壓力衰竭儲層高承壓封堵技術研究及應用

劉峰，劉漢杰，張彬奇，張博

（1.中海石油(中國)有限公司天津分公司工程技術作業中心，天津 300450 2.中海油能源發展股份有限公司工程技術公司，天津 300452）

1 引入聚合物微球HPM作為封堵材料

油田主要采用降低主要密度、濾失量和向鉆井液中加入油層保護劑等措施來保護油層，針對目前油層保護劑存在的問題，經實驗室內研究，研制出了聚合物微球HPM，它具有保護油層、防塌、降濾失作用。

聚合物微球HPM是一種具有可變形的彈性粒子的聚合物。它具有無熒光性、粒度分布范圍廣等特點。在無須明確預知孔喉尺寸的情況下，可在井壁上快速形成一層韌性強、滲透性極低的封堵層，有效阻止鉆井液侵入，可對孔徑分布范圍較大的油層產生有效的暫堵，克服了傳統屏蔽暫堵技術對地層孔隙尺寸的依賴，并且可以加固井壁。

為了評價聚合物微球HPM的作用效果，室內對聚合物微球HPM的粒徑、熒光和封堵性能進行了相關評價。

（1）聚合物微球HPM熒光級別測試。根據熒光測試標準，對聚合物微球HPM的熒光級別進行對比，確定聚合物微球HPM的熒光級別小于3級，屬于無-低熒光材料，在鉆井液中應用更容易發現油氣，適用于各類探井開發。（2）聚合物微球HPM粒度分析。從粒度測試結果可看出，聚合物微球HPM屬于納米-微米間的微小顆粒；在一定溫度下，其隨時間的延長，顆粒粒徑逐漸變大，從納米級向微米級轉變，在進入地層后，可以進一步擴展，其間的作用力可以提高封堵層的強度；在使用過程中配合納米級的封堵材料，其可以體現出好的作用效果。

2 高壓差下的儲層侵入深度評價及控制

2.1 實驗條件

室內通過大量實驗進行對比評價與篩選，最終優選出適合優化后PEM鉆井液體系的封堵材料。

首先選擇性能相似的三塊巖心，并配置三杯優化后PEM鉆井液，并加入不同的封堵材料，如下表1。

表1 天然巖心的基本物性及使用鉆井液情況

2.2 實驗方法及實驗數據

室內使用高溫高壓鉆井液動態污染測試儀（其工作壓力≤35MPa）進行動態濾失實驗，其中本次研究模擬高壓差儲層條件為：15MPa×80℃。

2.2.1 實驗步驟

（1）配制地層水，使用5#玻璃砂芯漏斗進行過濾備用。（2）將天然巖心洗油、干燥，稱取干重m1，測量長度L，直徑D，氣測滲透率K0。（3）將巖心抽真空飽和模擬地層水后，飽和4小時，稱取飽和后巖心重量m2。（4）將巖心裝入動態失水儀上，緩慢倒入鉆井液當溫度達到80℃時，調整壓力為15MPa，正向污染巖心125min。

其中每15分鐘記錄一次濾失量V0、V1、V2……V23、V24。觀察流量的變化規律，并記錄不同時間下流量。構建時間與體積的變化曲線，并擬合出時間t與鉆井液濾失量V的關系曲線，如下圖1。其中侵入深度為rd。

2.2.2 實驗結果與分析

經過擬合出濾失量與時間的關系曲線和函數，然后模擬油層浸泡不同時間條件下的巖心濾失總量推算巖心侵入深度。

圖1 3塊巖心在不同污染時間下的濾失量

假設鉆井液濾液完全充滿巖心，濾液體積V為巖心體積與巖心孔隙度之積，則：

室內驅替時間為75min，驅替濾液體系為V=10.2ml（與巖心孔隙體積基本相當），因此有：75min后的侵入深度rd=6.07cm，與巖心長度基本吻合。

為了進一步研究不同時間內鉆井液的侵入深度，通過時間與體積的變化曲線，如圖2，可以擬合出任意時間t與濾失總量V的關系：

在模擬實驗中，假設鉆井液濾液侵入一定深度rd巖心體積與鉆井液一定時間通過巖心時的總濾失量相等，即：

式中：D為巖心直徑，cm；L為巖心長度，cm；Φ0為巖心孔隙度，%；rd為侵入深度，cm；t為鉆井液與巖心污染時間，min；V為鉆井液在侵入深度rd時的濾失量，ml。

已知D1=2.50cm，Φ01=33.5%，π取3.14并帶入公式3。

即可得到不同時間與濾液的侵入的關系：

通過同樣的計算方法可得到其他兩塊巖心隨著時間的推移與鉆井液濾液侵入深度的關系式：

室內考察了高壓差15MPa下PEC體系不同封堵材料加量下的儲層侵入深度與油層浸泡時間的關系曲線。

圖2 3塊巖心在不同污染時間下的侵入深度

從以上數據可以看出不加封堵材料鉆井液在高壓差下侵入深度較深，遠超出射孔深度，因此必須采取有效的封堵材料降低儲層鉆井液侵入深度；將優化后的PEM體系中加入2%LPF和5%HTC后高壓差下液相侵入深度較深，主要是由于高壓差下鉆井液的動態濾失呈線性增長，因此需要強化封堵泥餅微小孔隙，提高巖心端面泥餅的致密性，進一步降低泥餅滲透率，從而控制侵入深度。當引入微納米材料聚合物微球HPM后高壓差下液相侵入深度得到有效控制，油層浸泡10天后侵入深度僅為40cm。

3 現場應用

將優化后的PEC體系在LD10-1WHPC平臺6口井進行了使用，取得了較好的應用效果，其中主要表現在以下幾個方面。（1）提高倒劃眼速度。該批次6口井基本情況和倒劃眼速度，其中C12、C16兩口井二開為9-7/8”井眼。二開：C4/C12/C19三口井倒劃眼速度達到了100m/h以上，C16/C3H/C6H倒劃眼速度低于100m/h。（2）提高開發時效。本批井作業相對順利，6口井總計工期節約-9.77天，提效-1.18%。由于C3H井發生井漏，超出工期3.05天。（3）降低成本。從C4、C12、C16、C19、C3H、C6H6口井總計實際費用和設計費用對比來看，每口井都節約了成本，其中4口井基本節約成本12%以上。（4）產量均超配產。從LD10-1C4、LD10-1C19、LD10-1C3H、LD10-1C6H6口井產量統計表可以看出，本批井四口采油井產量均大大超過配產，基本超配產2倍完成任務，證明本批次井儲層保護措施非常成功。

4 結語

經室內研究壓力衰竭儲層的高承壓封堵技術能有效的提高巖心端面泥餅的致密性，控制了鉆井液的濾失量、侵入深度，因此減少了對儲層的損害，并在現場應用中取得效果良好。

參考文獻：

[1]李晶.壓力衰竭砂巖地層井漏機理及控制技術趙建[J].錄井工程；2015，26（1）：26-30.