應用人造巖心測定入井流體膨脹率

1、應用人造巖心測定入井流體膨脹率劉雪峰(大慶油田呼倫貝爾分公司穆芫王帥何艷(大慶油田采油工程研究院摘要:用膨潤土和石英砂按比例混配砸制而成的人造巖心,替代天然巖心進行了射孔液、完井液等入井流體的膨脹率測定實驗。實驗對比了兩種巖心在清水、2%KCl、模擬地層水、不同密度的射孔液溶液中的膨脹變化規(guī)律,通過實驗確定了巖心膨脹時間。實驗證明,用人造巖心替代天然巖心進行膨脹率的測定是可行的。關鍵詞:人造巖心;膨脹率;穩(wěn)定劑若入井流體(如射孔液或壓井液其性質(zhì)與儲層不配伍,進入地層易造成地層損害,過去很多區(qū)塊在施工中采用清水射孔,造成地層中的粘土水化膨脹,導致儲層損害1,要多次酸化壓裂才能恢復原產(chǎn)量,花費巨大

2、。而用性能良好的射孔液,則可得到較高的產(chǎn)量,綜合成本低廉2。為避免入井流體對地層發(fā)生水化膨脹、分散運移,造成地層滲透率的降低,通常在入井流體中加入抑制粘土膨脹的粘土穩(wěn)定劑,而膨脹率是測定地層中所含的粘土礦物水化膨脹性能、評價粘土穩(wěn)定劑的重要指標3。1實驗部分(1實驗藥品及材料。膨潤土:鉆井液用膨潤土,大慶興利重晶石粉廠;石英砂:石家莊辰興實業(yè)有限公司;天然巖心:大慶油田采油五廠杏8-30-319井巖心。(2實驗儀器。NP-2智能型頁巖膨脹儀,江蘇海安縣石油科研儀器廠,測量范圍:-1010mm,測量精度:0101mm。(3人造巖心的制備。篩取過01154mm標準篩的石英砂和膨潤土各500g,放入

3、烘箱,于105±2下烘4h置干燥器中冷卻至室溫,放置廣口瓶中待用。將烘干后石英砂和膨潤土按91的比例,加入適量膠結劑混合均勻,稱取5100g混合后的巖心粉,裝入頁巖膨脹儀測筒中,插入塞桿,置于壓力機上,均勻加壓10MPa,穩(wěn)壓5m in,卸去壓力,量取巖心高度H0。天然巖心的制備方法與人制造巖心相同。(4膨脹率的測定過程。在頁巖膨脹儀測筒的蓋板上墊上濾紙,將蓋板旋轉到測筒上。接通電源開關,將測筒和測桿安裝好,調(diào)節(jié)傳感器中心桿上的螺母,設置打印時間后,將被測樣品溶液緩慢倒入燒杯中,使溶液沒過測筒。記錄儀記錄測筒內(nèi)的巖樣在常溫狀態(tài)下的變化規(guī)律。(5膨脹率的計算。本實驗采用線膨脹率B=H1

4、/H0×100%式中B為巖心的線膨脹率(%;H1為巖心的膨脹量(mm;H為巖心高度(mm。2結果與討論(1測定時間的確定。采用人造巖心測定其在清水、2%KCl以及模擬地層水(礦化度4300mg/L中膨脹高度隨時間的變化(圖1。從圖1可以明顯地看出,人造巖心在不同溶液中的膨脹效果。人造巖心在三種溶液中的初膨速度較快,倒入液體后巖心迅速膨脹,在清水中巖心的膨脹高度最大,其次為模擬地層水和2%KCl溶液。在2%KCl溶液中,膨脹1h后,膨脹高度上升緩慢,變化不大,說明2%KCl溶液起到了粘土穩(wěn)定劑的作用;在模擬地層水中,巖心膨脹高度較清水次之,但同時也可以看到膨脹8h后,人造巖心在三種溶液

5、中的膨脹高度隨時間變化幅度不大,趨于終膨,因此確定膨脹的測定時間為8h 。圖1人造巖心在清水、2%KCl以及模擬地層水中膨脹變化(2與天然巖心的對比實驗。對天然巖心與人造巖心進行了對比實驗,圖2、3、4分別為人造1油氣田地面工程第26卷第9期(200719巖心與天然巖心在清水、2%KCl 和模擬地層水溶液中的對比曲線。為使人造巖心更具有代表性,在人造巖心中加入了10%的膨潤土, 而采油五廠的圖2 人造巖心與天然巖心在清水中的對比實驗 圖3人造巖心與天然巖心在2%KCl 溶液中的對比實驗圖4人造巖心與天然巖心在模擬地層水中的對比實驗天然巖心中的膨脹性粘土礦物成分低于10%。圖中曲線可直觀地表明,

6、人造巖心的膨脹速度要明顯高于天然巖心,但曲線上升變化的趨勢基本相同,用人造巖心替代天然巖心進行膨脹率的測定是可行的。(3測定指標的確定。實驗對比了人造巖心與天然巖心在清水、2%KCl 、模擬地層水、不同密度的射孔液溶液,測定時間為8h 的膨脹情況,實驗結果見表1。為達到保護儲層的目的,膨脹率的測定指標應小于等于模擬地層水的膨脹率,即人造巖心膨脹率的測定指標應小于等于40%?？梢钥闯?測定表1天然巖心與人造巖心在不同溶液中的對比實驗序號被測樣品天然巖心膨脹高度/mm膨脹率/%人造巖心膨脹高度/mm膨脹率/%1清水射孔液(密度1135g/c m 301213156018013156注:巖心高度為5

7、190mm,膨脹時間為8h的各密度射孔液均具有防膨作用,在進入地層過程中可以保護儲層、防止粘土礦物的水化膨脹。3結論(1用膨潤土與石英砂混配砸制的人造巖心在8h 的測定時間里膨脹高度的變化規(guī)律與天然巖心的膨脹規(guī)律相似,因此,用人造巖心替代天然巖心進行入井流體膨脹率的測定是可行的。(2人造巖心膨脹率的測定指標應小于等于模擬地層水的膨脹率,即測定指標應小于等于40%。(3應用實驗檢測入井流體防止粘土礦物的水化膨脹作用,對入井流體的評價具有重要作用。(4應用人造巖心也可進行粘土穩(wěn)定劑的性能評價。參考文獻:1萬仁溥1現(xiàn)代完井工程(第二版M 1北京:石油工業(yè)出版社,2000:148-14912王德新1完井與井下作業(yè)M 1山東:石油大學出版社,1999:118-11913鄢捷年1鉆井液工藝學M 1山東:石油大學出版社,2001