普光氣田絨囊修井液結(jié)合固相堵劑暫堵深部低壓氣層

曾浩 朱方輝 張文昌 張宗偉 劉子雄 蔡楠

1. 中國石油化工股份有限公司中原油田分公司；2. 中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院；3. 中國石油長慶油田公司第二采氣廠；4. 中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院；5. 中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院

普光氣田上二疊統(tǒng)長興組與下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組碳酸鹽巖埋深較大，天然裂縫、溶洞等大尺度結(jié)構(gòu)發(fā)育特征突出，是典型的破碎性儲層［1］，常規(guī)酸化、酸壓［2］等改造措施進(jìn)一步擴(kuò)展通道尺度［3］。區(qū)域內(nèi)深部氣層地層壓力系數(shù)下降后，井筒液柱壓力與地層壓力形成壓差，引發(fā)漏失［4］。漏失控制不當(dāng)時(shí)，井底硫化氫上竄增大作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)［5］，地層暫堵勢在必行。目前，包括超細(xì)纖維［6］、凍膠［7］、絨囊修井液［8］等多種堵劑可用于封堵低壓氣井。其中，絨囊修井液堆積封堵機(jī)制［9～10］，解決了堵劑尺度與地層漏失通道匹配的難題［11］，先后于煤層鉆井封堵［12］、低壓氣井修井暫堵［13］、致密氣轉(zhuǎn)向壓裂暫堵［14］等多個(gè)領(lǐng)域成功應(yīng)用。

對于普光氣田深部低壓氣層，垂深大導(dǎo)致暫堵后承壓要求高，此時(shí)，漏失通道尺度較大，絨囊修井液封堵可行但用量過大，增加作業(yè)成本，且大量流體進(jìn)入地層不利于作業(yè)后產(chǎn)量恢復(fù)［15］。

利用顆粒、纖維等固態(tài)堵劑通過堆積、架橋［16］等方式將大尺度漏失空間切割成多個(gè)小尺度漏失單元，可降低絨囊修井液封堵用量。暫堵后，解除絨囊暫堵結(jié)構(gòu)，恢復(fù)地層產(chǎn)氣能力，兼容封堵性與經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)可行。為此，實(shí)驗(yàn)對比絨囊修井液復(fù)合固相堵劑前后封堵所需流體體積以及封堵解除后通道滲流能力恢復(fù)效果，結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)，評價(jià)技術(shù)效果。

1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)器材及方法

室內(nèi)串聯(lián)4枚直徑38 mm、長60 mm的人造巖心，內(nèi)含30 mm×5 mm貫穿裂縫模擬地層大尺度漏失通道。選擇80～120目碳酸鈣顆粒和直徑10～20 μm、長度5～6 mm纖維作為復(fù)合固相。配制絨囊修井液：0.2%囊核劑+2.5%囊層劑+0.8%囊膜劑+1.2%絨毛劑+0.1%氫氧化鈉。實(shí)驗(yàn)流程見圖1。

圖1 封堵實(shí)驗(yàn)流程圖Fig. 1 Flow chart of plugging experiment

恒流速5 mL/min注入絨囊修井液及與質(zhì)量濃度0.1%、0.2%、0.5%、1.0%、1.5%碳酸鈣顆粒、纖維的復(fù)合體系，記錄裂縫入口驅(qū)壓達(dá)20 MPa時(shí)累計(jì)注入體積。封堵后，注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的亞硫酸銨破膠劑，靜置30 min進(jìn)行破膠?？紤]室內(nèi)大尺度裂縫中高壓氣體穩(wěn)定驅(qū)替控制困難，選擇清水反向驅(qū)替并間隔5 min測定出口流速，評價(jià)裂縫滲流能力恢復(fù)效果。

1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1.2.1 絨囊修井液復(fù)合固相封堵用量測試

累計(jì)完成絨囊修井液及其復(fù)合體系封堵實(shí)驗(yàn)共13組，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，可以看出，單一絨囊體系累計(jì)注入139～146 mL，均值142 mL；絨囊復(fù)合顆粒、纖維體系累計(jì)注入流體體積范圍49～123 mL、34～118 mL。絨囊流體用量隨固態(tài)堵劑加量增加而下降。

表1 不同體系封堵實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)Table 1 Test data of different systems in the plugging experiment

1.2.2 絨囊修井液復(fù)合固相返排效果測試

封堵體系返排后裂縫滲流能力恢復(fù)效果評價(jià)實(shí)驗(yàn)共13組，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2?？梢钥闯觯⑷虢q囊修井液，清水驅(qū)替15 min時(shí)流速完全恢復(fù)；復(fù)合體系中，顆粒加量0.1%升至1.0%，清水流速完全恢復(fù)時(shí)間延長至25 min，加量1.5%時(shí)，流速存在0.1 mL/min損失；纖維加量0.1%升至0.5%，清水流速完全恢復(fù)時(shí)間延長至30 min，加量超過1.0%后，流速存在0.2 mL/min損失。實(shí)驗(yàn)表明，裂縫滲流能力恢復(fù)速度隨固態(tài)堵劑加量升高而小幅度降低，同時(shí)，最終恢復(fù)效果存在微弱的損失。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 S-3X井現(xiàn)場應(yīng)用

S-3X井位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡構(gòu)造，產(chǎn)層馬家溝組碳酸鹽巖氣層垂深近4 000 m，且氣層天然裂縫、溶洞發(fā)育，鉆井打開儲層后井筒流體累計(jì)漏失量超過2 000 m3。酸化后，試氣無阻流量超過200×104m3/d，產(chǎn)氣能力較高。

S-3X井投產(chǎn)至今，地層壓力系數(shù)0.40，為打撈斷脫油管計(jì)劃修井作業(yè)。首次壓井時(shí)，累計(jì)注入絨囊修井液約500 m3，井口泵壓升至3 MPa，但無法建立循環(huán)。二次壓井時(shí)，以160 m3絨囊修井液復(fù)合0.5%纖維注入后，不間斷跟注130 m3絨囊修井液，泵壓升至7.9 MPa且順利建立循環(huán)，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

表2 封堵返排后裂縫出口清水流速分布Table 2 Flow velocity distribution of clear water at the fracture outlet after the flowback of plugging agent

2.2 P2-Y井現(xiàn)場應(yīng)用

P2-Y井位于普光氣田，完鉆層位長興組底部垂深達(dá)6 000 m，酸壓改造后測試無阻流量350×104m3/d。修井作業(yè)前地層壓力系數(shù)0.35?？紤]鄰近D5-Z井使用120 m3絨囊修井液封堵起效，但有效封堵周期較短，試驗(yàn)復(fù)合封堵技術(shù)。先以60 m3清水?dāng)y帶4 m3規(guī)格100目粉陶砂注入地層后，跟進(jìn)80 m3絨囊修井液，井口泵壓增幅達(dá)5 MPa，順利建立循環(huán)，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

3 討論與分析

根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)，分析絨囊修井液復(fù)合固態(tài)堵劑暫堵技術(shù)，應(yīng)用于普光氣田深部低壓氣層大尺度漏失通道封堵效果。

3.1 融合暫堵技術(shù)有效降低絨囊修井液用量

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，絨囊修井液復(fù)合體系注入裂縫后，入口驅(qū)壓均升至20 MPa，封堵性能穩(wěn)定。顆粒、纖維加量從0.1%升至1.5%，絨囊修井液體積下降93 mL、108 mL，相對單一體系平均用量142 mL，分別下降65.49%和76.06%。由圖2可以看出，流體體積降幅隨顆粒、纖維加量增大而升高。兩者之間擬合定量關(guān)系為

式中，Sf為絨囊修井液體積降幅，%。

圖2 流體用量降幅隨固相堵劑加量變化趨勢Fig. 2 Change trend of the decrease amplitude of fluid consumption with the dosage of solid plugging agent

式(1)和式(2)中，固態(tài)堵劑加量越高，所需絨囊修井液體積降幅越大。研究表明，小加量的固體堵劑將大尺度漏失空間分割成多個(gè)小尺度單元后，顯著提高絨囊修井液封堵效率。

現(xiàn)場S-3X井與P2-Y井計(jì)算復(fù)合體系提高地層承壓能力達(dá)34 MPa、39 MPa，封堵強(qiáng)度足夠。S-3X井相對首次壓井的流體體積降幅達(dá)42%，P2-Y井相對鄰井壓井的流體體積降幅33.33%。試驗(yàn)表明，絨囊修井液復(fù)合固相堵劑暫堵技術(shù)降低絨囊流體用量有效。

3.2 兩者結(jié)合有利于儲層傷害控制

實(shí)驗(yàn)對比裂縫中封堵結(jié)構(gòu)破膠后，反向驅(qū)替清水流速恢復(fù)效果見圖3?？梢钥闯?，隨著固態(tài)堵劑加量升高，恢復(fù)速度小幅度放緩。其中，單一體系破膠后清水穩(wěn)定流速可完全恢復(fù)；復(fù)合體系中，顆粒與纖維加量分別小于1.0%、0.5%時(shí)，清水流速可完全恢復(fù)；當(dāng)顆粒、纖維加量分別達(dá)1.5%、1.0%時(shí)，清水流速存在0.1～0.2 mL/min的微弱損失，但整體恢復(fù)效果理想。

圖3 裂縫出口清水穩(wěn)定流速恢復(fù)趨勢Fig. 3 Recovery trend of the stable flow velocity of clear water at the fracture outlet

對于普光氣田深部低壓氣井，地層流體漏失通道尺度較大，初始滲流能力較高。此時(shí)，復(fù)合少量固相堵劑后，漏失通道主體仍由絨囊修井液充填，保證作業(yè)后通道滲流能力快速恢復(fù)，維持絨囊流體儲層傷害控制的優(yōu)勢。

4 結(jié)論

(1)絨囊修井液復(fù)合固態(tài)堵劑暫堵技術(shù)，滿足普光氣田深部低壓氣層大尺度漏失通道封堵要求的同時(shí)，有效降低流體用量，兼容封堵技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性。

(2)固態(tài)堵劑注入地層后，將大尺度漏失空間分割為多個(gè)小尺度漏失單元，改善了絨囊修井液封堵效率。作業(yè)后，小尺度漏失單元內(nèi)絨囊修井液暫堵解除后，地層滲流能力可快速恢復(fù)，儲層傷害較低。但是溶洞型漏失可能效果不佳，需要進(jìn)一步試驗(yàn)。

(3)絨囊修井液與固態(tài)堵劑復(fù)合暫堵技術(shù)，是多種封堵材料的融合，為深部油氣層封堵技術(shù)經(jīng)濟(jì)性開發(fā)提供了可借鑒的思路。建議多與一些材料融合，如凝膠、水泥等。