曹世平, 吳申堯, 曾家新, 景岷嘉, 張亞萍
(1四川華順通能源技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司 2四川寶石花鑫盛油氣運(yùn)營(yíng)服務(wù)有限公司 3中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 4成都西油華巍科技有限公司)
四川頁(yè)巖氣已進(jìn)入規(guī)模開(kāi)發(fā)階段,在頁(yè)巖氣水平井段鉆井過(guò)程中,普遍使用油基鉆井液。油基鉆井液具有優(yōu)異的頁(yè)巖抑制性和防塌能力,優(yōu)異的潤(rùn)滑減阻和抗污染性能,大量的推廣使用助推了頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)。但隨著頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)進(jìn)程加快,出現(xiàn)一些新的技術(shù)問(wèn)題:井網(wǎng)密度加大,壓裂井次增多,地層裂縫越來(lái)越發(fā)育,破碎程度不斷提高;采出量越來(lái)越大,地層壓力也不斷降低,井漏問(wèn)題日益突出[1-2]。統(tǒng)計(jì)表明,近兩年來(lái)漏失井和井次成倍增加,已經(jīng)成為影響頁(yè)巖氣水平井安全、高效、快速鉆井的主要技術(shù)瓶頸之一,也使得鉆井難度增大和鉆井成本急劇增加,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此,有效的油基鉆井液堵漏劑和技術(shù)就變得尤為重要[3]。
關(guān)于油基鉆井液堵漏材料的研究很少[3-5]。常用的堵漏工藝絕大部分是沿用原有的水基鉆井液堵漏材料,由于這類堵漏劑是親水性的,與油基鉆井液的配伍性能不好,形成的濾餅質(zhì)量差,堵塞承壓能力低,在封堵漏層后由于鉆井液重新循環(huán),易發(fā)生復(fù)漏,需要反復(fù)堵漏[6],嚴(yán)重影響了堵漏效果[7-8]。
本文評(píng)價(jià)并應(yīng)用了一種用于油基鉆井液的專用堵漏材料BK910,在井下高溫能夠吸油膨脹,快速膠凝稠化,與其他橋接堵漏劑配合可實(shí)現(xiàn)封堵,提高油基鉆井液堵漏效率。
BK910是一種吸油膨脹樹(shù)脂,表面特性表現(xiàn)為疏水親油,與油基鉆井液有良好的配伍性。具有溫敏性,在井下高溫可吸油膨脹,減少堵漏漿中的自由液相,使之產(chǎn)生膠凝稠化;吸油膨脹顆粒具有良好的填塞封堵作用。BK910加入油包水乳化液中,與其他架橋材料配合可形成具有一定流動(dòng)性可泵送的堵漏漿。將其泵入井下地層漏失通道中,利用地層高溫作用吸油膨脹,失去流動(dòng)性,且具有粘附性,駐留在漏失通道中,形成具有一定承壓能力的親油堵塞,從而實(shí)現(xiàn)堵漏。
在低于激發(fā)溫度的地層中,可獨(dú)立使用或與其他顆粒狀、片狀材料等復(fù)合堵漏劑配合,用于橋接堵漏;同時(shí)具有懸浮穩(wěn)定、攜帶固相作用。
配制兩份油基鉆井液基漿,油水比為75∶25,在其中一份中加入1.5%的BK910,高速攪拌20 min。150℃下滾動(dòng)老化16 h,觀察并測(cè)試其性能,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 油基基漿和試樣漿老化后性能對(duì)比
從表1看出,老化后基漿黏度很低,而加樣漿呈果凍狀膠凝稠化,玻璃棒可豎直插入不倒。
分別配制六份油基堵漏漿,油水比為75∶25,加入18.75% BK910,高速攪拌20 min;再分別用碳酸鈣加重至密度為1.18 g/cm3。裝入陳化釜中,在不同溫度下滾動(dòng)老化16 h,冷卻后測(cè)試其流動(dòng)度,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 堵漏漿不同條件下的流動(dòng)度
表2顯示,堵漏漿在常溫常壓下具有良好的流動(dòng)性;在60 ℃下老化16 h還具有一定的流動(dòng)性,但是已經(jīng)出現(xiàn)部分膠凝的現(xiàn)象;在80 ℃和100 ℃下老化16 h后流動(dòng)性明顯變差,且隨著溫度的升高膠凝現(xiàn)象加??;在110 ℃下滾動(dòng)老化16 h后即發(fā)生完全膠凝稠化,失去流動(dòng)性;溫度升高到140 ℃滾動(dòng)老化16 h后,具有良好的粘附性,膠凝效果更好。
為了更好地模擬地層高溫高壓的環(huán)境,用DFC-071013型水泥漿高溫高壓稠化儀做如下堵漏漿稠化實(shí)驗(yàn):按高加量BK910膠凝稠化實(shí)驗(yàn)中方法配制一份BK910加量為18.75%油基堵漏漿,將其裝入高溫高壓稠化儀泥漿杯中,模擬測(cè)試泵入井內(nèi)和在地層溫度壓力下的堵漏漿膠凝稠化行為。實(shí)驗(yàn)條件為先升溫65℃,增壓45 MPa老化4 h;繼續(xù)升溫至110 ℃,增壓至63 MPa老化4 h;再繼續(xù)升溫至140 ℃,增壓至75 MPa老化。稠化曲線見(jiàn)圖1。
圖1可以看出,堵漏漿在常溫下和65 ℃時(shí)流動(dòng)性良好,稠度低于20 BC,能確保地面配漿順利;110℃堵漏漿增稠,但仍有良好的流動(dòng)性,稠度低于36 BC,能保證入井升溫過(guò)程的安全性;140℃堵漏漿迅速稠化,失去流動(dòng)性,表明其在漏層的激發(fā)溫度下膠凝,完成封堵。
圖1 油基堵漏漿稠化曲線圖
2.4.1 低加量BK910油基堵漏漿砂床封堵實(shí)驗(yàn)
分別配制兩份油基鉆井液基漿,油水比為75∶25,其中一份加入1.5%BK910,高速攪拌20 min。150 ℃下滾動(dòng)老化16 h后高速攪拌10 min備用。將40~70目的石英砂倒入無(wú)滲透鉆井液濾失儀的筒狀可視鉆井液杯中,至350 cm3刻度線,在加入過(guò)程中用力搖動(dòng)、敦實(shí),使砂床充實(shí)、平整。將基漿和堵漏漿分別小心緩慢沿著杯內(nèi)壁倒入無(wú)滲透濾失儀鉆井液杯中,在0.69 MPa壓力下測(cè)定30 min的砂床侵入深度和漏失量。
基漿漏失量為全漏失,而堵漏漿漏失量為0 mL,最大侵入高度60 mm,表明在0.69 MPa壓力下1.5%加量的BK910封堵效果良好。
2.4.2 高加量油基堵漏漿承壓能力實(shí)驗(yàn)
將粒徑為40~70目的石英砂倒入DL-2型堵漏儀中,填平,然后將1 000 mL BK910加量為18.75%油基堵漏漿緩慢、均勻地沿器壁倒入油基堵漏漿,加蓋接上壓力源。啟動(dòng)秒表以均勻的速度施加壓力,在50±5 s內(nèi)到達(dá)0.7 MPa并維持此壓力30 min,記錄濾失量并觀察濾液外觀;以均勻的速度增加壓力,在50±5 s內(nèi)到達(dá)2 MPa并維持此壓力30 min,記錄濾失量并觀察濾液外觀;按照此方法勻速增加壓力到3 MPa、4 MPa、5 MPa。由于泵壓限制,停止加壓,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,濾失量均為0 mL。
由堵漏實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,加入18.75%BK910的油基鉆井液能抗壓5 MPa,表明BK910油基堵漏漿封堵效果好,能夠封堵地層,提高地層承壓能力,達(dá)到提高井壁穩(wěn)定性的目的。
稱取高加量BK910膠凝稠化實(shí)驗(yàn)中經(jīng)過(guò)140 ℃高溫老化后的膠凝堵漏漿20.00 g,制作成規(guī)整形狀,分別浸泡于自來(lái)水、白油和柴油中觀察24 h。取出后用濾紙輕輕拭去表面的水分或者油分,稱重,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 堵漏漿抗污染實(shí)驗(yàn)
表3顯示,膠凝堵漏漿在水中基本不溶解、不分散;在白油和柴油中,24 h后邊緣僅少量的散落。說(shuō)明該膠凝堵漏漿可抗水侵、抗油侵。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,高溫激發(fā)油基膠凝堵漏技術(shù)可行,該方法配制的堵漏漿常溫具備流動(dòng)性和可泵性。隨著溫度的升高,BK910吸油膨脹后凝結(jié)成膠團(tuán),具有粘附性;堵漏漿能抗水、抗油等污染。
N209H29-6井采用?215.9 mm鉆頭,密度1.98 g/cm3的油基鉆井液鉆至井深5 003 m時(shí),泵壓從28 MPa降至21 MPa,鉆壓瞬降15 kN,井口返漿量減少,隨即失返,漏失鉆井液29.29 m3。
考慮到井漏時(shí)泵壓大幅度降低,鉆壓有瞬降放空現(xiàn)象,漏失量很大,漏失速度達(dá)到失返的嚴(yán)重程度,分析漏失裂縫寬度應(yīng)超過(guò)5 mm。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)研究決定,采用BK910配合不同尺寸顆粒狀、片狀和纖維狀的復(fù)合橋堵劑進(jìn)行堵漏。堵漏配方為:井漿+3.5% BK910+1.5% BK920+5% BK961+5% BK962+2% FDM-1+1.5% 云母片+3% 核桃殼,共35 m3。堵漏漿入井27 m3,進(jìn)入漏層6 m3即建立橋塞,漏速降至12 m3/h,井口返漿。靜止12 h,樹(shù)脂吸油膨脹,堵漏成功。后期完井下套管、固井等作業(yè)正常。
TT1井采用?135.5 mm鉆頭,密度1.20 g/cm3的油基鉆井液鉆至井深6 508.13 m后,上提鉆井液密度至1.40 g/cm3時(shí)發(fā)生井漏,漏速5.8 m3/h。配制油基堵漏漿15 m3:井漿+5%LCM-1+2%LCM-2+1%BK920+3%纖維+1%BK910。堵漏漿頂替至漏層,堵漏一次性成功。通過(guò)承壓堵漏后,鉆井液密度至1.55 g/cm3未漏,恢復(fù)鉆井。
W204H33-2井采用?215.9 mm鉆頭,密度2.12 g/cm3的油基鉆井液鉆至井深3180.86 m發(fā)生溢流,關(guān)井套壓7.5 MPa。循環(huán)加重密度由2.12 g/cm3上提到2.3 g/cm3后發(fā)生井漏,最大漏速26.5 m3/h。配制油基堵漏漿28 m3:井漿+7%LCM-1+10%LCM-2+2%BK920+5%纖維+2%BK910,入井18 m3后堵漏成功。
1)油基鉆井液用堵漏劑BK910與油基鉆井液配伍性良好,配制的堵漏漿常溫下具有良好流動(dòng)性,隨著溫度的升高可以稠化膠凝,具有親油、溫敏特征,加量為18.75%時(shí)承壓能力可達(dá)5 MPa,可以用于油基鉆井液堵漏。
2)油基鉆井液用堵漏劑BK910親油型吸油膨脹樹(shù)脂現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用于N209H29-6、TT1和W204H33-2三口不同漏失程度和漏失類型的井,均取得一次性成功,并在長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣鉆井中逐步推廣應(yīng)用,為油基鉆井液堵漏提供了一種新的材料和方法。