靖邊氣田低壓氣井修井作業(yè)暫堵技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究

張耀剛，沈云波，呂 江，仵海龍，胡 康，任 濤，任發(fā)俊，高 崗

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川 750006）

靖邊氣田低壓氣井修井作業(yè)暫堵技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究

張耀剛，沈云波，呂 江，仵海龍，胡 康，任 濤，任發(fā)俊，高 崗

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川 750006）

靖邊氣田生產(chǎn)后期修井維護(hù)作業(yè)中，工作液漏失會(huì)造成固相堵塞、潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)、微粒運(yùn)移和結(jié)垢、產(chǎn)液乳化等問題，將嚴(yán)重破壞和傷害儲(chǔ)層，導(dǎo)致排液復(fù)產(chǎn)困難，因此優(yōu)選一種適合靖邊氣田的修井暫堵液顯得尤為重要和緊迫。此科研針對(duì)靖邊氣田儲(chǔ)層巖性特征，在對(duì)絨囊暫堵液體系理論研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量的絨囊暫堵液基液配方篩選和處理劑加量?jī)?yōu)選實(shí)驗(yàn)，研制出了具有良好的鹽穩(wěn)定性、抗溫性、耐腐蝕性、暫堵能力以及對(duì)靖邊氣田儲(chǔ)層低傷害性的絨囊暫堵液體系，同時(shí)在此基礎(chǔ)上對(duì)暫堵液體系進(jìn)行室內(nèi)小樣實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)和室外模擬地層環(huán)境的暫堵和返排實(shí)驗(yàn)，最終確定了適合靖邊氣田修井作業(yè)的暫堵液體系配方，為今后靖邊氣田氣井井下作業(yè)工作的開展建立了技術(shù)儲(chǔ)備，具有一定的指導(dǎo)意義。

防漏堵漏；漏失；固相堵塞；微粒運(yùn)移；傷害；暫堵液；暫堵；返排

油氣井鉆井及各種井下作業(yè)過(guò)程中，入井工作液的漏失會(huì)引起井下情況復(fù)雜或井下事故，嚴(yán)重者還會(huì)導(dǎo)致油氣井報(bào)廢，經(jīng)濟(jì)損失巨大，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。不僅如此，工作液漏失入于油氣層不但會(huì)造成油氣生產(chǎn)能力下降，需投入巨大人力物力恢復(fù)產(chǎn)量，而且往往是入不敷出，成為永久性損失。其中修井作業(yè)中井漏造成儲(chǔ)層傷害造成的后果更為嚴(yán)重，主要的傷害方式包括：固相堵塞、潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)、微粒運(yùn)移和結(jié)垢、產(chǎn)液乳化。目前封堵漏失地層普遍采用的方法：控制漏失通道和減壓。

暫堵修井工藝技術(shù)在低壓氣井修井作業(yè)中應(yīng)用，是先壓井再進(jìn)行井下作業(yè)，選用不同性質(zhì)的工作液暫時(shí)封堵地層流體，并防止壓井液大量漏入地層，對(duì)油氣層進(jìn)行保護(hù)，又確保平衡地層壓力，保證修井作業(yè)過(guò)程中的安全。

靖邊氣田經(jīng)過(guò)十多年勘探與開發(fā)，地層壓力系數(shù)由原來(lái)的約1.0下降至0.6左右。隨著開發(fā)期延長(zhǎng)，由于產(chǎn)水量大，氣井?dāng)y液能力降低，氣井無(wú)法正常生產(chǎn)甚至被迫關(guān)井。同時(shí)由于地層產(chǎn)氣中含有H2S與CO2，井下管柱腐蝕嚴(yán)重。據(jù)調(diào)研資料，靖邊氣井生產(chǎn)周期8～10年，井下管柱即出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕，有的甚至斷裂。為恢復(fù)氣井生產(chǎn)和防止氣井管柱進(jìn)一步腐蝕，必須進(jìn)行相應(yīng)的修井維護(hù)作業(yè)。

1 絨囊暫堵液處理劑優(yōu)選研究

絨囊工作液是一種具有優(yōu)異防漏堵漏能力的新技術(shù)。首次作為靖邊氣田氣井修井暫堵液應(yīng)用，需針對(duì)靖邊氣田的地質(zhì)情況、產(chǎn)液情況、生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析和總結(jié)，研究出一種既能保證修井過(guò)程中控制地層漏失，又能保證儲(chǔ)層傷害程度最小，承壓能力強(qiáng)、易返排的暫堵液，滿足靖邊氣田生產(chǎn)需求。

1.1 絨囊暫堵液主要及輔助處理劑

絨囊暫堵液體系處理劑包括主要處理劑成核劑、成層劑、強(qiáng)層劑、定位劑及輔助處理劑成膜劑、pH調(diào)節(jié)劑、高溫穩(wěn)定劑、殺菌劑、除氧劑、緩蝕劑、抑制劑。

1.2 絨囊暫堵液基液處理劑優(yōu)選

絨囊暫堵液基液由成層劑、強(qiáng)層劑、定位劑配制而成，故需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)選。由于無(wú)固相絨囊暫堵液基液為淡水，淡水中絕大部分礦物質(zhì)為鹽，因此成層劑、強(qiáng)層劑、定位劑的優(yōu)選主要是評(píng)價(jià)其抗鹽能力，優(yōu)選抗鹽效果最好的。

1.3 絨囊暫堵液密度調(diào)節(jié)劑優(yōu)選

絨囊暫堵液密度調(diào)節(jié)劑主要是對(duì)成核劑和成膜劑進(jìn)行優(yōu)選。成核劑的選擇主要是對(duì)比其抗鹽能力，優(yōu)選抗鹽效果最好的成核劑。成膜劑是絨囊體系的專用處理劑，通過(guò)將醇類和醚類復(fù)配而成。

1.4 絨囊暫堵液其它處理劑優(yōu)選

絨囊暫堵液其它處理劑包括pH值調(diào)節(jié)劑、粘土抑制劑、高溫穩(wěn)定劑、緩蝕劑、除氧劑、殺菌劑、除硫劑、防水鎖劑、助排劑的優(yōu)選，主要是選擇與絨囊體系配伍且有利于提高其各項(xiàng)性能指標(biāo)的處理劑。

2 絨囊暫堵液體系研制

2.1 絨囊暫堵液基液配方研制

利用優(yōu)選出的成層劑、強(qiáng)層劑、增粘劑，配制流變性好、適于絨囊穩(wěn)定存在的絨囊暫堵液基液。在所選處理劑推薦加量范圍內(nèi)，成層劑、強(qiáng)層劑、定位劑各選取3～5個(gè)加量，配制基液并測(cè)定其流變性及濾失量，對(duì)基液配方進(jìn)行優(yōu)化，確定基液配方。

根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選定基液配方中定位劑加量為0.15%～0.40%，強(qiáng)層劑加量為0.15%～0.30%，成層劑加量為1%～2%。

2.2 絨囊暫堵液體系配方研制

使用優(yōu)選的成核劑、成膜劑、成層劑、強(qiáng)層劑、定位劑、pH調(diào)節(jié)劑、高溫穩(wěn)定劑、殺菌劑、除氧劑、緩蝕劑、抑制劑配制絨囊暫堵液并評(píng)價(jià)其性能（見表1）。

表1 絨囊暫堵液體系性能

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：絨囊暫堵液體系均具有較好的流變性，體系穩(wěn)定時(shí)間滿足要求。

2.3 絨囊暫堵液與靖邊修井液配漿水配伍性研究

在絨囊暫堵液體系配方加量范圍內(nèi)，選取不同配方，使用靖邊氣井修井液用配漿水，驗(yàn)證配漿水與絨囊處理劑間的配伍性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)知，靖邊氣田區(qū)塊內(nèi)不同淡水水源配漿水對(duì)絨囊暫堵液性能影響較小，絨囊暫堵液處理劑與靖邊配漿水配伍性良好。

2.4 抗溫能力評(píng)價(jià)研究

配制1#、2#號(hào)絨囊暫堵液，高溫?zé)釢L評(píng)價(jià)它們的抗溫能力（見表2）。

表2 不同密度氯化鉀體系無(wú)固相微泡完井液熱滾前后性能

由室內(nèi)實(shí)驗(yàn)知，加熱前后絨囊暫堵液密度、塑性粘度、動(dòng)切力變化程度較小，具有較好的抗溫能力，能夠滿足靖邊氣田氣井修井需要。

2.5 防腐能力評(píng)價(jià)研究

室內(nèi)采用N80鋼材進(jìn)行掛片實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)暫堵液腐蝕能力（見表3）。

表3 腐蝕性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)可知：絨囊暫堵液對(duì)N80金屬件的腐蝕速率小于0.076 mm/a，且沒有點(diǎn)蝕，對(duì)N80鋼腐蝕性較小，說(shuō)明絨囊暫堵液在井底環(huán)境中不會(huì)對(duì)管柱造成腐蝕。

2.6 破膠效果評(píng)價(jià)研究

模擬靖邊現(xiàn)場(chǎng)施工條件，利用氧化破膠劑及JPC高溫破膠劑在溫度110℃時(shí)對(duì)氣井內(nèi)部無(wú)法向外循環(huán)的絨囊修井液進(jìn)行破膠，觀察破膠效果（見表4）。

表4 絨囊暫堵液破膠效果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)證明同加量的兩種破膠劑在溫度110℃破膠條件下2 h后，絨囊修井液密度升高，表觀粘度下降甚至消失，表明兩種破膠劑破膠效果明顯。綜合考慮，建議使用氧化破膠劑。

3 絨囊暫堵液暫堵能力研究

暫堵能力研究包括靜態(tài)封堵能力研究與動(dòng)態(tài)封堵能力研究：靜態(tài)堵漏實(shí)驗(yàn)，使用DLM-01A型堵漏模擬裝置填砂實(shí)驗(yàn)。動(dòng)態(tài)堵漏實(shí)驗(yàn)，利用高溫高壓動(dòng)態(tài)失水試驗(yàn)儀，巖心實(shí)驗(yàn)。

3.1 靜態(tài)暫堵能力研究

靜態(tài)暫堵實(shí)驗(yàn)?zāi)M鉆井液在井筒內(nèi)靜止時(shí)對(duì)地層的封堵能力，利用填砂實(shí)驗(yàn)與巖心模擬地層，評(píng)價(jià)靜止?fàn)顟B(tài)下絨囊暫堵液的封堵能力。

3.1.1 填砂封堵實(shí)驗(yàn) 做填砂防漏堵漏實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，選擇 20～40、45～60目、80～100目 3組不同粒徑的石英砂作為模擬地層，使用2#配方，評(píng)價(jià)靜態(tài)封堵性能（見表 5）。

3.1.2 巖心封堵實(shí)驗(yàn) 配制絨囊暫堵液，評(píng)價(jià)靜態(tài)巖心封堵能力（見表6）。

表5 靜態(tài)填砂封堵試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表6 靜態(tài)巖心封堵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由靜態(tài)填砂與巖心封堵實(shí)驗(yàn)可知：絨囊暫堵液在靜態(tài)下對(duì)地層具有較強(qiáng)的封堵能力。

3.2 動(dòng)態(tài)暫堵能力研究

動(dòng)態(tài)暫堵能力實(shí)驗(yàn)?zāi)M鉆井液在井筒內(nèi)流動(dòng)時(shí)對(duì)地層的封堵能力，利用巖心模擬地層，評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)下暫堵液的封堵能力。巖心封堵實(shí)驗(yàn)：配制絨囊暫堵液，評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)巖心封堵能力（見表7）。

表7 動(dòng)態(tài)巖心封堵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由動(dòng)態(tài)巖心封堵實(shí)驗(yàn)可知：絨囊暫堵液在動(dòng)態(tài)下對(duì)地層具有較強(qiáng)的封堵能力。

4 囊暫堵液儲(chǔ)層傷害控制能力研究

絨囊暫堵液返排能力能夠直接體現(xiàn)其對(duì)儲(chǔ)層的傷害程度。通過(guò)室內(nèi)巖心損害實(shí)驗(yàn)研究，評(píng)價(jià)絨囊暫堵液控制儲(chǔ)層傷害能力。助排劑與防水鎖劑能夠提高絨囊暫堵液返排效率，對(duì)氣層儲(chǔ)層的傷害程度較小，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)通過(guò)分為不加助排劑與防水鎖劑與加入助排劑與防水鎖劑，對(duì)比絨囊暫堵液的返排效果。確定能夠有效提高絨囊暫堵液返排時(shí)助排劑與防水鎖劑的最佳加量（見表8，表9）。

表8 絨囊暫堵液配方表

表9 絨囊暫堵液性能

從室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、成本和滿足現(xiàn)場(chǎng)要求兩方面考慮，防水鎖劑與助排劑加量均選為1.0%。

5 結(jié)論

（1）通過(guò)大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，初步研制出適于靖邊氣井暫堵應(yīng)用的絨囊暫堵液配方，同時(shí)驗(yàn)證了暫堵液與靖邊氣田修井液的良好配伍性，證實(shí)現(xiàn)場(chǎng)修井時(shí)可直接使用當(dāng)?shù)厮渲谩?/p>

（2）通過(guò)室內(nèi)抗溫實(shí)驗(yàn)及腐蝕實(shí)驗(yàn)，證明研制出的暫堵液抗溫能力強(qiáng)，在高溫（120℃）條件下，密度、塑性粘度、動(dòng)切力變化較小，能夠滿足靖邊修井需要；同時(shí)該暫堵液對(duì)N80金屬件的腐蝕速率小于0.076 mm/a，且無(wú)點(diǎn)蝕情況發(fā)生，不會(huì)對(duì)管柱造成腐蝕。

（3）通過(guò)室內(nèi)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)暫堵實(shí)驗(yàn)，證明絨囊暫堵液能夠有效封堵靖邊氣田氣井漏失地層。

（4）通過(guò)大量巖心實(shí)驗(yàn)，確定達(dá)到最佳返排效果時(shí)助排劑與防水鎖劑加量，最終形成了適于靖邊氣田應(yīng)用的暫堵液配方。

（5）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)，證明絨囊暫堵液具有較好的暫堵作業(yè)，同時(shí)在負(fù)壓產(chǎn)條件下具有良好的返排能力。

[1] ASME Shale Shaker Committee.Drilling Fluids Processing Handbook，Oxford，Gulf Professional Publishing，2005.

[2] 趙仁保，岳湘安，吳亞紅，等.二氧化碳?xì)怏w的流動(dòng)及反應(yīng)特性研究：從微管到多孔介質(zhì)[J] .科學(xué)通報(bào)，2008，12（53）：1456－1462.

[3] Herbert D L.Method of sealing subterranean zones.UK Patent，CA 2461524-A1，2005.

[4] Intoil S C.Isolation of well lost circulation zone.UK Patent，RU 2111337-C1，1998.

[5] 熊英，劉文輝，魏玉蓮，等.油溶性樹脂暫堵劑室內(nèi)評(píng)價(jià)技術(shù)研究[J] .石油鉆采工藝，2000，22（4）：78-80.

[6] 王正良，韋又林，王昌軍.新型酸溶性隨鉆堵漏劑JHSD的研制[J] .天然氣學(xué)報(bào)，2009，31（1）：84-86.

[7] Abrams A.Mud design to minimize rock impairment due to particle invasion.JPT，1977，29（3）：586－593.

[8] 羅向東，羅平亞.屏蔽式暫堵技術(shù)在儲(chǔ)層保護(hù)中的應(yīng)用研究[J] .鉆井液與完井液，1992，9（2）：19－27.

[9] 張琰，崔迎春.屏蔽暫堵分形理論與應(yīng)用研究[J] .天然氣工業(yè)，2000，20（6）：54－56.

[10] Suri A，Sharma M M.Strategies for sizing particles in drilling and completion fluids.SPE European Formation Damage Conference.In Hague.2001，SPE 68964.

[11] 趙穎，陳勉，張廣清.各向異性雙重孔隙介質(zhì)有效應(yīng)力定律[J] .科學(xué)通報(bào)，2004，21（49）：2252－2255.

[12] Moore CL，Lafave V A.Air and gas drilling.Journal of Petroleum Technology，1956，2（8）：15-16.

[13] 宮新軍，陳建華，成效華.超低壓易漏地層鉆井液新技術(shù)[J] .石油鉆探技術(shù)，1996，（12）：26.

[14] 張振華.可循環(huán)微泡鉆井液的研制及應(yīng)用[J] .石油學(xué)報(bào)，2004，6（25）：92－95.

[15] 陳安定，代金友，王文躍.靖邊氣田氣藏特點(diǎn)、成因與成藏有利條件[J] .海相油氣地質(zhì)，2010，15（2）：45－55.

[16] 牛會(huì)玲，謝潤(rùn)成，戴建文，等.靖邊氣田盒8段儲(chǔ)層特征及控制因素[J] .石油地質(zhì)與工程，2010，24（1）：16-19.

[17] 楊健.低壓氣井暫堵修井工藝技術(shù)[J] .鉆采工藝，2002，25（5）：32－33.

[18] 張耀剛，吳新民，梁銘，等.氣井井筒油基解堵工藝技術(shù)的應(yīng)用[J] .天然氣工業(yè)，2009，29（2）：95-97.

10.3969/j.issn.1673-5285.2012.11.021

TE357.12

A

1673－5285（2012）11－0080－04

2012－06－25

張耀剛，男（1971－），工程碩士，2007年7月西安石油大學(xué)畢業(yè)，天然氣開發(fā)工程師，長(zhǎng)期從事天然氣開發(fā)、生產(chǎn)、管理工作，現(xiàn)任第一采氣廠井下作業(yè)科科長(zhǎng)。