高強(qiáng)度凝膠暫堵劑體系的多元化應(yīng)用(發(fā)表)

高強(qiáng)度凝膠暫堵劑體系的多元化應(yīng)用陳宏民1趙海龍2宮豐偉3（1.遼河油田高升采油廠作業(yè)二大隊(duì)，遼寧盤錦124125；2.遼河油田高升采油廠作業(yè)二大隊(duì)，遼寧盤錦

124125；3.長(zhǎng)城鉆探工程有限公司泥漿公司，遼寧盤錦124125）摘要：遼河油田開采進(jìn)入中后期，儲(chǔ)層能量不斷降低，主要表現(xiàn)為地層壓力低，漏失量大，修井液循環(huán)無(wú)法建立，而隨著注汽、壓裂、酸化等措施工藝的大量實(shí)施，油井出砂情況也越來(lái)越嚴(yán)重。這導(dǎo)致漏失井?dāng)D、注水泥、沖砂等施工一次成功率，困擾著修井施工的正常進(jìn)行，使油井不能按期復(fù)產(chǎn)。此外，大量入井流體漏進(jìn)油層還會(huì)造成油層污染傷害，致使復(fù)產(chǎn)后油井產(chǎn)量下降，甚至造成油井停產(chǎn)等事故。針對(duì)這些問(wèn)題，我們引入了高強(qiáng)度凝膠暫堵劑體系，利用其在不同濃度條件下的物化特性，應(yīng)用于漏失井?dāng)D、注水泥及沖砂等修井作業(yè)，用以解決上述問(wèn)題。本文通過(guò)多項(xiàng)室內(nèi)試驗(yàn)及31口井場(chǎng)應(yīng)用，考察評(píng)價(jià)了高強(qiáng)度凝膠暫堵劑體系各項(xiàng)性能指標(biāo)，結(jié)果表明，高強(qiáng)度凝膠暫堵劑體系的應(yīng)用，對(duì)于提高油井作業(yè)效率，減輕油層污染傷害及降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度都具有重要意義。關(guān)鍵詞：漏失井修井；開發(fā)應(yīng)用；性能評(píng)價(jià)；高強(qiáng)度凝膠暫堵劑；油層污染傷害；中圖分類號(hào)：U416.26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A前言遼河油田開采進(jìn)入中后期，儲(chǔ)層能量不斷降低，主要表現(xiàn)為地層壓力低，漏失量大，修井液循環(huán)無(wú)法建立，而隨著注汽、壓裂、酸化等工藝的大量實(shí)施，油井出砂情況也越來(lái)越嚴(yán)重。在修井?dāng)D、注水泥施工時(shí)，易出現(xiàn)水泥漿漏失，施工成功率低的問(wèn)題；在沖砂施工時(shí)，易出現(xiàn)修井液漏失，沖砂成功率低，甚至是沖砂失敗的問(wèn)題，這些問(wèn)題困擾著修井施工的正常進(jìn)行，使油井不能按期復(fù)產(chǎn)。此外，大量入井流體漏失還會(huì)造成油層污染傷害致使復(fù)產(chǎn)后油井產(chǎn)量下降，甚至造成油井停產(chǎn)等事故。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，我們引入了《高強(qiáng)度凝膠暫堵劑體系多元化應(yīng)用》項(xiàng)目。本項(xiàng)目的主要內(nèi)容是應(yīng)用高強(qiáng)度凝膠暫堵劑體系，開發(fā)出漏失井暫堵擠、注水泥應(yīng)用技術(shù)及無(wú)污染暫堵型修井液應(yīng)用技術(shù)，該項(xiàng)目的成功應(yīng)用為解決漏失井作業(yè)提供了一套實(shí)用技術(shù)，有效地提高了漏失井修井施工的成功率，并且降低了入井流體對(duì)油層的污染傷害。1作用機(jī)理高強(qiáng)度凝膠暫堵劑體系是通過(guò)使用PAMH-J有機(jī)交聯(lián)劑將高分子聚合物等成分交聯(lián)融合成為具有一定粘度、切力及耐高溫的水溶液體系，其中包括溫度穩(wěn)定劑、破膠劑、增強(qiáng)劑及油溶性樹脂等添加劑組成，使用時(shí)直接與清水混合進(jìn)行調(diào)制，通過(guò)控制高強(qiáng)度凝膠暫堵劑的濃度，來(lái)適應(yīng)不同工藝的應(yīng)用需求。使用高強(qiáng)度凝膠暫堵劑配制1?1.5%濃度的水溶液，利用其水溶液具有的粘度、切力以及良好的流動(dòng)性，替代污水、泥漿等修井液；使用高強(qiáng)度凝膠暫堵劑配制3?5%濃度的水溶液，利用其高粘彈性和流動(dòng)阻力，能有效封堵漏失層。當(dāng)施工任務(wù)完成后，高強(qiáng)度凝膠暫堵劑在物理化學(xué)作用下，可以破膠水化，自行降解，保持油層油流通道，使油井快速恢復(fù)正常生產(chǎn)，尤其是作為修井液使用時(shí)，還可避免使用搬土泥漿完井后造成的環(huán)境危害和后續(xù)固化處理費(fèi)用。2高強(qiáng)度凝膠暫堵劑室內(nèi)性能評(píng)價(jià)體系2.1使用濃度與凝膠粘度關(guān)系實(shí)驗(yàn)表明，隨著高強(qiáng)度凝膠暫堵劑濃度的增加，其凝膠粘度和強(qiáng)度迅速增加，而且隨著濃度的增大，粘度越來(lái)越大，甚至可以形成凍膠而失去流動(dòng)性，這對(duì)于漏失井堵漏是十分奏效的。當(dāng)高強(qiáng)度凝膠暫堵劑使用濃度為5%時(shí)即可形成穩(wěn)定凝膠，能夠滿足嚴(yán)重漏失井暫堵需要。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1（注：當(dāng)凝膠使用濃度為5%時(shí)，已為凝膠狀態(tài)，粘度無(wú)法測(cè)定,所以為便于作圖，以2000表示）。2.2耐溫性實(shí)驗(yàn)許多高分子凝膠溶液粘度與溫度呈敏感性關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)溫度升高，其溶膠粘度下降。實(shí)驗(yàn)根據(jù)遼河油田地溫梯度，分別考察了1%和3%濃度的高強(qiáng)度凝膠暫堵劑不同溫度下的粘度變化情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2高強(qiáng)度凝膠暫堵劑溫度一粘度關(guān)系實(shí)驗(yàn)表明，在低溫階段，隨著溫度升高，其粘度有所增高，主要是高分子聚合物溶脹速度加快，液相粘度增加所致。當(dāng)溫度達(dá)到70°C時(shí)，其液相粘度開始明顯下降；當(dāng)溫度達(dá)到90C時(shí)，1%濃度的高強(qiáng)度凝膠暫堵劑粘度仍有139mPa.s,能夠滿足修井液工藝要求；當(dāng)溫度達(dá)到120C時(shí)，3%濃度的高強(qiáng)度凝膠暫堵劑粘度仍有601mPa.s，能夠滿足暫堵工藝要求，尤其是火驅(qū)井組高溫暫堵需要。2.3油溶性實(shí)驗(yàn)高強(qiáng)度凝膠暫堵劑遇水后能形成高粘彈性凝膠，其中的固相物由不同顆粒直徑的油溶性材料制成，其固體顆粒能被地層原油逐漸溶解。根據(jù)遼河油田地溫梯度及油井深度，試驗(yàn)在60C溫度下8h內(nèi)，測(cè)得其油溶率達(dá)90%以上，而且隨著溫度增加，其溶解速度加快，因此，不會(huì)對(duì)油層造成堵塞傷害。2.4破膠實(shí)驗(yàn)漏失井暫堵工藝既要求暫堵劑在擠、注水泥前能將油層暫堵保護(hù)起來(lái)，又要求在任務(wù)完成以后能自行解除堵塞，恢復(fù)油流通道。因此，實(shí)驗(yàn)考察了3%濃度的高強(qiáng)度凝膠暫堵劑在90C溫度條件下粘度變化情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3:90012 370012 3COO500ADO3002DO100r'H''h.-46812162471B52117243圖3高強(qiáng)度凝膠暫堵劑時(shí)間一粘度關(guān)系實(shí)驗(yàn)表明，在90C條件下，高強(qiáng)度凝膠6h以后粘度開始下降，12h后凝膠粘度大幅度降低，24h凝膠粘度降為43mPa.s,凝膠徹底破膠。2.5巖心傷害實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)入井流體對(duì)地層傷害程度往往通過(guò)巖芯滲透率變化來(lái)衡量。試驗(yàn)使用滲透率為100?800X10-3um2的人造巖芯，正通標(biāo)準(zhǔn)鹽水，建立地層束縛水；反通煤油，測(cè)巖芯滲透率人；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用濃度正通凝膠暫堵劑（5PV）；反通煤油，待流量衡定后測(cè)巖芯滲透率屯，按下式計(jì)算巖芯滲透率恢復(fù)值：O=K/KX100%21式中：①一巖芯滲透率恢復(fù)值，%屯一通粉體暫堵劑前巖芯油相滲透率，卩K2—通粉體暫堵劑后巖芯油相滲透率，卩m2試驗(yàn)表明，凝膠暫堵劑通過(guò)巖芯后其滲透率恢復(fù)值達(dá)90%，表明其對(duì)油層造成污染傷害較輕微。2.6失水量測(cè)定當(dāng)高強(qiáng)度凝膠暫堵劑進(jìn)入地層后，在液柱壓力作用下，其中水份會(huì)滲透到地層中去，會(huì)導(dǎo)致油層傷害、暫堵失敗等問(wèn)題發(fā)生。根據(jù)API標(biāo)準(zhǔn)，使用高強(qiáng)度凝膠暫堵劑溶液，在7個(gè)大氣壓作用下，30min后，測(cè)得其失水量為13ml，完全能夠達(dá)到應(yīng)用工藝施工要求。2.7抗剪切性實(shí)驗(yàn)由于高分子聚合物的可降解性，高強(qiáng)度凝膠暫堵劑溶液通過(guò)油管時(shí)受高壓射流作用，在油套環(huán)空受剪切稀釋作用，這會(huì)導(dǎo)致溶液粘度降低，封堵效果變差，暫堵失效等問(wèn)題發(fā)生。實(shí)驗(yàn)?zāi)M現(xiàn)場(chǎng)暫堵劑流動(dòng)狀況，以1022轉(zhuǎn)/min的剪切速率，測(cè)定剪切稀釋前后凝膠暫堵劑粘度變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。表1凝膠暫堵劑剪切稀釋實(shí)驗(yàn)時(shí)間（min）306090120150180粘度（mpa.s）159152146138132129實(shí)驗(yàn)表明，使用的凝膠暫堵劑經(jīng)高速攪拌后粘度變化較小，說(shuō)明其抗剪切性良好，能夠滿足應(yīng)用工藝需要。2.8流變參數(shù)測(cè)定泥漿是粘土－水－化學(xué)處理劑體系，它是具有結(jié)構(gòu)和流變性的流體。研究表明，泥漿屬于非牛頓流體，因此，只有用泥漿流變學(xué)才能真實(shí)描述泥漿流動(dòng)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明，使用高強(qiáng)度凝膠暫堵劑配制的無(wú)污染暫堵型修井液測(cè)得的流性指數(shù)n、稠度系數(shù)K值與中剪速率范圍內(nèi)搬土泥漿的n、K值基本相同，表明該修井液可以滿足修井工藝要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。表2無(wú)污染暫堵型修井液與搬土泥漿流變參數(shù)對(duì)比表參數(shù)①600①300Fv(s)Pv(mpa.s)nK(mpa.sn)備注搬土泥漿修井液392453150.70155.8常溫高強(qiáng)度凝膠暫堵劑修井液422651160.69179.7常多元化應(yīng)用技術(shù)在漏失井或出砂井修井施工中，為了建立有效修井液循環(huán)或提高修井液攜砂能力，同時(shí)避免使用搬土泥漿對(duì)油層造成的污染傷害，可以使用高強(qiáng)度凝膠暫堵劑，按修井液設(shè)計(jì)配制高強(qiáng)度凝膠暫堵劑溶液，該溶液體系與密度為1.05g/cm3、粘度50s的搬土泥漿性能基本相當(dāng)，能夠有效地提高出砂井沖砂成功率。在漏失井?dāng)D、注水泥施工中，先應(yīng)用3?5%濃度高強(qiáng)度凝膠暫堵劑體系溶液對(duì)漏失射孔井段進(jìn)行暫堵，可以大幅度提高擠、注水泥的一次成功率。3.1配套漏失井暫堵擠、注水泥應(yīng)用技術(shù)具體操作程序：（1） 漏失井段暫堵作業(yè)程序?qū)憾鹿苤轮猎O(shè)計(jì)位置。連接地面管線。對(duì)地面管線試壓檢驗(yàn)。配制高強(qiáng)度凝膠暫堵劑溶液。把溶液替入井內(nèi)，建立有效的循環(huán)。（2） 擠、注水泥作業(yè)程序按常規(guī)擠、注水泥操作規(guī)程實(shí)施作業(yè)。注意：在完成漏失油層暫堵后，應(yīng)進(jìn)行徹底洗井，將多余的暫堵劑清洗干凈。3.2配套無(wú)污染暫堵型修井液工藝技術(shù)無(wú)污染暫堵型修井液配制程序：（1）連接地面管線。（2） 配制無(wú)污染暫堵型修井液。（3） 將修井液替入井內(nèi)。（4） 施工中隨時(shí)監(jiān)測(cè)出口的修井液性能，及時(shí)調(diào)整?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和推廣應(yīng)用情況4.1現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)4.1.1注水泥施工應(yīng)用實(shí)例2012年11月在高3-3-0106井注水泥施工。該井為火驅(qū)二線井，設(shè)計(jì)填砂砂面：1582m,漏失井段：1564?1582m，設(shè)計(jì)灰面：1572.3m。（a） 洗井、暫堵用60m3清水反洗井，壓力0MPa,出口不返。正替入清水45m3、高強(qiáng)度凝膠暫堵劑1.35t,泵壓0MPa，套管建立循環(huán)后，關(guān)套管閘門，正擠清水2m3,壓力升至3MPa停。用清水50m3洗出油套環(huán)空的暫堵劑。（b） 注水泥①開套管閘門，替入密度為1.85g/cm3的水泥漿0.7m3，頂替清水7.06m3。提管柱至1570.5m，反洗出多余灰漿，關(guān)井候凝。②24h后回探灰面至1572.7m，漏失井注水泥合格。.1.2擠水泥施工應(yīng)用實(shí)例2012年3月在高3-7-163井?dāng)D水泥施工。該井為火驅(qū)二線井，設(shè)計(jì)填砂砂面：1687m,漏失井段：1624.9?1687.0m。洗井、暫堵用60m3清水反洗井，壓力0MPa,出口不返。替入清水30m3、高強(qiáng)度凝膠暫堵劑2.92t,壓力0MPa,套管建立循環(huán)后，關(guān)套管閘門，正擠清水2m3，壓力升至6.0MPa停。用清水50m3洗出油套環(huán)空的暫堵劑。擠水泥開套管閘門，替入密度為1.75?1.85g/cm3的水泥漿5.0m3，壓力0MPa；關(guān)閉套管閘門，繼續(xù)替入水泥漿10.47m3，壓力0MPa。正擠清水7.3m3，壓力變化：0MPa/21MPa'17MPa，反擠清水0.7m3壓力從0MPa/16Mpa，停泵壓力為15MPa。洗出多余灰漿后，關(guān)井候凝。鉆塞鉆塞至1688m，對(duì)1624?1688m試壓15MPa，30min，壓降0.3MPa,擠水泥一次合格。4.1.3應(yīng)用實(shí)例2012年3月在坨31-更35井使用修井液施工。該井施工目的為套管修復(fù)、下套管；完鉆井深2225m，射孔井段：2100.0?2160.0m,60.0m/1層。施工簡(jiǎn)要過(guò)程：該井先用熱污水修井液，磨銑修套至2198.88m，出現(xiàn)嚴(yán)重憋泵、蹩鉆及卡鉆情況，油井出砂嚴(yán)重，無(wú)法接單根。綜合考慮地質(zhì)情況及采油需求，用清水和高強(qiáng)度凝膠暫堵劑配制無(wú)污染暫堵型修井液60m3,粘度61s左右進(jìn)行施工作業(yè)，經(jīng)磨銑、沖砂至2222.47m，下套管固井完井，順利完成修井任務(wù)。4.2推廣應(yīng)用情況漏失井暫堵擠、注水泥工藝技術(shù)應(yīng)用2012年至2013年，共計(jì)完成高3-61-160井、高3-7-163井、高3-3-0106井等22口漏失井?dāng)D、注水泥施工，封堵一次成功率100%，縮短修井工期122天，減輕了作業(yè)職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了施工修井效率，保證了修井質(zhì)量。無(wú)污染暫堵型修井液技術(shù)應(yīng)用2012年至2013年，在高升采油廠進(jìn)行了9口井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，這些井基本都是井下情況復(fù)雜，含砂量較大，其中有一部分井地層虧空漏失嚴(yán)重，應(yīng)用修井液技術(shù)后，僅1口井未成功，成功率達(dá)89%。結(jié)論高強(qiáng)度凝膠暫堵劑體系，耐溫達(dá)120°C以上，穩(wěn)定時(shí)間達(dá)24h以上，可以滿足火驅(qū)井和深井高溫暫堵需要，能有效使漏失井前期建立循環(huán)，確保后續(xù)順利完成擠注水泥施工的技術(shù)目的。高強(qiáng)度凝膠暫堵劑體系，具有油溶性和常溫自行水化降解的能力，減少了油層污染傷害，能有效保護(hù)油層。配套的擠、注水泥工藝技術(shù)提升了漏失井修井作業(yè)一次成