海洋油田水平井膠囊破膠液技術

岳前升,劉書杰,何保生,李玉光,胡友林

(1.長江大學化學與環境工程學院,湖北荊州 434023; 2.中海石油研究中心,北京 100027)

海洋油田水平井膠囊破膠液技術

岳前升1,劉書杰2,何保生2,李玉光2,胡友林1

(1.長江大學化學與環境工程學院,湖北荊州 434023; 2.中海石油研究中心,北京 100027)

針對海洋油田水平井破膠液破膠速度快且不宜控制,使用膠囊延遲破膠技術,優選膠囊破膠劑JNJ-2.實驗結果表明:膠囊破膠劑JNJ-2具有較好的延遲破膠特性,能夠將海上油田水平井破膠時間由1～2h提高至8～9h,壓力對其釋放速度影響不大,破膠劑完全釋放后能有效解除聚合物堵塞造成的儲層損害,對海洋油田水平井鉆井液及其濾餅具有良好解除效果;膠囊延遲破膠技術能夠減少海洋完井作業程序,降低完井漏失風險,具有廣闊應用前景.

膠囊破膠劑;延遲破膠;儲層保護;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開采油氣.由于海洋油田多數儲層埋藏較淺,膠結疏松,水平井一般采用裸眼或裸眼加篩管完井方式,并通過礫石充填防止儲層出砂.為有效保護環境和儲層,海洋油田水平井或大位移井常使用水基無固相弱凝膠鉆井液體系[1-4](PRD鉆開液體系)打開儲層,在鉆井作業結束后,為解除鉆井液中聚合物對儲層造成的損害,在完井施工時使用破膠液解除儲層傷害.目前使用的破膠液為氧化型破膠液,破膠效果較好,但存在破膠速度過快、破膠速度不宜控制及完井施工程序多等問題.

在壓裂施工中,當完成造縫、控濾及攜砂后,要求壓裂液中的聚合物迅速徹底降解并及時返排恢復油氣生產.如果壓裂液中的聚合物降解不好,將造成儲層傷害,降低油氣產量.常用的解決措施是使用包括過硫酸鹽、酶類、酸等的破膠劑.破膠劑降解聚合物速度與其用量成正比,如果在泵入時加入太多破膠劑,壓裂液就會過早降解,使儲層受到入井流體的穿透傷害;如果用量過少,則破膠不徹底,在裂縫層表面與中心形成濾餅,對儲層造成殘渣和滯留體傷害,降低導流能力.為此,研制一種新型的延遲釋放破膠技術,即在常規破膠劑外包裹上一層防水囊衣材料,形成膠囊破膠劑,這種延緩破膠[5-11]技術已經廣泛應用于壓裂施工中.筆者嘗試將膠囊破膠技術引入海洋油田水平井完井液體系中,對利用膠囊破膠劑控制完井液降解聚合物速率的效果和可行性進行分析.

1 破膠液存在問題

目前海洋油田使用的破膠液是氧化型破膠液,其組成是在過濾海水中添加氧化型破膠劑、黏土穩定劑、緩蝕劑等.這種氧化型破膠液具有破膠徹底的特點,但也存在問題:

(1)氧化型破膠劑在運輸、貯存和使用過程中存在安全隱患.氧化型破膠劑HBK、JPC等產品屬強氧化劑,在運輸、貯存和使用過程中易引起安全事故.

(2)在一定溫度和壓力下,氧化劑對水溶性聚合物降解速度快.對于高孔高滲型疏松砂巖儲層,如果破膠速度過快,易造成漏失.因為破膠液是完井過程中接觸儲層的最后一類流體,之后下生產管柱和安裝井口,如果此時發生漏失,工藝上很難補救;如果是氣井,則安全隱患更大.比較理想的方案是替入破膠液后能夠控制破膠速度,在生產管柱下入完成后開始發揮破膠作用.

(3)對于采用礫石充填水平井,礫石充填作業結束后,才能進行替入破膠液作業工序.如果在礫石充填作業之前破膠,則在充填作業過程中易造成漏失.

因此,為控制破膠劑的破膠速度,對于采用礫石充填的油氣井,破膠劑直接在礫石充填作業中加入.由于礫石充填作業時間較短,不會引起濾餅破壞而發生漏失,也可以減少完井作業程序和完井液用量;對于不采用礫石充填的油氣井,破膠劑可以直接加入到鉆井液體系中,不用專門替入破膠液和起頂替作用的隱形酸完井液[12-14],從而減少完井液施工工序和成本.

2 實驗

2.1 藥品和儀器

實驗所用破膠劑:氧化型破膠劑HBK、JPC為中海油田服務股份有限公司產品;JNJ-1、JNJ-2為膠囊破膠劑,為工業化產品.實驗儀器:六速旋轉黏度計、數控水浴鍋等.

2.2 溶解性

將4種破膠劑按2%加量(每100mL所加質量,下同)加入海水中,在室溫下攪拌觀察其溶解情況;加熱至70℃并攪拌觀察其溶解情況.

2.3 破膠效果

(1)配制PRD鉆開液:海水+0.15%(質量分數,下同)純堿+0.1%氫氧化鈉+0.7%增黏劑VIS+ 3%降失水劑FLO+3%聚合醇JLX,用KCl加重至1.10.

(2)在PRD鉆開液中加入破膠劑,在70℃水浴中放置不同時間后在70℃下測其表觀黏度.

2.4 濾餅解除效果

(1)將PRD鉆開液用API常溫中壓濾失儀壓制好濾餅.

(2)配制膠囊破膠液,在燒杯中放入200mL破膠液,將濾餅放入燒杯中.

(3)將燒杯放入70℃水浴中加熱,每隔一定時間觀察濾餅狀態.

2.5 膠囊破膠液腐蝕性

參照石油天然氣行業標準SY/T5451-1992《酸化緩蝕劑試驗方法及評價指標》,腐蝕溫度為70℃, N80鋼片,實驗以8h為時間段,研究前4h和后4h金屬鋼片在添加有膠囊破膠劑的PRD鉆開液中的腐蝕速率.

2.6 抗壓性評價

在PRD鉆開液中加入破膠劑,在70℃下測量常壓和15MPa下放置不同時間后的表觀黏度,評價壓力對膠囊破膠劑破膠效果影響.

2.7 儲層保護性能評價

參照石油天然氣行業標準SY/T6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內評價方法》,其中PRD鉆開液污染巖心條件為70℃、3.0MPa、125min;膠囊破膠液解除污染溫度70℃,以恢復滲透率衡量破膠液對儲層損害的解除效果.

3 結果與分析

3.1 溶解性

氧化型破膠劑HBK和JPC在室溫下能夠很好地溶解于海水中,加熱無沉淀生成;膠囊破膠劑JNJ-1和JNJ-2室溫下不溶解,呈顆粒狀,加熱后有明顯脹大現象并浮于海水表面.

3.2 破膠效果

3.2.1 效果比較

分析4種破膠劑在加量分別為3%和5%時對PRD鉆開液的降解破膠效果,實驗結果見圖1和圖2.

由圖1可見,加入3%氧化型破膠劑JPC和HBK后,破膠速度明顯高于相同加量的膠囊破膠劑JNJ -1和JNJ-2,其中JPC破膠速度最快,1h基本反應停止,但破膠不夠徹底;JNJ-2破膠速度最慢.除JPC外,其他破膠劑在加量3%時能將PRD鉆開液完全降解.

由圖2可見,實驗結果與圖1基本一致,JNJ-2破膠速度最慢,4h后表觀黏度還能保留5mPa·s,相比JNJ-1、JNJ-2具有更好地延遲破膠效果.因此,選用JNJ-2作為延遲破膠劑.

3.2.2 加量優選

分析不同加量時的膠囊破膠劑JNJ-2破膠效果,實驗結果見圖3.由圖3可以看出,1%加量的JNJ-2不能將PRD鉆開液完全降解,9h后混合物表觀黏度還有15mPa·s左右,2%和3%加量的JNJ-2在9h后基本達到清水黏度,已經將PRD鉆開液完全降解.因此,完全降解PRD鉆開液所需JNJ-2的加量應不低于2%,完全釋放時間為8～9h.

3.3 濾餅解除效果

PRD鉆開液形成的API濾餅薄而韌.PRD鉆開液濾餅在70℃、2%加量的JNJ-2溶液中放置2h后,PRD鉆開液濾餅完全被降解消失,只剩下濾紙,說明JNJ-2降解PRD鉆開液形成的濾餅較降解PRD鉆開液本身所需加量和時間要少.

3.4 膠囊破膠液腐蝕性

膠囊破膠液的腐蝕性實驗結果見表1.由表1可見,在PRD加JNJ-2體系中,前4h時鋼片的平均腐蝕速率為0.9875g/(m2·h),后4h鋼片腐蝕速率達到4.5375g/(m2·h).后4h的腐蝕速率明顯大于前4h的,說明后4h膠囊破膠劑釋放速度比前4h快,這也從另一方面間接說明膠囊破膠劑具有較明顯的延遲破膠效果.

圖1 加入3%破膠劑破膠效果

圖2 加入5%破膠劑破膠效果

表1 膠囊破膠液腐蝕實驗數據

3.5 抗壓性

分析70℃時壓力對膠囊破膠劑JNJ-2破膠效果影響,結果見圖4.由圖4可見,JNJ-2的破膠速率在15MPa下要快于常壓下的,說明壓力對JNJ-2的釋放速度有一定影響,但影響程度不大.

3.6 儲層保護性能

利用人造巖心評價PRD鉆開液對巖心滲透率的影響,以及膠囊破膠劑對PRD造成損害的解除程度,結果見表2.由表2可見,PRD鉆開液對巖心滲透率有一定程度損害,主要是聚合物大分子堵塞造成的;經膠囊破膠液9h浸泡解除,巖心滲透率恢復到95%以上,說明聚合物堵塞已經被解除.

圖3 不同加量時膠囊破膠劑JNJ-2破膠效果

圖4 壓力對膠囊破膠劑破膠時間影響曲線

表2 儲層保護效果評價

4 結論

(1)膠囊緩釋破膠技術可以簡化海上油田裸眼礫石充填井完井作業程序,降低完井漏失風險,具有很好地應用前景.

(2)優選出膠囊破膠劑JNJ-2,可以將目前海上油田1～2h破膠時間延緩至8～9h,并具有優異的最終破膠效果.膠囊破膠劑JNJ-2能有效解除PRD鉆開液在井壁形成的內外濾餅,并具較好的抗壓能力.

(3)膠囊破膠劑可以直接配成破膠液替入,也可以隨礫石一起進行充填作業.

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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;審稿人:張繼成;編輯:任志平

國家油氣重大專項(2008ZX05056-002-03-04)

岳前升(1973-),男,博士,副教授,主要從事油田化學方面的研究.