南堡潜山裂缝性储层完井封层技术

沈园园，王在明，胡中志，吴艳

（中国石油冀东油田分公司钻采工艺研究院，河北 唐山 063000）

南堡潜山裂缝性储层完井封层技术

沈园园，王在明，胡中志，吴艳

（中国石油冀东油田分公司钻采工艺研究院，河北 唐山 063000）

南堡油田深层潜山裂缝发育，压力窗口窄，完井过程中易出现又漏又涌、气液置换严重等现象。为确保完井井控安全，减少储层污染，在进行φ177.8 mm尾管回接前，需采用封层技术将上部井筒与潜山油气层进行有效隔离。南堡潜山常用的封层工艺是使用机械式桥塞密封井筒，应用中多次出现桥塞坐封和打捞失败的现象。为提高封层效果，减少施工风险，研发出一种新型化学材料代替机械桥塞，该材料在井筒高温下能迅速团聚成塞，承受较高的温度和压力，并且易降解。现场试验表明，该化学桥塞抗温性能好，能长时间有效密封井筒，实现碳酸盐岩储层保护，与常规桥塞封层技术相比，节约了钻塞或打捞回收桥塞的时间，大大降低了完井成本。

桥塞；化学桥塞；封层技术；完井；南堡潜山

南堡油田深层潜山储层裂缝发育，地层压力系数为0.99～1.04。受裂缝的影响，漏失压力系数为1.01～1.06，地层压力敏感，钻井液安全密度窗口窄，钻、完井过程中，易出现又漏又涌、气液置换严重等现象。为保证潜山储层安全钻进，钻井中采用欠平衡及控压钻井技术［1-2］。完井中主要采用封层技术，将上部地层与潜山油气层进行临时性隔离，降低施工风险。目前南堡潜山常用的封层技术主要是机械式桥塞密封井筒［3-4］，但应用过程中多次出现桥塞坐封和打捞失败的现象。为提高封层效果，减少施工风险，开展了新型抗高温化学桥塞的实验研究。

1　储层特征及钻完井情况

1.1储层特征

南堡油田潜山油气成藏条件优越。沙河街组烃源岩不仅侧向与潜山对接，且直接覆盖于潜山之上，形成了较大的供烃窗口；大型断裂和广泛分布的不整合面为油气运移和输导提供了有效的通道［5-6］；多期次构造运动和岩溶改造形成了大量裂缝和溶蚀孔洞，主力勘探层系奥陶系裂缝宽度从几微米到几十微米不等，裂缝倾角为50～90°；基质有效孔隙度为0.88%～14.82%，平均3.58%，渗透率0.34×10-3～58.35×10-3μm2，平均16.94×10-3μm2：因此，南堡潜山属于发育较好的裂缝孔隙型油气藏［7］。

1.2钻完井基本情况

南堡潜山因工程地质条件复杂，主要采用水平井欠平衡钻井技术进行高效开发。由于储层埋藏深度大于4 000 m，且井口多位于人工岛或陆岸平台，平均水平位移大于2 500 m。钻井一般采用五开井身结构：φ508 mm表层套管+φ339.7 mm技术套管+φ244.5 mm技术套管+φ177.8 mm尾管+φ152.4 mm裸眼。由于井深、位移大，钻进过程中钻杆与套管间的接触力较大，且下部沙河街组和奥陶系地层压实程度高，可钻性差，钻时长，导致φ244.5 mm技术套管存在磨损情况，套管强度难以满足后期完井采油的要求；因此，完井时会对φ177.8 mm尾管进行回接［8］。

2　机械式桥塞封层效果评价

2.1可钻式桥塞

可钻式桥塞是一种双向卡瓦支撑、液压坐封、钻磨解封的封堵工具。该桥塞封层技术特点是施工简单，坐位准确，能承受双向压差，可暂时或永久封堵下部高压油气和喷、漏等层位。施工时，采用钻杆输送，地面泵车加压，通过液压坐封工具坐封。作业完成后，通过向井内下入磨铣工具，钻磨桥塞，实现解封［9-10］。但在应用中存在磨铣效率低的问题，因为可钻式桥塞普遍体积小、质量轻，故一般采用平底磨鞋磨掉桥塞［11］。当下入平底磨鞋磨铣桥塞时，由于桥塞的卡瓦不防转，桥塞会随着磨鞋一起转动，使磨铣效率降低，随着磨铣时间的推移，卡瓦牙与密封装置遭到破坏，多数桥塞会掉入井底，造成磨铣更加困难。南堡潜山平均钻除桥塞用时5～7 d，时间长，风险高，且对套管磨损严重。

2.2可回收式桥塞

可回收式桥塞由锚定机构、解封机构、密封机构3个部分组成。它采用独特的自锁定结构，具有可靠的双向承压功能，用液压或电缆投送工具送进坐封，作业完成时解封回收。可回收式桥塞坐封时，桥塞中卡瓦在椎体的作用下撑开，锚定在套管壁上，同时内部结构自锁，密封机构中胶筒受压膨胀，密封油套环形空间；解封时，自锁解除，锚定机构恢复原位，胶筒在自身的弹性作用下收缩［12］。但在实际应用中，可回收式桥塞存在坐封失败、打捞回收困难的问题。这是由于南堡油田潜山井普遍为大斜度、大位移井，在承受上下变载荷时，桥塞胶筒对套管环空的密封容易失效，无法有效坐封；同时，在进行桥塞打捞的时候，多次出现打捞工具无法抓牢桥塞芯轴、工具遇卡无法顺利安全退出而拔断桥塞等复杂情况。

3　化学桥塞室内评价

由于机械式桥塞在实际操作中存在磨铣效率低、坐封失败、打捞困难等问题，为此，研制了新型的化学桥塞［13］。通过将一种在高温下能迅速团聚成塞的化学材料顶替到井内预定封层位置，可在大压差下密封井筒、封隔钻井液与油层。

3.1成胶及破胶机理

化学桥塞采用高强度交联聚合物体系作为桥塞的工作液，由聚合物、交联剂、除氧剂、增强剂、破胶剂和其他添加剂等组成。聚合物在交联剂、除氧剂等的作用下发生交联聚合反应，形成三维空间结构，使液态流体转变为高黏性半固体状胶体桥塞。当化学桥塞需要排除时，可以通过破胶剂的氧化反应将体系聚合物的分子链打断，使其结构破坏，从而降低化学桥塞的强度，再循环排除；也可以依靠钻头切割冲蚀破胶方式破胶。

3.2室内研究与实验

3.2.1性能指标

针对南堡潜山储层特性，制定了化学桥塞主要性能指标：

1）为减少胶液与钻井液之间的混浆，提高泵入效率，要求胶液在常温下具有一定强度。

2）为保证有足够的井筒施工作业时间，胶体形成时间可调，在2.5～4.0 h。

3）形成的交联聚合胶体具有非常好的热稳定性，在150℃的恒温下，老化5～10 d，胶体强度保持稳定。

4）胶体容易解除，在井筒温度条件下能够氧化破胶或钻头机械破胶，解除封堵。

3.2.2配制与测定

将各组分按不同比例配制不同质量分数的成胶液，放置在耐高温的不锈钢老化罐中，密封后放入加热炉，进行加热老化，定期观察成胶情况。成胶反应在模拟井筒温度150℃下进行，成胶时间采用Sydansk的GSC目测代码评价方法测定，胶体强度采用突破真空度法定量测定。

3.2.3各组分对成胶性能的影响

1）聚合物质量分数。聚合物是化学桥塞的主要成分，实验中改变聚合物的质量分数，保持交联剂等质量分数不变，则聚合物质量分数对化学桥塞成胶程度的影响见图1。

实验研究表明，聚合物质量分数对成胶时间影响较小，对胶体强度影响较大，随着聚合物用量增加，胶体强度大幅度上升。

2）交联剂质量分数。在成胶实验中，交联剂质量分数是影响和评价胶体性能的重要参数之一。在常温下，配制好的胶液搅拌30 min会发生第1次成胶，黏度在2 000 mPa·s以上，本次成胶主要目的是更好清洗管壁，同时减少泵入过程中的混浆。在高温下，会发生2次成胶，胶体强度进一步提高，形成套管黏附能力强、黏度高（10 000 mPa·s以上）、防气窜能力强大的化学桥塞（见图2）。

由图2可以看出：成胶强度随着交联剂质量分数增加而增强，当交联剂质量分数大于0.25%后，成胶强度上升的幅度开始趋于平缓；而成胶时间则随着交联剂质量分数增加而缩短。

3）除氧剂质量分数。化学桥塞在高温下可与氧发生反应使分子链断裂、降解，致使溶液黏度降低。因而，除氧是阻止化学桥塞高温降解、保证强度稳定的重要手段之一。将含有不同质量分数除氧剂的胶液放入150℃的加热炉中，10 d后用突破真空度测定装置测量冻胶强度，实验结果见图3。

由图3可以看出，除氧剂质量分数对化学桥塞成胶时间没有影响，但是影响它的热稳定性能。当除氧剂质量分数小于0.15%时，化学桥塞老化10 d后，胶体强度下降明显；当除氧剂质量分数大于0.15%后，化学桥塞老化10 d后，胶体强度随除氧剂质量分数的提高而下降幅度趋于平缓。

通过以上组分影响实验，了解了各组分对成胶体系成胶性能的影响。根据南堡潜山完井作业要求，确定了化学桥塞基本配方：0.20%～0.50%聚合物+0.20%～0.30%交联剂+0.10%～0.20%除氧剂。

3.2.4常规性能评价

1）温度对化学桥塞性能的影响。实验考察了90～150℃条件下化学桥塞的强度变化，结果见表1。

实验结果表明：体系成胶时间随着温度的升高而缩短，并且形成的胶体强度随着温度的升高而增加。在此温度范围内，化学桥塞体系均能够顺利交联，其成胶性能不会因温度的限制而受影响。

2）水包油钻井液对化学桥塞性能的影响。目前，南堡潜山储层基本采用水包油钻井液体系，完井过程中使用化学桥塞需要考虑井筒内水包油钻井液对其性能的影响。制备好胶液后，分别向老化罐内壁抹上不同质量分数的水包油钻井液，再倒入成胶体系，放入150℃加热炉中，定期观察成胶情况。所得结果见表2。

实验结果表明：质量分数10%以下的水包油钻井液，对化学桥塞性能基本上没有什么影响，但随着水包油钻井液质量分数的增加，高温流体段塞的附壁性变差，能直接倒出，无法观察成胶时间。因此，实际应用中应尽量减少施工井段井筒内壁上的钻井液。

3）化学桥塞的耐压性。为开展化学桥塞耐压性评价模拟实验，自主设计制造了抗压测试装置。该装置是在φ139.7 mm、长度60 cm的套管两端加上有滤网的接头改装而成。把装有化学桥塞的测试装置一端通氮气，读取化学桥塞顶部恰好有氮气逸出的压力值，即可测试出化学桥塞的气体突破压力差。实验测得该化学桥塞抗压差值为0.030 MPa/60 cm，折算300 m承压15 MPa，可以满足南堡潜山油藏作业施工的要求。

4）化学桥塞热稳定性。将胶体放入密闭的容器中，然后放入150℃的加热炉中恒温10 d，恒温后取出老化罐。胶体强度由初始成胶强度的0.069 MPa下降到0.064 MPa，基本保持稳定，说明该体系具有优异的热稳定性，能满足南堡潜山完井要求。

5）破胶性能。在化学桥塞中加入0.1%破胶剂，放置在加热炉中，150℃恒温老化2 h，胶体强度大幅下降，胶液黏度小于5 mPa·s，没有块状冻胶，且流动性好，说明胶体已完全破胶。

4　现场应用

南堡油田某井在潜山段钻井过程中多次出现井漏、井涌等现象，共漏失钻井液812.18 m3，成功点火25次，燃气144 412 m3。在完井过程中，为减少井漏，降低井控风险，决定在井筒中应用化学桥塞封隔井筒。

首先，根据化学桥塞抗温性能和井下温度压力情况确定在φ177.8 mm尾管底部泵入化学桥塞。而化学桥塞的长度则是依据地层压力来确定，既要确保储层气体不逸出，封隔住油气，又要保证不造成储层伤害，避免井筒中的化学桥塞和钻井液被压入储层。经计算，确定化学桥塞长度为400 m，折算胶液体积为8 m3。施工时，上提井下钻柱至化学桥塞设计位置，开始泵入胶液。8 m3胶液泵入完成后，以16～18 L/s排量（为提高顶替效率，要尽量加大排量）注入钻井液，顶替胶液至尾管底部。顶替完成后，上提钻具至桥塞顶，开泵循环，清洗钻具内胶液。至此，胶液泵入作业施工完成。关井候凝，待胶液在井下团聚成塞，开始进行回接φ177.8 mm套管、固井等完井作业。

整个施工过程共计13 d，期间没有发生任何井漏和溢流现象，且井口压力始终保持为0。这充分说明化学桥塞成功封隔住了井下油气，在降低施工风险的同时，能有效地保护储层。

完井作业后，采用通井钻具进行机械切削完成破胶，钻压为19.6～49.0 kN，排量为13～16 L/s，施工顺利，破胶彻底。该井投产后初期产油52.7 t/d，产气9.6×104m3/d，投产效果良好。

5　结论

1）实验研究和现场应用表明，化学桥塞成胶时间可调，并可通过化学或机械的方式破解，耐压高，热稳定性能强，施工简单方便，不用打捞，可以满足多种施工作业要求。

2）化学桥塞能解决南堡潜山裂缝性储层完井过程中井控风险大、储层封隔困难难题，较常规的机械桥塞相比，节约了钻塞或打捞回收桥塞的时间，大大降低了完井成本。

3）作业完成后，解除化学桥塞需要一趟钻完成化学或机械方式的破胶，影响施工进度，因此，下一步将开展自动延迟破胶的化学桥塞的研究与现场试验。

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（编辑李宗华）

Sealing technology for well completion of buried hill reservoir in Nanpu Oilfield

SHEN Yuanyuan，WANG Zaiming，HU Zhongzhi，WU Yan
（Institute of Drilling and Production Technology，Jidong Oilfield Company，PetroChina，Tangshan 063000，China）

The appearances during well completion were well kick，lost circulation，and the gas-driving-wate-out because of formation fracture growing and narrow pressure window.In order to ensure the well control safety and reduce the formation damage，the sealing technology is adopted to isolate upper wellbore from buried hill reservoir.The common sealing technology in Nanpu Oilfield is using mechanical bridge-plug，and the phenomenon of the setting and salvage failure has occurred many times in the application.To improve the sealing effect and reduce the construction risk，a new type of temperature-tolerant chemical bridge-plug has been developed.The principle is that a chemical material which can form bridge-plug by aggregating at high temperature is injected into the sealing place.The chemical bridge-plug with high temperature and high pressure can be easily degraded.The field testing shows that the chemical bridge-plug exhibits excellent thermostability and seals the wellbore effectively for a long time.Compared with conventional technology，the material bridge-plug sealing technology can save the time of drilling and salvage plug.It can reduce completion cost.

bridge-plug；chemical bridge-plug；sealing technology；well completion；buried hill reservoir in Nanpu Oilfield

国家科技重大专项“渤海湾盆地黄骅坳陷滩海开发技术示范工程”（2011ZX05050）

TE257

A

10.6056/dkyqt201604027

2015-11-12；改回日期：2016-05-09。

沈园园，女，1984年生，工程师，硕士，2008年毕业于昆明理工大学，现从事钻井设计及相关科研工作。E-mail：zcy_shenyy@petrochina.com.cn。

引用格式：沈园园，王在明，胡中志，等.南堡潜山裂缝性储层完井封层技术［J］.断块油气田，2016，23（4）：533-536.

SHEN Yuanyuan，WANG Zaiming，HU Zhongzhi，et al.Sealing technology for well completion of buried hill reservoir in Nanpu Oilfield ［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（4）：533-536.