防漏失堵漏體系的研制及應(yīng)用

陳德紅，任曉旭，呂昊然

(1. 中國石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營 257000；2. 長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北荊州 434020；3.長安大學(xué)電子與控制工程學(xué)院，西安 710021)

隨著勝利油田氣井的不斷開發(fā)生產(chǎn)，由于天然氣的流體性質(zhì)以及儲(chǔ)層特征等相關(guān)因素影響，氣井普遍存在出水出砂等現(xiàn)象。為了延長氣井的無水采氣期，需要對(duì)出水出砂嚴(yán)重的地層實(shí)施化學(xué)封堵，射開其他層進(jìn)行正常生產(chǎn)。對(duì)于孔隙度大于30%、滲透率大于5 μm2的高孔高滲層，常規(guī)的水泥封堵工藝措施存在漏失嚴(yán)重、大劑量注入、封堵有效期短等問題。

針對(duì)上述問題，根據(jù)纖維搭橋作用機(jī)制[1]和無滲透橋堵技術(shù)[2]原理，我們研制出防漏失堵漏體系(FLSN堵漏體系)；并在室內(nèi)進(jìn)行流動(dòng)性、防漏失性、抗壓性及巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，在勝利油田墾23-23氣井現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。

1　堵漏機(jī)理

FLSN堵漏體系由防漏失體系和水泥體系組成。防漏失體系(FLS)組分有：聚合物干粉、纖維材料、惰性材料、表面活性劑、調(diào)凝劑，均為化學(xué)純；水泥體系(SN)組分為G級(jí)油井水泥，工業(yè)品。

FLSN堵漏體系采用分段塞注入方式。前緣段塞防漏失體系注入地層后，由于地層的自選性，首先進(jìn)入地層大孔道和裂縫中；體系中的聚合物吸附在巖石表面形成膠束，纖維通過積聚搭橋，二者與其他組分共同作用形成具有一定黏彈性的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增大了流動(dòng)阻力。后續(xù)段塞水泥體系注入后，隨著注入壓力增大，水泥顆粒逐漸填充到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，減慢了水泥漿體通過速率；隨著部分濾液不斷流失，在大孔道和裂縫周圍形成致密的具有一定黏彈性的濾餅(見圖1)，從而封堵漏失通道。

圖1　FLSN堵漏體系濾餅掃描電鏡照片

2　性能評(píng)價(jià)

2.1　流動(dòng)性

流動(dòng)性是FLSN堵漏體系能否正常注入的重要指標(biāo)。測(cè)定了該體系溶液在不同溫度下的表觀黏度，結(jié)果見圖2。

圖2　不同溫度下FLSN堵漏體系溶液表觀黏度

隨著溫度升高，體系溶液的表觀黏度隨時(shí)間延長逐漸增大；在50 ℃時(shí)，體系溶液6 h內(nèi)表觀黏度小于100 mPa·s，表明該體系在6 h內(nèi)具有較好的流動(dòng)性，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

2.2　防漏失性

在高溫高壓濾失儀中加入適量粒徑為0.45～0.9 mm洗凈烘干的砂子，用水浸濕后鋪平，先加入200 mL防漏失體系溶液，再加入450 mL水泥體系溶液，逐漸加壓至5 MPa，在常溫下分別測(cè)定水泥體系、常用防護(hù)體系和FLSN堵漏體系不同時(shí)間的漏失量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1　防漏失實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表1可以看出，在上述實(shí)驗(yàn)條件下，20 min內(nèi)，常用防護(hù)體系漏失量為67 mL，而FLSN堵漏體系隨著防漏失體系含量增加，漏失量從41 mL下降至29 mL；60 min 內(nèi)，常用防護(hù)體系仍有漏失現(xiàn)象，而FLSN堵漏體系已不再漏失。因此，F(xiàn)LSN堵漏體系防漏失性能優(yōu)于常用防護(hù)體系；FLSN堵漏體系中防漏失體系含量越大，防漏失效果越好；水泥體系漏失速率過快，不宜單獨(dú)使用。

2.3　抗壓性

防漏失性測(cè)定完成后，繼續(xù)向高溫高壓容器中加壓，測(cè)定堵漏砂體的破裂壓力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。當(dāng)FLSN堵漏體系中的防漏失體系含量從5%增至8%時(shí)，堵漏砂體破裂壓力從14.8 MPa上升至16.5 MPa，且其砂體破裂壓力均高于常用防護(hù)體系形成的砂體破裂壓力。這表明，隨著FLSN堵漏體系中防漏失體系含量增大，堵漏砂體的抗壓能力增強(qiáng)；FLSN堵漏體系形成的防漏失濾餅抗壓性能高于常用防護(hù)體系形成濾餅的抗壓性能。

表2　抗壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4　巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)

1#和2#巖心為填制的滲透率不同的巖心，3#為人造裂縫巖心(基質(zhì)滲透率為80×10-3μm2)，進(jìn)行巖心封堵實(shí)驗(yàn)[3]。將巖心抽真空飽和地層水后，測(cè)巖心孔隙體積和堵前水相滲透率。先注入防漏失體系溶液0.2 PV，隨后注入水泥體系溶液0.5 PV，關(guān)閉巖心兩端，在70 ℃條件下恒溫24 h；清理巖心端面，繼續(xù)進(jìn)行正向水驅(qū)，測(cè)突破壓力和堵后水相滲透率，然后測(cè)其反向突破壓力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3　FLSN堵漏體系對(duì)巖心的封堵實(shí)驗(yàn)結(jié)果

FLSN堵漏體系對(duì)不同滲透率巖心的堵塞率均大于99.5%，具有很強(qiáng)的封堵能力。1#巖心驅(qū)替600 PV后，巖心堵塞率仍大于99.5%，耐沖刷能力強(qiáng)。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

墾23-23井系天然氣開發(fā)井，生產(chǎn)層位為明化鎮(zhèn)組，孔隙度46.5%，滲透率11 698×10-3μm2，其中，該井8#層出水出砂嚴(yán)重，影響正常生產(chǎn)，擬對(duì)8#層進(jìn)行化學(xué)封堵處理，射開7#層，維持正常生產(chǎn)。采用FLSN堵漏體系分兩個(gè)段塞注入方式，先注入防漏失體系，后注入水泥體系，施工結(jié)束后關(guān)井候凝48 h，試壓10 MPa，10 min內(nèi)壓力保持穩(wěn)定，上返射開7#層。開井正常生產(chǎn)后，該井出水出砂情況得到了明顯改善，表明FLSN堵漏體系現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得了良好效果。

4　結(jié)論

1)FLSN堵漏體系具有防漏失性能好、抗壓強(qiáng)度高、易于泵送、耐水沖刷等特點(diǎn)，解決了封堵高孔高滲通道過程中水泥體系難以有效滯留的問題。

2)FLSN堵漏體系可用于同類型氣井的化學(xué)封堵和封堵管外竄、裂縫、高滲透層及地層大孔道。

[1]華蘇東，姚曉，諸華軍，等.纖維水泥漿體系防漏性能評(píng)價(jià)及作用機(jī)制[J]. 中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，36(1)：158-161.

[2]李祖光，翟應(yīng)虎，史海民，等.無滲透橋堵技術(shù)在長嶺深層氣井完井中的應(yīng)用[J].中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，33(4)：81-84.

[3]梁濤，劉曉平，李海營，等，改性脲醛樹脂F(xiàn)YC堵漏劑的研制[J].油田化學(xué)，2002，19(3)：227-229.