長慶低壓氣井低傷害修井液研發(fā)

許偉星，陳 平，汪小宇

（1.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，陜西西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西西安 710018）

隨著開發(fā)期的延長，長慶區(qū)域氣田地層壓力系數(shù)嚴重下降，很多氣井難以保持正常生產。為了讓氣井提高產量、恢復生產，需進行相應的修井維護作業(yè)。在修井作業(yè)過程中由于井筒內的修井液液柱壓力往往遠高于地層壓力，修井液極易漏失進入地層造成儲層傷害；尤其對于含裂縫地層儲層傷害更為嚴重，因而性能優(yōu)良的修井液是完成修井作業(yè)的一個關鍵因素[1-3]。目前，在所有修井液種類中交聯(lián)凝膠型體系在低滲低壓油氣層的修井作業(yè)中得到良好的應用，因其具有較好的造壁性，減少了濾液與地層的接觸從而大大減少地層漏失，儲層傷害較小，具有廣闊應用前景[4-7]。本文旨在研發(fā)一種交聯(lián)凝膠類修井液，在修井作業(yè)前將該修井液注入井筒，其在產層及裂縫縫口形成具有一定強度的交聯(lián)液封堵產層和裂縫；在修井完成后，修井液自動破膠并返排到地面，可有效減少外來液體對儲層的傷害。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及儀器

聚丙烯酰胺類材料LH-1，自制；交聯(lián)劑LJ-1，自制；密度調節(jié)劑WL-1，西安尚研；吸水膨脹樹脂SZ-2，自制；助排劑GP-2，長慶井下。

RS6000 旋轉流變儀，德國哈克；HDF-1 高溫高壓濾失儀，青島森欣；K100 表/界面張力儀，德國Kruss；AFS-870 多功能巖心驅替儀，美國Temco。

1.2 實驗方法

1.2.1 助排劑表面張力測試 使用K100 表面張力儀，采用板法測定助排劑溶液的表面張力。

1.2.2 耐溫及流變性能測試 采用RS6000 旋轉流變儀，按照SY/T 5107-2016《水基壓裂液性能評價方法》執(zhí)行。

1.2.3 濾失性能測試 采用HDF-1 高溫高壓濾失儀，按照SY/T 6215-1996《壓裂用降濾失劑性能試驗方法》執(zhí)行。

1.2.4 封堵承壓性能測試 采用多功能巖心驅替裝置，將修井液從造縫巖心一端縱向驅替，增加驅替壓力并觀察液體是否流出。

1.2.5 巖心傷害性能測試 采用巖心驅替裝置，分別測定在破膠液傷害巖心前后巖心的滲透率，計算巖心傷害率。

2 實驗結果與討論

2.1 稠化劑及加量優(yōu)選

以耐鹽、耐高溫、可降解聚丙烯酰胺類材料LH-1作為修井液稠化劑。該材料具有高溫降解破膠特性，可在儲層的高溫及含氧條件下自動氧化降解，無需破膠劑，降解原理為：在高溫作用下聚丙烯酰胺所帶有的過氧化物分解產生初級活性自由基，引發(fā)連鎖自動氧化反應導致聚丙烯酰胺連鎖式的裂解。測試不同稠化劑加量時體系的基液黏度、交聯(lián)液性能（交聯(lián)劑為LJ-1，濃度0.5%）以及交聯(lián)液在120 ℃老化24 h 后的黏度。結果（見表1），可知在稠化劑加量為0.6%時，交聯(lián)液具有較好的流動性能、挑掛性能及抗高溫性能，因而以0.6%作為稠化劑的最優(yōu)加量。

表1 稠化劑性能Tab.1 Properties of thickener

2.2 密度調節(jié)劑優(yōu)選

在修井作業(yè)中，修井液的密度應該根據(jù)地層壓力而調整，以建立合適的正壓差，保證修井作業(yè)安全的同時避免修井液漏失。經過與稠化劑的配伍性評價，選擇無機鹽WL-1 作為密度調節(jié)劑。由測試結果（見表2）可知，WL-1 加量控制在16%以內時，即可使得體系密度的調整范圍為1.0～1.1 g/cm3，滿足長慶氣井修井作業(yè)需求。

表2 密度調節(jié)Tab.2 Density regulation

2.3 屏蔽劑材料優(yōu)選

針對含壓裂裂縫地層的修井液漏失情況，在修井液中加入一定量屏蔽劑，在漏失處通過堆積架橋形成屏蔽暫堵帶，從而提高修井液的封堵性能[8，9]。選擇可降解的吸水膨脹樹脂SZ-2 作為屏蔽劑，其具有高溫降解特性，降解原理為：在高溫及地層水高礦化度的作用下樹脂發(fā)生水解反應，水解產物最終溶于水中。從封堵效果及經濟角度考慮，其加量范圍選擇為0.3%～0.5%。吸水后的膨脹顆粒狀態(tài)（見圖1），左圖的吸水倍數(shù)為1:100，右圖的吸水倍數(shù)為1:200。

圖1 吸水后的膨脹顆粒Fig.1 Expansive particles after water absorption

2.4 助排劑優(yōu)選

助排劑的加入有助于破膠液及時返排、降低儲層傷害。對助排劑進行評價優(yōu)選，由結果（見表3）可知最優(yōu)助排劑為GP-2，優(yōu)選濃度為0.25%。

表3 助排劑優(yōu)選Tab.3 Cleanup additive optimization

通過以上實驗研究，最終確定修井液體系的配方為0.6%LH-1+0.5%LJ-1+0～16%WL-1+0.3%～0.5%SZ-2+0.25%GP-2，接下來對該體系進行性能評價。

2.5 流變性能評價

根據(jù)實驗測得該修井液體系在100 ℃下以170 s-1剪切速率剪切90 min 后黏度仍有180 mPa·s，具有較好的耐溫耐剪切性能，滿足施工要求。

2.6 濾失性能評價

測試了修井液在80～100 ℃下的靜態(tài)濾失性能，結果（見表4）?？芍撔蘧后w系的靜態(tài)濾失系數(shù)較低，具有良好降濾失性能。

表4 修井液靜態(tài)濾失性能Tab.4 Static filtration property of workover fluid

2.7 封堵承壓性能評價

從驅替實驗結果可知，當驅替壓力≤9 MPa，巖心未出液；當驅替壓力達10 MPa 時，修井液從巖心流出?？芍谛蘧鳂I(yè)過程中，只有當修井液承受的液柱壓力與地層壓力的差值超過9 MPa 時，修井液體系才會失效、流入裂縫損害儲層（見表5）。說明該修井液可在修井作業(yè)過程中提供較高的平衡壓力，在保證施工安全的同時不會漏失進入地層。

表5 承壓實驗Tab.5 Pressure-bearing test

2.8 破膠性能

該修井液體系具有高溫自動降解破膠的特點，測試了其破膠性能（見表6），可知該體系在70～90 ℃下可在5～6 d 內徹底破膠，破膠液黏度＜10 mPa·s，從而有效返排。

表6 破膠性能Tab.6 Gel breaking property

2.9 巖心傷害性能

以修井液破膠液對現(xiàn)場取回的長慶某致密氣藏區(qū)塊巖心進行傷害性能評價，由巖心損害結果（見表7）可知，破膠液對巖心滲透率傷害率均小于20%，具有較高的儲層保護性能，滿足現(xiàn)場需求。

表7 巖心損害Tab.7 Core damage

3 結論

研發(fā)了一套針對低壓氣井修井用的自降解低傷害修井液體系。該修井液體系密度范圍為1.0～1.1 g/cm3；在100 ℃、170 s-1剪切速率下剪切90 min 后黏度仍保持在180 mPa·s；在80～100 ℃修井液具有良好降濾失性能；在100 ℃下修井液封堵承壓能力達9 MPa；修井液破膠性能良好且破膠液對巖心的傷害率小于20%。該體系具有“能壓住、不漏失、易破膠、低傷害”的特點，可滿足長慶區(qū)域低壓氣井對修井液的需求，具有廣闊的應用前景。