多級粒徑防漏失高強度堵劑研究與應用

齊行濤

中國石油大港油田分公司石油工程研究院 （天津300280）

國內一些疏松砂巖油氣藏，由于地層膠結疏松，非均質性強，隨著區塊開發地層壓力下降，漏失現象嚴重，在封堵高水淹層時，堵劑在漏失通道漏失嚴重。無法在近井地帶駐留，堵劑大量流失，需經過多次堵漏施工才能提高地層承壓能力。針對這種情況，先后研究開發了高強度堵劑、強造壁堵漏劑和纖維水泥漿堵劑，但還是存在堵劑防漏失效果差，堵劑用量大，重復封堵造成作業周期長、成本高等問題。根據調研國內外相關資料，結合架橋堵漏和顆粒級配堵漏原理，研發了多級復合粒徑防漏失高強度堵劑，其具有更好的防漏失性能和較高的抗壓強度[1-4]。

1 多級粒徑防漏失高強度堵劑體系研制

1.1 多級粒徑顆粒型材料優選

1）顆粒的粒徑越小，其比表面積就越大，固結強度就越高，而在漏失性地層就越容易流失[3]。相反，顆粒的粒徑越大，強度越低，其在漏失性地層駐留性就越好，在綜合考慮固結強度、級配顆粒大小等因素的基礎上，優化選用了以下多級粒徑顆粒型材料[5]：①可固結支撐材料，可固結支撐材料是用高分子聚合物包覆的無機顆粒，顆粒平均粒徑在0.3～1.4 mm，在常溫下為松散互不黏接的砂粒，在一定的溫度及時間的養護下可以固結，固結強度3～5 MPa,可以起到堵塞地層中大的孔隙，支撐地層形成堵塞隔墻；②超細水泥顆粒，超細水泥顆粒的平均粒徑在10 μm，其比表面積為6 500～9 000 cm2/g，能較大程度地減少堵劑的大孔數量，提高堵劑抗壓強度和抗滲能力，固結強度18～25 MPa；③增強材料，增強材料是平均粒徑約在0.15 μm的惰性材料，比表面積為15～25 m2/g，可提高堵劑抗壓強度和膠結強度，降低堵劑的滲透率，提高堵劑的耐久性，降低強度衰退。

2）優選采用纖維為接著材料，通過不同纖維材料的室內性能篩選實驗，并結合現場泵送安全性等因素，優選了長度為3～5 mm的有機纖維材料，這種有機纖維材料表面經親水處理，不結團，易分散，與顆粒材料膠結良好，且對堵劑增稠不明顯，與堵劑顆粒作用較弱。

3）多功能懸浮劑主要是由具有表面活性的高分子聚合物組成，可以使細小的顆粒材料快速分散在其中，依靠其黏度使顆粒材料穩定懸浮。其作用：一是懸浮固體顆粒材料，最終形成均勻穩定的漿體；二是根據溫度要求調節懸浮劑配方，從而調節堵劑體系的固化時間，保證堵劑使用安全。

4）堵劑在生產過程中將可固結支撐材料、增強材料、接著材料劑按一定比例在粉碎設備中進行研磨混合，得到混合均勻的不同粒徑的復合材料，在現場與多功能懸浮劑配制過程中加入可固結支撐劑，配制成多級粒徑防漏失高強度堵劑。

1.2 封堵機理

依據緊密堆積理論，以線性堆積模型和固相懸浮模型為基礎，利用合理的物料級配，粒徑互補[1]。形成的顆粒級配堵劑體系能減小固化體的孔隙度，阻止孔隙壓力下降，保持較高的毛細管壓力防止竄流發生，同時還能夠補償堵劑凝結引起的收縮，降低失水量和游離液量，減少由于微裂縫引起的竄流。架橋劑材料具有較好的防漏、增韌的作用。在高壓注入過程中纖維類材料在漏失性地層能夠起到接著的作用，形成基本骨架。當堵劑中粗固相顆粒在骨架上進行填充時，形成堵塞隔墻，阻止堵劑中固相細顆粒的漏失和液相的濾失，最終在漏失通道口迅速形成結實的堵塞。微細顆粒填充在網架結構及地層孔隙中凝固，形成高強度的均勻封堵，從而提高了易漏失地層的承壓能力[2]。

2 多級粒徑防漏失高強度堵劑性能評價

在性能評價中，多級粒徑防漏失高強度堵劑組分為：100 mL的清水中，首先加入0.1%發泡劑+2.5%調節劑+3%分散劑，攪拌5 min得到均勻分散的多功能懸浮劑，然后加入165%超細水泥+10%增強材料+15%可固結支撐材料+0.8%接著材料，攪拌10 min配制成多級粒徑防漏失高強度堵劑。

2.1 漏失量

采用RYS-2C11型號的可視砂床濾失儀，先用200 mL的粒徑為1.7～0.83 mm、2.0～6.0 mm不同規格石英砂模倒入可視筒狀杯中擬疏松砂巖油藏，再將普通G級水泥漿、超細水泥堵劑和多級粒徑防漏失高強度堵劑各300 mL依次倒入可視筒狀杯中，通過氣源加壓0.69 MPa,測30 min內堵劑漏過砂子的濾失量,結果見表1。

表1可以看出在相同模擬疏松砂巖油藏條件下，多級粒徑防漏失高強度堵劑相比其他2種常用堵劑體系在30 min漏失量分別下降了59%和64%，表明堵劑在疏松砂巖油藏具有良好的防漏能力。

表1 多級粒徑防漏失高強度堵劑的砂床漏失評價實驗

2.2 稠化時間

針對疏松砂巖油藏的井溫分布，配制了2份多級粒徑防漏失堵劑，2種堵劑的調節劑含量有差別，采用TG-8040A型號的高溫高壓稠化儀，將一份放置到50℃，另一份放置到70℃下的稠化評價儀下，觀察體系稠化時間。多級粒徑防漏失高強度堵劑的稠化時間大于6 h，完全可以保障現場施工安全。

2.3 抗壓強度

將配制好的堵劑放入TG-1280DA養護箱，在70℃水浴中常壓養護72h，測抗壓強度，結果見圖1。

圖1 可固結支撐劑加量為15%的抗壓強度曲線

填充材料在顆粒之間的孔隙，使之更加致密、強度更高，最后形成具有高強度的石狀固體，在固結支撐劑加量在15%時，堵劑抗壓強度大于24 MPa以上，可以滿足疏松砂巖油藏堵水工藝要求。

3 疏松砂巖油藏封層封竄工藝技術研究

大港油田疏松砂巖油藏以港西、羊三木、孔店、自來屯等油田為代表，其典型特征為油藏埋深較淺，地層膠結疏松，容易出砂，出砂后套管外地層形成大段虧空，封層封竄施工過程中堵劑極易漏失至地層深部或致使油層套管外第一、第二界面無法進行有效充填，造成堵劑浪費的同時也不能保證封層封竄措施效果。

1）先替后擠施工工藝。將喇叭口至于二固炮眼（或原射孔層位）以下，堵劑由油管替入井筒，上提管柱至堵劑塞面以上，反循環洗井，上提管柱至安全高度，關閉油管閘門，由套管反擠堵劑，加壓候凝。

2）高替髙擠施工工藝。將喇叭口至于二固炮眼（或原射孔層位）之上，油管頂替堵劑至喇叭口以上200 m左右，關閉套管閘門，將堵劑擠出喇叭口后，平衡壓力，放壓反洗井，再上提管柱至安全高度，關閉油管閘門，由套管反擠堵劑，加壓候凝。

3）橋塞擠注施工工藝。當目的層之上有其他射開非目的層時，需要借助施工工具擠封下部目的層同時保護上部非目的層。二固封竄施工工具主要以封隔器類為主，施工過程中因封隔器膠皮收縮較慢或上提解封封隔器時卡瓦遇阻等原因可能會出現封隔器無法順利解封的情況，易造成嚴重井下事故，為避免此類情況的出現，需應用插管橋塞進行高壓擠注。

4 現場應用

該堵劑在大港孔店、港西油田等疏松砂巖油藏封堵高含水層、封堵管外水竄應用23井次，施工成功率100%，有效率87%，封層、封竄效果顯著（表2）。以孔1027-7井為例介紹施工情況，該井為孔店油田一口新投井，生產層位為NgIII 25#層1 406.7～1 409.0 m,初期產液量不高，日產液量3.3 m3，日產油2.1 m3，含水37%。投產10天后含水量突然上升，日產液量12.4 m3，日產油0.2 m3，含水98%。根據甲方要求，對該井NgIII 25#層進行二固封竄，配制多級粒徑防漏失高強度堵劑3.0 m3，采用先替后擠工藝，最高施工泵壓15 MPa，擠入地層2.5 m3，候凝72 h，鉆塞試壓8 MPa合格，下射孔管柱復射投產，措施后初期日產液量6.6 m3，日產油4.3 t,含水35%。

表2 多級粒徑防漏失高強度堵劑現場應用部分情況表

5 結論

1)多級粒徑防漏失高強度堵劑配方是由多級顆粒粒徑材料、接著劑、多功能懸浮劑組成，多級粒徑防漏失高強度堵劑稠化時間大于6 h，抗壓強度大于24 MPa，該體系可以在漏失通道口快速形成結實堵塞，防止堵劑在地層漏失，具有良好的防漏失效果。

2)采用該堵劑在大港油田共進行了23口井的現場試驗，施工成功率100%，有效率87%，表明多級粒徑防漏失高強度堵劑在低壓易漏失疏松砂巖油藏封層、封竄工藝上具有良好的適應性，應大規模推廣應用。