抗高溫復(fù)合暫堵劑在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中的應(yīng)用

李康

（中國海洋石油國際有限公司，北京 100028）

隨著國內(nèi)油氣資源需求上漲，油氣勘探開發(fā)進(jìn)程逐步加快，以往被擱置的復(fù)雜井開發(fā)逐漸提上日程，其中漏失復(fù)雜最為常見，也最容易引發(fā)其他復(fù)雜問題，例如井壁穩(wěn)定、儲(chǔ)層污染等。為解決鉆井液漏失問題，防漏堵漏材料的研制是關(guān)鍵[1-3]。傳統(tǒng)的架橋堵漏材料（果殼、核桃殼、云母、石灰石、貝殼、纖維等）不具備自適應(yīng)特性[4-5]；吸液（水或油）膨脹類堵漏材料因其尺寸可調(diào)適應(yīng)多種漏失地層，但難以控制膨脹時(shí)間，且膨脹后的強(qiáng)度與傳統(tǒng)堵漏材料差距較大，單一使用承壓能力偏弱[6-7]；化學(xué)凝膠類堵漏劑在汲取了吸液膨脹材料適應(yīng)性優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也解決了其強(qiáng)度不足的缺陷，但存在現(xiàn)場施工工藝復(fù)雜、施工風(fēng)險(xiǎn)高的問題[8-9，11]。因此，為了增加堵漏材料在裂縫中的滯留能力，提高堵漏材料致密承壓封堵能力，降低堵漏材料對儲(chǔ)層的損害，擬開展抗高溫復(fù)合暫堵劑研究。

1 暫堵劑的優(yōu)選

暫堵劑的性能表征方法一般包括：分散性能測試、承壓能力測試、摩擦系數(shù)測試、抗溫性能測試以及酸溶性能測試[6-9]，室內(nèi)選用水鎂石纖維、菱錳礦石、方解石和吸水樹脂按不同質(zhì)量比進(jìn)行復(fù)配，得到六種復(fù)合暫堵劑（表1），并對其性能進(jìn)行了對比表征。

表1 復(fù)合暫堵劑組成

1.1 分散性能

堵漏材料在鉆井液中應(yīng)具有良好的分散性，避免在配漿罐或環(huán)空井筒中發(fā)生漂浮、沉降或團(tuán)聚，影響堵漏作業(yè)效果[6]。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)采用分散度法對所研制的六種暫堵劑進(jìn)行了對比評價(jià)，分散度越大，分散性能越好，評價(jià)結(jié)果見圖1。

由圖1 結(jié)果可知，復(fù)合暫堵劑A 和F 的分散性能達(dá)到88%，效果最佳；復(fù)合暫堵劑B 的分散性能相對較差。一方面與水鎂石纖維組分有關(guān)，纖維組分越多，形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的能力越強(qiáng)，懸浮顆粒狀暫堵材料的能力越強(qiáng)，表現(xiàn)為更好的分散性能；另一方面，吸水樹脂含量越高，分散性能相對提升，但菱錳礦石含量越高，懸浮穩(wěn)定性會(huì)有所下降。

圖1 暫堵劑分散性能對比

1.2 承壓能力

暫堵劑具備堵漏劑的屬性，應(yīng)具有較高的承壓能力，在封堵漏層減少漏失的同時(shí)還需保證封堵層具備高強(qiáng)度，防止持續(xù)高壓環(huán)境出現(xiàn)復(fù)漏的情況[10]。室內(nèi)在聚磺鉆井液基礎(chǔ)上加入六種暫堵劑材料，利用高壓砂床實(shí)驗(yàn)評價(jià)承壓能力，其評價(jià)結(jié)果見圖2。

圖2 暫堵劑承壓能力對比

由圖2 結(jié)果可知，復(fù)合暫堵劑A 的承壓能力達(dá)到9.8 MPa，效果最佳；復(fù)合暫堵劑C 的承壓能力最弱，僅6.5 MPa。水鎂石纖維相對組分越多，形成的暫堵層韌性越強(qiáng)，承壓能力越強(qiáng)；其次是方解石組分越多，暫堵層越致密；而吸水樹脂組分越多，承壓會(huì)有所下降。

1.3 摩擦系數(shù)

暫堵劑還需具備高摩擦系數(shù)，即高粗糙度。這樣有利于材料在縫間“站住”，避免隨壓力傳導(dǎo)向深部運(yùn)移，不利于后期酸化解堵；另外高粗糙度有利于形成結(jié)構(gòu)強(qiáng)的網(wǎng)鏈，不容易在強(qiáng)剪切應(yīng)力下斷裂，承壓能力更優(yōu)。此外，當(dāng)材料具有較高的摩擦系數(shù)時(shí)，有助于增加封堵層與裂縫壁面之間的摩擦力，從而有利于在裂縫端口形成封堵層，越有利于裂縫的閉合及抑制裂縫尖端的擴(kuò)展，也更容易解堵[9]。暫堵劑摩擦系數(shù)對比見圖3。

圖3 暫堵劑摩擦系數(shù)對比

由圖3 結(jié)果可知，復(fù)合暫堵劑A 的摩擦系數(shù)達(dá)到0.52，效果最佳；復(fù)合暫堵劑C 的摩擦系數(shù)最小，僅0.35。分析發(fā)現(xiàn)，水鎂石纖維、方解石和吸水樹脂相對組分越多，摩擦系數(shù)越大；而菱錳礦石相對組分越多，摩擦系數(shù)越小。

1.4 抗溫性能

以目標(biāo)溫度老化后暫堵劑的質(zhì)量保留率為指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)評價(jià)其抗溫能力。方法及步驟如下：取一定質(zhì)量的暫堵劑加入到350 mL 聚磺鉆井液中，180 ℃老化后過篩、洗滌、烘干，測量老化后暫堵劑的殘余質(zhì)量并計(jì)算其占原始質(zhì)量的百分比，結(jié)果見圖4。

由圖4 結(jié)果可知，復(fù)合暫堵劑A 的質(zhì)量保留率最高，達(dá)到97.9%，抗溫性能最佳；復(fù)合暫堵劑C 的質(zhì)量保留率最低，僅76.8%。水鎂石纖維、菱錳礦石、方解石均為惰性固相，除少量有機(jī)膠結(jié)質(zhì)不耐溫外，基本不受180 ℃高溫影響；而吸水樹脂在高溫老化后有所降解，含量越高，質(zhì)量保留率相對越低。

圖4 暫堵劑質(zhì)量保留率對比

1.5 酸溶性能

儲(chǔ)層裂縫是油氣滲流的主要通道，決定著油氣藏開發(fā)的效果和經(jīng)濟(jì)性，但是儲(chǔ)層裂縫也會(huì)導(dǎo)致鉆井液漏失，在儲(chǔ)層段發(fā)生漏失后需采用堵漏材料對儲(chǔ)層進(jìn)行封堵，防止鉆井液漏失造成的儲(chǔ)層損害，油氣井投產(chǎn)后采用酸化等措施進(jìn)行解堵，恢復(fù)儲(chǔ)層產(chǎn)能[9]。由此要求儲(chǔ)層暫堵劑具有較高的酸溶率以便于后期的酸化解堵，該儲(chǔ)層暫堵劑的酸溶率見圖5。

由圖5 結(jié)果可知，復(fù)合暫堵劑A 的酸溶率最高，達(dá)到93.2%；而復(fù)合暫堵劑C 的酸溶率最低，僅64.6%。這是由于水鎂石纖維和方解石基本能百分百酸溶，僅少量膠結(jié)質(zhì)不溶；菱錳礦石酸溶率受其中碳酸錳組分影響，酸溶率略低于方解石；而吸水樹脂基本不溶于酸。

圖5 暫堵劑酸溶率對比

上述性能表征實(shí)驗(yàn)表明，所研制的復(fù)合暫堵劑A的抗溫能力可達(dá)180 ℃，同時(shí)具有良好的分散性能及酸溶性能，摩擦系數(shù)較大，承壓強(qiáng)度較高。

2 暫堵劑封堵性能評價(jià)

基于所研制的復(fù)合暫堵劑，復(fù)配橋接堵漏材料，通過井筒壓力恢復(fù)速率實(shí)驗(yàn)和堵漏效果評價(jià)實(shí)驗(yàn)，評價(jià)該暫堵劑封堵性能。

萬歷二年(1574)，張?zhí)鞆?fù)去世，徐渭悲痛欲絕，作《祭張?zhí)臀摹罚骸班岛?！公之活我也，其?wù)合群喙而為之鳴，……其同心戮力而不貳，……夫以公德于某者若此，即使公在，某且不知所以自處，而公今歿矣，將何以為酬也！嗟乎！此某雖不言，而寸心之恒，終千古以悠悠也?！盵1]664徐渭回憶起純厚好施天復(fù)，待己如兄長一般的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，對自己以后的生活感到了一絲的迷惘，發(fā)出了“夫以公德于某者若此，即使公在，某且不知所以自處，而公今歿矣，將何以為酬也”的感嘆。

2.1 井筒壓力恢復(fù)速率評價(jià)實(shí)驗(yàn)

不同堵漏材料所形成的封堵層其井筒壓力恢復(fù)速率是不同的。井筒壓力（實(shí)驗(yàn)壓力）恢復(fù)速率快，說明封堵層形成所用時(shí)間較短，所形成的封堵層較為致密，可使井筒壓力迅速建立，可評價(jià)堵漏漿瞬時(shí)堵漏效果。因此，通過高溫高壓堵漏儀實(shí)驗(yàn)評價(jià)不同堵漏漿的井筒壓力恢復(fù)速率，評價(jià)不同堵漏漿的瞬時(shí)堵漏效果。各堵漏漿配方見表2。

表2 堵漏漿配方

各配方堵漏漿的井筒壓力恢復(fù)速率曲線（實(shí)驗(yàn)壓力10 MPa）見圖6。

圖6 井筒壓力恢復(fù)速率曲線（實(shí)驗(yàn)壓力10 MPa）

由圖6 可知，單獨(dú)使用橋接堵漏材料時(shí)井筒壓力恢復(fù)時(shí)間較長為420 s，橋接堵漏材料與復(fù)合暫堵劑A復(fù)配使用時(shí)井筒壓力恢復(fù)時(shí)間顯著縮短為140 s，井筒壓力恢復(fù)速率最快，封堵層最為致密，堵漏效果最好。

2.2 堵漏效果評價(jià)實(shí)驗(yàn)

室內(nèi)對復(fù)合暫堵劑A 封堵裂縫的能力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)評價(jià)（表3）。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)使用橋接堵漏材料可封堵5～10 mm 及10～15 mm 裂縫，但承壓能力較低，繼續(xù)加壓封堵層被突破；而加入復(fù)合暫堵劑A 后可有效封堵10～15 mm 及5～10 mm 裂縫，承壓能力可達(dá)20 MPa，加壓過程中無壓力突破現(xiàn)象，漏失量均較低。堵漏效果評價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入所研制的復(fù)合暫堵劑A，可顯著提高堵漏材料在裂縫中滯留能力，有助于形成致密封堵層。

表3 暫堵劑堵漏效果評價(jià)

3 現(xiàn)場應(yīng)用

伊拉克M 油田某井215.9 mm 井段（碳酸鹽巖儲(chǔ)層位）鉆進(jìn)時(shí)，發(fā)生了嚴(yán)重的漏失，考慮到未達(dá)靶點(diǎn)目標(biāo)和可能存在的儲(chǔ)層損害問題，采用復(fù)合暫堵劑A 對該漏失層位進(jìn)行暫堵作業(yè)，施工步驟及作業(yè)效果如下：

（1）下光鉆桿至漏層頂部：下鉆期間打通鉆具，環(huán)空灌滿鉆井液，保障井控安全；

（2）期間保證固井泵車與井筒環(huán)空之間連通，并做好試壓工作；

（4）按照配方10%橋接堵漏材料+5%復(fù)合暫堵劑A 配制堵漏液30 m3，累計(jì)泵入堵漏液20 m3；

（5）頂替結(jié)束后，迅速拆卸頂驅(qū)，勻速起鉆至上層套管鞋，期間環(huán)空保持連續(xù)灌入鉆井液；隨后停泵靜置堵漏，期間密切觀察井筒液面，環(huán)空間隙灌入壓井液，測得靜漏0.15 m3/h；

（6）在管鞋處大排量循環(huán)，循環(huán)池液面穩(wěn)定，無漏失；

（7）關(guān)防噴器和鉆具循環(huán)頭考克閥，用固井泵從環(huán)空逐步擠注壓井液，每344.7 kPa 壓力一個(gè)臺(tái)階，穩(wěn)壓5 min，持續(xù)升壓至3 447 kPa，壓力穩(wěn)定，累計(jì)漏失和擠注儲(chǔ)層裂縫暫堵液5.2 m3；

（8）開防噴器，觀察環(huán)空液面穩(wěn)定，下鉆至漏層，循環(huán)，逐步提高排量至正常作業(yè)排量滿足后續(xù)作業(yè)需要，暫堵作業(yè)成功；

（9）循環(huán)至返出干凈后，停泵，起出堵漏鉆具，組合定向鉆進(jìn)鉆具，后續(xù)鉆進(jìn)作業(yè)順利。

本次橋接堵漏劑搭配復(fù)合暫堵劑A 的堵漏配方施工效果較好，可繼續(xù)試用并逐步推廣至其他區(qū)塊碳酸鹽巖裂縫儲(chǔ)層堵漏施工。

4 結(jié)論

（1）研制了一種抗高溫復(fù)合暫堵劑A，其抗溫能力可達(dá)180 ℃，具有良好的分散性能和酸溶性能，摩擦系數(shù)較大，承壓強(qiáng)度較高。

（2）基于所研制的復(fù)合暫堵劑A，開展了井筒壓力恢復(fù)速率實(shí)驗(yàn)和堵漏效果評價(jià)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)復(fù)合暫堵劑A 可增加堵漏材料與裂縫壁面間的摩擦力，有效提高暫堵材料在裂縫中的“站住”能力，堵漏效率大大提高。

（3）復(fù)合暫堵劑A 酸溶率高達(dá)93.2%，在堵得住的同時(shí)也能保證解得開，對裂縫性碳酸鹽巖儲(chǔ)層友好。

（4）復(fù)合暫堵劑A 在伊拉克M 油田裂縫性漏失堵漏中的成功應(yīng)用，為碳酸鹽巖儲(chǔ)層堵漏方案提供了新的選擇。