劉鋒 張曉飛 胡維首 王思凡 任曉宇 蔡楠

1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第六采氣廠；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采氣廠；3.中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院；4.北京力會(huì)瀾博能源技術(shù)有限公司封堵流體科技研發(fā)分公司

鄂爾多斯盆地發(fā)育下古生界的碳酸鹽巖烴源巖。天然氣成藏后長(zhǎng)期巖溶作用導(dǎo)致氣水同層分布，氣井產(chǎn)水現(xiàn)象常見(jiàn)［1］。作為破碎性儲(chǔ)層［2］，下古碳酸鹽巖常通過(guò)酸化改造形成人工裂縫，提高單井產(chǎn)量［3］。

區(qū)域內(nèi)下古碳酸鹽巖氣井投產(chǎn)至中后期，需開(kāi)展修井作業(yè)［4］。由于氣層壓力系數(shù)變低，地層漏失通道尺度較大，井筒充滿流體后與地層間存在較大壓差，引發(fā)漏失。若漏失控制不當(dāng)，增大作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)［5］。目前，以固化水體系［6］、吸水型體系［7］等為代表的暫堵體系已滿足部分地層暫堵需求。與此同時(shí)，低壓氣井控水方法同樣取得一定進(jìn)展，凝膠體系、凍膠體系、潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑、微乳液體系等化學(xué)控水手段［8-9］，也解決了部分同層產(chǎn)水氣井控水需求。區(qū)域內(nèi)低壓氣井常規(guī)修井暫堵中，為降低堵劑傷害儲(chǔ)層程度，嚴(yán)格控制堵劑用量，降低堵劑存留時(shí)間，往往導(dǎo)致封堵性能損失。從控水角度來(lái)看，若修井液可攜帶控水組分進(jìn)入地層，兼容暫堵與控水目標(biāo)，就可增加用量，既提高用量保證了封堵性能，又能夠解決儲(chǔ)層傷害。

絨囊流體先后應(yīng)用于煤層氣井鉆井防漏堵漏［10］、深部碳酸鹽巖轉(zhuǎn)向壓裂暫堵等領(lǐng)域［11］。近年來(lái)開(kāi)發(fā)低壓氣井修井液體系，配套井筒活塞壓井工藝、不放壓壓井工藝［12］等，應(yīng)用效果良好。優(yōu)化絨囊結(jié)構(gòu)中“層”與“膜”結(jié)構(gòu)攜帶可調(diào)整水相流動(dòng)阻力組分［13］，暫堵地層后，存留地層實(shí)現(xiàn)控水，理論可行。為此，實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)下古碳酸鹽巖地層中絨囊修井液封堵性能、控水性能與流體充填半徑間關(guān)系，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果，提出絨囊修井液控水增產(chǎn)技術(shù)。

1 評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

室內(nèi)配制2.2%囊層劑(羧甲基纖維素鈉、黃原膠等)+1.5%絨毛劑(羧甲基淀粉、羧乙基淀粉等)+0.4%囊核劑(十二烷基苯磺酸鈉、十二酰異丙醇胺等)+1.0%囊膜劑(聚乙二醇、甜菜堿等)+0.1%氫氧化鈉的絨囊修井液。實(shí)地研磨40～120 目碎屑，壓制直徑38 mm，長(zhǎng)度30 cm (編號(hào)1#、2#)、50 cm (編號(hào)3#、4#)、80 cm (編號(hào)5#、6#)、100 cm(編號(hào)7#、8#)的填砂管。絨囊修井液封堵效果評(píng)價(jià)設(shè)備見(jiàn)圖1，填砂管入口注入清水、絨囊修井液、地層水和氮?dú)?，分別模擬現(xiàn)場(chǎng)清水修井液漏失、絨囊修井液封堵、地層水和氣體產(chǎn)量恢復(fù)過(guò)程。以絨囊修井液注入驅(qū)壓與初始清水驅(qū)壓的差值表征流體封堵強(qiáng)度，以清水前后兩次注入驅(qū)壓的差值表征提高地層承壓強(qiáng)度，評(píng)價(jià)絨囊修井液封堵性能。以封堵前后地層水滲透率與氮?dú)鉂B透率降幅的差值表征流體控水性能。

圖1 絨囊修井液封堵及控水性能評(píng)價(jià)流程圖Fig.1 Flow chart of evaluating the plugging and water control performance of fuzzy-ball fluid

1.1 絨囊修井液封堵性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

測(cè)定清水以恒定流速5 mL/min 正向注入填砂管時(shí)穩(wěn)定驅(qū)壓，相同流速注入絨囊修井液至出口返液時(shí)記錄驅(qū)壓，重復(fù)恒流速5 mL/min 連續(xù)注入清水180 min 后測(cè)定驅(qū)壓。實(shí)驗(yàn)中，絨囊修井液封堵強(qiáng)度和提高地層承壓強(qiáng)度分布如圖2，可以看出，絨囊修井液封堵強(qiáng)度4.59～16.18 MPa，提高地層承壓強(qiáng)度7.04～18.22 MPa，承壓效果良好。

圖2 絨囊修井液封堵強(qiáng)度與提高地層承壓強(qiáng)度分布Fig.2 Distribution of plugging strength and increased formation bearing strength of fuzzy-ball fluid

1.2 絨囊修井液控水性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

清水恒流速5 mL/min 正向注入填砂管至出口流量穩(wěn)定后，相同流速注入絨囊修井液至出口無(wú)液體返出，實(shí)現(xiàn)封堵；反向注入破膠液(破膠劑加量比1%) 0.5 PV 后靜置60 min；最后，分別恒定驅(qū)壓5 MPa 注入氮?dú)夂偷貙铀?8%KCl 溶液)，間隔30 min 測(cè)定兩種流體滲透率，單次實(shí)驗(yàn)連續(xù)測(cè)定180 min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1?？梢钥闯觯? 時(shí)刻兩種流體滲透率僅0～0.16 mD，絨囊修井液封堵效果明顯；氣、液滲透率隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸恢復(fù)，至180 min 時(shí)，氮?dú)鉂B透率恢復(fù)至(17.36～40.84)×10?3μm2，明顯高于地層水。

表1 填砂管中絨囊修井液封堵后氣、水滲透率恢復(fù)速度Table 1 Recovery rate of gas and water permeability after the plugging of fuzzy-ball workover fluid in the sand packed tube

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

先后于鄂爾多斯盆地GX-12 井、S18X 井、GX-18 井、S2X 井等4 口低壓氣井試驗(yàn)絨囊修井液穩(wěn)氣控水技術(shù)。

GX-12 氣層中深3 153.4 m。換管柱修井作業(yè)前，地層壓力系數(shù)0.69，日產(chǎn)氣1.08×104m3/d，日產(chǎn)水0.36 m3/d。累計(jì)注入絨囊修井液84 m3后，井筒流體漏速小于0.25 m3/h，暫堵成功。作業(yè)結(jié)束后，氣舉返排2 d 后氣井恢復(fù)生產(chǎn)，90 d 內(nèi)平均日產(chǎn)氣量1.06×104m3/d，日產(chǎn)水量0.25 m3/d。

S18X 井是一口儲(chǔ)氣庫(kù)井，氣層中深3 536.35 m。修井作業(yè)前地層壓力系數(shù)0.26，日產(chǎn)氣2.66×104m3/d，日產(chǎn)水1.27 m3/d。累計(jì)注入絨囊修井液185 m3后，測(cè)定漏速小于0.25 m3/h，暫堵成功。作業(yè)結(jié)束后，氣舉返排2 d 后氣井恢復(fù)生產(chǎn)，90 d 內(nèi)平均日產(chǎn)氣3.47×104m3/d，日產(chǎn)水0.91 m3/d。

GX-18 井氣層中深3 128.05 m。管柱損傷修井作業(yè)，地層壓力系數(shù)0.62，日產(chǎn)氣3.09×104m3/d，日產(chǎn)水0.06 m3/d。累計(jì)注入絨囊修井液70 m3后，測(cè)定漏速小于0.20 m3/h，暫堵成功。修井作業(yè)結(jié)束后，氣舉返排恢復(fù)生產(chǎn)，90 d 內(nèi)平均日產(chǎn)氣2.98×104m3/d，日產(chǎn)水0.04 m3/d。

S2X 井氣層中深3 243.15 m。更換油管作業(yè)，修井前地層壓力系數(shù)0.65，日產(chǎn)氣量1.01×104m3/d，日產(chǎn)水0.07 m3/d。累計(jì)注入絨囊修井液37 m3后，漏速小于0.30 m3/h，暫堵成功。作業(yè)結(jié)束后，氣舉返排2 d 恢復(fù)生產(chǎn)，90 d 內(nèi)平均日產(chǎn)氣量0.95×104m3/d，日產(chǎn)水量0.03 m3/d。

3 討論與分析

3.1 充填半徑?jīng)Q定絨囊修井液封堵強(qiáng)度

以填砂管長(zhǎng)度表征絨囊修井液充填半徑，對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，絨囊修井液充填半徑從30 cm 升至100 cm，流體封堵強(qiáng)度升高2.27 倍，地層承壓強(qiáng)度增幅1.32 倍。擬合封堵強(qiáng)度、提高地層承壓強(qiáng)度與充填半徑間定量關(guān)系為

式中，?pf為封堵強(qiáng)度，MPa；?pc為提高地層承壓強(qiáng)度，MPa；L為地層中流體充填半徑，cm。

上式中，絨囊修井液封堵強(qiáng)度、提高地層承壓強(qiáng)度均與流體充填半徑成正比。流體中單個(gè)絨囊結(jié)構(gòu)受壓后提供阻力穩(wěn)定時(shí)，地層中流體充填半徑增大，絨囊結(jié)構(gòu)數(shù)量增多，多個(gè)絨囊結(jié)構(gòu)變形后提供總阻力升高，封堵強(qiáng)度和提高地層承壓強(qiáng)度更大。

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)絨囊修井液充填半徑計(jì)算公式為

絨囊修井液提高地層承壓強(qiáng)度

式中，V為地層中流體體積，m3；h為射孔高度，m；φ為地層孔隙度，%；R為井筒外徑，m；pf為井筒液柱壓力，MPa；pr為地層壓力，MPa；pb為井口泵壓，MPa。

計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)4 口氣井中絨囊修井液充填半徑2.21～8.97 m，提高地層承壓強(qiáng)度13.35～29.17 MPa，兩者間擬合關(guān)系為

式(5)中，絨囊修井液提高地層承壓強(qiáng)度與地層中絨囊修井液充填半徑成正比，與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

3.2 充填半徑?jīng)Q定絨囊修井液控水效果

以同一時(shí)間點(diǎn)上，填砂管中氣、水滲透率恢復(fù)率的差值表征流體穩(wěn)氣控水強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)中，4 種長(zhǎng)度填砂管內(nèi)穩(wěn)氣控水強(qiáng)度逐漸升高。

以氣體滲透率恢復(fù)率達(dá)90%且液體滲透率恢復(fù)率低于90%時(shí)，認(rèn)為穩(wěn)氣控水起效；以液體滲透率恢復(fù)率達(dá)90%時(shí)，認(rèn)為穩(wěn)氣控水失效；以兩者差值評(píng)價(jià)穩(wěn)氣控水起效周期。實(shí)驗(yàn)中，4 種長(zhǎng)度填砂管內(nèi)穩(wěn)氣控水起效周期11.98～37.30 h，擬合其與流體充填半徑定量關(guān)系為

式中，?Tq為穩(wěn)氣控水起效周期，h；L為絨囊修井液充填半徑，cm。

以氣井現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)后90 d 內(nèi)日均產(chǎn)水量與作業(yè)前90 d 內(nèi)日均產(chǎn)水量的降幅表征絨囊修井液控水效果。以作業(yè)后90 d 內(nèi)日均產(chǎn)氣量與作業(yè)前90 d內(nèi)日均產(chǎn)氣量的降幅表征絨囊修井液穩(wěn)氣效果。以日均產(chǎn)水量降幅與日均產(chǎn)氣量降幅的差值表征穩(wěn)氣控水效果，差值越大，穩(wěn)氣控水效果越明顯?，F(xiàn)場(chǎng)4 口氣井差值分布對(duì)比見(jiàn)圖3。

圖3 氣井日產(chǎn)氣量與日產(chǎn)水量降幅的差值隨充填半徑變化Fig.3 Relationship of difference between daily water production decrease ratio and daily gas production decrease ratio of gas well vs.filling radius

圖3 中，絨囊修井液充填半徑從2.1 m 增至8.97 m，氣井作業(yè)前后90 d 內(nèi)日均產(chǎn)水與產(chǎn)氣的增幅差值由18.68%升至62.90%。兩者間擬合關(guān)系為

式中，?Qq為日均產(chǎn)水與產(chǎn)氣降幅的差值，1%。

式(6)中絨囊修井液穩(wěn)氣控水周期與充填半徑成正比，式(7)中氣井穩(wěn)氣控水效果與充填半徑成正比，兩者結(jié)果一致。

這些現(xiàn)象，是由于地層中大量絨囊結(jié)構(gòu)逐漸降解后，結(jié)構(gòu)中表面活性劑組分釋放后存留地層通道，提高通道中水相流動(dòng)阻力。同時(shí)，組分對(duì)通道中氣體流動(dòng)能力影響較弱。最終，修井結(jié)束后，氣井復(fù)產(chǎn)過(guò)程表現(xiàn)出產(chǎn)水緩慢恢復(fù)、產(chǎn)氣快速恢復(fù)的效果。

絨囊修井液封堵性能、控水性能均與地層中流體充填半徑成正比，通過(guò)增大地層中流體充填半徑，同步提升封堵效果和控水效果，實(shí)現(xiàn)修井穩(wěn)氣控水。

4 結(jié)論

(1)鄂爾多斯下古碳酸鹽巖低壓氣井修井時(shí)，絨囊修井液封堵地層漏失通道，作業(yè)后，促使地層產(chǎn)氣能力恢復(fù)速度遠(yuǎn)高于產(chǎn)水能力，實(shí)現(xiàn)修井作業(yè)中穩(wěn)氣控水效果。

(2)絨囊修井液封堵性能與控水性能均與地層中流體充填半徑正相關(guān)。通過(guò)調(diào)整絨囊修井液充填半徑，可改善流體修井封堵效果與穩(wěn)氣控水效果，但目前只是經(jīng)驗(yàn)公式，并不適合所有地區(qū)。

(3)絨囊修井液應(yīng)用深部低壓氣井修井實(shí)現(xiàn)暫堵與穩(wěn)氣控水兩種目標(biāo)的兼顧，為封堵技術(shù)的延伸和發(fā)展提供了可借鑒的思路。下一步，通過(guò)體系配方與配套工藝優(yōu)化，調(diào)整體系封堵性能與控水性能強(qiáng)度分布，更好地滿足不同區(qū)域、不同類型修井與控水需求。