一種新型微泡套銑沖砂液的研制

任 奕，張 茂，王 冬，任 強(qiáng)，朱 亮

（中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300452）

一種新型微泡套銑沖砂液的研制

任 奕，張 茂，王 冬，任 強(qiáng)，朱 亮

（中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300452）

針對(duì)渤海油田在大修井過(guò)程中出現(xiàn)的地層漏失嚴(yán)重、井下工具打撈困難、套銑進(jìn)尺緩慢等問(wèn)題，根據(jù)泡沫鉆井的理論知識(shí)及其應(yīng)用特點(diǎn)，研究開(kāi)發(fā)了一種新型的環(huán)保型的套銑沖砂液，與傳統(tǒng)的暫堵液相比，其黏度低、切力小、攜砂能力好，潤(rùn)滑系數(shù)低、循環(huán)摩阻小，易于溶解，不會(huì)結(jié)塊憋泵，后期不需要破膠等等。其主要配比為：0.5%BH-VIS+3%FPJ-12+3%XJW-1+2%YS-A。它主要以微泡作為分散相，低黏膠液作為連續(xù)相，依靠泡沫承托能力強(qiáng)以及泡沫和生物聚合物的雙層封堵的特點(diǎn)，達(dá)到一種良好的沖砂、降漏失效果。該技術(shù)在渤海油田得到了成功的應(yīng)用，保證了大修作業(yè)的順利進(jìn)行。

微泡套銑；沖砂液；暫堵液；大修井；渤海油田

伴隨油田的逐步開(kāi)采，地層能量逐漸衰竭，因此在修井作業(yè)中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)修井液等各種流體滲漏進(jìn)地層的現(xiàn)象。流體滲漏一方面會(huì)引起巖石的水敏效應(yīng)，導(dǎo)致顆粒膨脹、分散、運(yùn)移，堵塞油層孔道，另一方面會(huì)引起賈敏效應(yīng)、巖石潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致水鎖；此外，還有冷傷害以及形成無(wú)機(jī)垢沉淀等，最終會(huì)降低油井的產(chǎn)量。更為嚴(yán)重的是，修井液的漏失不僅增加了修井液用量，造成修井作業(yè)無(wú)法正常進(jìn)行，可能還會(huì)發(fā)生卡鉆、井噴等嚴(yán)重事故[1]。對(duì)于大修井來(lái)說(shuō)，這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

1 大修套銑技術(shù)的現(xiàn)狀

目前在渤海油田，關(guān)于大修套銑作業(yè)，主要采用先期堵漏為主，爾后再用地?zé)崴M(jìn)行套銑沖砂，但這種方法存在著一些問(wèn)題，例如對(duì)于嚴(yán)重出砂井，注入暫堵液后，有可能造成油砂與暫堵液形成致密的封堵層，給下步的打撈套銑作業(yè)帶來(lái)更大的困難。暫堵液主要有以下幾種類型：

1.1 水溶性高分子+交聯(lián)劑體系

該體系由基液和交聯(lián)劑組成，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)按照一定比例在基液中加入交聯(lián)劑形成凍膠，凍膠具有一定強(qiáng)度和變形性，在該凍膠破膠之前注入井眼，達(dá)到封堵地層的目的。該體系成本低廉，封堵效果良好，對(duì)儲(chǔ)層選擇性好，但是體系配方在施工前必須在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整，廣譜性差，而且破膠工藝復(fù)雜易造成對(duì)地層的堵塞。

1.2 水溶性高分子+油溶性暫堵劑體系

該體系由水溶性高分子和油溶性暫堵劑兩部分組成，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)按照一定比例配制一定濃度的水溶性高分子，保證該溶液黏度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，然后根據(jù)地層情況，在該溶液中加入一定比例的油溶性暫堵劑。該體系膠液黏度易調(diào)整，對(duì)配制水的要求不高，暫堵性好，破膠工藝簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)施工方便；但是該體系對(duì)水溶性高分子、油溶性暫堵劑質(zhì)量要求較高，原材料成本高。

1.3 可膨脹吸水樹(shù)脂體系

可膨脹吸水樹(shù)脂以丙烯酰胺單體為主要原材料，在分子聚合過(guò)程中加入交聯(lián)劑，形成預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒。該體系配制工藝簡(jiǎn)單，在配制水中加入一定比例的可膨脹吸水樹(shù)脂，通過(guò)2～3 h的吸水過(guò)程，可膨脹吸水樹(shù)脂吸收了體系的自由水，把水分子吸收到樹(shù)脂里，形成固化水。該凝膠體系具有一定強(qiáng)度和變形性，通過(guò)該吸水樹(shù)脂的黏滯性和變形性達(dá)到封堵地層的目的。吸水樹(shù)脂類產(chǎn)品包括大港油田開(kāi)發(fā)的吸水暫堵劑GLB、中原油田開(kāi)發(fā)的強(qiáng)凝膠堵劑、吉林油田開(kāi)發(fā)的非線性堵水樹(shù)脂、西南石油大學(xué)開(kāi)發(fā)的固化水等產(chǎn)品。該體系配制方法簡(jiǎn)單，凝膠強(qiáng)度高，堵漏效果好。但是材料為內(nèi)交聯(lián)產(chǎn)物，不易破膠，易造成對(duì)地層的堵塞[2]。

上述暫堵液體系都具有很強(qiáng)的封堵效果，但是黏度較高、作業(yè)類型比較單一。在大修井過(guò)程中，它們只能起到堵漏作用，無(wú)法起到攜砂的作用。因此在實(shí)際的套銑作業(yè)中，需要一種既能有效的防漏失又能很好的攜砂的作業(yè)流體。

2 新型微泡套銑沖砂液

微泡套銑沖砂液是由水、表面活性劑和各種處理劑形成的一種粒徑較小的囊狀泡沫體系，它包括氣核、氣液界面膜、高水溶液層、高黏水層固定膜以及伸向體系中的親水性的大分子長(zhǎng)鏈這五部分，其中前四部分一般不受外界干擾，通常以一體的形式出現(xiàn)，有人將此形象地稱為“氣囊”；大分子長(zhǎng)鏈則可被認(rèn)為是氣囊外的“絨毛”，絨毛和氣囊及其生存環(huán)境，共同組成了微泡套銑液[3]。

該體系能夠根據(jù)漏失地層開(kāi)度、裂縫縫寬和溶洞高度，自動(dòng)調(diào)節(jié)粒徑大小和形狀，滲漏進(jìn)地層，達(dá)到一種封堵的效果；其次利用泡沫膠液的懸浮能力比普通的膠液體系大10倍以上的特點(diǎn)，能夠起到很好的攜砂效果[4]。該體系的應(yīng)用對(duì)地層起到了很好的保護(hù)作用，保證了套銑作業(yè)的順利進(jìn)行。

微泡套銑液的核心在于氣泡的產(chǎn)生和穩(wěn)定。泡沫的穩(wěn)定性即持久性取決于兩個(gè)關(guān)鍵因素：一是液膜能否保持一定的強(qiáng)度，即液膜能否維持較慢的排液速度和對(duì)抗外界各種影響因素；二是氣體透過(guò)液膜的擴(kuò)散性大小[5]。因此，該技術(shù)的關(guān)鍵就在于如何形成穩(wěn)定的泡沫體系。

2.1 發(fā)泡劑的評(píng)選

海上油田一般使用地層水來(lái)進(jìn)行修井作業(yè)，所以對(duì)發(fā)泡劑的抗鹽抗溫性能有一定的要求。我們采用國(guó)內(nèi)外通用的Ross-Miles法[6]對(duì)各種表面活性劑進(jìn)行了篩選（表1），隨后對(duì)篩選出來(lái)的表面活性劑，通過(guò)調(diào)整它的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（表2），找出它的最佳工作條件。

表1 表面活性劑性能

表2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)發(fā)泡劑的起泡性能

通過(guò)篩選發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)PJ-12的發(fā)泡效果最好，F(xiàn)PJ-3、FPJ-6、FPJ-7、FPJ-11的效果次之，因此，我們選用FPJ-12作為發(fā)泡劑。通過(guò)調(diào)節(jié)它的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以看出，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到3%時(shí)，半衰期達(dá)到最大；當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于3%時(shí)，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，半衰期及發(fā)泡量增加明顯；當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)5%時(shí)，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，半衰期增加很慢，而且發(fā)泡量變化也不大；所以，當(dāng)FPJ-12的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%～5%的范圍內(nèi)，發(fā)泡效果較好（圖1），綜合比較各方面的因素，我們將發(fā)泡劑FPJ-12的用量定為3%。

圖1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)表面活性劑FPJ-12起泡性能

2.2 增稠劑的篩選

為了維持泡沫的穩(wěn)定，我們選取了幾種常用的增稠劑樣品，即HV-PAC、瓜兒膠、HV-CMC、BH-VIS，來(lái)比較其對(duì)泡沫的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在達(dá)到相同的黏度（80 mPa?s）下，四種樣品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.5%、1.2%、0.6%、0.9%。在這四種樣品中，加入3%FPJ-12高攪形成泡沫體系，在常溫下放置一天后發(fā)現(xiàn)，HV-PAC、瓜兒膠和HV-CMC中的泡沫均消失，BH-VIS體系中的泡沫則能較穩(wěn)定的存在，而且排列比較均勻。因此，選用BH-VIS作為體系的增稠劑。

在海上油田大修過(guò)程中，作為套銑液，必須滿足能夠有效的攜砂、漏失量低而且具有很好的流變性能，可以在全井筒順利地循環(huán)，因此需要體系具有適當(dāng)?shù)酿ざ?。根?jù)鉆井泥漿的流變性能及海上修井的經(jīng)驗(yàn)，漏斗黏度在50～100 s之內(nèi)的套銑液具有很好的攜砂及循環(huán)性能。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，由表3我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)BH-VIS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%～0.5%時(shí)，其漏斗黏度比較適中，能夠滿足作業(yè)的需要，但當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.5%時(shí)，體系不穩(wěn)定，泡沫易析出 ；當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.5%時(shí)，漏斗黏度較大，循環(huán)阻力大，泵送困難，因此將BH-VIS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)定為0.5%。

2.3 體系穩(wěn)定劑的篩選

由于BH-VIS屬于生物聚合物，易氧化分解，因此需要加入防腐劑來(lái)防止分子鏈斷裂。實(shí)驗(yàn)中選用表面活性劑XJW-1和XJW-2與FPJ-12混合，觀察它們的發(fā)泡情況。結(jié)果表明，XJW-2嚴(yán)重影響泡沫的穩(wěn)定，而XJW-1對(duì)體系的穩(wěn)定性沒(méi)有影響（表4）。

表3 體系的流變性能

為了進(jìn)一步驗(yàn)證XJW-1的防腐效果，采用測(cè)定膠液的黏度保留率來(lái)表征。具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程為：量取四份350 mL過(guò)濾海水，放入高攪杯中，其中兩份分別加入1.75 g增稠劑BH-VIS和10.5 g樣品XJW-1作為待測(cè)樣，另兩份分別只加入1.75 g增稠劑BH-VIS作為空白樣，高速攪拌5 min，然后低攪1 h，讀取四份膠液在電動(dòng)旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)φ600轉(zhuǎn)下的讀數(shù)φ1。然后把四份膠液放入500 mL的廣口瓶中加蓋密封，放入設(shè)定溫度值為60 ℃的烘箱中，恒溫放置7 d，取出冷卻至室溫，倒入高攪杯中高攪5 min，并讀取膠液在電動(dòng)旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)φ600轉(zhuǎn)下的讀數(shù)φ2。

表4 修井液穩(wěn)定劑對(duì)泡沫的影響

黏度保留率的測(cè)定公式為：

式中：C — 黏度保留率，%；

φ1— 膠液在電動(dòng)旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)φ600轉(zhuǎn)下的初始讀數(shù)；

φ2— 膠液放置7 d后在電動(dòng)旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)φ600轉(zhuǎn)下的最終讀數(shù)。

表5 樣品的黏度保留率

由表5可知，XJW-1對(duì)BH-VIS確實(shí)有防止其氧化降解的能力，從一定程度上也保證了泡沫在體系中的穩(wěn)定性。

2.4 抑砂穩(wěn)定劑對(duì)體系穩(wěn)定性的影響

通過(guò)采用BH-VIS來(lái)提高體系的黏度，雖然在常溫下能夠保持泡沫可以穩(wěn)定較長(zhǎng)時(shí)間，但是若將它放在60 ℃的烘箱中，泡沫會(huì)產(chǎn)生分層的現(xiàn)象。而在渤海油田，井底的溫度一般都在60 ℃左右，因此要保證作業(yè)的順利進(jìn)行及作業(yè)后的效果，需要加入一種泡沫穩(wěn)定劑來(lái)保證泡沫能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的存在于體系中，通過(guò)查閱大量的文獻(xiàn)以及一系列的篩選，最終選用抑砂穩(wěn)定劑YS-A，通過(guò)改變其濃度來(lái)驗(yàn)證其對(duì)微泡體系的影響（表6）。

由上表可知，在60 ℃的條件下，經(jīng)過(guò)老化罐老化16 h后，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.0%以上的抑砂穩(wěn)定劑YS-A，對(duì)泡沫體系的穩(wěn)定效果較好。通過(guò)以上的實(shí)驗(yàn)，我們最終確定了微泡套銑液的基本配比為0.5%BH-VIS+3%FPJ-12+3%XJW-1+2%YS-A。

表6 不同濃度穩(wěn)定劑對(duì)體系穩(wěn)定性的影響

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

微泡套銑沖砂液在渤海油田得到了成功的應(yīng)用，例如在BZ28-2S A37W、LD4-2 A07、JZ9-3 W8-3和QHD32-6 E9等井的大修過(guò)程中，都取得了不錯(cuò)的效果。

BZ28-2S A37W井為水源井，2010年8月10日對(duì)A37井進(jìn)行修井作業(yè)，采用小油管沖砂，由于防砂段1 906.79～2 787.69 m較長(zhǎng)，射孔層數(shù)5層。作業(yè)過(guò)程中，小油管下至2 025 m處遇阻，停止作業(yè)。停止作業(yè)期間，油管環(huán)空補(bǔ)液20 m3/h，無(wú)返出，表明產(chǎn)層壓力較低，漏失速度大于20 m3/h ；而2009年2月份修井漏失速度大于70 m3/h。

2010年8月11小油管下入死堵，配置200 m3密度為0.7 g/cm3微泡套銑攜砂液進(jìn)行沖砂作業(yè)。作業(yè)過(guò)程中排量60 m3/h，打入2.5 h后，攜砂液攜帶細(xì)砂返出，根據(jù)泥漿池液面測(cè)算漏失量小于10 m3/h，堵漏效果明顯，返出液通過(guò)振動(dòng)篩除去細(xì)砂，循環(huán)2周后，觀察攜砂液，基本無(wú)細(xì)砂返出，沖砂作業(yè)完成。

2010年8月15日修井完成后起泵生產(chǎn)，當(dāng)天恢復(fù)產(chǎn)水量1 100 m3/d。作業(yè)過(guò)程中，套銑沖砂液表現(xiàn)出優(yōu)良的降漏失效果和攜砂性能，保證了沖砂作業(yè)的順利進(jìn)行。

由圖2的作業(yè)恢復(fù)曲線可以看出，修井之前，該井的日產(chǎn)水量為1 100 m3/d，油壓3.8 MPa；修井之后，日產(chǎn)水量立即達(dá)到1 100 m3/d，恢復(fù)到修井之前的效果，而且產(chǎn)水量一直比較穩(wěn)定，油壓增加到5～7 MPa，地層能量充足。因此可以看出，微泡套銑沖砂液在該井的修井過(guò)程中起到了很好的效果。

圖2 BZ28-2S A37W井作業(yè)恢復(fù)曲線圖

4 結(jié) 論

（1）通過(guò)室內(nèi)大量的實(shí)驗(yàn)最終確定了微泡套銑沖砂液基本配比：0.5%BH-VIS+3%FPJ-12+ 3%XJW-1+2%YS-A，該體系性能穩(wěn)定，滿足了大修井作業(yè)工期長(zhǎng)，對(duì)體系穩(wěn)定性要求高的特點(diǎn)。

（2）增稠劑BH-VIS與HV-PAC、HV-CMC相比具有很好的穩(wěn)泡性能，發(fā)泡劑FPJ-12的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3%～5%時(shí)，發(fā)泡量和半衰期達(dá)到最佳，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，泡沫體積和半衰期增加緩慢。

（3）該技術(shù)在渤海油田得到了成功的應(yīng)用，在BZ28-2S A37W、LD4-2 A07、JZ9-3 W8-3和QHD32-6 E9等井的大修過(guò)程中，都取得了不錯(cuò)的效果。

[1] 鄢捷年．鉆井液工藝學(xué)[M]．北京：石油大學(xué)出版社，2001．

[2] 申威．我國(guó)鉆井用堵漏材料發(fā)展?fàn)顩r[J]．鉆采工藝，1997，20（1）：57-61．

[3] 鄭力會(huì)，孟尚志，曹園，等．絨囊鉆井液控制煤層氣儲(chǔ)層傷害室內(nèi)研究[J]．煤炭學(xué)報(bào)，2010，35（3）：439-442．

[4] 顧錫奎，杜芳艷，王小泉．化學(xué)深部調(diào)驅(qū)技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].石油化工應(yīng)用，2009，28（3）：4-5．

[5] 樊世忠，鄢捷年，周大晨．鉆井液完井液及保護(hù)油氣層技術(shù)[M].山東東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，1996．

[6] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)．GB/T7462—1994表面活性劑發(fā)泡力的測(cè)定改進(jìn)Ross-Miles法[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994．

上海自貿(mào)區(qū)將給頁(yè)巖氣金融投資帶來(lái)新機(jī)遇

10月16～17日，第三屆亞洲頁(yè)巖氣峰會(huì)在上海召開(kāi)。第三屆亞洲頁(yè)巖氣峰會(huì)以“戰(zhàn)略與合作、金融與投資創(chuàng)新”為主題，圍繞亞洲各國(guó)天然氣特別是頁(yè)巖氣的能源發(fā)展產(chǎn)業(yè)政策、現(xiàn)狀及前景，探討國(guó)際國(guó)內(nèi)合作機(jī)會(huì)?！吨袊?guó)(上海)自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)總體方案》將給頁(yè)巖氣等新型能源金融投資帶來(lái)新機(jī)遇，成為峰會(huì)熱議的話題。

上海自貿(mào)區(qū)將出臺(tái)多項(xiàng)措施，進(jìn)行投資領(lǐng)域的先行試點(diǎn)，核心在于制度創(chuàng)新和金融創(chuàng)新。隨著《中國(guó)(上海)自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)總體方案》的出臺(tái)，外商投資和國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)外投資的流程大幅簡(jiǎn)化。中國(guó)開(kāi)放度更大的貿(mào)易窗口逐步被打開(kāi)，市場(chǎng)預(yù)期未來(lái)會(huì)有更多的自貿(mào)區(qū)推出。

這次峰會(huì)還發(fā)布了近期中國(guó)頁(yè)巖氣研究成果——《中國(guó)頁(yè)巖氣進(jìn)程2012～2013》，全面介紹了國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣發(fā)展背景、現(xiàn)狀，詳細(xì)解讀了最新頁(yè)巖氣事件，并就中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀提出了具有建設(shè)性的建議。

與會(huì)專家通過(guò)分析對(duì)比，提出中國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)展比北美頁(yè)巖氣發(fā)展將面對(duì)更多的挑戰(zhàn)，可能增加頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的成本和時(shí)間。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及小型液化天然氣工廠的建設(shè)，將增加中國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)潛力。

摘編自《中國(guó)石油報(bào)》2013年10月23日

The Development of Novel Micro-foam Milling and Sand-washing Technology

REN Yi, ZHANG Mao, WANG Dong, REN Qiang, ZHU Liang

（CNOOC Energy Technology & Services-Oilfeld Technology Services Co., Tianjin 300452, China）

Many problems often happen during workover in Bohai oilfeld, such as that heavy leakage, diffcult fshing, and slow washover footage. To overcome these problems, a new kind of environment friendly washover and sand cleaning fuid has been developed on the basis of foam drilling theory. Compared with the traditional temporary blocking solution, this kind of fuid is more preferable, with low viscosity, small shearing force, high sand-carrying capacity, low circular friction, easy to dissolve and no blocking pump. With this kind of fuid, it is not necessary to break the glue in the latter. The composition is 0.5%BH-VIS+3%FPJ-12+3%XJW-01+2%YS-A. With microbubble as dispersed phase, low viscosity glue solution as continuous phase, this kind of fuid has good effect in sand cleaning and fuid loss reducing due to the high sand holding capacity of foam as well as double plugging capacity of foam and biopolymer. This technology has been used successfully in Bohai oilfeld, which is guarantee for smooth workover operation.

microbubble milling; sand-washing fuids; temporary blocking fuids; overhaul; Bohai Oilfeld

TE358+.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2013.04.052

1008-2336（2013）04-0052-05

2012-12-17；改回日期：2013-06-23

任奕，男，1981年生，助理工程師，碩士，高分子化工，主要從事油氣層保護(hù)方面的工作。E-mail：renyi920@aliyun.com.cn。