衰竭氣藏儲氣庫絨囊修井液暫堵技術評價與應用

沈云波，于曉明，劉 鋒，張家富，李 兵，魏攀峰

(1中石油長慶油田分公司氣田開發(fā)處 2低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室 3中石油長慶油田儲氣庫管理處 4中石油長慶油田采氣六廠 5中石油長慶油田分公司油氣工藝研究院 6中國石油大學油氣資源與探測國家重點實驗室·北京 7北京力會瀾博能源技術有限公司)

儲氣庫注采井是天然氣儲氣庫體系中重要一環(huán)，為庫內氣體注采提供流動通道[1]。儲氣庫注采井運營模式不同于常規(guī)氣井，需實現周期性注入和采出過程，井內流體介質具有雙向流動特征[2]。生產中后期，氣井管柱在多周期交變應力載荷影響下易發(fā)生氣竄、腐蝕等損害，需定期開展修井作業(yè)[3]。且特殊調控制度下僅注氣期可實施修井[4]，導致儲氣庫注采井修井期間地層壓力系數低但持續(xù)升高，井筒流體漏失控制與儲層保護要求同樣苛刻。

常規(guī)低壓氣井使用清水實施壓井，但衰竭氣藏儲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。國內外最早引入超細水泥[5]解決儲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)注采能力恢復要求。使用凍膠[6]、固化水[7]等手段，滿足地層壓力升高時暫堵穩(wěn)定性要求，但作業(yè)后返排徹底困難，氣層傷害風險較高?？梢?，衰竭氣藏儲氣庫注采井修井要求面對地層壓力動態(tài)變化封堵效果穩(wěn)定，作業(yè)結束后暫堵結構解除徹底，保證地層氣體雙向流動能力快速恢復。

絨囊流體是在模糊封堵理論指導下開發(fā)的一種無固相封堵體系[8]。流體中不同尺度囊泡結構在漏失壓差下進入地層漏失通道，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現力學平衡，提高地層承壓能力[9]。已先后應用煤層[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，實現儲氣庫注采井注氣期動態(tài)暫堵。

一、實驗研究

在直徑38 mm、長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，現場配制流體密度0.84～0.94 g/cm3，表觀黏度35～65 mPa·s，塑性黏度20～40 mPa·s，動塑比0.80～1.20 Pa/mPa·s。

1.暫堵結構提高承壓效果評價

以穩(wěn)定流速0.5 mL/min將絨囊修井液注入裂縫至驅壓達20 MPa，記錄驅壓及出口流量，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，驅壓升至21.75～21.85 MPa，出口累計流量升至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壓與出口累計流量實驗數據

2.承壓能力動態(tài)調整效果評價

以穩(wěn)定流速0.5 mL/min將絨囊修井液反向注入裂縫至驅壓達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)測驅壓、入口與出口液體流量等數據，見表2。

表2中，三種高度裂縫出口回壓從0.5 MPa逐級升至2.5 MPa時，入口累計補液量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壓與兩端進出液量實驗數據

3.地層滲流能力恢復效果評價

目前致密氣藏儲層傷害評價方法多樣，選擇恒壓法開展實驗評價。以氮氣為介質，恒定壓力1 MPa測定裂縫正反向氣測滲透率大小，正向注入絨囊修井液至驅壓達20 MPa后，卸除驅壓，反向驅替氮氣至出口無液體流出，記錄氮氣滲透率大小。裂縫換向后重復滲透率測定步驟，實驗數據見表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數據

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

二、現場應用

1.衰竭氣藏儲氣庫注采井S2X井現場應用

儲氣庫注采井S2X井完鉆井深約3 500 m，生產后期轉為儲氣庫注采井。至2016年氣井地層壓力系數0.59，井口油套壓力20.6 MPa，計劃修井。修井期間附近鄰井連續(xù)注氣，預計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]衰竭氣藏儲氣庫井儲層保護苛刻，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)累計補充絨囊修井液約35 m3，平均漏速低于0.25 m3/h。修井結束后連續(xù)氣舉1 d，地層液體返排率達96%，后續(xù)氣井注采能力恢復順利。

2.衰竭氣藏儲氣庫注采井G2Y井現場應用

儲氣庫注采井G2Y井人工井底約3 550 m，2003年地層壓裂酸化后投產，地層壓力系數0.69，日產氣穩(wěn)定在20×104m3，計劃修井。修井期間附近3口氣井持續(xù)注氣導致地層壓力緩慢升高，使用絨囊修井液實施暫堵。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35 d修井作業(yè)累補充絨囊修井液60 m3，控制平均漏速低于0.50 m3/h。修井結束后氣舉1 d后地層液體返排率近95%，關井7 d產氣能力恢復至作業(yè)前水平。

三、討論與分析

1.暫堵結構提高承壓效果分析

以驅壓、出口累計流量表征暫堵結構堆積效果，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壓與出口累計流量隨時間變化圖

圖1中，伴隨絨囊修井液注入，驅壓先緩慢升高再快速爬升，出口累計流量先快速升高后放緩至穩(wěn)定不變。實驗中裂縫長度60 mm、驅壓升至20 MPa用時90～120 min，計算平均增壓速率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場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.承壓能力動態(tài)調整效果分析

對比實驗中回壓增大時，裂縫驅壓、進口累計補液、出口累計出液量等參數變化規(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逐級升至2.5 MPa，驅壓增幅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，裂縫入口累計補液量0.005～0.007 mL，出口無液量流出，凈補液量0.005～0.007 mL，占已注入流體總體積0.1%～0.3%。實驗表明，地層壓力升高時，裂縫補充少量絨囊修井液后維持承壓穩(wěn)定?，F場S2Y井、G2X井暫堵后21～35 d修井期間，面對附近氣井連續(xù)注氣致地層壓力升高1～3 MPa，囊泡結構緩慢自降解降低承壓強度等變化，間斷補充絨囊修井液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氣庫注采井修井中承壓穩(wěn)定，且通過補液措施可實現動態(tài)封堵。

3.地層滲流能力恢復效果分析

以實驗中裂縫正反向滲透率恢復率分別表征注氣通道、產氣通道恢復效果，如圖3。

圖3 三種高度裂縫正/反向滲透率恢復率分布圖

圖3中，三種高度裂縫反向滲透率恢復率95.32%～97.29%，正向滲透率恢復率93.09%～96.30%，均大于90%，表明裂縫雙向氣體流動能力恢復快速?，F場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，日產氣量均值32.7×104m3，修井后日注氣量均值73.4 m3，日產氣量均值31.9×104m3，恢復效果良好，絨囊修井液保護地層氣體雙向流動能力效果突出。

四、結論

(1)絨囊修井液通過在漏失通道中形成連續(xù)暫堵結構分解漏失壓力，實施暫堵。通過控制暫堵結構半徑調整封堵強度，實現壓力變化環(huán)境中動態(tài)封堵效果，滿足儲氣庫注采井注氣期修井作業(yè)漏失控制與儲層保護協(xié)調統(tǒng)一的要求。

(2)動態(tài)暫堵技術通過調控地層中絨囊流體體積，調整暫堵結構半徑，實現暫堵結構自降解時暫堵強度動態(tài)恢復效果，保留無固相堵劑儲層保護優(yōu)勢的同時，解決了體系暫堵強度低、穩(wěn)定性差的難點，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度，不僅僅與地層壓力相關，還與地層通道尺度、泵注參數等因素相關，下一步需研究承壓強度與地層、壓力、工藝等因素間定量關系，指導工藝優(yōu)化，進一步提高動態(tài)封堵技術應用效果。