一種低壓井泡沫沖砂液開發(fā)

周 文 王鐵鋼 王 濤 王仲廣 呂睿

（1.中國石油大港油田石油工程研究院 2.中海油能源發(fā)展公司采油技術(shù)服務(wù)分公司）

0 引言

油田后期生產(chǎn)地層能量衰竭，在高于膠結(jié)強(qiáng)度承受流體沖刷下極易出砂，導(dǎo)致儲層滲透率降低，影響后期油氣井生產(chǎn)。低壓泡沫沖砂液具有摩阻低、密度可調(diào)、濾失低、返排及攜巖能力強(qiáng)、“堵大不堵小”和“堵水不堵油”的特點(diǎn)，為油氣井壓井和沖砂提供了性能優(yōu)良的沖砂體系，為油田穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)提供了技術(shù)支撐。不同類型沖砂液性能對比見表1。

表1 不同類型沖砂液性能對比

1 室內(nèi)評價藥品及儀器

1.1 藥品

氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉、硫酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉（均為分析純）；蒸餾水；模擬地層水（NaHCO3型，總礦化度35487 mg/L）。

增黏穩(wěn)泡劑YH-SZ(北京華油陸?？萍加邢薰?，破膠劑（荊州市漢科生物科技有限公司），新疆夏子街鈉基膨潤土。

起泡劑YH-P01、穩(wěn)泡助排劑YH-WP、離子穩(wěn)定劑、黏土膨脹抑制劑YH-AF，自產(chǎn)。

1.2 儀器

電子天平JA21002、高速攪拌器GJD-B12K、數(shù)顯全自動流變儀MODEL-900、五軸高溫滾子加熱爐173-00-1、旋轉(zhuǎn)界面張力儀TX500C、型數(shù)顯示液體密度計YMS0.1-5、高溫高壓動態(tài)失水試驗儀JHDS-Ⅱ型、QYXS-F氣液兩相滲流規(guī)律研究裝置、恒溫油水浴鍋RAT-1、秒表、量筒、烘箱等。

2 低固相泡沫沖砂液封堵原理

低固相泡沫沖砂液內(nèi)部包裹著氣體，氣體外圍包裹密閉層，密閉層外分散著水溶性高分子聚合物，類似長滿了毛發(fā)的氣囊，顯微鏡下分析認(rèn)為體系組成為一核二層三膜（圖1）。一核為：被包裹位于整個球形微泡中心的“氣核”；二層為緊靠表面張力降低膜，表面活性劑親水端水化及締合作用下形成的“高黏水層”和在水溶性改善膜外側(cè)聚合物高分子和表面活性劑組成的 “聚合物高分子和表面活性劑的濃度過渡層”；三膜為氣核外側(cè)“表面張力降低膜”、高黏水層外極性作用下吸附活性劑形成的 “高黏水層固定膜”和緊密吸附于高黏水層固定膜外側(cè)的聚合物高分子和表面活性劑聯(lián)合形成改善氣泡良好水溶性的“水溶性改善膜”，體系整體結(jié)構(gòu)確保穩(wěn)定的性能。

圖1 低固相泡沫沖砂液泡沫結(jié)構(gòu)

3 低壓井泡沫沖砂液單劑及體系評價

3.1 增黏穩(wěn)泡劑YH-SZ體積分?jǐn)?shù)的確定

增黏穩(wěn)泡劑為水溶性生物多糖類聚合物，可自然降解和人為控制降解速度。它可增加沖砂液氣泡水化膜強(qiáng)度，提高沖砂液懸浮攜帶能力、封堵承壓，減小工作液漏失，室內(nèi)評價了體積分?jǐn)?shù)1‰～7‰YHSZ在25℃/2 h后，溶液黏度值，推薦量為YH-SZ體積分?jǐn)?shù)3‰～7‰，如圖2所示。

3.2 起泡劑YH-P01體系的泡沫性能

起泡劑增加了入井液的泡沫，可調(diào)整體系密度，減小入井液與井底的壓差漏失；利用泡沫對儲層進(jìn)行封堵降低工作液漏失；增加流體黏度，提高井底沉砂懸浮攜帶能力，降低工具砂埋風(fēng)險。室內(nèi)25℃條件下，采用攪拌法(Warin-Blender法)評價了不同組成基液發(fā)泡體積和泡沫半衰期，指導(dǎo)體系建立和現(xiàn)場應(yīng)用。評價數(shù)據(jù)如表2所示。

圖2 不同加量增黏穩(wěn)泡劑YH-SZ黏度變化

表2 發(fā)泡劑泡沫YH-P01穩(wěn)定性評價

實(shí)驗得出一定范圍內(nèi)增加發(fā)泡劑與減少增黏穩(wěn)泡劑量，泡沫體積增大；增黏穩(wěn)泡劑增加，泡沫體積減少體系穩(wěn)定體性增強(qiáng)。根據(jù)作業(yè)時間和外來液體稀釋，最終體系配方采用序號8號配方：0.6%增黏穩(wěn)泡劑濃度+1%黏土膨脹抑制劑+1.5%發(fā)泡劑+0.5%穩(wěn)泡助排劑+0.5%離子穩(wěn)定劑，保證低壓泵送和長時間循環(huán)沖砂的良好效果。

3.3 修井液黏土穩(wěn)定性評價

黏土穩(wěn)定抑制性能夠防止因修井液漏失，造成水敏性黏土礦物膨脹，分散運(yùn)移、堵塞孔喉，降低井筒附近地層滲透率。實(shí)驗采用新疆夏子街鈉土，按標(biāo)準(zhǔn) 《SY/T 5971-94注水用黏土穩(wěn)定劑性能評價方法》在60℃/16 h測定模擬地層水和蒸餾水體系的巖石抑制性分別為96.67%和91.67%，數(shù)據(jù)表明修井液漏失后黏土的水化抑制性好，黏土水化膨脹可控。

3.4 穩(wěn)定泡沫的懸砂性能

按照 《SY/T 5185-2008礫石充填防砂水基攜砂液性能評價方法》，常壓采用10～20目石英砂在60℃水浴中，對表2中8號配方?jīng)_砂液體系懸砂性能進(jìn)懸浮能力評價，體系沉降速度為8.6×10-5m/s，具有良好的懸浮能力，可以有效攜帶并清除井下砂礫和堵塞物。

3.5 穩(wěn)泡助排劑界面張力測定

穩(wěn)泡助排劑利用表面活性劑間的協(xié)同效應(yīng)增加活性分子間的吸附強(qiáng)度，提高氣泡表面液膜吉布斯彈力穩(wěn)定泡沫；降低入井液的表面張力和與巖石的接觸角，減小毛細(xì)管阻力預(yù)防水鎖和圈閉堵塞現(xiàn)象，更大限度恢復(fù)儲層連通性。按標(biāo)準(zhǔn) 《SY/T 5370-1999表面及界面張力測定方法》，以煤油為介質(zhì)在60℃下，對比模擬地層水和地層水配制沖砂液基液油水界面張力變化，如表3所示。

數(shù)據(jù)表明，體系界面張力較低，能夠減小同等流動狀態(tài)下油滴在水中直徑，降低產(chǎn)出液在儲層中毛細(xì)管阻力，防止賈敏和水鎖的發(fā)生，有效解決進(jìn)入儲層流體的快速返排問題。

3.6 破膠劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的選擇

低壓泡沫沖砂液破膠劑采用過氧及氧氯化合物的復(fù)合體系，對天然聚合物、人工合成聚合物進(jìn)行有效降解、液化和分散處理，達(dá)到近井地帶泥餅的清除作用。根據(jù)應(yīng)用區(qū)塊儲層溫度和不同作業(yè)時間，評價了60℃低壓井泡沫沖砂液加入破膠劑后溶液中聚合物大分子降解斷鏈為小分子后溶液表觀黏度變化，判斷聚合物降解程度，如圖3所示。

圖3 體系加入破膠劑后，不同時間黏度變化

圖3說明低壓井泡沫沖砂液體系在60℃破膠劑濃度為1%～2%的溶液中4 h完全降解，黏度與水接近完。作業(yè)設(shè)計參數(shù)破膠劑使用濃度2%，破膠時間4h。

3.7 低壓井泡沫沖砂液暫堵性能及返排滲透率恢復(fù)評價

參考石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《SY/T 5345-2007巖石中兩相相對滲透率測定方法》，測定原始?xì)庀酀B透率→模擬地層水飽和→測定水飽和后氣相滲透率恢復(fù)值（圖4）→正向驅(qū)替水飽和巖心→5 MPa、60℃封堵污染巖心3 h→測定0.8 MPa、1.5 MPa、2.5 MPa和3.5 MPa恒壓30 min反向氣相滲透率與水飽和后滲透率值并對比 （圖5）→正向驅(qū)替水飽和巖心→正向注入5PV破膠劑→破膠浸泡60℃/4h→測定反向驅(qū)替氣相滲透率恢復(fù)值（圖5）。

模擬地層水飽和巖心后測定巖心滲透率恢復(fù)值與原始滲透率對比（圖4），滲透率恢復(fù)數(shù)據(jù)表明：巖心滲透率越小，水飽和后滲透率恢復(fù)值越低，作業(yè)中低滲透儲層容易產(chǎn)生水鎖問題；實(shí)驗中可見，低固相泡沫沖砂液侵入巖心深度約1.5 cm，整個驅(qū)替過程無漏失；反相驅(qū)提突破壓力小于1 MPa,3.5 MPa反相氣驅(qū)滲透率恢復(fù)值（以水飽和后恢復(fù)值對比），恢復(fù)值均高于90%；破膠劑反相驅(qū)替浸泡污染巖心，能夠?qū)ψ鳂I(yè)過程中形成的泥餅進(jìn)行有效破膠清除，滲透恢復(fù)率略有提高。

圖4 不同滲透率巖心水飽和后氣相滲透率恢復(fù)值

圖5 0.55 g/cm3沖砂液封堵后反相驅(qū)替滲透率恢復(fù)值

圖6 壓差5 MPa、60℃封堵污染巖心3 h巖心照片

4 應(yīng)用

截止到目前，該低壓泡沫沖砂液在渤海和南海東部油田不同作業(yè)類型井應(yīng)用13井次。典型作業(yè)井如XJ24-3 A08ST2井：該井生產(chǎn)套管"、完井深3075 m、垂深2011.3 m、最大井斜92.58°、最大狗腿度7.83°/30 m；儲層屬細(xì)粒長石石英砂巖、溫度86.25℃、滲透率864～3356 mD、孔隙度15%～20%。 2012年3月該井出砂關(guān)井不能生產(chǎn)，同年5月16至24日采用120 m3泡沫沖砂液配合1.5 in連續(xù)油管進(jìn)行沖砂，沖砂過程監(jiān)測無漏失，作業(yè)時返出泡沫沖砂液攜帶大量細(xì)粉砂,最終順利沖砂至目的層。沖砂完成后注入破膠劑后產(chǎn)生漏失約8 m3/h,修井完成后當(dāng)天恢復(fù)25.4 m3/d產(chǎn)量。

5 結(jié)論

（1）低壓井泡沫沖砂液具有良好的黏土抑制性、懸砂性和較低的界面張力，能夠防止黏土水化、確保沖砂井底泥砂的有效攜帶和后期快速返排，保證修井后產(chǎn)能恢復(fù)。

（2）低壓井泡沫沖砂液在儲層60℃、壓差5 MPa條件下污染巖心3 h，封堵無漏失。體系對滲透率681 mD以下巖心，具有良好的封堵性能，3.5 MPa反向氣驅(qū)后滲透率恢復(fù)值90%以上。

（3）破膠劑能夠?qū)_砂液進(jìn)行有效破膠，提高儲層滲透率恢復(fù)值，破膠率接近100%。

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