裂縫性致密砂巖氣層暫堵性堵漏鉆井液技術

摘 要

摘要：鉆井液漏失是目前制約裂縫性致密砂巖氣藏勘探開發(fā)的第一位因素，以往的工程實踐對堵漏工藝及工程成功率關注較多，而對堵漏材料進入儲層帶來的儲層損害以及如何高效解除則關
摘要：鉆井液漏失是目前制約裂縫性致密砂巖氣藏勘探開發(fā)的第一位因素，以往的工程實踐對堵漏工藝及工程成功率關注較多，而對堵漏材料進入儲層帶來的儲層損害以及如何高效解除則關注較少。堵漏材料一旦進入儲層若不及時解除，就會造成嚴重的儲層損害。為此，以“儲層保護屏蔽暫堵技術思想”為指導，在評價常用堵漏材料酸溶性的基礎上，提出集成惰性堵漏材料架橋與酸溶性堵漏材料填充優(yōu)勢的暫堵性堵漏鉆井液技術新思路。通過室內探索性實驗，優(yōu)化了暫堵性堵漏鉆井液配方，結果顯示：基漿中酸溶性材料與惰性架橋材料加量的比值介于1：1～3：1之間為最佳。由此形成了暫堵性堵漏鉆井液漏失控制技術，并通過工程實踐證明了其合理性。
關鍵詞：裂縫(地質)；致密砂巖氣藏；儲層損害；漏失；暫堵性堵漏；漏失控制；鉆井液配方；合理性
    致密砂巖氣藏具有基塊致密、裂縫不同程度發(fā)育、局部超低含水飽和度、高毛細管壓力、地層壓力異常和易損害且損害形式多樣化等獨特的工程地質特征[1～2]。工作液漏失是引起裂縫性致密砂巖儲層損害最為嚴重的方式之一，不僅有固相堵塞儲層流動通道、濾液帶來的液相圈閉損害，而且在氣藏開采過程中，固相還會隨高速氣流的采出沖蝕油套管、損害井口裝置，給氣井的高效安全生產(chǎn)帶來隱患[3～5]。以往工程實踐對堵漏工藝及工程成功率關注較多，而對堵漏材料進入儲層帶來的儲層損害及如何高效解除則關注較少[6～10]。筆者以“儲層保護屏蔽暫堵技術思想”為指導，在評價常用堵漏材料酸溶性的基礎上，提出集成惰性堵漏材料架橋與酸溶性堵漏材料填充優(yōu)勢的暫堵性堵漏鉆井液技術新思路。
1 暫堵性堵漏鉆井液技術思路
    有限元分析結果表明，儲層裂縫寬度隨鉆井正壓差波動處于動態(tài)變化中，鉆井過程中如何達到對不同寬度級別裂縫的快速、高效封堵以及封堵以后的高效解堵是實現(xiàn)理想保護的關鍵。防漏堵漏液可在井壁附近形成致密封堵帶，防止應力敏感損害，減少液相與應力聯(lián)合作用帶來的儲層損害，同時在投產(chǎn)時又能高效快速解除。這是暫堵性堵漏鉆井液技術設計的核心。
2 室內實驗及其結果
2.1 常用防漏堵漏材料酸溶性實驗
    堵漏材料：核桃殼、花生殼、Lf-2、Q1、SRD。酸液：土酸(12%HCl+3%HF)，15%鹽酸。實驗器材：電子天平、烘箱、玻璃容器。實驗步驟：①烘干堵漏材料；②稱重烘干后的堵漏材料(核桃殼、花生殼、纖維素等)得到W1；③放入不同酸液(醋酸、土酸、鹽酸)中分別反應5h、24h、48h；④過濾出堵漏材料，烘干，稱重得到W2；⑤整理實驗數(shù)據(jù)。
實驗結果如表1所示，花生殼和核桃殼分別與15%鹽酸、土酸反應48h，酸溶程度分別為4.49%、8.04%、13.53%、5.45%；Lf-1與15%鹽酸、土酸反應5h，酸溶程度分別為83.32%、94.85%；QP1、SRD與鹽酸反應，酸溶程度分別為91.98%和99.735%；可以將核桃殼和花生殼視為非酸溶性材料(惰性材料)，將Lf-2、QP1和SRD視為酸溶性材料。
 

2.2 暫堵性堵漏鉆井完井液實驗
    實驗主要在MFC-Ⅰ型多功能組合損害評價系統(tǒng)上進行，MFC-Ⅰ能夠模擬儲層條件，進行各種類型作業(yè)過程中損害評價實驗等。選取四川盆地某氣田上三疊統(tǒng)須家河組致密砂巖巖心，人工造出不同寬度級別的裂縫，模擬儲層存在不同寬度裂縫條件，對不同類型防漏堵漏鉆井液進行動態(tài)封堵評價實驗，主要研究其對裂縫的封堵能力、封堵帶強度和酸溶助排恢復率。
2.2.1封堵帶形成實驗及其結果
    1) 實驗過程：①巖樣造縫后烘干處理，在SCMS-Ⅱ全自動巖心測試儀上測定了氣體滲透率Kg，然后抽真空飽和地層水48h備用；②測得巖樣正向地層水滲透率Kw；③在MFC-Ⅰ型多功能組合損害評價系統(tǒng)上，根據(jù)巖樣裂縫寬度，用加入不同組分、不同比例防漏堵漏材料的鉆井液對巖樣進行反向損害作用60min，并詳細計量濾液體積隨時間的變化情況。
    2) 從實驗結果(表2)可以看出，在基漿中加入防漏堵漏材料的粒徑與裂縫巖樣寬度級別相匹配時，均能夠在1～5min內形成封堵率為99.99%的暫堵帶；60min內累計濾失量均小于3mL。
2.2.2封堵帶強度實驗及其結果
    1) 實驗過程：①同本文2.2.1中①～③；②在不同流壓下用地層水反向測定巖樣濾失量，并計量出各流壓點上10min內的累計濾失體積，計算此時的巖樣滲透率Ki及封堵帶暫堵率Zd=(Kw-Ki)/Kw×100%。若濾失量突然增大，說明封堵帶已經(jīng)被破壞，即可終止實驗，此時的壓差為封堵帶所能承受的最大強度值。
    2) 不同裂縫寬度下的封堵帶強度實驗結果如圖1所示。由圖1看出，當基漿中加入防漏堵漏材料的粒徑與巖樣的裂縫寬度相匹配時(架橋顆粒直徑與裂縫寬度比值為0.85～1)，形成的封堵帶都能夠承受12MPa以上的壓力而不被破壞。

2.2.3酸溶助排實驗及結果
    實驗用工作液分2種：①在基漿中只加入非酸溶性防漏堵漏材料；②在基漿中既加入非酸溶性防漏堵漏材料又加入不同分量的酸溶性材料。
    1) 實驗過程：①同本文2.2.1中①～③；②較低流壓下正向地層水返排，記錄最低返排壓力(pi)及巖樣滲透率(Kwi)；③逐級升高pi，并記錄對應返排壓差下的Kwi，計算其滲透率恢復值(Kwi/Kw)；④取出巖樣，把封堵帶端面放入酸液(鹽酸)中浸泡2h；⑤不同的壓差下，測酸溶后巖樣正向地層水滲透率(Kw2)；⑥計算出不同壓差下的Kwi/Kw。
    2) 實驗結果如圖2所示。由圖2可見，基漿中只加入非酸溶性材料時，助排恢復率為48.29%，而當基漿中既加入非酸溶性材料又加入酸溶性防漏堵漏材料時(2種材料體積比為1：1)，助排恢復率提高至56.40%。隨著在基漿中加入的酸溶性與非酸溶性防漏堵漏材料體積比值的增加，巖樣酸溶助排恢復率有所提高。當加量比值介于1：1～3：1時，巖樣酸溶助排恢復率增加明顯，當酸溶性與非酸溶性材料加量比值增至3：1～4：1時，巖樣酸溶助排恢復率增加趨勢變緩(圖3)。
 

3 現(xiàn)場試驗及其效果
3.1 現(xiàn)場施工方案
    在鉆進儲層段之前，將現(xiàn)場工作液提前轉化成暫堵性堵漏鉆井液，推薦配方：井漿+1%核桃殼(花生殼)+3%Lf-2+2%FD-2+3%SRD。
    1) 鉆進儲層段之前，將井漿性能調整到滿足儲層段鉆進的要求，將在用鉆井液轉換成暫堵性堵漏鉆井完井液。
    2) 取調節(jié)好的井漿在現(xiàn)場實驗室做小型實驗，根據(jù)測得的全性能確定性能變化調整方案。
    3) 分2～3周循環(huán)加入防漏堵漏材料，注意監(jiān)控井漿性能，每隔50m補充1%上述材料。
    4) 在儲層井段鉆進時，要嚴格控制起下鉆速度，防止壓力激動破壞加入防漏堵漏材料后鉆井液在井壁處形成的屏蔽暫堵帶。
3.2 現(xiàn)場應用效果
    配制的暫堵性堵漏鉆井液體系在1號井、2號井儲層段鉆進過程中均未發(fā)生漏失，說明防漏堵漏材料的加入取得了良好的效果；3號井在儲層段取出的巖心上發(fā)現(xiàn)存在0.5～1.5mm的裂縫，而整個儲層段在鉆進過程中沒有發(fā)生漏失，說明暫堵性堵漏鉆井液技術的確起到了良好的漏失預防和控制效果。目前已經(jīng)完成替噴測試并投產(chǎn)的1號井、2號井分別獲得了52.16×104m3/d、22.37×104m3/d的產(chǎn)能，高于未采用該項技術的鄰井，研究成果現(xiàn)場試驗應用效果良好。
4 結論與認識
    1) 提出了集成惰性堵漏材料架橋與酸溶性堵漏材料填充優(yōu)勢的暫堵性堵漏鉆井液設計新思路。
    2) 優(yōu)化了暫堵性堵漏鉆井液配方：基漿中酸溶性材料與惰性架橋材料加量的比值介于1：1～3：1為最佳，形成了暫堵性堵漏鉆井液漏失控制技術。
    3) 研究成果現(xiàn)場應用取得了良好的效果。
    4) 漏失預測、診斷、監(jiān)測及控制是一項復雜的系統(tǒng)工程，需多學科聯(lián)合攻關。漏失控制必須以預防為主、防治結合。
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(本文作者：王業(yè)眾1 康毅力2 李航1 王光虎3 柳高杰4 1.中國石油西南油氣田公司采氣工程研究；2.“油氣藏地質及開發(fā)工程”國家重點實驗室·西南石油大學；3.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦南部采油氣作業(yè)區(qū)；4.四川天一科技股份有限公司)