冀東油田絨囊修井液控制儲(chǔ)層傷害應(yīng)用研究

李良川盧淑芹彭 通張明偉米 凡

（1. 中國(guó)石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2. 冀東油田公司，河北唐山 063000；3.中南大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙 410083）

冀東油田絨囊修井液控制儲(chǔ)層傷害應(yīng)用研究

李良川1，2盧淑芹2彭 通2張明偉1米 凡3

（1. 中國(guó)石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2. 冀東油田公司，河北唐山 063000；3.中南大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙 410083）

針對(duì)冀東油田在修井過(guò)程中出現(xiàn)漏失、含水恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、儲(chǔ)層傷害嚴(yán)重等問(wèn)題，在分析了絨囊暫堵機(jī)理的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場(chǎng)采用絨囊修井液體系，利用絨囊自匹配漏失通道實(shí)現(xiàn)全面封堵并可自動(dòng)返排的特性解決了這一難題。室內(nèi)評(píng)價(jià)表明，絨囊修井液體系穩(wěn)定時(shí)間15 d以上，封堵地層后可提高地層承壓能力達(dá)到7 MPa，修井液侵入地層在8 cm以內(nèi)，巖心滲透率恢復(fù)值達(dá)90%以上。在L12-6井和NP23-X2409井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，L12-6井采用絨囊修井液暫堵檢泵，含水恢復(fù)至正常水平僅需3 d，且日產(chǎn)油增加3 t多，含水率下降了30%；NP23-X2409井采用絨囊修井液暫堵后擠水泥，承壓能力提高了6～7.5 MPa，日產(chǎn)油增加了10 t多，含水率下降了5%。室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，絨囊修井液封堵效果好，對(duì)儲(chǔ)層傷害較小。

絨囊；修井液；暫堵；儲(chǔ)層傷害；恢復(fù)產(chǎn)能；承壓能力

冀東油田滾動(dòng)開(kāi)發(fā)不斷深入，地層壓力下降，修井液漏失嚴(yán)重。以往主要采用油溶樹(shù)脂［1］、廣譜復(fù)合屏蔽暫堵［2］以及利用表面活性劑使修井液發(fā)泡、降低液柱壓力［3］等方法防漏堵漏。利用先進(jìn)的剛性封堵理論［4］，優(yōu)化剛性材料架橋與油溶材料充填，協(xié)同暫堵效果較好［5］。但油溶性材料受溫度影響大，施工時(shí)由于設(shè)備故障、臨時(shí)停止作業(yè)等原因容易卡管柱，而且施工后大部分井產(chǎn)量恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。曾經(jīng)使用的自適應(yīng)防漏堵漏，應(yīng)用范圍有一定的局限性［6］；使用表面活性劑發(fā)泡，修井液半衰期僅30 min，只能短時(shí)間調(diào)節(jié)工作液密度達(dá)到降低液柱壓力、控制漏失，封堵時(shí)間較短。

絨囊是一種內(nèi)部為氣囊、外部附著絨毛的可以實(shí)現(xiàn)找孔堵孔的新型材料。絨囊與其存在的膠體環(huán)境構(gòu)成的絨囊工作液，已成功應(yīng)用于鉆井、完井作業(yè)防漏堵漏和控制儲(chǔ)層傷害［7］。絨囊工作液以水為連續(xù)相，通過(guò)表面活性劑、聚合物處理劑在物理、化學(xué)作用下，自然產(chǎn)生粒徑15～150 μm、壁厚3～10 μm的絨囊作為分散相，形成穩(wěn)定的氣液分散體系。絨囊修井液利用絨囊自匹配漏失通道能力，無(wú)論漏失通道的尺寸大于、小于或相當(dāng)于絨囊尺寸，都可利用絨囊自身的特性，實(shí)現(xiàn)全封堵地層并可自動(dòng)返排。施工時(shí)不但能夠降低工作液密度，實(shí)現(xiàn)欠平衡作業(yè)，而且能夠封堵漏失地層，提高地層的承壓能力［8］。作業(yè)完成后由于自動(dòng)從地層中返排，大大降低了儲(chǔ)層傷害程度。冀東油田修井液采用清水、專用絨囊處理劑、分子量1 000萬(wàn)的聚合物以及輔助處理劑配制而成。

1 絨囊修井液封堵效果研究

絨囊是由“一核二層三膜”構(gòu)成。從圖1絨囊微觀照片可以看出，絨囊的核心組成是氣核以及包裹氣核厚厚的高黏密實(shí)層。密實(shí)層外是一層絨毛狀物，整體看來(lái)像長(zhǎng)著絨毛并被厚厚包裹的氣囊。

圖1 顯微鏡下放大1500倍絨囊照片

影響絨囊修井液封堵效果的因素主要是修井液的切力、修井液在漏失通道的流速、漏失通道的尺寸及彎曲程度、漏失通道表面的粗糙程度、地層壓力、溫度等。絨囊正是利用這些外界因素，以實(shí)現(xiàn)自匹配全封堵地層，并增強(qiáng)封堵的有效性。

修井液的切力使得絨囊被限制并分散在修井液體系中，一旦修井液進(jìn)入漏失通道，流速就會(huì)下降，表觀黏度很快升高，大大降低了修井液向地層中的流動(dòng)能力；同時(shí)由于地層與液柱壓差作用，氣相流動(dòng)速率大于液相，氣囊被拉長(zhǎng)變形，并在前端與地層作用，這兩種因素加強(qiáng)了絨囊的封堵效果。

漏失通道的尺寸是絨囊實(shí)現(xiàn)自匹配漏失通道的基本依據(jù)。類似于橋堵材料和油溶樹(shù)脂在封堵時(shí)依靠自身尺寸的大小與漏失通道的匹配，在漏失通道內(nèi)架橋形成“隔墻”［9］，絨囊則通過(guò)氣囊的變形和堆積實(shí)現(xiàn)自匹配漏失通道，形成封堵帶，地層溫度的升高，增強(qiáng)了封堵效果。而地層壓力又對(duì)封堵過(guò)程中前端的氣囊產(chǎn)生“擋板效應(yīng)”，最終由于形成前端大、后端小的橫放“金字塔”狀封堵帶分擔(dān)漏失壓差，漏失停止。

漏失通道的彎曲程度以及漏失通道表面的粗糙程度，也是影響絨囊修井液封堵地層效果的重要因素。在漏失過(guò)程中，漏失通道內(nèi)表面的粗糙不平，將對(duì)絨囊表面厚厚的高黏包裹層產(chǎn)生“掛阻”作用，阻礙絨囊在漏失通道內(nèi)繼續(xù)前進(jìn)。由于修井液在漏失通道內(nèi)的切力高、流速低，一旦有絨囊在漏失通道內(nèi)產(chǎn)生“掛阻”，就會(huì)引起更多的絨囊被“掛阻”并產(chǎn)生堆積；而漏失通道的彎曲程度使得絨囊的“掛阻”作用與堆積作用更為有效。地層溫度和壓力又會(huì)使這種作用得到增強(qiáng)，封堵更加有效。

影響絨囊修井液封堵效果的因素還包括井深、修井液泵出修井管柱前后的壓降等。從以上分析可以看出，絨囊修井液正是利用這些影響因素，更好地適應(yīng)漏失通道的多樣性與復(fù)雜性，以實(shí)現(xiàn)自匹配封堵地層。當(dāng)某些重要的外界因素不滿足時(shí)，無(wú)固相絨囊封堵液將不得不創(chuàng)造以上影響封堵效果的條件，以增強(qiáng)其封堵效果。比如當(dāng)?shù)貙虞^淺、溫度與壓力較低，裂縫大，這就需要加入少量的橋堵材料，增加絨囊在漏失通道的“掛阻”，增強(qiáng)封堵效果。需要指出的是添加橋堵材料將會(huì)對(duì)地層造成傷害。

2 絨囊修井液室內(nèi)評(píng)價(jià)

室內(nèi)在10 000 r/min的轉(zhuǎn)速下，每隔20 min在攪拌杯中依次加入增黏劑、降濾失劑、防膨劑、成核劑、成膜劑等處理劑，配制絨囊修井液。

2.1 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

絨囊工作液穩(wěn)定性是絨囊修井液實(shí)現(xiàn)有效封堵地層的關(guān)鍵性能之一。實(shí)驗(yàn)測(cè)定80 ℃、24 h內(nèi)，絨囊修井液流變性和表面張力變化，見(jiàn)表1。

表1 絨囊修井液穩(wěn)定性參數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表1可以看出，老化24 h后，絨囊修井液密度僅增加了0.02 g/cm3，塑性黏度保持不變，動(dòng)切力降低了0.5 Pa，動(dòng)塑比降低了0.02 Pa/mPa·s，初切力和終切力分別在老化后下降了1 Pa、1.5 Pa，表面張力下降了5.7 mN/m；放置15 d后，密度下降了0.01 g/cm3，塑性黏度不變，動(dòng)切力下降了0.9 Pa，動(dòng)塑比降低了0.04 Pa/mPa·s，初切和終切分別下降了0.7 Pa、0.5 Pa，表面張力增加了1.4 mN/m。絨囊修井液在80 ℃條件下老化24 h以及老化后放置15 d，密度、流變性能和表面張力的變化較小，變化的范圍可以接受，這表明絨囊修井液的穩(wěn)定性較好。

2.2 堵漏效果評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)采用20～40目、40～80目、70～100目石英砂，在80 ℃條件下實(shí)驗(yàn)0.85 g/cm3的絨囊修井液填砂堵漏效果。填砂筒高度12 cm，直徑5 cm，回壓0.5 MPa，加壓至7 MPa，實(shí)驗(yàn)效果見(jiàn)圖2。

圖2 絨囊修井液靜態(tài)填砂堵漏實(shí)驗(yàn)

從圖2可以看出，絨囊修井液在封堵不同大小的漏失通道，通道越大，侵入越深，但都具有較高的承壓能力，承壓達(dá)到6.5 MPa。測(cè)量絨囊修井液在石英砂中的侵入深度，粗砂巖為5～8 cm，中細(xì)巖為2～3 cm。

為進(jìn)一步評(píng)價(jià)絨囊修井液的封堵效果，實(shí)驗(yàn)采用9 cm的填砂管，在120 ℃、0.7 MPa回壓、5 MPa壓差條件下，對(duì)比實(shí)驗(yàn)絨囊修井液與冀東油田在用的廣譜復(fù)合屏蔽暫堵修井液、高分子樹(shù)脂膠體修井液的封堵效果，見(jiàn)表2。

表2 不同修井液體系堵漏實(shí)驗(yàn)

從表2可以看出，絨囊修井液封堵時(shí)侵入巖心僅0.5 cm，聚合物修井液和廣譜復(fù)合屏蔽暫堵修井液達(dá)到3.5 cm以上，表明絨囊修井液封堵地層時(shí)侵入地層較淺，聚合物修井液和廣譜復(fù)合屏蔽暫堵修井液侵入地層較深。絨囊修井液封堵時(shí)對(duì)地層的污染半徑較小。

2.3 儲(chǔ)層保護(hù)效果評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)按石油天然氣行業(yè)SY/T 6540—2002標(biāo)準(zhǔn)，采用巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置和高溫高壓動(dòng)失水儀模擬修井條件，研究和評(píng)價(jià)修井液儲(chǔ)層保護(hù)效果。

在相同條件下，對(duì)比實(shí)驗(yàn)絨囊修井液、廣譜復(fù)合屏蔽暫堵劑和高分子樹(shù)脂膠體3種暫堵體系封堵巖心和返排效果（見(jiàn)表3）。從表3可以看出，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，絨囊修井液巖心封堵率為100%，滲透率恢復(fù)值達(dá)92%以上；廣譜復(fù)合屏蔽暫堵修井液封堵率雖達(dá)到92.3%，但滲透率恢復(fù)值低于50%；高分子樹(shù)脂膠體修井液封堵率和滲透率恢復(fù)值都低于50%。表明，絨囊修井液封堵地層及保護(hù)儲(chǔ)層效果較好，是比較理想的修井液暫堵體系。

表3 不同暫堵體系污染巖心實(shí)驗(yàn)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

冀東油田油層段主要漏失層位巖性以細(xì)砂巖、含礫中砂巖為主，區(qū)塊儲(chǔ)層發(fā)育，平均孔隙度25%左右，滲透率為（288～5310）×10-3μm2。黏土礦物主要以蒙脫石為主，其次為高嶺石和伊利石，具有較強(qiáng)的水敏、中等的速敏和酸敏。由于地層壓力系數(shù)較低，裂縫發(fā)育，修井過(guò)程中容易發(fā)生漏失，為了解決這一問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)采用絨囊修井液試驗(yàn)檢泵、沖砂、補(bǔ)孔等修井作業(yè)，共應(yīng)用了40余口井，僅以L12-6井檢泵、NP23-X24091井?dāng)D水泥為例，說(shuō)明絨囊修井液防漏、暫堵、保護(hù)儲(chǔ)層的應(yīng)用效果。

3.1 暫堵防漏

L12-6井是柳贊區(qū)塊一口定向井。該井2009年共檢泵4次，前3次均采用聯(lián)合站采出水洗井，洗井過(guò)程中發(fā)生漏失。開(kāi)井后含水率較高、含水恢復(fù)期長(zhǎng)，表明儲(chǔ)層嚴(yán)重被傷害。為了降低傷害程度，2009年11月檢泵時(shí)，先采用絨囊修井液暫堵，再洗井檢泵。絨囊修井液使用前后的采油曲線如圖3。

圖3 L12-6井四次檢泵前后的采油曲線

從圖3可以看出，用絨囊修井液檢泵后，11月24日開(kāi)井，至11月27日，僅3 d含水即恢復(fù)至正常水平，而且日產(chǎn)油量提高了3 t多、含水率同比下降了30%。此前3次直接使用采出水檢泵，含水恢復(fù)至正常水平所用時(shí)間，第1次用了38 d、第2次18 d、第3次17.5 d，平均24.5 d，含水率都在80%左右。表明絨囊修井液有效地封堵了產(chǎn)層，避免了漏失，作業(yè)后又自動(dòng)實(shí)現(xiàn)解堵，有效地控制了儲(chǔ)層傷害程度。對(duì)比前三次檢泵后的日采油量、含水率恢復(fù)情況可以看出，使用絨囊修井液提高了油田的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 暫堵封層

NP23-X2409井于2009年4月27日投產(chǎn)29#層。初期日產(chǎn)油13.27 t，含水率75.6%。由于該層與其相鄰的28#、30#層間竄槽，導(dǎo)致日產(chǎn)油下降至4.08 t，含水率上升至90.8%。為了保護(hù)29#層并擠封28#和30#層，現(xiàn)場(chǎng)先用絨囊修井液暫堵保護(hù)29#層，再擠封28#和30#層，然后重新射孔29#層生產(chǎn)。

絨囊修井液暫堵29#層后，地層承壓能力提高了6～7.5 MPa，為后續(xù)射孔、擠水泥封層，保護(hù)29#生產(chǎn)層提供了保障。由于絨囊修井液的暫堵保護(hù)，修井后增產(chǎn)效果明顯，采油曲線如圖4。

圖4 NP23-X2409井利用絨囊修井液修井前后的采油曲線

從圖4可以看出，使用絨囊修井液后竄槽被有效封堵，日產(chǎn)油高于油井開(kāi)井初期產(chǎn)量，最高時(shí)增加了10 t多。含水率下降至70%，降低了5%。表明絨囊修井液暫堵提高產(chǎn)層承壓能力，自動(dòng)返排效果較好，有效地控制了擠注水泥對(duì)產(chǎn)層的傷害。

4 結(jié)論

（1）絨囊修井液利用分布于修井液中的絨囊自身特殊結(jié)構(gòu)與特性以及絨囊所處環(huán)境的影響，自匹配封堵不同滲流通道，實(shí)現(xiàn)了高效封堵，有效地提高地層承壓能力。

（2）絨囊修井液封堵地層時(shí)侵入淺，漏失量少，有效地控制了修井過(guò)程中的儲(chǔ)層傷害。

（3）絨囊修井液作業(yè)后，油井的含水恢復(fù)期縮短，產(chǎn)油增加，含水率下降，實(shí)現(xiàn)了增油控水。

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Fuzzy-ball workover fluids for formation damage control in Jidong Oilfield

LI Liangchuan1,2, LU Shuqin2, PENG Tong2, ZНANG Mingwei1, MI Fan3

(1. Key Laboratory for Petroleum Engineering of the Ministry of Education, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. PetroChina Jidong Oilfield Company, Tangshan 063000, China; 3. Department of Automation, Central South University, Changsha 410083, China)

In view of the difficulties during workover treatments in Jidong Oilfield, such as circulation loss, slow water cut recovering, serious formation damage, a novel technique named Fuzzy-Вall was applied based on the temporary blocking mechanism analysis of Fuzzy-Вall workover fluids. The Fuzzy-Вall can self-match leak passages completely during workover, and then flow back automatically from formation. Laboratory evaluation showed that the workover fluids could be stable for more than 15 days, enhance formation pressure bearing capacity, up to 7 MPa, and invade formation less than 8 cm. What is more, the core permeability can recover up to 90%. Well L12-6 and NP23-X24091 are two examples for the application effects. The water cut of well L12-6 recovered only in 3 days, oil productivity increased more than 3 tons per day and water cut reduced by 30% after the pump inspection by Fuzzy-Вall workover fluid. For well NP23-X24091, formation bearing pressure capacity was enhanced up to 6～7.5 MPa after the fuzzy-ball workover fluid blocking formation and squeezing cement, oil productivity increased more than 10 tons per day, and water cut reduced by 5%. The indoor and onsite experiments proved that the Fuzzy-Вall workover fluid had good effect of blocking and less damage to formations.

Fuzzy-Вall; workover fluid; temporary blocking; formation damage; recovery productivity; pressure bearing capacity

TE252

A

2011-04-21）

〔編輯 薛改珍〕

1000-7393（ 2011 ） 03-0031-04

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”子課題（編號(hào)：2008ZX05024-04-005）和教育部“長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃”（編號(hào)：IRT0411）聯(lián)合資助。

李良川，1968年生。1990年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東）應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)為在讀博士生，主要從事采油工藝研究和推廣應(yīng)用。E-mail：zhmw2004012@163.com。