从前面的实验数据发现,水泥浆滤液的滤失速率一般小于油田油层岩心产生速敏的临界流速(例如在上述实验中中原油田油层的临界流速为0.013cm/s)。因此,在分析水泥浆污染原因时,应重点考虑水泥浆的自身特性。
6.3.3.1 水泥浆滤液的影响
从表6-60可以看出,水泥浆滤液对地层的污染明显的比水泥浆颗粒严重。为进一步说明岩心内部的污染特性,将岩心端部或尾部截掉1cm,进行电镜分析,并测定剩余岩心段的渗透率Ka-1,然后再用15%的盐酸酸化3h,测出渗透率KH及渗透率的增加率ΔKH(表6-61)。
表6-60 水泥浆滤液对地层的污染和水泥浆颗粒对地层的污染
注:ΔKf、ΔKp分别为水泥浆滤液及颗粒引起的渗透率下降率。
从表6-61中可知:
(1)污染岩心被截短1cm后,渗透率增大很多,说明岩心端部污染比后面部分严重,主要为外来固相堵塞。从电镜照片可以看出,微粒在喉道中卡住,很多微粒堆积在孔隙内。
表6-61 岩心酸化后的渗透率
(2)电镜照片还反映出岩心后部位的孔隙较清晰,无颗粒堵孔情况,在孔隙中有大团絮状物沉积在孔隙中。这说明岩心后部多为滤液污染,使黏土矿物或胶结物水化解理。
(3)被截短1cm的岩心,经酸化后,渗透率比原始渗透率还好,说明岩心后部位的沉淀物是可以溶解的。
6.3.3.2 水泥浆滤液及沉淀物分析
前面已谈过水泥浆滤液中各种离子含量很高,未经岩心的滤液和经过岩心的滤液经蒸发都会有沉淀物存在,而且用磁力搅拌器搅拌滤液,也会产生大量的沉淀物。沉淀物可根据滤液成分分析得出结果。表6-62为四种不同水泥浆滤液成分分析结果。
表6-62 四种不同水泥浆滤液成分分析结果(单位:mg/L)
当滤液的Ca2+、Mg2+、OH-、和
处于过饱和状态时,就有可能析出Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaSO4的结晶沉淀。沉淀物析出的可能性决定于滤液的pH值是否大于开始沉淀的pH值,同时也受滤液运动状态和周围环境温度的变化以及水泥浆添加剂的影响。CaCO3和CaSO4析出的先后次序取决于容度积Ksp的大小,小者易于沉淀。析出沉淀的可能性则取决于滤液中离子的浓度积Qc是否大于其容度积Ksp。计算结果说明,四种滤液的pH值均大于使Mg(OH)2和Ca(OH)2沉淀所需的值,且Mg(OH)2先沉淀。CaCO3和CaSO4的Qc大于Ksp,且CaCO3先沉淀,现将沉淀析出的次序及数量列于表6-63中。
表6-63沉淀析出的次序和数量
表6-63说明,在水泥浆滤液中,Ca(OH)2及CaCO3最易析出或沉淀,数量也较大。CaSO4其次,Mg(OH)2量很少。以上都是在理想状态下得出的,但水泥浆滤液成分复杂,实际结晶沉淀不一定是上述结果,这方面还有待于进一步做工作。
此外电镜照片还反映出岩心始端有解理脱落现象,还可知道孔道和喉道的直径分别为10~20μm和2~6μm,而堵塞孔喉颗粒直径一般为2~7μm,这些尺寸属于水泥浆颗粒和结晶颗粒范围。
初步结论如下:
(1)在实际使用中,钻井液的污染比水泥浆严重。地层损害问题的重点应放在钻井液的研究上。
(2)在双重污染中,水泥浆的污染并不严重,其渗透率下降一般在10%~20%。
(4)在泥饼或除泥饼的双重污染中,渗透率下降率相当,但污染深度却有差异,前者的污染深度要浅些。
(5)当水泥浆的API滤失量为300mL/30min×7MPa时,在钻井液泥饼质量较好的情况下,水泥浆滤液污染深度约在20cm以内,属射孔深度范围,可以射穿。
(6)如仅考虑地层污染,水泥浆的API滤失量应结合井下情况及油气层渗透率确定。渗透率高的油气层,滤失量要求应严一些;钻井液质量好,渗透率在30×10-3μm2以下的油气层可适当放宽。
(7)水泥浆滤液中离子结晶沉淀现象确实存在,也造成了一定程度的地层损害,滤失速率、温度和添加剂成分是重要影响因素,这方面研究可进一步开展。
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