海洋油田水平井胶囊破胶液技术

岳前升,刘书杰,何保生,李玉光,胡友林

(1.长江大学化学与环境工程学院,湖北荆州 434023; 2.中海石油研究中心,北京 100027)

海洋油田水平井胶囊破胶液技术

岳前升1,刘书杰2,何保生2,李玉光2,胡友林1

(1.长江大学化学与环境工程学院,湖北荆州 434023; 2.中海石油研究中心,北京 100027)

针对海洋油田水平井破胶液破胶速度快且不宜控制,使用胶囊延迟破胶技术,优选胶囊破胶剂JNJ-2.实验结果表明:胶囊破胶剂JNJ-2具有较好的延迟破胶特性,能够将海上油田水平井破胶时间由1～2h提高至8～9h,压力对其释放速度影响不大,破胶剂完全释放后能有效解除聚合物堵塞造成的储层损害,对海洋油田水平井钻井液及其滤饼具有良好解除效果;胶囊延迟破胶技术能够减少海洋完井作业程序,降低完井漏失风险,具有广阔应用前景.

胶囊破胶剂;延迟破胶;储层保护;裸眼完井;完井液;水平井

0 引言

海洋油田多利用水平井或大位移井开采油气.由于海洋油田多数储层埋藏较浅,胶结疏松,水平井一般采用裸眼或裸眼加筛管完井方式,并通过砾石充填防止储层出砂.为有效保护环境和储层,海洋油田水平井或大位移井常使用水基无固相弱凝胶钻井液体系[1-4](PRD钻开液体系)打开储层,在钻井作业结束后,为解除钻井液中聚合物对储层造成的损害,在完井施工时使用破胶液解除储层伤害.目前使用的破胶液为氧化型破胶液,破胶效果较好,但存在破胶速度过快、破胶速度不宜控制及完井施工程序多等问题.

在压裂施工中,当完成造缝、控滤及携砂后,要求压裂液中的聚合物迅速彻底降解并及时返排恢复油气生产.如果压裂液中的聚合物降解不好,将造成储层伤害,降低油气产量.常用的解决措施是使用包括过硫酸盐、酶类、酸等的破胶剂.破胶剂降解聚合物速度与其用量成正比,如果在泵入时加入太多破胶剂,压裂液就会过早降解,使储层受到入井流体的穿透伤害;如果用量过少,则破胶不彻底,在裂缝层表面与中心形成滤饼,对储层造成残渣和滞留体伤害,降低导流能力.为此,研制一种新型的延迟释放破胶技术,即在常规破胶剂外包裹上一层防水囊衣材料,形成胶囊破胶剂,这种延缓破胶[5-11]技术已经广泛应用于压裂施工中.笔者尝试将胶囊破胶技术引入海洋油田水平井完井液体系中,对利用胶囊破胶剂控制完井液降解聚合物速率的效果和可行性进行分析.

1 破胶液存在问题

目前海洋油田使用的破胶液是氧化型破胶液,其组成是在过滤海水中添加氧化型破胶剂、黏土稳定剂、缓蚀剂等.这种氧化型破胶液具有破胶彻底的特点,但也存在问题:

(1)氧化型破胶剂在运输、贮存和使用过程中存在安全隐患.氧化型破胶剂HBK、JPC等产品属强氧化剂,在运输、贮存和使用过程中易引起安全事故.

(2)在一定温度和压力下,氧化剂对水溶性聚合物降解速度快.对于高孔高渗型疏松砂岩储层,如果破胶速度过快,易造成漏失.因为破胶液是完井过程中接触储层的最后一类流体,之后下生产管柱和安装井口,如果此时发生漏失,工艺上很难补救;如果是气井,则安全隐患更大.比较理想的方案是替入破胶液后能够控制破胶速度,在生产管柱下入完成后开始发挥破胶作用.

(3)对于采用砾石充填水平井,砾石充填作业结束后,才能进行替入破胶液作业工序.如果在砾石充填作业之前破胶,则在充填作业过程中易造成漏失.

因此,为控制破胶剂的破胶速度,对于采用砾石充填的油气井,破胶剂直接在砾石充填作业中加入.由于砾石充填作业时间较短,不会引起滤饼破坏而发生漏失,也可以减少完井作业程序和完井液用量;对于不采用砾石充填的油气井,破胶剂可以直接加入到钻井液体系中,不用专门替入破胶液和起顶替作用的隐形酸完井液[12-14],从而减少完井液施工工序和成本.

2 实验

2.1 药品和仪器

实验所用破胶剂:氧化型破胶剂HBK、JPC为中海油田服务股份有限公司产品;JNJ-1、JNJ-2为胶囊破胶剂,为工业化产品.实验仪器:六速旋转黏度计、数控水浴锅等.

2.2 溶解性

将4种破胶剂按2%加量(每100mL所加质量,下同)加入海水中,在室温下搅拌观察其溶解情况;加热至70℃并搅拌观察其溶解情况.

2.3 破胶效果

(1)配制PRD钻开液:海水+0.15%(质量分数,下同)纯碱+0.1%氢氧化钠+0.7%增黏剂VIS+ 3%降失水剂FLO+3%聚合醇JLX,用KCl加重至1.10.

(2)在PRD钻开液中加入破胶剂,在70℃水浴中放置不同时间后在70℃下测其表观黏度.

2.4 滤饼解除效果

(1)将PRD钻开液用API常温中压滤失仪压制好滤饼.

(2)配制胶囊破胶液,在烧杯中放入200mL破胶液,将滤饼放入烧杯中.

(3)将烧杯放入70℃水浴中加热,每隔一定时间观察滤饼状态.

2.5 胶囊破胶液腐蚀性

参照石油天然气行业标准SY/T5451-1992《酸化缓蚀剂试验方法及评价指标》,腐蚀温度为70℃, N80钢片,实验以8h为时间段,研究前4h和后4h金属钢片在添加有胶囊破胶剂的PRD钻开液中的腐蚀速率.

2.6 抗压性评价

在PRD钻开液中加入破胶剂,在70℃下测量常压和15MPa下放置不同时间后的表观黏度,评价压力对胶囊破胶剂破胶效果影响.

2.7 储层保护性能评价

参照石油天然气行业标准SY/T6540-2002《钻井液完井液损害油层室内评价方法》,其中PRD钻开液污染岩心条件为70℃、3.0MPa、125min;胶囊破胶液解除污染温度70℃,以恢复渗透率衡量破胶液对储层损害的解除效果.

3 结果与分析

3.1 溶解性

氧化型破胶剂HBK和JPC在室温下能够很好地溶解于海水中,加热无沉淀生成;胶囊破胶剂JNJ-1和JNJ-2室温下不溶解,呈颗粒状,加热后有明显胀大现象并浮于海水表面.

3.2 破胶效果

3.2.1 效果比较

分析4种破胶剂在加量分别为3%和5%时对PRD钻开液的降解破胶效果,实验结果见图1和图2.

由图1可见,加入3%氧化型破胶剂JPC和HBK后,破胶速度明显高于相同加量的胶囊破胶剂JNJ -1和JNJ-2,其中JPC破胶速度最快,1h基本反应停止,但破胶不够彻底;JNJ-2破胶速度最慢.除JPC外,其他破胶剂在加量3%时能将PRD钻开液完全降解.

由图2可见,实验结果与图1基本一致,JNJ-2破胶速度最慢,4h后表观黏度还能保留5mPa·s,相比JNJ-1、JNJ-2具有更好地延迟破胶效果.因此,选用JNJ-2作为延迟破胶剂.

3.2.2 加量优选

分析不同加量时的胶囊破胶剂JNJ-2破胶效果,实验结果见图3.由图3可以看出,1%加量的JNJ-2不能将PRD钻开液完全降解,9h后混合物表观黏度还有15mPa·s左右,2%和3%加量的JNJ-2在9h后基本达到清水黏度,已经将PRD钻开液完全降解.因此,完全降解PRD钻开液所需JNJ-2的加量应不低于2%,完全释放时间为8～9h.

3.3 滤饼解除效果

PRD钻开液形成的API滤饼薄而韧.PRD钻开液滤饼在70℃、2%加量的JNJ-2溶液中放置2h后,PRD钻开液滤饼完全被降解消失,只剩下滤纸,说明JNJ-2降解PRD钻开液形成的滤饼较降解PRD钻开液本身所需加量和时间要少.

3.4 胶囊破胶液腐蚀性

胶囊破胶液的腐蚀性实验结果见表1.由表1可见,在PRD加JNJ-2体系中,前4h时钢片的平均腐蚀速率为0.9875g/(m2·h),后4h钢片腐蚀速率达到4.5375g/(m2·h).后4h的腐蚀速率明显大于前4h的,说明后4h胶囊破胶剂释放速度比前4h快,这也从另一方面间接说明胶囊破胶剂具有较明显的延迟破胶效果.

图1 加入3%破胶剂破胶效果

图2 加入5%破胶剂破胶效果

表1 胶囊破胶液腐蚀实验数据

3.5 抗压性

分析70℃时压力对胶囊破胶剂JNJ-2破胶效果影响,结果见图4.由图4可见,JNJ-2的破胶速率在15MPa下要快于常压下的,说明压力对JNJ-2的释放速度有一定影响,但影响程度不大.

3.6 储层保护性能

利用人造岩心评价PRD钻开液对岩心渗透率的影响,以及胶囊破胶剂对PRD造成损害的解除程度,结果见表2.由表2可见,PRD钻开液对岩心渗透率有一定程度损害,主要是聚合物大分子堵塞造成的;经胶囊破胶液9h浸泡解除,岩心渗透率恢复到95%以上,说明聚合物堵塞已经被解除.

图3 不同加量时胶囊破胶剂JNJ-2破胶效果

图4 压力对胶囊破胶剂破胶时间影响曲线

表2 储层保护效果评价

4 结论

(1)胶囊缓释破胶技术可以简化海上油田裸眼砾石充填井完井作业程序,降低完井漏失风险,具有很好地应用前景.

(2)优选出胶囊破胶剂JNJ-2,可以将目前海上油田1～2h破胶时间延缓至8～9h,并具有优异的最终破胶效果.胶囊破胶剂JNJ-2能有效解除PRD钻开液在井壁形成的内外滤饼,并具较好的抗压能力.

(3)胶囊破胶剂可以直接配成破胶液替入,也可以随砾石一起进行充填作业.

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Laboratory study on microcapsulated gel breaker fluid for horizontal wells in offshore oilfields/2010,34(4): 85-88

YUE Qian-sheng1,LIU Shu-jie2,HE Bao-sheng2,LI Yu-guang2,HU You-lin1
(1.School ofChemistryandEnvironmentEngineering,Yangtze University,J ingzhou,Hubei 434023,China;2.Research Center of CNOOC,Beijing100027,China)

In view of the problem of gel breakers used in horizontal wells in offshore oilfields,the technique of micelle delayed gel breaking is proposed.A micelle gel breaker JNJ-2 is chosen.The experimental results show that JNJ-2 has better characteristics of delayed gel breaking and an excellent effect of offshore horizontal well drilling and for removing filter cakes.Its corrosion resisting experiment has also demonstrated that it has an obvious effect of delayed gel removal.The technique can be used to reduce the procedures of offshore well drillings and risk of completion fluid leakage,it has wide application prospects.

microcapsulated gel breaker;delayed breaking-down;formation damage prevention;open hole completion;completion fluid;horizontal well

book=4,ebook=410

TE254.6

A

1000-1891(2010)04-0085-04

2010-04-27;审稿人:张继成;编辑:任志平

国家油气重大专项(2008ZX05056-002-03-04)

岳前升(1973-),男,博士,副教授,主要从事油田化学方面的研究.