基于油層保護的暫堵型壓井液技術研究

鄒鵬，楊庭安，姚展華，黃其，張新忠，徐慶祥，鄒春鳳

（渤海鉆探井下技術服務公司，天津300283）

基于油層保護的暫堵型壓井液技術研究

鄒鵬，楊庭安，姚展華，黃其，張新忠，徐慶祥，鄒春鳳

（渤海鉆探井下技術服務公司，天津300283）

在漏失井的完井與修井作業過程中，為了避免大量修井液或完井液漏失進入地層，研制了一種基于油層保護的暫堵型壓井液或隔離液。本文研究了暫堵劑組成、分子結構表征及暫堵型壓井液的暫堵機理、配方、懸浮穩定性、封堵性能及封堵層的降解性能。實驗結果表明，暫堵型壓井液在100℃下封堵性能優良，其形成的封堵層在24 h內完全降解，對儲層無傷害。

修井作業；油層保護；完井液；暫堵劑；降解性聚合物材料

油田開發中后期，注采矛盾突出，加劇油層原有的非均質性和井間、層間的差異，油層能量得不到補充，漏失井、漏失層相應增多，在完井及修井作業過程中產生大量壓井液漏失。為了解決這一問題，開發出暫堵型壓井液體系迫在眉睫。

有關暫堵劑技術的發展有著較長的歷史。最早的關于暫堵轉向劑的記錄出現在1936年，該年哈里伯頓公司公開了一種使用泡沫溶液來暫堵地層的方法。在地層中，泡沫與氯化鈣形成沉淀，該沉淀溶解于油，但是不溶解于水。1937年，哈里伯頓公司發明了一種使用植物膠來暫堵地層的方法，該植物膠可以用于酸化轉向作業。萘球也可以作為封堵試劑。萘熔點為85℃左右，易在油性溶劑中溶解，是一類很好的低溫暫堵材料。粉碎了的萘球與稠化了的酸混合，通過橋堵作用，可以封堵地層的縫隙。暫堵劑發展到現在，已經成為油田開發不可缺少的一類試劑，而且品種很多，在市場上常用的產品主要有：有機凝膠類、油溶性材料類、無機或者有機鹽類[1-6]。

有機凝膠類暫堵劑是水性聚合物的交聯體系。水性聚合物上都含有極性基團或者離子基團，能與交聯劑反應，生成交聯產物，吸收水分子，并失去流動性及水溶性，成為凍膠，封堵縫隙，但一些有機凝膠類暫堵劑存在著強度不夠的弱點。油溶性暫堵劑以顆粒形式存在，顆粒大小與儲層孔喉相匹配。在壓差作用下，暫堵劑在地層孔隙入口處形成一層低滲透的屏蔽帶，阻止液體進一步侵入儲層。當油氣井投入正常生產后，暫堵劑在地層壓力作用下反向突破沖出孔隙或被產出油溶解，地層滲透率恢復，達到先封堵后解除的效果，而油溶性暫堵劑的不足之處在于其在氣井中解堵困難。無機酸溶性超細CaCO3應用十分廣泛。超細的CaCO3是一類剛性而且幾乎不可壓縮的無機礦物，可以在孔喉或裂縫處架橋，可以同變形的顆粒復合達到有效的封堵作用。CaCO3暫堵劑需要酸化工序解堵，而且易于破碎。

論文研發了一種新型的基于油層保護的暫堵型壓井液技術，暫堵劑全部由降解材料構成，封堵效果優良，對儲層無傷害。

1 壓井液暫堵機理

在完井液中添加與儲層漏失通道相匹配的固相顆粒與短纖維，利用纖維材料的相互糾纏作用形成的絮狀結網架橋，使固相暫堵劑顆粒在一定的正壓差下在裂縫端面形成有效的暫堵，并在短時間內形成具有一定承壓能力、滲透率極低的暫堵層，阻止儲層漏失的發生。完井液中加入粉末，能夠進一步封堵細小的孔隙和微裂縫。裂縫端面的暫堵機理示意圖（見圖1）。

圖1表明，固相顆粒和短纖維在裂縫端面形成架橋和封堵層，粉末粒子進一步填充微小間隙。

圖1 裂縫端面的暫堵機理示意圖

2 暫堵劑材料組成

實驗用暫堵劑材料全部由完全可降解聚合物材料構成，暫堵劑外觀形態主要由大顆粒（3 mm～5 mm）、小顆粒（20～40目）、粉末（40～200目）及短纖維（3 mm～5 mm）組成。大顆粒、小顆粒與粉末的粒度分布曲線及粒度累計曲線（見圖2）。圖2表明，小顆粒（20～40目）所占比例約為50%，大顆粒所占比例約為30%，余量為粉末粒子。

3 暫堵劑材料的分子結構表征

暫堵劑材料的紅外光譜圖（見圖3）。圖3表明，3 384 cm-1為-OH的伸縮振動峰，2 931 cm-1和2 873 cm-1分別為-CH3和-CH2的伸縮振動峰，1 711 cm-1，1 666 cm-1與1 567 cm-1為羰基的伸縮振動峰，1 403 cm-1為-CH2的彎曲振動峰，1 262 cm-1、1 253 cm-1與1 024 cm-1分別為C-O-C基團的伸縮振動峰。

圖2 大顆粒、小顆粒與粉末暫堵劑的粒度分布曲線及粒度累計曲線

圖3 暫堵劑材料的紅外光譜圖

4 暫堵型壓井液的懸浮穩定性

現場配制暫堵型壓井液時，需要添加的顆粒與粉末暫堵劑在特定時間段內不分層沉降，這就要求暫堵型壓井液具備一定的懸浮穩定性。根據斯托克斯沉降定律，增加壓井液體系的黏度可減緩顆粒與粒子的沉降速率。另外有大量文獻表明，壓井液中添加的短纖維因形成架橋結構也能大大延緩顆粒與粒子的沉降速率。因此，研究了稠化劑與纖維加量對暫堵型壓井液懸浮穩定性的影響規律（見圖4，圖5）。基礎配方為：400 mL清水+10 wt%暫堵劑顆粒與粉末+0.2 wt%短纖維。在基礎配方中添加不同加量的稠化劑以研究其對懸浮性的影響情況。

圖4 添加不同濃度稠化劑靜置懸浮情況

圖4表明，在不添加稠化劑的情況下（如右量筒所示），在15 min內，粉末暫堵劑快速沉降至底部，大顆粒因纖維架橋作用的存在沒有發生沉降，短纖維因比水的密度低而上浮；而左量筒（0.6%稠化劑）和中量筒（0.4%稠化劑）在15 min內未發生明顯粉末沉降與纖維上浮現象。圖5研究了不同靜置時間下稠化劑加量對暫堵型壓井液懸浮穩定性的影響。懸浮率（%）=100×時間t時的懸浮量筒高度/最初的懸浮量筒高度。圖5表明，隨著靜置時間的延長，各不同稠化劑加量下的壓井液的懸浮率存在不同程度的降低，稠化劑加量越高，懸浮率降低的程度越小，懸浮穩定性越好。其中，0.6%稠化劑加量的壓井液在18 h內，暫堵劑基本不沉降且纖維不上浮。0.4%稠化劑加量的壓井液在1 h內的懸浮穩定性也較好。

圖5 不同靜置時間下稠化劑加量對暫堵型壓井液懸浮穩定性的影響

5 暫堵型壓井液的封堵性能

5.1 實驗裝置

模擬堵漏裝置（見圖6），裝置容器由不銹鋼制成，裝置內部分由下而上依次為：出液口-帶孔眼的圓形鋼板-模擬漏失地層的石英砂床（5 cm～10 cm厚）-暫堵型堵漏漿-隔板-進液口。堵漏漿放入該裝置內后，裝置需借助高溫高壓失水儀進行升溫打壓程序。

5.2 堵漏實驗結果分析

以第三小節中三個配方的暫堵型壓井液為實驗對象，在高溫高壓失水儀內進行封堵實驗，實驗溫度為100℃左右，打壓之前先恒溫2 h，正壓差為0.5 MPa～5 MPa。實驗結果（見圖7）。

圖6 模擬堵漏評價裝置示意圖

由圖7可知，三種不同稠化劑加量（從0%增加至0.6%）的壓井液在開始的數秒內便形成了致密的暫堵層，瞬時漏失量分別為45 mL、12 mL和4 mL左右，漏失速率隨實驗的進行逐步下降，暫堵層在不同的正壓差作用下變得更加致密。在2 h的實驗中，上述三種暫堵型壓井液的總漏失量分別為47 mL、13 mL與5 mL左右，封堵效果良好。

圖7 不同稠化劑加量下暫堵型壓井液的漏失曲線（實驗溫度：100℃）

圖8 封堵層及濾餅照片

暫堵型壓井液經過封堵實驗后從模擬堵漏裝置中取出后的形態圖（見圖8）。圖8左圖表明，在100℃的實驗溫度下，暫堵型壓井液中的粉末和顆粒因受熱失去原有形態而軟化成高強度的熔體，纖維沒有出現軟化，其摻雜在上述熔體中從而形成了纖維增強的高強度暫堵層。圖8右圖為黏附在模擬堵漏裝置內壁的濾餅形態。

6 封堵層的降解性能

6.1 降解實驗方法

取300 mL地層水，倒入老化釜中，放入稱量好的塊狀封堵層，旋緊釜蓋及泄壓閥，置于GRL-BX型便攜式滾子加熱爐，溫度設定為實驗所需溫度，特定時間下取出封堵層，干燥后稱重。測試完成后，降解的封堵層重新放入老化釜，加入同樣體積（300 mL）的新鮮地層水，重復上述降解實驗程序。

封堵層質量殘余率（%）=100×每個時間間隔下的殘余質量/最初質量

6.2 降解實驗結果分析

封堵層的質量殘余率隨降解時間的變化規律（見圖9）。圖9表明，暫堵型封堵層在降解4 h內的質量殘余率變化不大，基本不降解。在4 h后，其降解速率加快，24 h時基本降解完全。這種疏水性的聚合物材料的降解機制主要依賴于本體降解或水解，影響其降解快慢的重要因素之一是取決于水分子進入該材料內部的滲透程度。在最初的4 h內，水分子慢慢滲入這種疏水性聚合物材料內部，降解緩慢；在4 h后進入的水分子開始大量水解聚合物材料，使其降解為酸性產物，降解曲線上質量殘余率表現為線性減少。

圖9 封堵層的降解曲線（實驗溫度：100℃）

7 結論

（1）暫堵型壓井液中的暫堵劑材料全部由完全可降解聚合物材料構成，暫堵劑外觀形態主要由大顆粒（3 mm～5 mm）、小顆粒（20～40目）、粉末（40～200目）及短纖維（3 mm～5 mm）以一定比例組成。

（2）巖心傷害實驗表明，該暫堵材料在100℃下的突破壓力為17 MPa。

（3）暫堵型壓井液能有效防止中小型漏失地層的壓井液漏失，暫堵劑完全降解后地層滲透率可恢復至100%。

（4）對于大型地層漏失情況，該暫堵技術需要進一步進行研究。

［1］Clason，Charles E.Halliburton Oil Well Cementing Co.U.S.Patent No.1.122，452，1936.

［2］Menaul，Paul L.Halliburton Oil Well Cementing Co.U.S.Patent No.2，122，483，1937.

［3］Harrison，N.W.Diverting Agents History and Application［J］.Journal of Petroleum Technology，1972，SPE 3653，593-598.

［4］Dean W.，Marina B.Schlumberger Technolgoy Corporation U.S.Patent No.20060113077A1，2006.

［5］Trinidad Munoz JR.Halliburton Energy Services company，U.S.Patent No.20040261996A1，2004.

［6］Hongyu Luo，Dwight D.F.Halliburton Energy Services company，U.S.Patent No.8109335B2，2012.

長慶采油三廠推出“六保模式”助推效益建產

截至6月5日，長慶采油三廠已完成鉆井進尺56萬米，同比增加7.5萬米，新投井日產原油300噸，單井平均日產原油達2.4噸，同比提高0.5噸，單井最高日產量達8.9噸。

采油三廠是長慶油田的產油大戶，年產原油已連續多年在400萬噸以上。由于開采區域分散、原油產量遞減快，加上資源邊緣化、劣質化趨勢嚴重，采油三廠的原油穩產面臨著滾石上山、爬坡過坎的艱難境地。

近兩年，采油三廠在抓好老井措施穩產的基礎上，以“增儲建產、效益建產、速度建產”為總目標，把提高產能建設的效益效率作為保證油田穩產的主要抓手，不斷創新產能建設的思維方式和組織方式，推出以“地質保儲量、外協保鉆井、鉆井保試油、試油保投產、投產保產量、地面保時率”為核心內容的“六保模式”，助推產能建設快速發展。“六保模式”將原來產能建設工程中，6個相對松散且互不相干的環節連接成環環緊扣的統一體，一環與一環之間既相互制約又互相促進，既互為聯系又相對獨立，讓產能建設每一個環節都變成為產能建設提速增效的加油站。

在增加和落實儲量環節，項目組根據地質研究成果，通過緊跟“油探井+評價井+骨架井”來找準儲量的同時，還落實了高產井、骨架井的成功率和高產井的到位率，分別同比提高16個和13個百分點。在外協環節，今年生產啟動后，采油三廠6名外協人員24小時蹲守一線，鉆井隊打到哪里，他們就跟到哪里，遇到問題可當場協調、隨時辦理，將影響生產的時間降到最低。截至目前，雖然采油三廠今年的產能建設新井數量只占全年計劃的30%，但是新增原油產量的份額已占到全年建產任務的40%。

（摘自中國石油新聞中心2017-06-14）

Research on temporary plugging type of killing fluid based on reservoir protection

ZOU Peng，YANG Ting'an，YAO Zhanhua，HUANG Qi，ZHANG Xinzhong，XU Qingxiang，ZOU Chunfeng
（Downhole Technology Service Company，Bohai Drilling Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300283，China）

In the process of completion and workover of the lost well,in order to avoid the formation of a large amount of workover fluid or completion fluid into the formation,a temporary plugging fluid or isolation fluid.In this paper,the composition and molecular structure of the temporary plugging agent,the temporary plugging mechanism,the formula,the suspension stability,the plugging performance and the degradation performance of the plugging layer are studied.The experimental results show that the plugging performance of the temporary plugging fluid is excellent at 100℃,and the formation of the plugging layer can be completely degraded in the 24 h,which has no harm to the reservoir.

workover operation；reservoir protection；completion fluid；temporary plugging agent；degradable polymer materials

TE257.6

A

1673-5285（2017）06-0051-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.06.011

2017－04-28

鄒鵬，男（1982-），工學博士，高級工程師，現從事儲層措施改造與完井液相關研究的工作，郵箱：zoupeng621@163.com。