩样：对洗油后的基块岩样通过巴西劈裂法制备数块人工裂缝岩样；
对洗油后的基块岩样获取孔喉结构平均分形维数：通过高压压汞测试获取毛管压力曲线与孔喉尺寸分布曲线，根据相应数据使用式(1)计算得到孔喉结构平均分形维数；
其中，所述式(1)为
lg(SHg)＝(Df-2)lg(Pc)+(Df-2)lg(a) (1)
式中，SHg为进汞饱和度，％；Df为孔喉结构分形维数；Pc为进汞压力，MPa；a为拟合系数；
所述孔喉结构平均分形维数用于评估矿物溶解对岩样孔隙结构的影响程度，便于后续优化钻井液中固相粒度分布；
获得初始裂缝宽度数据：对于裂缝进行三维扫描，根据三维扫描数据计算得到初始裂缝宽度数据，用于确定矿物溶解对裂缝宽度的影响，便于后续优化钻井液中堵漏材料粒度分布；
溶解岩样中矿物：将基块岩样和裂缝岩样通过开展去离子水驱替实验溶解岩样中盐类矿物，完成后进行干燥；
获取溶解盐类矿物后的基块岩样和裂缝岩样的孔喉结构平均分形维数：通过高压压汞测试获取毛管压力曲线与孔喉尺寸分布曲线，根据相应数据使用式(1)计算得到孔喉结构平均分形维数，用于优化钻井液中固相粒度分布；
获得处理后裂缝宽度：对于处理后的岩样进行三维扫描，依据得到的数据和式(2)进行宽度数据测量；
其中，w(x，y)＝D-(|z上(x，y)|+|z下(x，y)|+2d) (2)
式中，(x，y)为裂缝面微凸体坐标点；w(x，y)为微凸体对应处的局部缝宽，μm；D为岩心直径，μm；z上(x，y)和z下(x，y)分别为裂缝上、下缝面对应微凸体高度，μm；d为上、下缝面微凸体高度对应参考线高度，μm；
评估：根据去除岩样中矿物的数据进行孔喉结构分形锥数与裂缝宽度进行评估，评价盐类矿物溶解对孔隙结构分形维数和裂缝宽度的影响程度，便于后续优化钻井液中固相粒度分布和堵漏材料粒度分布；
基于屏蔽暂堵分形理论与裂缝性暂堵防漏堵漏理论，根据盐类溶蚀前后孔隙结构分形维数与裂缝宽度的变化，分别设计钻井液固相与堵漏材料粒度分布，达到优化钻井液储层保护配方的目的。
2.根据权利要求1所述的咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法，其特征在于：所述准备岩样中，所述岩样使用洗油溶剂进行洗净，所述洗油溶剂按照计体积比为酒精：苯：氯仿＝1：2：2。
3.根据权利要求1所述的咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法，其特征在于：所述获得初始裂缝宽度数据中，所述三维扫描的扫描分辨率为20μm。
4.根据权利要求1所述的咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法，其特征在于：所述获取孔喉结构平均分形维数中，所述岩样的初始孔喉尺寸为0.003～100μm。
5.根据权利要求1所述的咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法，其特征在于：所述初始裂缝宽度主要介于80-1000μm。
6.根据权利要求1所述的咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法，其特征在于：所述获得处理后裂缝宽度数据中，所述三维扫描为扫描速率为480000次测量/秒，基准距300mm，景深250mm，50μm扫描分辨率。
7.根据权利要求1所述的咸化湖相碳酸盐岩钻井液储层保护配方优化方法，其特征在于：所述获取处理后孔喉结构平均分形维数中，所述去除岩样中矿物处理后，裂缝平均增幅低于20％。
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