衰竭氣藏儲(chǔ)氣庫絨囊修井液暫堵技術(shù)評(píng)價(jià)與應(yīng)用

沈云波，于曉明，劉 鋒，張家富，李 兵，魏攀峰

(1中石油長(zhǎng)慶油田分公司氣田開發(fā)處 2低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 3中石油長(zhǎng)慶油田儲(chǔ)氣庫管理處 4中石油長(zhǎng)慶油田采氣六廠 5中石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院 6中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·北京 7北京力會(huì)瀾博能源技術(shù)有限公司)

儲(chǔ)氣庫注采井是天然氣儲(chǔ)氣庫體系中重要一環(huán)，為庫內(nèi)氣體注采提供流動(dòng)通道[1]。儲(chǔ)氣庫注采井運(yùn)營(yíng)模式不同于常規(guī)氣井，需實(shí)現(xiàn)周期性注入和采出過程，井內(nèi)流體介質(zhì)具有雙向流動(dòng)特征[2]。生產(chǎn)中后期，氣井管柱在多周期交變應(yīng)力載荷影響下易發(fā)生氣竄、腐蝕等損害，需定期開展修井作業(yè)[3]。且特殊調(diào)控制度下僅注氣期可實(shí)施修井[4]，導(dǎo)致儲(chǔ)氣庫注采井修井期間地層壓力系數(shù)低但持續(xù)升高，井筒流體漏失控制與儲(chǔ)層保護(hù)要求同樣苛刻。

常規(guī)低壓氣井使用清水實(shí)施壓井，但衰竭氣藏儲(chǔ)氣庫注采井注氣期地層壓力緩慢升高，井筒液柱壓力平衡困難，壓井易失敗。國(guó)內(nèi)外最早引入超細(xì)水泥[5]解決儲(chǔ)氣庫井氣層竄漏封堵，但類似永久性堵劑無法滿足地層后續(xù)注采能力恢復(fù)要求。使用凍膠[6]、固化水[7]等手段，滿足地層壓力升高時(shí)暫堵穩(wěn)定性要求，但作業(yè)后返排徹底困難，氣層傷害風(fēng)險(xiǎn)較高?？梢?，衰竭氣藏儲(chǔ)氣庫注采井修井要求面對(duì)地層壓力動(dòng)態(tài)變化封堵效果穩(wěn)定，作業(yè)結(jié)束后暫堵結(jié)構(gòu)解除徹底，保證地層氣體雙向流動(dòng)能力快速恢復(fù)。

絨囊流體是在模糊封堵理論指導(dǎo)下開發(fā)的一種無固相封堵體系[8]。流體中不同尺度囊泡結(jié)構(gòu)在漏失壓差下進(jìn)入地層漏失通道，通過變形、堆積等模式分解漏失壓力后，利用巖石壁面摩擦力實(shí)現(xiàn)力學(xué)平衡，提高地層承壓能力[9]。已先后應(yīng)用煤層[10]、碳酸鹽巖[11]、致密砂巖[12]等多類型地層鉆完井[13]、修井[14]、儲(chǔ)層改造[15]等環(huán)節(jié)防漏堵漏，為多類型天然氣全面開發(fā)提供暫堵手段支撐。絨囊修井液是針對(duì)油氣井修井階段漏失控制開發(fā)的暫堵型流體，通過暫堵氣層漏失通道提供作業(yè)穩(wěn)定井筒環(huán)境，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氣庫注采井注氣期動(dòng)態(tài)暫堵。

一、實(shí)驗(yàn)研究

在直徑38 mm、長(zhǎng)60 mm巖心柱塞中制作高度約0.1 mm、0.5 mm、0.8 mm，寬30 mm貫穿型不規(guī)則裂縫，模擬地層漏失通道。將柱塞放置于夾持器中，施加溫度120℃、圍壓20 MPa、出口回壓0.5 MPa，模擬地層環(huán)境。以穩(wěn)定流速0.5 mL/min將絨囊修井液注入裂縫。室內(nèi)絨囊修井液配方：2.5%囊層劑+1.2%絨毛劑+0.5%囊核劑+0.8%囊膜劑+0.1%氫氧化鈉，現(xiàn)場(chǎng)配制流體密度0.84～0.94 g/cm3，表觀黏度35～65 mPa·s，塑性黏度20～40 mPa·s，動(dòng)塑比0.80～1.20 Pa/mPa·s。

1.暫堵結(jié)構(gòu)提高承壓效果評(píng)價(jià)

以穩(wěn)定流速0.5 mL/min將絨囊修井液注入裂縫至驅(qū)壓達(dá)20 MPa，記錄驅(qū)壓及出口流量，見表1。

表1中，絨囊修井液注入高0.1～0.8 mm的裂縫90～120 min后，驅(qū)壓升至21.75～21.85 MPa，出口累計(jì)流量升至38.06～50.43 mL后穩(wěn)定。

表1 含三種尺度裂縫高度的巖心柱塞驅(qū)壓與出口累計(jì)流量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.承壓能力動(dòng)態(tài)調(diào)整效果評(píng)價(jià)

以穩(wěn)定流速0.5 mL/min將絨囊修井液反向注入裂縫至驅(qū)壓達(dá)20 MPa后，控制出口回壓從0.5 MPa逐漸升至1.0 MPa、1.5 MPa、2.0 MPa、2.5 MPa，監(jiān)測(cè)驅(qū)壓、入口與出口液體流量等數(shù)據(jù)，見表2。

表2中，三種高度裂縫出口回壓從0.5 MPa逐級(jí)升至2.5 MPa時(shí)，入口累計(jì)補(bǔ)液量0.001～0.007 mL，出口未出液。

表2 含三種尺度裂縫高度的巖心柱塞驅(qū)壓與兩端進(jìn)出液量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.地層滲流能力恢復(fù)效果評(píng)價(jià)

目前致密氣藏儲(chǔ)層傷害評(píng)價(jià)方法多樣，選擇恒壓法開展實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。以氮?dú)鉃榻橘|(zhì)，恒定壓力1 MPa測(cè)定裂縫正反向氣測(cè)滲透率大小，正向注入絨囊修井液至驅(qū)壓達(dá)20 MPa后，卸除驅(qū)壓，反向驅(qū)替氮?dú)庵脸隹跓o液體流出，記錄氮?dú)鉂B透率大小。裂縫換向后重復(fù)滲透率測(cè)定步驟，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 含三種裂縫高度的巖心柱塞中絨囊返排前后雙向滲透率恢復(fù)數(shù)據(jù)

表3中，三種高度裂縫反向滲透率從812～3 475 mD恢復(fù)至774～3 381 mD，正向滲透率從969～3 132 mD恢復(fù)至902～3 016 mD，地層雙向滲透率恢復(fù)效果良好。

二、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1.衰竭氣藏儲(chǔ)氣庫注采井S2X井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

儲(chǔ)氣庫注采井S2X井完鉆井深約3 500 m，生產(chǎn)后期轉(zhuǎn)為儲(chǔ)氣庫注采井。至2016年氣井地層壓力系數(shù)0.59，井口油套壓力20.6 MPa，計(jì)劃修井。修井期間附近鄰井連續(xù)注氣，預(yù)計(jì)30 d地層壓力增加1 MPa。先期泵入清水約400 m3，泵壓為0且無法返液?？紤]衰竭氣藏儲(chǔ)氣庫井儲(chǔ)層保護(hù)苛刻，更換密度0.90 g/cm3的絨囊修井液，以600～700 mL/min反循環(huán)注入共90 m3，泵壓升至3 MPa，繼續(xù)反循環(huán)泵入15 m3后油管返液，壓井成功。后續(xù)21 d修井作業(yè)累計(jì)補(bǔ)充絨囊修井液約35 m3，平均漏速低于0.25 m3/h。修井結(jié)束后連續(xù)氣舉1 d，地層液體返排率達(dá)96%，后續(xù)氣井注采能力恢復(fù)順利。

2.衰竭氣藏儲(chǔ)氣庫注采井G2Y井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

儲(chǔ)氣庫注采井G2Y井人工井底約3 550 m，2003年地層壓裂酸化后投產(chǎn)，地層壓力系數(shù)0.69，日產(chǎn)氣穩(wěn)定在20×104m3，計(jì)劃修井。修井期間附近3口氣井持續(xù)注氣導(dǎo)致地層壓力緩慢升高，使用絨囊修井液實(shí)施暫堵。以400～500 mL/min反循環(huán)泵注密度0.90 g/cm3絨囊修井液55 m3后，井口套壓降至0。繼續(xù)反循環(huán)泵入110 m3后，泵壓升至5 MPa，開井觀察5 h，井口無壓力顯示。后續(xù)共計(jì)35 d修井作業(yè)累補(bǔ)充絨囊修井液60 m3，控制平均漏速低于0.50 m3/h。修井結(jié)束后氣舉1 d后地層液體返排率近95%，關(guān)井7 d產(chǎn)氣能力恢復(fù)至作業(yè)前水平。

三、討論與分析

1.暫堵結(jié)構(gòu)提高承壓效果分析

以驅(qū)壓、出口累計(jì)流量表征暫堵結(jié)構(gòu)堆積效果，分析絨囊修井流體暫堵3種高度裂縫效果，如圖1。

圖1 三種高度裂縫中絨囊流體注入驅(qū)壓與出口累計(jì)流量隨時(shí)間變化圖

圖1中，伴隨絨囊修井液注入，驅(qū)壓先緩慢升高再快速爬升，出口累計(jì)流量先快速升高后放緩至穩(wěn)定不變。實(shí)驗(yàn)中裂縫長(zhǎng)度60 mm、驅(qū)壓升至20 MPa用時(shí)90～120 min，計(jì)算平均增壓速率0.003～0.004 MPa/(min·mm)。以氣井地層裂縫有效半徑100 m、泵排量500 L/min計(jì)算，高0.1～0.8 mm的裂縫承壓升至20 MPa需0.3～0.4 min，絨囊修井液封堵地層快速?，F(xiàn)場(chǎng)S2X、G2Y井反循環(huán)注入地層絨囊修井液19 m3、89 m3后泵壓升高3～5 MPa，計(jì)算地層承壓幅度13.85 MPa、12.46 MPa，封堵地層有效。

2.承壓能力動(dòng)態(tài)調(diào)整效果分析

對(duì)比實(shí)驗(yàn)中回壓增大時(shí)，裂縫驅(qū)壓、進(jìn)口累計(jì)補(bǔ)液、出口累計(jì)出液量等參數(shù)變化規(guī)律，如圖2。

圖2 三種尺度裂縫中承壓能力隨回壓變化曲線

圖2中，回壓從0.5 MPa逐級(jí)升至2.5 MPa，驅(qū)壓增幅0.47～0.53 MPa，兩端壓差變化幅度小于0.05 MPa，承壓穩(wěn)定。期間，裂縫入口累計(jì)補(bǔ)液量0.005～0.007 mL，出口無液量流出，凈補(bǔ)液量0.005～0.007 mL，占已注入流體總體積0.1%～0.3%。實(shí)驗(yàn)表明，地層壓力升高時(shí)，裂縫補(bǔ)充少量絨囊修井液后維持承壓穩(wěn)定。現(xiàn)場(chǎng)S2Y井、G2X井暫堵后21～35 d修井期間，面對(duì)附近氣井連續(xù)注氣致地層壓力升高1～3 MPa，囊泡結(jié)構(gòu)緩慢自降解降低承壓強(qiáng)度等變化，間斷補(bǔ)充絨囊修井液35 m3、60 m3后，有效控制氣井平均漏速低于0.50 m3/h，封堵效果穩(wěn)定?？梢?，絨囊修井液在衰竭氣藏儲(chǔ)氣庫注采井修井中承壓穩(wěn)定，且通過補(bǔ)液措施可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)封堵。

3.地層滲流能力恢復(fù)效果分析

以實(shí)驗(yàn)中裂縫正反向滲透率恢復(fù)率分別表征注氣通道、產(chǎn)氣通道恢復(fù)效果，如圖3。

圖3 三種高度裂縫正/反向滲透率恢復(fù)率分布圖

圖3中，三種高度裂縫反向滲透率恢復(fù)率95.32%～97.29%，正向滲透率恢復(fù)率93.09%～96.30%，均大于90%，表明裂縫雙向氣體流動(dòng)能力恢復(fù)快速?，F(xiàn)場(chǎng)S2X井、G2Y井修井后地層流體返排率超過94%，修井前日注氣量均值65×104m3，日產(chǎn)氣量均值32.7×104m3，修井后日注氣量均值73.4 m3，日產(chǎn)氣量均值31.9×104m3，恢復(fù)效果良好，絨囊修井液保護(hù)地層氣體雙向流動(dòng)能力效果突出。

四、結(jié)論

(1)絨囊修井液通過在漏失通道中形成連續(xù)暫堵結(jié)構(gòu)分解漏失壓力，實(shí)施暫堵。通過控制暫堵結(jié)構(gòu)半徑調(diào)整封堵強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)壓力變化環(huán)境中動(dòng)態(tài)封堵效果，滿足儲(chǔ)氣庫注采井注氣期修井作業(yè)漏失控制與儲(chǔ)層保護(hù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的要求。

(2)動(dòng)態(tài)暫堵技術(shù)通過調(diào)控地層中絨囊流體體積，調(diào)整暫堵結(jié)構(gòu)半徑，實(shí)現(xiàn)暫堵結(jié)構(gòu)自降解時(shí)暫堵強(qiáng)度動(dòng)態(tài)恢復(fù)效果，保留無固相堵劑儲(chǔ)層保護(hù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，解決了體系暫堵強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差的難點(diǎn)，為無固相封堵手段發(fā)展打開了新局面。

(3)絨囊流體暫堵用量及承壓強(qiáng)度，不僅僅與地層壓力相關(guān)，還與地層通道尺度、泵注參數(shù)等因素相關(guān)，下一步需研究承壓強(qiáng)度與地層、壓力、工藝等因素間定量關(guān)系，指導(dǎo)工藝優(yōu)化，進(jìn)一步提高動(dòng)態(tài)封堵技術(shù)應(yīng)用效果。