免破膠套銑沖砂液體系的構(gòu)建與應(yīng)用

郭宏峰，劉文輝，林科雄，石先亞，王冠華，舒福昌，朱彭霄

(1 中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300459；2 長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 荊州 434000)

油田生產(chǎn)作業(yè)中經(jīng)常會(huì)遇到油井岀砂、產(chǎn)液量下降、產(chǎn)液含水持續(xù)升高、水井注水井管柱無(wú)法正常起出等問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題井一般都要采取大修作業(yè)，通過(guò)更換生產(chǎn)管柱、防砂管柱或補(bǔ)射孔進(jìn)行再完井作業(yè)。目前，海上油田關(guān)于大修套銑作業(yè)，主要采用先期堵漏為主，而后再用地?zé)崴M(jìn)行套銑沖砂，但是這種方法存在一些問(wèn)題，例如對(duì)于嚴(yán)重漏失出砂井，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，投產(chǎn)時(shí)難以解除，同時(shí)地?zé)崴疀_砂攜帶能力不強(qiáng)和潤(rùn)滑性不好，給打撈套銑作業(yè)帶來(lái)極大的困難。為了解決這些問(wèn)題，研究構(gòu)建了一套免破膠套銑沖砂液體系，并在渤海油田取得成功應(yīng)用[1-3]。

1 構(gòu)建思路

在大修套銑沖砂作業(yè)過(guò)程中，工作液要具備以下幾個(gè)功能：(1)具有良好的防止漏失功能，能夠保證建立循環(huán)；(2)具有良好的懸砂攜砂性能，能夠有效地將井筒中的砂粒帶出來(lái)；(3)具有良好的潤(rùn)滑性能，能夠減少起下管柱的摩阻；(4)具有良好的儲(chǔ)層保護(hù)性能，投產(chǎn)時(shí)能夠免除破膠工序，對(duì)單井產(chǎn)能影響小。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，套銑沖砂液主要由增粘劑、降濾失劑、暫堵劑和潤(rùn)滑劑等處理劑構(gòu)成。增粘劑選擇快速弱凝膠聚合物，它與常規(guī)聚合物的作用機(jī)理不同，是利用物質(zhì)之間的協(xié)同效應(yīng)，無(wú)需使用交聯(lián)劑。降濾失劑為改性淀粉類(lèi)聚合物，能夠有效降低體系濾失量，減少地層液相浸入。暫堵劑為可酸溶碳酸鈣，粒徑大小匹配儲(chǔ)層孔喉大小，提供暫堵骨架材料，具有地層封堵淺、承壓能力強(qiáng)、返排壓力小等特點(diǎn)。潤(rùn)滑劑是一種水基酯類(lèi)潤(rùn)滑劑，能夠有效降低體系潤(rùn)滑系數(shù)，減小管柱起下摩阻[4-10]。

2 處理劑優(yōu)選

2.1 增粘劑優(yōu)選

室內(nèi)選擇了合成聚合物ZC-HTV-8、纖維素類(lèi)聚合物ZC-CMC-HV、淀粉類(lèi)聚合物ZC-CMS和生物復(fù)配聚合物ZC-VIS、ZC-VIS-WL等5種聚合物進(jìn)行評(píng)價(jià)，老化條件：16 h×80 ℃，測(cè)定溫度：25 ℃，考察其流變性能。表1和表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，綜合加量和性能考慮，選擇生物復(fù)配聚合物ZC-VIS作為套銑沖砂液體系的增粘劑，當(dāng)ZC-VIS加量為0.5%時(shí)，套銑沖砂液表觀粘度適中，動(dòng)/靜切力都較高，因此選擇增粘劑ZC-VIS加量為0.5%。

表1 不同聚合物的流變性能

表2 不同加量ZC-VIS的流變性能

2.2 降濾失劑優(yōu)選

室內(nèi)優(yōu)選了ZC-LS、ZC-DFD140、ZC-PF-FLO等三種淀粉類(lèi)聚合物作為體系的降濾失劑，由圖1中數(shù)據(jù)可以看出，ZC-LS效果最好，因此選擇ZC-LS作為體系的降濾失劑，ZC-LS是一種改性淀粉類(lèi)低分子量聚合物，具有不增稠，能顯著降低體系濾失量的特點(diǎn)。從表3和表4及圖1和圖2中實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，2%ZC-LS就具有較好的降濾失性能，因此，選擇2%ZC-LS作為套銑沖砂液體系的降濾失劑。

表3 不同降濾失劑的性能評(píng)價(jià)

表4 不同加量ZC-LS的性能評(píng)價(jià)

圖1 不同降濾失劑效果評(píng)價(jià)圖

圖2 不同加量降濾失劑ZC-LS的效果趨勢(shì)圖

2.3 暫堵劑優(yōu)選

選擇可酸溶的碳酸鈣作為體系的暫堵劑，考察不同目數(shù)對(duì)套銑沖砂液性能的影響。室內(nèi)選擇20～60目、40～180目和200～400目三種粒徑的暫堵劑進(jìn)行評(píng)價(jià)，老化條件：16 h×80 ℃，測(cè)定溫度：25 ℃，通過(guò)對(duì)體系濾失量和對(duì)體系流變性影響來(lái)考察三者的差別。從表5實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，粒徑太大的暫堵劑不能有效地控制體系濾失量，而粒徑太小的暫堵劑對(duì)體系流變性影響很大。因此，選擇40～180目ZC-ZD作為體系的暫堵劑。

配方如下：

海水+0.5%ZC-VIS+2.0%ZC-LS+5%暫堵劑ZC-ZD

2.4 潤(rùn)滑劑優(yōu)選

室內(nèi)選擇聚合醇潤(rùn)滑劑JLX-C和高效潤(rùn)滑劑ZC-RH進(jìn)行評(píng)價(jià)，老化條件：16 h×80 ℃，測(cè)定溫度：25 ℃，從表6實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，體系中加入2%ZC-RH高效潤(rùn)滑劑后潤(rùn)滑系數(shù)降低到0.07，能夠滿(mǎn)足套銑沖砂作業(yè)要求。

表5 暫堵劑的粒徑對(duì)體系的性能影響

表6 不同潤(rùn)滑劑對(duì)套銑沖砂液性能的影響

3 性能評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選了套銑沖砂液配套處理劑，確定了一套免破膠套銑沖砂液配方。海水+0.5%增粘劑ZC-VIS+2%降濾失劑ZC-LS+3%KCL+5%～8%暫堵劑ZC-ZD(40～180目)+2%高效潤(rùn)滑劑ZC-RH。

3.1 封堵性能

(1)常溫中壓砂床實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方法：①分別將過(guò)20～40目(或40～80目)砂子清洗干凈后烘干備用。②在砂床實(shí)驗(yàn)儀中加入20～40目(或40～80目)砂子鋪平成砂床。③將400 mL套銑沖砂液慢慢加入砂床實(shí)驗(yàn)儀中，加壓至0.69 MPa，在常溫下分別測(cè)試的30 min的濾失量和侵入深度。表7和圖3實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，套銑沖砂液體系具有較好的封堵性能，在不同物性地層可以調(diào)整暫堵劑的用量來(lái)控制體系的封堵性能。

配方1：海水+2.0%ZC-LS+0.5%ZC-VIS+3%KCL+5%ZC-ZD+2%高效潤(rùn)滑劑ZC-RH；

配方2：海水+2.0%ZC-LS+0.5% ZC-VIS+3%KCL+8%ZC-ZD+2%高效潤(rùn)滑劑ZC-RH。

表7 套銑沖砂液常溫中壓封堵性能評(píng)價(jià)

圖3 配方1在20～40目和40～80目砂床中滲漏情況

(2)高溫高壓砂床實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方法：①將過(guò)20～40目(或40～80目)的砂子清洗干凈后烘干備用。②在高溫高壓濾失儀中加入200 g 20～40目(或40～80目)砂子鋪平成砂床。③慢慢加入400 mL暫堵液至高溫高壓濾失儀中，逐漸加壓至3.5 MPa，分別測(cè)試30 min的濾失量。④在上述做完30 min濾失量的高溫高壓泥漿罐中加壓測(cè)定其承壓能力。表8實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，套銑沖砂液體系封堵后承壓能力能達(dá)到7 MPa以上，具有很好的封堵性能。

表8 套銑沖砂液高溫高壓封堵性能評(píng)價(jià)

3.2 儲(chǔ)層保護(hù)性能

參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)方法》，利用人造巖心評(píng)價(jià)套銑沖砂液的儲(chǔ)層保護(hù)性能[11]，見(jiàn)表9。

表9 套銑沖砂液體系儲(chǔ)層保護(hù)評(píng)價(jià)

由表9中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，滲透率恢復(fù)值在80%以上，套銑沖砂液污染后具有暫堵層淺、返排壓力低、滲透率恢復(fù)值高的特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工后不需要專(zhuān)門(mén)的破膠工序。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

免破膠套銑沖砂液具有封堵能力強(qiáng)、攜砂和儲(chǔ)層保護(hù)效果好的特點(diǎn)，在渤海油田得到了成功應(yīng)用。

圖4 M1井措施前后生產(chǎn)曲線

M1是渤海Q油田生產(chǎn)井，于2002年5月29日投產(chǎn)，2017年3月因井下安全閥故障或電泵機(jī)組葉輪損壞而關(guān)井。2018年11月20日開(kāi)始進(jìn)行修井作業(yè)，前期采用地?zé)崴M(jìn)行作業(yè)，在沖砂到1334 m處時(shí)，動(dòng)漏失速率約為20 m3/h，利用免破膠套銑沖砂液置換井筒，繼續(xù)進(jìn)行沖砂作業(yè)，后期再無(wú)漏失，作業(yè)完成后直接啟泵生產(chǎn)返排。

修井作業(yè)結(jié)束后，開(kāi)井初期日產(chǎn)液551.1 m3/d，日產(chǎn)油2.4 m3/d，含水率為99.57%(油嘴4.76 mm，泵頻50 Hz，油壓2.60 MPa)，日產(chǎn)液量高于作業(yè)前產(chǎn)液量273.4 m3/d，產(chǎn)油量低于作業(yè)前的11.3 m3/d(油嘴14.88 mm，泵頻50 Hz，油壓2.20 MPa)。由于措施井生產(chǎn)高含水率，降頻至30 Hz進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)液量105.5 m3/d，產(chǎn)油量0.5 m3/d，含水率99.49%。之后再次提頻至50 Hz，日產(chǎn)液566.7 m3/d，產(chǎn)油量3.0 m3/d，含水率99.47%。從該井措施前后的產(chǎn)液情況來(lái)看，措施增液顯著，表明免破膠套銑沖砂液體系儲(chǔ)層保護(hù)性能較好。

5 結(jié) 論

(1)針對(duì)套銑沖砂修井作業(yè)中的問(wèn)題，通過(guò)大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建了一套免破膠套銑沖砂液體系，其配方為：海水+0.5%增粘劑ZC-VIS+2%降濾失劑ZC-LS+3%KCL+5%～8%暫堵劑ZC-ZD(40～180目)+2%高效潤(rùn)滑劑ZC-RH。該體系性能穩(wěn)定，滿(mǎn)足大修過(guò)程中對(duì)作業(yè)流體的性能要求。

(2)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，免破膠套銑沖砂液是一種弱凝膠暫堵液體系，具有封堵能力強(qiáng)、攜砂性能好和潤(rùn)滑性能突出等特點(diǎn)。同時(shí)修井作業(yè)完成后不用進(jìn)行破膠處理、返排直接投產(chǎn)、儲(chǔ)層保護(hù)效果好，具有較好的推廣應(yīng)用前景。