裂缝性致密砂岩气层暂堵性堵漏钻井液技术

摘 要

摘要：钻井液漏失是目前制约裂缝性致密砂岩气藏勘探开发的第一位因素，以往的工程实践对堵漏工艺及工程成功率关注较多，而对堵漏材料进入储层带来的储层损害以及如何高效解除则关
摘要：钻井液漏失是目前制约裂缝性致密砂岩气藏勘探开发的第一位因素，以往的工程实践对堵漏工艺及工程成功率关注较多，而对堵漏材料进入储层带来的储层损害以及如何高效解除则关注较少。堵漏材料一旦进入储层若不及时解除，就会造成严重的储层损害。为此，以“储层保护屏蔽暂堵技术思想”为指导，在评价常用堵漏材料酸溶性的基础上，提出集成惰性堵漏材料架桥与酸溶性堵漏材料填充优势的暂堵性堵漏钻井液技术新思路。通过室内探索性实验，优化了暂堵性堵漏钻井液配方，结果显示：基浆中酸溶性材料与惰性架桥材料加量的比值介于1：1～3：1之间为最佳。由此形成了暂堵性堵漏钻井液漏失控制技术，并通过工程实践证明了其合理性。
关键词：裂缝(地质)；致密砂岩气藏；储层损害；漏失；暂堵性堵漏；漏失控制；钻井液配方；合理性
    致密砂岩气藏具有基块致密、裂缝不同程度发育、局部超低含水饱和度、高毛细管压力、地层压力异常和易损害且损害形式多样化等独特的工程地质特征[1～2]。工作液漏失是引起裂缝性致密砂岩储层损害最为严重的方式之一，不仅有固相堵塞储层流动通道、滤液带来的液相圈闭损害，而且在气藏开采过程中，固相还会随高速气流的采出冲蚀油套管、损害井口装置，给气井的高效安全生产带来隐患[3～5]。以往工程实践对堵漏工艺及工程成功率关注较多，而对堵漏材料进入储层带来的储层损害及如何高效解除则关注较少[6～10]。笔者以“储层保护屏蔽暂堵技术思想”为指导，在评价常用堵漏材料酸溶性的基础上，提出集成惰性堵漏材料架桥与酸溶性堵漏材料填充优势的暂堵性堵漏钻井液技术新思路。
1 暂堵性堵漏钻井液技术思路
    有限元分析结果表明，储层裂缝宽度随钻井正压差波动处于动态变化中，钻井过程中如何达到对不同宽度级别裂缝的快速、高效封堵以及封堵以后的高效解堵是实现理想保护的关键。防漏堵漏液可在井壁附近形成致密封堵带，防止应力敏感损害，减少液相与应力联合作用带来的储层损害，同时在投产时又能高效快速解除。这是暂堵性堵漏钻井液技术设计的核心。
2 室内实验及其结果
2.1 常用防漏堵漏材料酸溶性实验
    堵漏材料：核桃壳、花生壳、Lf-2、Q1、SRD。酸液：土酸(12%HCl+3%HF)，15%盐酸。实验器材：电子天平、烘箱、玻璃容器。实验步骤：①烘干堵漏材料；②称重烘干后的堵漏材料(核桃壳、花生壳、纤维素等)得到W1；③放入不同酸液(醋酸、土酸、盐酸)中分别反应5h、24h、48h；④过滤出堵漏材料，烘干，称重得到W2；⑤整理实验数据。
实验结果如表1所示，花生壳和核桃壳分别与15%盐酸、土酸反应48h，酸溶程度分别为4.49%、8.04%、13.53%、5.45%；Lf-1与15%盐酸、土酸反应5h，酸溶程度分别为83.32%、94.85%；QP1、SRD与盐酸反应，酸溶程度分别为91.98%和99.735%；可以将核桃壳和花生壳视为非酸溶性材料(惰性材料)，将Lf-2、QP1和SRD视为酸溶性材料。
 

2.2 暂堵性堵漏钻井完井液实验
    实验主要在MFC-Ⅰ型多功能组合损害评价系统上进行，MFC-Ⅰ能够模拟储层条件，进行各种类型作业过程中损害评价实验等。选取四川盆地某气田上三叠统须家河组致密砂岩岩心，人工造出不同宽度级别的裂缝，模拟储层存在不同宽度裂缝条件，对不同类型防漏堵漏钻井液进行动态封堵评价实验，主要研究其对裂缝的封堵能力、封堵带强度和酸溶助排恢复率。
2.2.1封堵带形成实验及其结果
    1) 实验过程：①岩样造缝后烘干处理，在SCMS-Ⅱ全自动岩心测试仪上测定了气体渗透率Kg，然后抽真空饱和地层水48h备用；②测得岩样正向地层水渗透率Kw；③在MFC-Ⅰ型多功能组合损害评价系统上，根据岩样裂缝宽度，用加入不同组分、不同比例防漏堵漏材料的钻井液对岩样进行反向损害作用60min，并详细计量滤液体积随时间的变化情况。
    2) 从实验结果(表2)可以看出，在基浆中加入防漏堵漏材料的粒径与裂缝岩样宽度级别相匹配时，均能够在1～5min内形成封堵率为99.99%的暂堵带；60min内累计滤失量均小于3mL。
2.2.2封堵带强度实验及其结果
    1) 实验过程：①同本文2.2.1中①～③；②在不同流压下用地层水反向测定岩样滤失量，并计量出各流压点上10min内的累计滤失体积，计算此时的岩样渗透率Ki及封堵带暂堵率Zd=(Kw-Ki)/Kw×100%。若滤失量突然增大，说明封堵带已经被破坏，即可终止实验，此时的压差为封堵带所能承受的最大强度值。
    2) 不同裂缝宽度下的封堵带强度实验结果如图1所示。由图1看出，当基浆中加入防漏堵漏材料的粒径与岩样的裂缝宽度相匹配时(架桥颗粒直径与裂缝宽度比值为0.85～1)，形成的封堵带都能够承受12MPa以上的压力而不被破坏。

2.2.3酸溶助排实验及结果
    实验用工作液分2种：①在基浆中只加入非酸溶性防漏堵漏材料；②在基浆中既加入非酸溶性防漏堵漏材料又加入不同分量的酸溶性材料。
    1) 实验过程：①同本文2.2.1中①～③；②较低流压下正向地层水返排，记录最低返排压力(pi)及岩样渗透率(Kwi)；③逐级升高pi，并记录对应返排压差下的Kwi，计算其渗透率恢复值(Kwi/Kw)；④取出岩样，把封堵带端面放入酸液(盐酸)中浸泡2h；⑤不同的压差下，测酸溶后岩样正向地层水渗透率(Kw2)；⑥计算出不同压差下的Kwi/Kw。
    2) 实验结果如图2所示。由图2可见，基浆中只加入非酸溶性材料时，助排恢复率为48.29%，而当基浆中既加入非酸溶性材料又加入酸溶性防漏堵漏材料时(2种材料体积比为1：1)，助排恢复率提高至56.40%。随着在基浆中加入的酸溶性与非酸溶性防漏堵漏材料体积比值的增加，岩样酸溶助排恢复率有所提高。当加量比值介于1：1～3：1时，岩样酸溶助排恢复率增加明显，当酸溶性与非酸溶性材料加量比值增至3：1～4：1时，岩样酸溶助排恢复率增加趋势变缓(图3)。
 

3 现场试验及其效果
3.1 现场施工方案
    在钻进储层段之前，将现场工作液提前转化成暂堵性堵漏钻井液，推荐配方：井浆+1%核桃壳(花生壳)+3%Lf-2+2%FD-2+3%SRD。
    1) 钻进储层段之前，将井浆性能调整到满足储层段钻进的要求，将在用钻井液转换成暂堵性堵漏钻井完井液。
    2) 取调节好的井浆在现场实验室做小型实验，根据测得的全性能确定性能变化调整方案。
    3) 分2～3周循环加入防漏堵漏材料，注意监控井浆性能，每隔50m补充1%上述材料。
    4) 在储层井段钻进时，要严格控制起下钻速度，防止压力激动破坏加入防漏堵漏材料后钻井液在井壁处形成的屏蔽暂堵带。
3.2 现场应用效果
    配制的暂堵性堵漏钻井液体系在1号井、2号井储层段钻进过程中均未发生漏失，说明防漏堵漏材料的加入取得了良好的效果；3号井在储层段取出的岩心上发现存在0.5～1.5mm的裂缝，而整个储层段在钻进过程中没有发生漏失，说明暂堵性堵漏钻井液技术的确起到了良好的漏失预防和控制效果。目前已经完成替喷测试并投产的1号井、2号井分别获得了52.16×104m3/d、22.37×104m3/d的产能，高于未采用该项技术的邻井，研究成果现场试验应用效果良好。
4 结论与认识
    1) 提出了集成惰性堵漏材料架桥与酸溶性堵漏材料填充优势的暂堵性堵漏钻井液设计新思路。
    2) 优化了暂堵性堵漏钻井液配方：基浆中酸溶性材料与惰性架桥材料加量的比值介于1：1～3：1为最佳，形成了暂堵性堵漏钻井液漏失控制技术。
    3) 研究成果现场应用取得了良好的效果。
    4) 漏失预测、诊断、监测及控制是一项复杂的系统工程，需多学科联合攻关。漏失控制必须以预防为主、防治结合。
参考文献
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[10] ASTON M S.Drilling fluids for wellbore strengthening.[C]∥paper 87130 presented at the 2004 IADC/SPE Drilling Conference，2-4 March 2004，Dallas，Texas，USA.New York：SPE，2004.
 
(本文作者：王业众1 康毅力2 李航1 王光虎3 柳高杰4 1.中国石油西南油气田公司采气工程研究；2.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学；3.中国石油西南油气田公司川中油气矿南部采油气作业区；4.四川天一科技股份有限公司)