賴全勇 楊 潔 諶鵬飛

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)研究院，河北 廊坊 065201）

綏中36-1（SZ36-1）油田位于渤海遼東灣下遼河坳陷、遼西低凸起中段。經(jīng)過20 多年的開發(fā)，由于油藏地質(zhì)沉積、層系井網(wǎng)特點及長期注水開發(fā)對地層原始壓力系統(tǒng)的影響，儲層油水關(guān)系和壓力系統(tǒng)更趨復(fù)雜，從上層至下部地層，層間矛盾和平面矛盾非常突出，因此鉆完井作業(yè)過程中復(fù)雜情況頻發(fā)。如鉆遇高壓儲層時儲層流體容易侵入泥漿，發(fā)生井涌和井噴，影響鉆井效率及鉆井質(zhì)量。而在鉆遇低壓儲層時，鉆完井液容易發(fā)生大量漏失，傷害地層，影響油井產(chǎn)能。根據(jù)壓力測試資料，所在井區(qū)地層壓力均已下降，預(yù)測綜合調(diào)整井目的層段地層壓力為11.5MPa～13.5MPa，儲層壓力下降1MPa～2MPa，折合壓力系數(shù)為0.7～0.95，最大凈壓差達到6.4MPa。另外，SZ36-1 油田東營組黏土礦物含量高，易水化造漿，加上明化館陶砂泥巖互層膠結(jié)疏松，壓力虧空較大，造成了倒劃眼困難、頻繁憋泵、電測遇阻和卡鉆等復(fù)雜問題。對此，該文通過可量化的評價研究和評價方法[1-3]，進行現(xiàn)場作業(yè)體系的承壓封堵研究。

1 試驗部分

1.1 試劑與儀器

主要試劑：人工模擬海水，自制；堿度調(diào)節(jié)劑為燒堿和純堿，工業(yè)級；一袋化材料PF-MFA，工業(yè)級；環(huán)保封堵材料PF-Bioseal，工業(yè)級。剛性封堵材料PF-HTC，工業(yè)級；承壓增強劑PF-STRH，工業(yè)級；瀝青類封堵防塌劑PF-LSF，工業(yè)級。

主要儀器：WT-2000A 變頻高速攪拌器、OFI800 流變儀、OFI 常溫中壓六聯(lián)濾失儀、OFI 四聯(lián)高溫高壓濾失儀、OFI 滲透封堵儀PPT、OFI 五軸滾子爐、可視化常溫中壓砂床封堵儀以及鉆井液高溫高壓動態(tài)堵漏儀。

1.2 鉆井液選擇

針對綏中36-1 油田的特點，以高性能鉆井液體系ONEDRILL 為基漿，基本配方見表1。按表1 配方配制密度為1.20g/cm3的ONEDRILL 基漿，備用。

表1 一袋化水基鉆井液基礎(chǔ)配方

1.3 高溫高壓濾失試驗

取1.2 節(jié)試驗部分的ONEDRILL 基漿各400mL，分別按2%加量加入PF-Bioseal、PF-HTC 和PF-LSF。另將不加封堵劑的基漿作為空白樣，經(jīng)80℃熱滾16h 后，采用OFI800 流變儀、中壓濾失儀和OFI 四聯(lián)高溫高壓濾失儀對ONEDRILL 基漿和添加不同類型封堵劑的泥漿進行測試[4-6]。高溫高壓濾失試驗條件為80℃、3447.5kPa（500PSI）。

1.4 可視化砂床試驗

國內(nèi)外專家等學(xué)者均將“干砂”作為模擬地層的介質(zhì)[7-8]，以鉆井液在砂床上的侵入深度和鉆井液濾失的指標考察體系的封堵效果。該文選用可視化常溫中壓砂床封堵儀，分別填充40～60 目、60～80 目石英砂，對1.3 節(jié)試驗部分經(jīng)80℃熱滾16h 后的ONEDRILL 基漿和添加不同類型封堵劑的泥漿進行測試。試驗條件為石英砂用量250g，鉆井液用量400mL，壓力為689.5kPa（100PSI）。

1.5 滲透封堵試驗

滲透率封堵測試儀可以模擬和測量井下靜態(tài)濾失，通過形成滲透性濾餅封堵漏失，是一種常用的封堵劑評價手段。該文選用OFI 滲透封堵儀（PPT），分別用FANN 式高（8D）、中（3D）、低（850mD）3 種孔隙度砂盤對1.3 節(jié)試驗部分經(jīng)80℃熱滾后16h 后的ONEDRILL 基漿和添加不同類型封堵劑的泥漿進行測試。試驗條件為溫度80℃，壓差6895kPa（1000PSI）。

1.6 高溫高壓動態(tài)堵漏儀試驗

高溫高壓堵漏儀通過模擬漏失地層的溫度和堵漏時的壓力，并建立不同漏失地層的物理模塊，最大程度地模擬鉆井工程中的漏失狀況，可以完成對堵漏材料的結(jié)構(gòu)、配比、耐溫性和耐壓性等性能的評價，研究不同堵漏材料對各種漏失地層的堵漏效果。儀器主要由靜液柱壓力模擬系統(tǒng)、動態(tài)釜體、物理模型、地層溫度模擬系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集以及分析軟件等系統(tǒng)組成。該儀器可配備3 種不同模型，分別為填砂模型、梯形縫模型和多孔模型，對應(yīng)完成滲透型地層、裂縫型地層和破碎型地層仿真模擬試驗。針對綏中36-1 油田特點，該文采用填砂模型對1.3 節(jié)試驗部分經(jīng)80℃熱滾16h 后的ONEDRILL 基漿和添加不同類型封堵劑的泥漿進行封堵和承壓能力研究。試驗條件為溫度80℃，轉(zhuǎn)速為100r/min。試驗中，壓力從0.5MPa 開始逐漸增加，每次增加2.5MPa，最大至20MPa，由儀器自動記錄從填砂管滲出的濾液質(zhì)量-時間曲線和釜內(nèi)壓力-時間曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 基漿性能評價

根據(jù)國家標準GB/T167831—2006《石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場測試第1 部分水基鉆井液》，測試一袋化鉆井液在80℃熱滾16h 前后的API 濾失量及流變性能，結(jié)果見表2。根據(jù)表2 可知，ONEDRILL 基漿流變性能良好，API 濾失量較低，泥餅質(zhì)量薄而韌且抑制性較強，能夠滿足SZ36-1 油田東營組作業(yè)的抑制性要求。

表2 ONEDRILL 體系基漿性能

2.2 高溫高壓濾失評價性能評價

根據(jù)調(diào)研分析，明化館陶砂泥巖互層膠結(jié)疏松且壓力虧空特征明顯，因此必須加強鉆井液的承壓封堵能力。高溫高壓濾失試驗常用來評價封堵劑的封堵效果，它可以直觀體現(xiàn)鉆井液外泥餅滲透性的高、低。試驗結(jié)果見表3。加入3種類型的封堵劑后，對體系本身流變性能均沒有太大影響，HTHP 濾失量均得到了一定下降，效果最好的是防塌封堵劑PF-LSF，高溫高壓濾失量只有7.2mL，環(huán)保封堵劑PF-Bioseal也與之比較接近，剛性顆粒封堵劑PF-HTC 效果最不明顯。

表3 不同封堵劑對ONEDRILL 體系性能的影響

2.3 可視化常溫中壓砂床試驗性能評價

可視化常溫中壓砂床試驗可以直觀體現(xiàn)鉆井液在近井筒地層中形成的內(nèi)泥餅滲透性的高、低。在試驗中發(fā)現(xiàn)，在分別填充40～60 目和60～80 目石英砂的情況下，所有鉆井液透過砂床的濾液體積均為零。該文比較了各組侵入深度，結(jié)果如圖1 所示。其中，加入了2%PF-Bioseal 的基漿綜合效果最好，侵入深度分別為2.1cm 和0.8cm，為同條件下最優(yōu)。原因可能是該材料同時含有剛性封堵材料和納米可變形材料，“軟硬”結(jié)合，獲得了較理想的填充效果，而純剛性封堵材料PF-HTC 和瀝青封堵類PF-LSF 還存在一定不足。

圖1 不同封堵劑對體系砂床封堵效果的影響

2.4 滲透封堵試驗評價

高溫高壓滲透封堵試驗是封堵劑評價中最常用的方法，也可以直觀體現(xiàn)鉆井液內(nèi)外泥餅滲透性的高、低。通過選用不同孔隙度的砂盤，并利用濾失量的高、低來判斷封堵劑在各種孔隙度下的封堵效果，具有高度的便捷性及重復(fù)性。結(jié)果如圖2 所示。從圖2 可以發(fā)現(xiàn)，當同時面對高（8D）、中（3D）、低（850mD）3 種孔隙度的砂盤時，加入PF-Bioseal的基漿封堵效果最佳，3 種砂盤下的濾失量都是最低的，進一步驗證了PF-Bioseal 封堵材料的特性，通過“軟硬”結(jié)合才能獲得較理想的封堵效果。

圖2 不同封堵劑對體系滲透封堵試驗的影響

2.5 高溫高壓動態(tài)堵漏分析

上述研究通過HTHP 濾失試驗、可視化常溫中壓砂床和PPA 滲透封堵等系列試驗分別對3 種類型的封堵劑PFHTC、PF-LPF 和PF-Bioseal 進行了詳細評價，其中環(huán)保封堵劑PF-Bioseal 綜合效果最佳，選其作為必加封堵劑來進行高溫高壓動態(tài)堵漏試驗。先填充40～60 目石英砂對其封堵劑組合進行封堵效果、承壓能力的研究，結(jié)果見表4。

表4 不同封堵劑組合對高溫高壓動態(tài)堵漏試驗的影響

從表4 可以發(fā)現(xiàn)，在40～60 目石英砂情況下，不加封堵劑的基漿隨著施加的壓力而逐漸增大，漏失量逐漸增大，直至全漏失，承壓能力嚴重不足，只有7.0MPa。加入2%PF-Bioseal后，漏失量明顯下降，承壓能力得到了增強，增至11.0MPa，但還是有較大漏失。繼續(xù)加入剛性填充材料PF-HTC，漏失量進一步下降，承壓能力得到進一步加強，承壓能力達到了16.0MPa。最后再補入承壓增強劑PF-STRH，取得了最佳效果，承壓能力增至20.0MPa，并且中間無任何鉆井液滲透通過填砂管。另外，換用60～80 目石英砂及20～40 目石英砂分別對同時含有3 種封堵劑的組合進行試驗，得到的結(jié)果相同，證明了該組合，即基漿+2%PF-Bioseal+2%HTC+2%PFSTRH 具有相對寬范圍的承壓封堵效果，能夠滿足現(xiàn)場作業(yè)要求。

3 機理分析

1977 年，A.Abrams 提出了三分之一架橋規(guī)則。該理論認為鉆井液中所含的架橋材料的粒徑大于或等于三分之一孔隙尺寸，并且架橋粒子在鉆井液中的濃度達到5%時，架橋粒子能夠有效架橋并封堵漏失通道。2004 年，Aston 等首次提出了“應(yīng)力籠”概念，如果鉆井液中的固相堵漏材料能夠進入裂縫并在裂縫開口端附近迅速形成滲透率極低的橋塞，則可起到阻止壓力傳遞與濾液侵入的作用。由于堵漏材料具有一定的機械強度，能夠支撐裂縫以使其保持張開狀態(tài)，改變了近井壁巖石的應(yīng)力狀態(tài)，增加了近井壁的周向應(yīng)力，因此提高了地層破裂壓力或裂縫重啟壓力，即提高了地層的承壓能力[9]。這里的PF-HTC 是一種廣譜式的剛性填充材料，通過顆粒級配可以達到架橋的目的。PF-STRH 是一種多功能承壓增強劑，它利用纖維狀材料構(gòu)建空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，以多種可變形填充材料填充空間網(wǎng)絡(luò)，可降低泥餅滲透率，并利用成膜技術(shù)把網(wǎng)架結(jié)構(gòu)快速包裹起來，以提高其韌性和致密性，使形成的薄泥餅滲透率降至極低，以提高其瞬時封堵能力及地層承壓能力。而PFBioseal 含有納米級別的可變形粒子，進入孔隙和微裂縫后，因擠壓變得緊密，外加瀝青類的“涂敷”封堵，可形成連續(xù)致密的“鏡面”，正是這種組合式的封堵才能達到較理想的承壓封堵效果，滿足現(xiàn)場作業(yè)的需要。

4 結(jié)論

綜合高溫高壓濾失試驗、可視化砂床封堵試驗和滲透封堵試驗結(jié)果，同時包括納米可變形粒子和瀝青類封堵材料的環(huán)保封堵劑——PF-Bioseal 封堵劑在ONEDRILL體系中表現(xiàn)出了良好的綜合封堵效果，優(yōu)于純剛性封堵材料PF-HTC 和瀝青防塌封堵材料PF-LSF。但是在SZ36-1 油田復(fù)雜的地層壓力和易水化失穩(wěn)井壁條件下，必須采用更有效的組合式封堵技術(shù)，并利用ONEDRILL 體系+2%PFBioseal+2%PF-HTC+2%PF-STRH，才能進行從低滲透到高滲透、從小裂縫到大裂縫的較寬范圍內(nèi)的封堵，并提高井壁的承壓能力，保證SZ36-1 油田現(xiàn)場作業(yè)的順利進行，減少復(fù)雜情況的發(fā)生。