許明標(biāo),趙明琨,侯珊珊,由福昌,舒曼,吳宇

(1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院,湖北 武漢 430100;2.中國(guó)石化重慶涪陵頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)有限公司,重慶 408014;3.荊州嘉華科技有限公司,湖北 荊州 434000)

0 引言

重慶涪陵工區(qū)頁(yè)巖氣田是首個(gè)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū),主要目的層為志留系龍馬溪組、奧陶系五峰組,所使用鉆井液體系為油基鉆井液.隨著頁(yè)巖氣鉆探工作從焦石區(qū)塊逐漸轉(zhuǎn)至水江-平橋區(qū)塊,且由于水江-平橋區(qū)塊三開(kāi)井段龍馬溪組目的層壓力系數(shù)高,存在噴漏同層,油基鉆井液在該井段鉆井作業(yè)中漏失情況出現(xiàn)得越來(lái)越頻繁,大大增加了鉆井成本,嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度[1-6].

目前國(guó)內(nèi)針對(duì)適用于油基鉆井液的堵漏材料及配套應(yīng)用體系研究極少,現(xiàn)場(chǎng)多采用親水性堵漏材料,堵漏成功率低;且這些材料與油基鉆井液配伍性差,不僅導(dǎo)致封堵效果不理想,長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)還會(huì)破壞油基鉆井液性能,帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)損失[7-9].因此,需要開(kāi)展針對(duì)涪陵工區(qū)油基鉆井液體系的堵漏技術(shù)研究,開(kāi)發(fā)出與油基鉆井液配伍性好、性能穩(wěn)定、封堵能力強(qiáng)的堵漏材料[10-15],為解決涪陵工區(qū)水平井油基鉆井液鉆井漏失問(wèn)題提供技術(shù)支撐.

1 涪陵工區(qū)堵漏難點(diǎn)

1)現(xiàn)場(chǎng)堵漏材料與油基鉆井液配伍性差.常規(guī)橋架堵漏材料的主要成分為親水性材料,與油基鉆井液配伍性差,長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)會(huì)破壞油基鉆井液性能,而國(guó)內(nèi)針對(duì)油基鉆井液的橋架堵漏材料和配套應(yīng)用體系研究極少.

2)安全密度窗口窄.涪陵工區(qū)三開(kāi)目的層壓力系數(shù)高,存在噴漏同層,地層坍塌壓力與漏失壓力的差別小,導(dǎo)致鉆井液密度可變范圍很小,容易壓井壓漏,堵漏成功率低.

3)微孔微裂縫漏失地層封堵困難.由于常規(guī)封堵材料粒徑級(jí)配不足,不能有效密實(shí)封堵,堵漏顆粒與微裂縫的匹配能力較差,容易導(dǎo)致重復(fù)性漏失.

4)經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題.國(guó)外已有油田服務(wù)類(lèi)公司研究出與油基鉆井液配伍性良好的相關(guān)復(fù)合堵漏劑,但產(chǎn)品價(jià)格昂貴,如果現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用國(guó)外的復(fù)合堵漏劑,無(wú)疑會(huì)增加涪陵工區(qū)頁(yè)巖氣開(kāi)采的成本.

為解決上述問(wèn)題,達(dá)到降本增效的要求,研究出與油基鉆井液配伍、封堵性好、堵漏成功率高、經(jīng)濟(jì)效益良好的堵漏材料,已成為當(dāng)務(wù)之急.因此,筆者開(kāi)展了室內(nèi)油基鉆井液體系堵漏技術(shù)研究,開(kāi)發(fā)了一種高效油基鉆井液用橋架堵漏劑DualGUARD.該堵漏劑已在焦頁(yè)185-3F,197-1HF,198-2HF井成功應(yīng)用,取得了較好的堵漏效果.

2 油基橋架堵漏劑性能及堵漏機(jī)理

2.1 性能特點(diǎn)

油基橋架堵漏劑以親油類(lèi)材料、高強(qiáng)度顆粒和片狀材料為主,并引入纖維類(lèi)材料及酸溶性礦物質(zhì)剛性材料及超細(xì)活性物質(zhì),按照不同的粒徑、形狀和比例配制而成.該堵漏劑具有良好的親油性,各組分均與油基鉆井液體系配伍性良好,在70～150℃條件下性能穩(wěn)定,具有良好的韌性和抗壓強(qiáng)度,砂床及裂縫承壓能力達(dá)到7.0 MPa以上,且封堵層抗返排能力強(qiáng),井底壓力發(fā)生波動(dòng)時(shí),堵漏材料返吐現(xiàn)象少,顯著提高了堵漏的成功率,能夠較好地滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)施工要求.其主要技術(shù)特點(diǎn)有5個(gè)方面:

1)對(duì)鉆井液流變性能影響小,且長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)不影響鉆井液性能;表觀黏度增黏幅度小于10%;對(duì)油基鉆井液破乳電壓ES影響小(ES≥400 V).

2)擁有6目以細(xì)的多種粒徑,多元化的材料類(lèi)型和廣泛的粒徑分布,使該堵漏劑能夠快速侵入到不同大小的裂縫中去,具有極其有效的封堵性能;可用于封堵1～2,2～4,4～8 mm砂床及1,2,3 mm裂縫.

3)抗溫70～150℃,封堵承壓7.0～10.0 MPa.

4)兼容性較好,不溶于油和水,不會(huì)污染鉆井液,具有較好的環(huán)保性能,且其熱穩(wěn)定性強(qiáng),長(zhǎng)時(shí)間在高溫高壓下工作,材料不易變形.

5)屬于通用型堵漏劑,既可隨鉆堵漏,又可段塞堵漏,為一袋式復(fù)合堵漏材料,操作簡(jiǎn)單,使用方便,適用于不明漏失原因情況下的"急救段塞".

2.2 堵漏機(jī)理

該油基橋架堵漏劑主要由親油類(lèi)材料、高強(qiáng)度大顆粒和片狀材料等組成架橋粒子,當(dāng)堵漏漿進(jìn)入地層漏失通道時(shí),其能在狹窄部位及雜亂不平的粗糙表面進(jìn)行掛阻并"架橋",形成段塞.首先,堵漏液中的小片狀材料和小顆粒材料,在壓差的作用下對(duì)"橋架"中的微小孔道和地層中的原有小裂縫進(jìn)行嵌入和堵塞;其次,柔性纖維材料則在濾餅中起到了強(qiáng)勁的拉筋纏繞作用,通過(guò)多點(diǎn)吸附來(lái)增加封堵強(qiáng)度;最后,由酸溶性的剛性材料及超細(xì)活性物質(zhì)組成填充粒子進(jìn)一步填充孔隙,降低封堵層的滲透率,阻止濾液滲入.另外,堵漏材料中還含有彈性顆粒,能夠在漏層開(kāi)啟時(shí)產(chǎn)生形變,再次封堵漏層,避免了因起下鉆激動(dòng)壓力情況下的大返吐,進(jìn)一步提高封堵段的承壓能力[16-17].

3 油基橋架堵漏劑室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

室內(nèi)對(duì)DualGUARD進(jìn)行了粒度分析,結(jié)果見(jiàn)表1.該劑粒徑分布廣泛,在現(xiàn)場(chǎng)堵漏施工過(guò)程中可根據(jù)具體情況(如漏失地層裂縫大小),對(duì)其粒徑分布進(jìn)行調(diào)整.

表1 DualGUARD粒度分布

3.1 油基鉆井液中性能評(píng)價(jià)及砂床實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)壓差的大小,對(duì)堵漏劑進(jìn)行了常溫常壓、高溫高壓及不同砂床粒徑下的堵漏實(shí)驗(yàn).室內(nèi)按照涪陵工區(qū)現(xiàn)場(chǎng)配方配制油基鉆井液,對(duì)比評(píng)價(jià)了油基橋架堵漏劑和現(xiàn)場(chǎng)常用堵漏劑與油基鉆井液的配伍性及常溫常壓砂床濾失量,結(jié)果見(jiàn)表2.由表2可知:油基橋架堵漏劑對(duì)油基鉆井液破乳電壓的影響很小,與鉆井液配伍性良好;但核桃殼類(lèi)堵漏劑則使破乳電壓明顯降低,加量為20%時(shí)破乳電壓低于基本值400 V,且現(xiàn)場(chǎng)堵漏劑的侵入深度明顯低于DualGUARD,易造成封門(mén),引起復(fù)漏.這都表明,DualGUARD的橋架封堵效果優(yōu)于常規(guī)核桃殼類(lèi)堵漏劑.

橋架堵漏劑配方:240 mL柴油+2.4%HIEMUL-B+0.6%HICOAT-B+1.5%CaO+2.5%MOGEL+3.0%HIFLO+60 mLCaCl2水+重晶石(密度為1.8 g/cm3).130℃老化16 h.堵漏實(shí)驗(yàn)條件:使用的砂床粒徑為2～4 mm,經(jīng)粗略估算,砂床粒徑所對(duì)應(yīng)的孔隙尺寸大約為砂床粒徑的1/3,即孔隙尺寸為0.6～1.3 mm,壓力0.7 MPa,儀器為砂床濾失儀.

表2 堵漏劑性能對(duì)比評(píng)價(jià)

3.2 高溫高壓堵漏性能評(píng)價(jià)

室內(nèi)對(duì)比評(píng)價(jià)了DualGUARD與國(guó)外堵漏劑VANGUARD的高溫高壓下堵漏效果(見(jiàn)表3).實(shí)驗(yàn)條件:130℃老化16 h,使用的砂床粒徑為4～8 mm,估算對(duì)應(yīng)的孔隙尺寸為1.3～2.6 mm,壓力7.0 MPa.由表3可以看出,DualGUARD對(duì)鉆井液破乳電壓無(wú)影響,且封堵效果顯著,加量10%時(shí)即達(dá)到承壓7.0 MPa,20%時(shí)承壓7.0 MPa且漏失量?jī)H為50 mL,明顯低于VANGUARD堵漏劑的漏失量,其封堵效果優(yōu)于國(guó)外堵漏劑.

表3 高溫高壓堵漏性能評(píng)價(jià)

3.3 裂縫堵漏實(shí)驗(yàn)

室內(nèi)對(duì)DualGUARD進(jìn)行了高溫高壓下2 mm裂縫堵漏實(shí)驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)圖1.由圖可以看出,加有20%DualGUARD的堵漏漿在90℃下通過(guò)架橋、纏繞和填充,能完全侵入裂縫,在裂縫中形成一道致密的封堵層,阻止濾液侵入,且能夠穩(wěn)壓7.0 MPa達(dá)30 min,具有較好的裂縫封堵效果.

圖1 裂縫堵漏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.4 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

室內(nèi)對(duì)DualGUARD進(jìn)行了熱滾穩(wěn)定性(熱滾溫度130℃)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià),結(jié)果見(jiàn)表4.由表4可看出,隨著熱滾時(shí)間的延長(zhǎng),油基鉆井液流動(dòng)狀態(tài)較好,未發(fā)生降解,破乳電壓均在1 000 V以上,電穩(wěn)定性較好.表明長(zhǎng)時(shí)間的熱滾條件下,該劑不影響油基鉆井液性能.

表4 堵漏劑穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

自2017年以來(lái),DualGUARD油基橋架堵漏劑及配套技術(shù)在涪陵頁(yè)巖氣田應(yīng)用3井次,均取得了較好的堵漏效果.

1)焦頁(yè)185-3HF井.該井三開(kāi)鉆至3 844 m時(shí)出現(xiàn)漏失,現(xiàn)場(chǎng)以中粗配合細(xì)顆粒堵漏劑為主堵漏漿進(jìn)行封堵作業(yè),主要封堵上部漏層(3 600～3 900 m),采用DualGUARD堵漏劑進(jìn)行承壓堵漏,成功封堵了3 600～3 900 m漏失段,提高了該封堵井段的承壓能力,且鉆進(jìn)過(guò)程中堵漏漿封堵井段無(wú)漏失,滿足了后續(xù)鉆進(jìn)的要求.

2)焦頁(yè)197-1HF井.該井三開(kāi)施工過(guò)程中鉆遇五峰組易垮地層,為防止五峰組垮塌,將鉆井液密度從1.51 g/cm3提至1.55 g/cm3,提高密度后,該井在井深為4 265.84,4 469.30,4 621.00 m處出現(xiàn)漏失,漏速3～12 m3/h.現(xiàn)場(chǎng)配制DualGUARD與其他剛性材料混合加量30%～40%堵漏漿,注入井內(nèi)70 m3,靜止擠堵,起鉆至堵漏漿液面上部,逐步開(kāi)泵至25～30 L/s循環(huán)無(wú)漏失.鉆進(jìn)過(guò)程中鉆井液密度穩(wěn)定,流變性也控制在穩(wěn)定的范圍內(nèi),井壁穩(wěn)定性好.

3)焦頁(yè)198-2HF井.該井三開(kāi)鉆至3176～3700 m,出現(xiàn)漏失,漏速3～34 m3/h,進(jìn)行堵漏施工一個(gè)月后仍未成功.現(xiàn)場(chǎng)使用DualGUARD油基橋架堵漏劑,配制密度為1.42 g/cm3的堵漏漿47.00 m3,光鉆桿下鉆至3 327 m,進(jìn)行全裸眼段封堵,后泵入10.00 m3密度為1.70 g/cm3的重漿壓水眼(實(shí)際裸眼段堵漏漿26.00 m3,套管內(nèi)堵漏15.00 m3).循環(huán)6 h后,進(jìn)行擠堵,泵壓6.0 MPa,穩(wěn)壓6.0 MPa,共計(jì)泵入0.52 m3,結(jié)合地漏測(cè)試的當(dāng)量密度為1.67 g/cm3,擠堵壓力提高到7.0 MPa,穩(wěn)壓7.0MPa,共計(jì)擠入0.60m3,10min壓降為0.1MPa,停泵靜堵10 h.靜堵結(jié)束,開(kāi)井前立管壓力為5.8 MPa,緩慢卸壓至壓力為0,返噴泥漿共計(jì)0.50 m3,下鉆到底,循環(huán)10 h至堵漏漿全部替出,未出現(xiàn)漏失.循環(huán)結(jié)束后,起鉆下入定向工具,下鉆到底,正常定向鉆進(jìn)至3 787 m,依然未出現(xiàn)漏失,堵漏成功.

5 結(jié)論

1)油基橋架堵漏劑DualGUARD解決了常用橋架堵漏材料與油基鉆井液不配伍的問(wèn)題,其與油基鉆井液配伍性良好;顆粒逐級(jí)架橋、纖維成網(wǎng)、逐級(jí)填充,在漏失壓差下形成韌性封堵層,堵漏成功率達(dá)到70%以上.該劑的研發(fā)為油基鉆井液堵漏材料及配套應(yīng)用體系的研究提供了方向,為解決油基鉆井液地層漏失問(wèn)題提供了技術(shù)支撐.

2)DualGUARD兼容性比較好,不溶于油、水和鉆井液,不會(huì)造成井污染;且其熱穩(wěn)定性強(qiáng),不易受外部環(huán)境的干擾,長(zhǎng)時(shí)間在高溫高壓下工作,材料不易變形,侵入裂縫中后漏層承壓能力會(huì)大大增強(qiáng),對(duì)于裂縫的封堵效果理想,且不容易發(fā)生復(fù)漏.

3)油基橋架堵漏劑DualGUARD組成成分和形狀多樣,其薄片狀、顆粒狀、纖維狀材料使該劑能夠無(wú)孔不入,輕易地侵入到裂縫中去,形成強(qiáng)有力的封堵層,應(yīng)用范圍廣泛,也可與其他堵漏材料復(fù)合使用.目前該堵漏劑已在涪陵多口井試用成功,為解決涪陵礁石壩地區(qū)頁(yè)巖氣鉆井井漏多發(fā)問(wèn)題提供了可行方案.