绥中36-1油田井壁承压封堵性研究

赖全勇 杨 洁 谌鹏飞

（中海油田服务股份有限公司油田化学研究院，河北 廊坊 065201）

绥中36-1（SZ36-1）油田位于渤海辽东湾下辽河坳陷、辽西低凸起中段。经过20 多年的开发，由于油藏地质沉积、层系井网特点及长期注水开发对地层原始压力系统的影响，储层油水关系和压力系统更趋复杂，从上层至下部地层，层间矛盾和平面矛盾非常突出，因此钻完井作业过程中复杂情况频发。如钻遇高压储层时储层流体容易侵入泥浆，发生井涌和井喷，影响钻井效率及钻井质量。而在钻遇低压储层时，钻完井液容易发生大量漏失，伤害地层，影响油井产能。根据压力测试资料，所在井区地层压力均已下降，预测综合调整井目的层段地层压力为11.5MPa～13.5MPa，储层压力下降1MPa～2MPa，折合压力系数为0.7～0.95，最大净压差达到6.4MPa。另外，SZ36-1 油田东营组黏土矿物含量高，易水化造浆，加上明化馆陶砂泥岩互层胶结疏松，压力亏空较大，造成了倒划眼困难、频繁憋泵、电测遇阻和卡钻等复杂问题。对此，该文通过可量化的评价研究和评价方法[1-3]，进行现场作业体系的承压封堵研究。

1 试验部分

1.1 试剂与仪器

主要试剂：人工模拟海水，自制；碱度调节剂为烧碱和纯碱，工业级；一袋化材料PF-MFA，工业级；环保封堵材料PF-Bioseal，工业级。刚性封堵材料PF-HTC，工业级；承压增强剂PF-STRH，工业级；沥青类封堵防塌剂PF-LSF，工业级。

主要仪器：WT-2000A 变频高速搅拌器、OFI800 流变仪、OFI 常温中压六联滤失仪、OFI 四联高温高压滤失仪、OFI 渗透封堵仪PPT、OFI 五轴滚子炉、可视化常温中压砂床封堵仪以及钻井液高温高压动态堵漏仪。

1.2 钻井液选择

针对绥中36-1 油田的特点，以高性能钻井液体系ONEDRILL 为基浆，基本配方见表1。按表1 配方配制密度为1.20g/cm3的ONEDRILL 基浆，备用。

表1 一袋化水基钻井液基础配方

1.3 高温高压滤失试验

取1.2 节试验部分的ONEDRILL 基浆各400mL，分别按2%加量加入PF-Bioseal、PF-HTC 和PF-LSF。另将不加封堵剂的基浆作为空白样，经80℃热滚16h 后，采用OFI800 流变仪、中压滤失仪和OFI 四联高温高压滤失仪对ONEDRILL 基浆和添加不同类型封堵剂的泥浆进行测试[4-6]。高温高压滤失试验条件为80℃、3447.5kPa（500PSI）。

1.4 可视化砂床试验

国内外专家等学者均将“干砂”作为模拟地层的介质[7-8]，以钻井液在砂床上的侵入深度和钻井液滤失的指标考察体系的封堵效果。该文选用可视化常温中压砂床封堵仪，分别填充40～60 目、60～80 目石英砂，对1.3 节试验部分经80℃热滚16h 后的ONEDRILL 基浆和添加不同类型封堵剂的泥浆进行测试。试验条件为石英砂用量250g，钻井液用量400mL，压力为689.5kPa（100PSI）。

1.5 渗透封堵试验

渗透率封堵测试仪可以模拟和测量井下静态滤失，通过形成渗透性滤饼封堵漏失，是一种常用的封堵剂评价手段。该文选用OFI 渗透封堵仪（PPT），分别用FANN 式高（8D）、中（3D）、低（850mD）3 种孔隙度砂盘对1.3 节试验部分经80℃热滚后16h 后的ONEDRILL 基浆和添加不同类型封堵剂的泥浆进行测试。试验条件为温度80℃，压差6895kPa（1000PSI）。

1.6 高温高压动态堵漏仪试验

高温高压堵漏仪通过模拟漏失地层的温度和堵漏时的压力，并建立不同漏失地层的物理模块，最大程度地模拟钻井工程中的漏失状况，可以完成对堵漏材料的结构、配比、耐温性和耐压性等性能的评价，研究不同堵漏材料对各种漏失地层的堵漏效果。仪器主要由静液柱压力模拟系统、动态釜体、物理模型、地层温度模拟系统、压力测量系统、数据采集以及分析软件等系统组成。该仪器可配备3 种不同模型，分别为填砂模型、梯形缝模型和多孔模型，对应完成渗透型地层、裂缝型地层和破碎型地层仿真模拟试验。针对绥中36-1 油田特点，该文采用填砂模型对1.3 节试验部分经80℃热滚16h 后的ONEDRILL 基浆和添加不同类型封堵剂的泥浆进行封堵和承压能力研究。试验条件为温度80℃，转速为100r/min。试验中，压力从0.5MPa 开始逐渐增加，每次增加2.5MPa，最大至20MPa，由仪器自动记录从填砂管渗出的滤液质量-时间曲线和釜内压力-时间曲线。

2 结果与讨论

2.1 基浆性能评价

根据国家标准GB/T167831—2006《石油天然气工业钻井液现场测试第1 部分水基钻井液》，测试一袋化钻井液在80℃热滚16h 前后的API 滤失量及流变性能，结果见表2。根据表2 可知，ONEDRILL 基浆流变性能良好，API 滤失量较低，泥饼质量薄而韧且抑制性较强，能够满足SZ36-1 油田东营组作业的抑制性要求。

表2 ONEDRILL 体系基浆性能

2.2 高温高压滤失评价性能评价

根据调研分析，明化馆陶砂泥岩互层胶结疏松且压力亏空特征明显，因此必须加强钻井液的承压封堵能力。高温高压滤失试验常用来评价封堵剂的封堵效果，它可以直观体现钻井液外泥饼渗透性的高、低。试验结果见表3。加入3种类型的封堵剂后，对体系本身流变性能均没有太大影响，HTHP 滤失量均得到了一定下降，效果最好的是防塌封堵剂PF-LSF，高温高压滤失量只有7.2mL，环保封堵剂PF-Bioseal也与之比较接近，刚性颗粒封堵剂PF-HTC 效果最不明显。

表3 不同封堵剂对ONEDRILL 体系性能的影响

2.3 可视化常温中压砂床试验性能评价

可视化常温中压砂床试验可以直观体现钻井液在近井筒地层中形成的内泥饼渗透性的高、低。在试验中发现，在分别填充40～60 目和60～80 目石英砂的情况下，所有钻井液透过砂床的滤液体积均为零。该文比较了各组侵入深度，结果如图1 所示。其中，加入了2%PF-Bioseal 的基浆综合效果最好，侵入深度分别为2.1cm 和0.8cm，为同条件下最优。原因可能是该材料同时含有刚性封堵材料和纳米可变形材料，“软硬”结合，获得了较理想的填充效果，而纯刚性封堵材料PF-HTC 和沥青封堵类PF-LSF 还存在一定不足。

图1 不同封堵剂对体系砂床封堵效果的影响

2.4 渗透封堵试验评价

高温高压渗透封堵试验是封堵剂评价中最常用的方法，也可以直观体现钻井液内外泥饼渗透性的高、低。通过选用不同孔隙度的砂盘，并利用滤失量的高、低来判断封堵剂在各种孔隙度下的封堵效果，具有高度的便捷性及重复性。结果如图2 所示。从图2 可以发现，当同时面对高（8D）、中（3D）、低（850mD）3 种孔隙度的砂盘时，加入PF-Bioseal的基浆封堵效果最佳，3 种砂盘下的滤失量都是最低的，进一步验证了PF-Bioseal 封堵材料的特性，通过“软硬”结合才能获得较理想的封堵效果。

图2 不同封堵剂对体系渗透封堵试验的影响

2.5 高温高压动态堵漏分析

上述研究通过HTHP 滤失试验、可视化常温中压砂床和PPA 渗透封堵等系列试验分别对3 种类型的封堵剂PFHTC、PF-LPF 和PF-Bioseal 进行了详细评价，其中环保封堵剂PF-Bioseal 综合效果最佳，选其作为必加封堵剂来进行高温高压动态堵漏试验。先填充40～60 目石英砂对其封堵剂组合进行封堵效果、承压能力的研究，结果见表4。

表4 不同封堵剂组合对高温高压动态堵漏试验的影响

从表4 可以发现，在40～60 目石英砂情况下，不加封堵剂的基浆随着施加的压力而逐渐增大，漏失量逐渐增大，直至全漏失，承压能力严重不足，只有7.0MPa。加入2%PF-Bioseal后，漏失量明显下降，承压能力得到了增强，增至11.0MPa，但还是有较大漏失。继续加入刚性填充材料PF-HTC，漏失量进一步下降，承压能力得到进一步加强，承压能力达到了16.0MPa。最后再补入承压增强剂PF-STRH，取得了最佳效果，承压能力增至20.0MPa，并且中间无任何钻井液渗透通过填砂管。另外，换用60～80 目石英砂及20～40 目石英砂分别对同时含有3 种封堵剂的组合进行试验，得到的结果相同，证明了该组合，即基浆+2%PF-Bioseal+2%HTC+2%PFSTRH 具有相对宽范围的承压封堵效果，能够满足现场作业要求。

3 机理分析

1977 年，A.Abrams 提出了三分之一架桥规则。该理论认为钻井液中所含的架桥材料的粒径大于或等于三分之一孔隙尺寸，并且架桥粒子在钻井液中的浓度达到5%时，架桥粒子能够有效架桥并封堵漏失通道。2004 年，Aston 等首次提出了“应力笼”概念，如果钻井液中的固相堵漏材料能够进入裂缝并在裂缝开口端附近迅速形成渗透率极低的桥塞，则可起到阻止压力传递与滤液侵入的作用。由于堵漏材料具有一定的机械强度，能够支撑裂缝以使其保持张开状态，改变了近井壁岩石的应力状态，增加了近井壁的周向应力，因此提高了地层破裂压力或裂缝重启压力，即提高了地层的承压能力[9]。这里的PF-HTC 是一种广谱式的刚性填充材料，通过颗粒级配可以达到架桥的目的。PF-STRH 是一种多功能承压增强剂，它利用纤维状材料构建空间网架结构，以多种可变形填充材料填充空间网络，可降低泥饼渗透率，并利用成膜技术把网架结构快速包裹起来，以提高其韧性和致密性，使形成的薄泥饼渗透率降至极低，以提高其瞬时封堵能力及地层承压能力。而PFBioseal 含有纳米级别的可变形粒子，进入孔隙和微裂缝后，因挤压变得紧密，外加沥青类的“涂敷”封堵，可形成连续致密的“镜面”，正是这种组合式的封堵才能达到较理想的承压封堵效果，满足现场作业的需要。

4 结论

综合高温高压滤失试验、可视化砂床封堵试验和渗透封堵试验结果，同时包括纳米可变形粒子和沥青类封堵材料的环保封堵剂——PF-Bioseal 封堵剂在ONEDRILL体系中表现出了良好的综合封堵效果，优于纯刚性封堵材料PF-HTC 和沥青防塌封堵材料PF-LSF。但是在SZ36-1 油田复杂的地层压力和易水化失稳井壁条件下，必须采用更有效的组合式封堵技术，并利用ONEDRILL 体系+2%PFBioseal+2%PF-HTC+2%PF-STRH，才能进行从低渗透到高渗透、从小裂缝到大裂缝的较宽范围内的封堵，并提高井壁的承压能力，保证SZ36-1 油田现场作业的顺利进行，减少复杂情况的发生。