胡進(jìn)軍

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)研究院)

泥頁(yè)巖地層失穩(wěn)是油氣田開(kāi)發(fā)作業(yè)中常見(jiàn)的一個(gè)世界級(jí)難題[1-4]。鉆井液界針對(duì)性研究并開(kāi)發(fā)了大量的鉆井液處理劑，典型的如瀝青、磺化瀝青等[5]，直到目前仍然在廣泛應(yīng)用。

瀝青對(duì)于泥頁(yè)巖地層穩(wěn)定具備諸多的優(yōu)點(diǎn)，但是它必須在一定溫度與壓差下才能起封堵作用。溫度過(guò)低，瀝青為顆粒，不能形成致密的濾餅，無(wú)法擠入頁(yè)巖層理、裂縫中；而溫度過(guò)高，瀝青融化被擠入巖石深部，也不起封堵作用。因此，實(shí)現(xiàn)在泥頁(yè)巖淺部牢固封堵層是地層穩(wěn)定的關(guān)鍵。圍繞該目的，筆者將軟性材料和可變形材料復(fù)配制備了一種物理封堵劑AquaSeal(以下簡(jiǎn)稱：AquaSeal)，對(duì)其封堵性能進(jìn)行了系列評(píng)價(jià)，并在伊拉克米桑油田成功應(yīng)用。

一、AquaSeal開(kāi)發(fā)

AquaSeal由軟性材料和可變形材料按照一定的比例混合而成。軟性材料主要選用低軟化點(diǎn)瀝青粉，保持瀝青的封堵性能，通過(guò)吸附作用涂覆在孔隙和裂縫處，形成面膜式封堵，且對(duì)可變形粒子具有束縛作用；可變形材料由乙烯和乙酸乙烯共聚制得，分子鏈中引入了乙酸乙烯單體，從而降低了其結(jié)晶度，提高了柔韌性、抗沖擊性，在-50℃下仍具有較好的可撓性，透明性和化學(xué)穩(wěn)定性且無(wú)毒性。

室內(nèi)采用滲透封堵儀評(píng)價(jià)了不同原材料配比的物理封堵劑其400 mD砂盤(pán)PPT濾失量，當(dāng)軟性材料與可變性材料為2 ∶1時(shí)封堵效果最佳，可將基漿的濾失量由80 mL降至23 mL，產(chǎn)品外觀為灰白色自由流動(dòng)粉末。

二、 AquaSeal性能評(píng)價(jià)

1. 靜態(tài)封堵性能評(píng)價(jià)

參考鉆井液用封堵劑的評(píng)價(jià)方法及影響因素[6]，選用高溫高壓砂床封堵來(lái)評(píng)價(jià)處理劑膨潤(rùn)土基漿封堵能力，用PPT砂盤(pán)封堵評(píng)價(jià)PEM體系封堵能力。

1.1 膨潤(rùn)土基漿砂床封堵

按照SY 5490-93規(guī)定配置6%預(yù)水化膨潤(rùn)土漿，作為基漿；然后在基漿中加入3%的不同封堵劑并攪拌均勻，用六速黏度計(jì)分別測(cè)量其流變性。然后在120 ℃條件下熱滾16 h作為測(cè)試鉆井液，用六速黏度計(jì)分別測(cè)量其流變性，用OFI高溫高壓濾失儀測(cè)量其砂床濾失量。砂床濾失量測(cè)試步驟為：向高溫高壓濾失儀失水筒中加入200 g 80～100目的石英砂，振動(dòng)失水筒將石英砂表面平整，用錘砂棒自由下落錘砂10次(開(kāi)始下落時(shí)錘砂棒的底部應(yīng)與濾失儀內(nèi)筒上沿在同一水平面)，然后用玻璃棒引流將鉆井液導(dǎo)入失水筒中，在120℃、3.5 MPa壓力下測(cè)其30 min濾失量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同處理劑對(duì)基漿流變性影響及滾后砂床濾失量

由表1可知，基漿砂床濾失量為70 mL，加入3%AquaSeal對(duì)砂床濾失改善最大，對(duì)基漿流變性影響最小。

1.2 PEM體系基漿PPT封堵

室內(nèi)配置不加封堵劑的PEM體系基漿，配方為：2%膨潤(rùn)土+0.2%NaOH+0.3%PAC-LV+1%淀粉+0.2%XC+0.3%PLUS+3%JLXC，使用重晶石加重至1.2 g/cm3。然后在PEM體系基漿中分別加入在膨潤(rùn)土基漿中砂床封堵效果較好的DYFT、LPF和AquaSeal，加量均為3%。在120℃、3.5 MPa壓力下評(píng)價(jià)其400 mD砂盤(pán)PPT滲透封堵能力。見(jiàn)表2。

表2 不同處理劑對(duì)PEM體系流變性影響及PPT濾失量

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AquaSeal對(duì)400 mD砂盤(pán)PPT封堵能力優(yōu)于封堵劑且對(duì)流變參數(shù)影響最小。

2. 動(dòng)態(tài)濾失封堵評(píng)價(jià)

根據(jù)鉆井液濾失方程[7]，如果不考慮鉆井液的瞬時(shí)濾失量，單位面積濾失量與時(shí)間的平方根成線性關(guān)系，所以考慮用動(dòng)態(tài)濾失量及動(dòng)態(tài)濾失速率的方法來(lái)考察處理劑封堵情況。實(shí)驗(yàn)采用PEM鉆井液(編號(hào)1#)，并將PEM鉆井液中封堵劑替換為AquaSeal(編號(hào)2#)，以對(duì)比評(píng)價(jià)二者封堵效果，具體配方見(jiàn)表3。應(yīng)用氣測(cè)滲透率為200 mD的天然巖心，在80℃、3.5 MPa壓力條件下，采用JHDS-3高溫高壓動(dòng)態(tài)濾失儀進(jìn)行動(dòng)態(tài)濾失實(shí)驗(yàn)。見(jiàn)表4。

表3 鉆井液實(shí)驗(yàn)配方

表4 高溫高壓動(dòng)態(tài)濾失測(cè)試結(jié)果

圖1 動(dòng)態(tài)濾失回歸方程

為了比較二者濾失速率，分別對(duì)回歸方程簡(jiǎn)化并求導(dǎo)。某一時(shí)間的濾失量Q對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)數(shù)，即為某一時(shí)間的濾失速率。編號(hào)1#動(dòng)態(tài)濾失速率方程為：dQ/dt=-0.013t-1/2+0.02，編號(hào)2#對(duì)比漿動(dòng)態(tài)濾失速率方程為：dQ/dt=0.07t-1/2+0.008。

將濾失時(shí)間分別代入濾失方程，計(jì)算出任意時(shí)刻濾失速率，以濾失速率dQ/dt為縱坐標(biāo)，濾失時(shí)間t為橫坐標(biāo)，做圖(見(jiàn)圖2)。

圖2 動(dòng)態(tài)濾失速率

由圖2可知，加入常規(guī)封堵劑的PEM鉆井液動(dòng)濾失速率隨著時(shí)間延長(zhǎng)而增大，其動(dòng)態(tài)濾失速率從初始的0.012 mL/min增大到0.02 mL/min，后續(xù)趨于穩(wěn)定；而加3%AquaSeal的對(duì)比漿的動(dòng)濾失速率隨著時(shí)間延長(zhǎng)而減小，最終趨于平緩，其動(dòng)濾失速率從初始的0.06 mL/min降至0.015 mL/min，且有繼續(xù)減小的趨勢(shì)。添加常規(guī)封堵劑的PEM鉆井液，在壓差作用下在砂盤(pán)表面快速形成濾餅，快速封堵濾液滲流通道，從而瞬時(shí)濾失速率低；但是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，濾失速率是逐步上升的，這可能是由于動(dòng)態(tài)下濾餅表層分散造成的，當(dāng)濾餅表層分散-壓實(shí)動(dòng)平衡形成后，最終的濾失速率趨于穩(wěn)定。而添加AquaSeal的PEM鉆井液，在壓差作用下在砂盤(pán)表面形成濾餅速度相對(duì)于傳統(tǒng)封堵劑形成濾餅速度稍慢，所以其瞬時(shí)濾失速率稍高；但是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，AquaSeal中可變形顆粒在濾餅中變形壓實(shí)，并在壓力作用下擠壓進(jìn)入砂盤(pán)內(nèi)部，形成內(nèi)濾餅，使?jié)B流通道的滲透率降低，從而其動(dòng)濾失速率逐步降低。

三、 AquaSeal現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

伊拉克米桑油田Tanuma地層巖性為泥灰?guī)r、頁(yè)巖、灰?guī)r、泥巖等互層，極易失穩(wěn)垮塌。早期作業(yè)時(shí)，重點(diǎn)考慮使用了大量的瀝青類封堵劑，井壁失穩(wěn)及微漏失時(shí)常發(fā)生，封堵效果不足。后續(xù)為了提升井眼質(zhì)量，在最初所使用的鉆井液中，進(jìn)一步篩選加入了AquaSeal物理封堵劑，作業(yè)結(jié)果顯示，井徑規(guī)則，作業(yè)質(zhì)量大幅提升，工程安全順利。

在BUCS-XX井?206.5 mm井段鉆遇Tanuma地層前150 m一次性加入了2%的AquaSeal封堵劑，加入前后性能統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5，從統(tǒng)計(jì)看對(duì)流變性能影響較小，而濾失量進(jìn)一步降低。

表5 加入AquaSeal前后性能

該井段最終順利完鉆，測(cè)井顯示，井徑規(guī)則、平均擴(kuò)大率約5%，較早期使用常規(guī)封堵劑的井徑具有大幅度改善。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)還發(fā)現(xiàn)在應(yīng)用了AquaSeal后，早期鉆遇該層位一直存在的0.5～1.5 m3/h的微漏失也隨之消失，也表明了該封堵劑能夠有效預(yù)防微小漏失。作業(yè)效果證明了物理封堵AquaSeal對(duì)于易失穩(wěn)泥頁(yè)巖具有良好的封堵作用。

四、結(jié)論

(1)通過(guò)大量材料研選，采用軟性材料和可變形材料復(fù)配制備了一種物理封堵劑AquaSeal。

(2)砂床封堵評(píng)價(jià)結(jié)果表明，在膨潤(rùn)土基漿中加入3%AquaSeal，可將基漿80～100目砂床濾失量 由70mL降至11.2mL，且對(duì)基漿流變性基本無(wú)影響，體現(xiàn)出較好的砂床封堵效果。

(3)動(dòng)濾失評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)表明，加入常規(guī)封堵劑的PEM鉆井液動(dòng)濾失速率隨著時(shí)間延長(zhǎng)而增大，而加3%AquaSeal的PEM鉆井液的動(dòng)濾失速率隨著時(shí)間延長(zhǎng)而減小，其動(dòng)濾失速率從初始的0.06 mL/min降至0.015 mL/min，且有繼續(xù)減小的趨勢(shì)，體現(xiàn)出與常規(guī)封堵劑不同的封堵結(jié)果。

(4)在米桑油田的應(yīng)用表明，AquaSeal能夠進(jìn)一步提高鉆井液封堵能力，且對(duì)流變性能影響較小。

(5)作業(yè)結(jié)果表明，在常規(guī)封堵基礎(chǔ)上增加AquaSeal物理封堵劑后，能夠有效提升作業(yè)質(zhì)量，較早期使用常規(guī)封堵劑鉆探井的井徑質(zhì)量大幅提升。