多級粒徑防漏失高強(qiáng)度堵劑研究與應(yīng)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(nèi)一些疏松砂巖油氣藏，由于地層膠結(jié)疏松，非均質(zhì)性強(qiáng)，隨著區(qū)塊開發(fā)地層壓力下降，漏失現(xiàn)象嚴(yán)重，在封堵高水淹層時，堵劑在漏失通道漏失嚴(yán)重。無法在近井地帶駐留，堵劑大量流失，需經(jīng)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(fā)了高強(qiáng)度堵劑、強(qiáng)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(fù)封堵造成作業(yè)周期長、成本高等問題。根據(jù)調(diào)研國內(nèi)外相關(guān)資料，結(jié)合架橋堵漏和顆粒級配堵漏原理，研發(fā)了多級復(fù)合粒徑防漏失高強(qiáng)度堵劑，其具有更好的防漏失性能和較高的抗壓強(qiáng)度[1-4]。

1 多級粒徑防漏失高強(qiáng)度堵劑體系研制

1.1 多級粒徑顆粒型材料優(yōu)選

1）顆粒的粒徑越小，其比表面積就越大，固結(jié)強(qiáng)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(qiáng)度越低，其在漏失性地層駐留性就越好，在綜合考慮固結(jié)強(qiáng)度、級配顆粒大小等因素的基礎(chǔ)上，優(yōu)化選用了以下多級粒徑顆粒型材料[5]：①可固結(jié)支撐材料，可固結(jié)支撐材料是用高分子聚合物包覆的無機(jī)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(yǎng)護(hù)下可以固結(jié)，固結(jié)強(qiáng)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(xì)水泥顆粒，超細(xì)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(shù)量，提高堵劑抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B能力，固結(jié)強(qiáng)度18～25 MPa；③增強(qiáng)材料，增強(qiáng)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(qiáng)度和膠結(jié)強(qiáng)度，降低堵劑的滲透率，提高堵劑的耐久性，降低強(qiáng)度衰退。

2）優(yōu)選采用纖維為接著材料，通過不同纖維材料的室內(nèi)性能篩選實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合現(xiàn)場泵送安全性等因素，優(yōu)選了長度為3～5 mm的有機(jī)纖維材料，這種有機(jī)纖維材料表面經(jīng)親水處理，不結(jié)團(tuán)，易分散，與顆粒材料膠結(jié)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(xì)小的顆粒材料快速分散在其中，依靠其黏度使顆粒材料穩(wěn)定懸浮。其作用：一是懸浮固體顆粒材料，最終形成均勻穩(wěn)定的漿體；二是根據(jù)溫度要求調(diào)節(jié)懸浮劑配方，從而調(diào)節(jié)堵劑體系的固化時間，保證堵劑使用安全。

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

1.2 封堵機(jī)理

依據(jù)緊密堆積理論，以線性堆積模型和固相懸浮模型為基礎(chǔ)，利用合理的物料級配，粒徑互補(bǔ)[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(xì)管壓力防止竄流發(fā)生，同時還能夠補(bǔ)償堵劑凝結(jié)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(dāng)堵劑中粗固相顆粒在骨架上進(jìn)行填充時，形成堵塞隔墻，阻止堵劑中固相細(xì)顆粒的漏失和液相的濾失，最終在漏失通道口迅速形成結(jié)實(shí)的堵塞。微細(xì)顆粒填充在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及地層孔隙中凝固，形成高強(qiáng)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(qiáng)度堵劑性能評價

在性能評價中，多級粒徑防漏失高強(qiáng)度堵劑組分為：100 mL的清水中，首先加入0.1%發(fā)泡劑+2.5%調(diào)節(jié)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(xì)水泥+10%增強(qiáng)材料+15%可固結(jié)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(qiáng)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(guī)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(xì)水泥堵劑和多級粒徑防漏失高強(qiáng)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(nèi)堵劑漏過砂子的濾失量,結(jié)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(qiáng)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(qiáng)度堵劑的砂床漏失評價實(shí)驗(yàn)

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(diào)節(jié)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(qiáng)度堵劑的稠化時間大于6 h，完全可以保障現(xiàn)場施工安全。

2.3 抗壓強(qiáng)度

將配制好的堵劑放入TG-1280DA養(yǎng)護(hù)箱，在70℃水浴中常壓養(yǎng)護(hù)72h，測抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見圖1。

圖1 可固結(jié)支撐劑加量為15%的抗壓強(qiáng)度曲線

填充材料在顆粒之間的孔隙，使之更加致密、強(qiáng)度更高，最后形成具有高強(qiáng)度的石狀固體，在固結(jié)支撐劑加量在15%時，堵劑抗壓強(qiáng)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(shù)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(jié)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(jìn)行有效充填，造成堵劑浪費(fèi)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(huán)洗井，上提管柱至安全高度，關(guān)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(guān)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(guān)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(dāng)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(hù)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(xiàn)封隔器無法順利解封的情況，易造成嚴(yán)重井下事故，為避免此類情況的出現(xiàn)，需應(yīng)用插管橋塞進(jìn)行高壓擠注。

4 現(xiàn)場應(yīng)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(yīng)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(chǎn)層位為NgIII 25#層1 406.7～1 409.0 m,初期產(chǎn)液量不高，日產(chǎn)液量3.3 m3，日產(chǎn)油2.1 m3，含水37%。投產(chǎn)10天后含水量突然上升，日產(chǎn)液量12.4 m3，日產(chǎn)油0.2 m3，含水98%。根據(jù)甲方要求，對該井NgIII 25#層進(jìn)行二固封竄，配制多級粒徑防漏失高強(qiáng)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(fù)射投產(chǎn)，措施后初期日產(chǎn)液量6.6 m3，日產(chǎn)油4.3 t,含水35%。

表2 多級粒徑防漏失高強(qiáng)度堵劑現(xiàn)場應(yīng)用部分情況表

5 結(jié)論

1)多級粒徑防漏失高強(qiáng)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(qiáng)度堵劑稠化時間大于6 h，抗壓強(qiáng)度大于24 MPa，該體系可以在漏失通道口快速形成結(jié)實(shí)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(jìn)行了23口井的現(xiàn)場試驗(yàn)，施工成功率100%，有效率87%，表明多級粒徑防漏失高強(qiáng)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(yīng)性，應(yīng)大規(guī)模推廣應(yīng)用。