高效解堵完井液研究及在篩管完井中的應(yīng)用

馬平平 熊開俊 陳 芳 張榮志 高利民

(中國石油吐哈油田公司工程技術(shù)研究院)

0 引言

完井液保護(hù)油氣層技術(shù)是石油工程中提高原油采收率和增儲上產(chǎn)的重要技術(shù)組成部分，對石油工業(yè)“少投入多產(chǎn)出”起著十分關(guān)鍵作用[1]。吐哈油田在2011年以前使用低密度甲酸鹽無固相完井液體系[2]，該完井液體系及其工藝技術(shù)能夠在水平井裸眼完井過程中有效保護(hù)儲層、提高產(chǎn)量，但是低密度甲酸鹽完井液不含清除濾餅的處理劑，且暫堵劑油溶率較低，因此體系不能有效清除附在井壁上的濾餅，儲層孔道仍有堵塞，影響保護(hù)儲層的效果。因此，優(yōu)化完井液清除濾餅的性能，完善完井液配方和工藝技術(shù)措施非常必要，可大幅度減少水平井裸眼完井過程中對產(chǎn)層的損害，對提高水平井初期產(chǎn)量具有重要意義。

1 鉆井液濾餅物理化學(xué)性質(zhì)研究與分析

1.1 鉆井液濾餅物理結(jié)構(gòu)[3]

用吐哈油區(qū)多個現(xiàn)場鉆井液樣品在高溫高壓條件下壓制濾餅(溫度120℃，壓力3.5 MPa，回壓0.69 MPa，時間30 min)，并用XNTH-I型濾餅針入度測定儀檢測。由所有濾餅針入度曲線的共性建立了濾餅數(shù)字模型。

濾餅的物理結(jié)構(gòu)可以根據(jù)其強(qiáng)度及密實程度的不同，自上而下分為虛濾餅層、可壓縮層、密實層及致密層。圖1中三條曲線為某鉆井液樣品壓制的濾餅直徑方向三個不同位置測得的針入度曲線，表1為數(shù)據(jù)處理結(jié)果。該泥餅平均厚度為2.78 mm，濾餅虛厚為1.89 mm，實厚0.89 mm,其中可壓縮層、密實層和致密層厚度分別是0.57 mm，0.29 mm和0.03 mm,初始強(qiáng)度8.47 g,最大強(qiáng)度202 g，濾餅自上而下四層結(jié)構(gòu)中，厚度逐層減小，而強(qiáng)度逐層增大，密實層和致密層厚度總和最小，強(qiáng)度最大，水力沖刷無法清除。

圖1 濾餅針入度曲線

1.2 鉆井液濾餅組分分析

吐哈油田水平井基本上應(yīng)用MEG(甲基葡萄糖甙)鉆井液，選用水平井鉆井過程MEG鉆井液樣品在高溫高壓條件下壓制濾餅(溫度120 ℃，壓力3.5 MPa，回壓0.69 MPa，時間30 min)。

分析鉆井液中各類組分的質(zhì)量體積濃度，確定各類組分質(zhì)量濃度及所占比例，再通過稱量烘干前后的鉆井液濾餅質(zhì)量，進(jìn)而計算各種組分在濾餅中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和單個濾餅各組分的質(zhì)量(假設(shè)地層巖石產(chǎn)生的鉆屑全部被鉆井液帶出地面，不參與構(gòu)成濾餅)。通過計算，各組分在鉆井液中質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表2。

表1 針入度曲線數(shù)據(jù)

表2 MEG鉆井液濾餅各組分質(zhì)量濃度

2 濾餅清除劑及緩蝕劑篩選

2.1 清除劑篩選

鉆井液濾餅中，固相組分所占比例最大，其中酸溶性暫堵劑可通過酸性溶液溶解清除，其它惰性固相很難清除。

選用酸性清除劑對濾餅進(jìn)行溶蝕清除,溶蝕對象主要為酸溶性暫堵劑和部分聚合物。對S1和S2兩種濾餅清除劑對濾餅的溶蝕作用進(jìn)行了對比評價(圖1圖 3)。

圖2 S1溶蝕濾餅實驗

S1酸性極強(qiáng)，浸泡前pH值為1，浸泡24 h后溶液pH值為2～3，下部為渾濁物，上部水層顏色較深，呈淺褐色。溶蝕率隨溶液濃度增大而升高，其中2.5%S1浸泡濾餅24 h后濾餅溶蝕率達(dá)到22.72%，溶蝕效果較好，但浸泡后殘液酸性仍然很強(qiáng)(pH值為2～3)。

圖3 S2溶蝕濾餅實驗

S2濾餅溶蝕效果較好，0.5%加量濾餅溶蝕率可達(dá)到21.93%，而溶液的酸性較S1而言顯弱，浸泡前溶液pH值為2，浸泡24 h后溶液下部為渾濁物，上部顏色略深，呈淺褐色，浸泡濾餅后溶液呈中性。

選用S2作為濾餅清除劑，加量確定為0.5%。

2.2 緩蝕劑篩選

由于酸性清除劑S2在溶液中釋放H+,對井下工具具有一定腐蝕性，因此為避免濾餅清除劑對井下工具的腐蝕，需要優(yōu)選合適的緩蝕劑。對溶蝕劑HS1和HS2進(jìn)行了對比評價。對不同濃度的S2溶液用不同濃度的緩蝕劑溶液浸泡N80鋼片，浸泡時間為7天，測定最終的腐蝕速率，以此優(yōu)選緩蝕劑(圖4、圖5)。

圖4 HS1緩蝕實驗

圖5 HS2緩蝕實驗

結(jié)果表明，HS1較HS2緩蝕效果更好，所以選用HS1作為完井液用緩蝕劑，確定加量為3%，針對濾餅清除劑S2可將腐蝕速率降低至0.097 mm/a，因完井液在井下滯留時間平均為5～7天，因此不會對井下工具造成腐蝕。

3 油溶性暫堵劑的篩選評價

3.1 常規(guī)性能評價

對ZD1、ZD2、ZD3三種油溶性暫堵劑進(jìn)行優(yōu)選和性能評價，完井液配方選用：水+0.5%～0.7%增黏抑制劑+1%降濾失劑+0.3%～0.5%增黏降濾失劑+2.5%～3%防塌劑，結(jié)果見表3。

表3 暫堵劑優(yōu)選

注：性能測定實驗溫度為25 ℃，HTHP測定溫度為120 ℃，壓力3.5 MPa，時間30 min。

由實驗結(jié)果可看出，ZD1對完井液黏度影響最小，同時有較好的降濾失效果，更有利于保護(hù)儲層。

3.2 暫堵劑油溶率評價[4]

對ZD1、ZD2、ZD3三種油溶性暫堵劑進(jìn)行油溶率評價，按照脫色煤油溶解、布氏漏斗過濾的方法，在80 ℃條件下(接近于井底溫度)測定各種暫堵劑的油溶率，結(jié)果見表4。

實驗結(jié)果表明，ZD1在80℃條件下的油溶率均大于90%，最高可達(dá)98.1%，油溶性非常好。

3.3 暫堵劑對原油黏度影響

測試幾種油溶性暫堵劑及油溶樹脂對原油黏度的影響。實驗結(jié)果見圖6。

ZD1為液態(tài)，對原油的黏度影響不大，其它暫堵劑屬于固體粉末，加入原油中黏度有一定程度上升,油溶樹脂對原油黏度影響最大，加量5%時原油黏度增加率近90%，通過以上實驗，最終確定ZD1為完井液油溶性暫堵劑。

表4 油溶率測定

圖6 暫堵劑對紅連原油黏度的影響

4 完井液性能評價

通過篩選濾餅清除劑、緩蝕劑和油溶性暫堵劑，同時考慮到綜合成本，優(yōu)選出完井液的配方為：

水+0.3%～0.5%增黏劑+0.3～0.5%抑制劑+1%降濾失劑+2.5%-3%封堵防塌劑+0.5%濾餅清除劑+3%緩蝕劑+3%油溶性暫堵劑+有機(jī)鹽加重劑

4.1 常規(guī)性能評價

實驗結(jié)果見表5。

表5 室內(nèi)配方性能評價

注： HTHP測定溫度為120 ℃，壓力3.5 MPa，時間30 min。

從表5結(jié)果可以看出該完井液流變性能優(yōu)良，且濾餅清除劑和緩蝕劑對完井液流變性能影響較小，油溶性暫堵劑的加入改善了完井液降濾失效果，表觀黏度和塑性黏度隨溫度的升高變化幅度較小，濾失量則略有增大，完井液性能穩(wěn)定。

4.2 濾餅溶蝕效果

實驗結(jié)果見表6。

表6 完井液對濾餅溶蝕效果評價

結(jié)果表明，完井液對濾餅溶蝕率達(dá)到21.9%，能夠有效清除部分鉆井液濾餅。由于完井液配方中影響腐蝕速率的只有濾餅清除劑，而之前的實驗證明篩選出的緩蝕劑能夠有效降低溶液對N80鋼片的腐蝕速率，在這里不贅述緩蝕效果評價。

4.3 儲層保護(hù)效果評價

完井液主要目的是為了保護(hù)儲層，用DW-Ⅱ型高溫高壓動態(tài)污染儀對新型解堵型完井液進(jìn)行儲層保護(hù)效果評價[5]，在圍壓為3.5 MPa、流速為1.0mL/min的條件下，用模擬地層水驅(qū)替巖心，再用中性煤油進(jìn)行驅(qū)替，測得巖心的油相滲透率Ko，同樣在3.5 MPa壓力條件下，用完井液對巖心進(jìn)行反向污染，時間為2 h，之后改變流體流動方向，在流速為1.0 mL/min的條件下，用中性煤油正向驅(qū)替，待壓力穩(wěn)定后測定巖心經(jīng)完井液污染后的滲透率 Ko’，計算滲透率恢復(fù)值。實驗結(jié)果見表7。

表7 完井液儲層保護(hù)效果評價

注：所用巖心均為現(xiàn)場取心，取自玉102井J2S組；傳統(tǒng)完井液基本配方：水+0.3%～0.5%增黏劑+0.3～0.5%抑制劑+1%降濾失劑+2.5%～3%封堵防塌劑+3%油溶性暫堵劑(固態(tài))+有機(jī)鹽加重劑；解堵型完井液基本配方：水+0.3%～0.5%增黏劑+0.3～0.5%抑制劑+1%降濾失劑+2.5%～3%封堵防塌劑+0.5%濾餅清除劑+3%緩蝕劑+3%油溶性暫堵劑(液態(tài))+有機(jī)鹽加重劑

新型解堵型完井液對巖心滲透率恢復(fù)率達(dá)到90%以上，具有很好的儲層保護(hù)效果。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

高效解堵型完井液體系在吐哈油田應(yīng)用了18口井。5.1工藝簡介

應(yīng)用井必須是篩管完井、裸眼完井等完井方式，即在水平井完鉆后不采用水泥封固產(chǎn)層與井眼的流通通道，而采用產(chǎn)層與井筒連通敞開的方式完井。完鉆后確保井眼通暢，在下入篩管等完井管串之前最后一次通井到底循環(huán)干凈起鉆前打入完井液，完井液用量通過井眼尺寸、井徑擴(kuò)大率、水平段長度等確定，通過排量、鉆桿內(nèi)外徑等參數(shù)確定泵入時間和頂替時間，確保完井液覆蓋整個儲層段。

5.2 魯克沁油田應(yīng)用情況

新型解堵完井液在魯克沁油田應(yīng)用8口井，應(yīng)用過程沒有造成任何井下復(fù)雜，應(yīng)用井儲層保護(hù)效果良好。應(yīng)用井整體平均產(chǎn)量9.83 t/d，較鄰井初期產(chǎn)量提高28.3%。魯克沁油田應(yīng)用新型解堵型完井液保戶儲層效果明顯，產(chǎn)量提高幅度較大，取得了很好的應(yīng)用效果。

圖7 魯克沁油田應(yīng)用效果

5.3 雁木西油田大2塊應(yīng)用情況

雁木西油田大2塊5口水平井上實施了現(xiàn)場應(yīng)用。投產(chǎn)后平均產(chǎn)量為5.42 t/d,應(yīng)用新型完井液產(chǎn)量提高8.42%。

5.4 連木沁油田應(yīng)用情況

解堵型完井液體系在連木沁油田應(yīng)用2口井，應(yīng)用過程和后續(xù)作業(yè)沒有造成任何井下復(fù)雜情況。

解堵型完井液連木沁區(qū)塊應(yīng)用2口井，投產(chǎn)后平均產(chǎn)量為12.36 t/d,相鄰水平井有6口，平均產(chǎn)量9.04 t/d,應(yīng)用新型完井液產(chǎn)量提高36.7%，連木沁區(qū)塊應(yīng)用新型解堵型完井液保戶儲層效果明顯，產(chǎn)量提高幅度較大，取得了很好的應(yīng)用效果。

圖8 雁木西大2塊應(yīng)用效果

圖9 連木沁區(qū)塊應(yīng)用效果

6 結(jié)論與建議

解堵型完井液對鉆井液濾餅清除率達(dá)到21.93%，同時消除了其對井下工具的腐蝕；高效油溶性暫堵劑油溶率高達(dá)98.3%，提高了完井液與儲層的配伍；完井液對巖心滲透率恢復(fù)率達(dá)到90.2%以上，能夠有效保護(hù)儲層。解堵型完井液在吐哈油田應(yīng)用18口井，現(xiàn)場施工無復(fù)雜情況發(fā)生，現(xiàn)場實施有效率100%，平均初期產(chǎn)量較鄰井有較大幅度提高，取得了良好的應(yīng)用效果。

建議針對清除濾餅中的聚合物開展研究,進(jìn)一步提高完井液對濾餅的清除效果,更有效地發(fā)揮完井液保護(hù)儲層的作用,對水平井篩管(裸眼,割縫管)等完井方式條件下提高初期產(chǎn)能具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 李克向.保護(hù)油氣層鉆井完井技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994.

2 欒占彬,劉小波,李明輝,等.甲酸鹽鉆井完井液的研究進(jìn)展[J].廣州化工,2010,38(10):42-43.

3 周風(fēng)山,王世虎,李繼勇.泥餅結(jié)構(gòu)物理模型與數(shù)學(xué)模型研究[J].鉆井液與完井液,2003,20(3):4-8.

4 姜歆,王博通,樊英.油溶性樹脂暫堵劑的室內(nèi)評價[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2010,10(31):7721-7723.

5 賈立武,完井液評價方法的探討[J].鉆井液與完井液,1995,12(4):60-63.