冀東油田絨囊修井液控制儲層傷害應用研究

李良川盧淑芹彭 通張明偉米 凡

（1. 中國石油大學石油工程教育部重點實驗室，北京 102249；2. 冀東油田公司，河北唐山 063000；3.中南大學，湖南長沙 410083）

冀東油田絨囊修井液控制儲層傷害應用研究

李良川1，2盧淑芹2彭 通2張明偉1米 凡3

（1. 中國石油大學石油工程教育部重點實驗室，北京 102249；2. 冀東油田公司，河北唐山 063000；3.中南大學，湖南長沙 410083）

針對冀東油田在修井過程中出現漏失、含水恢復時間長、儲層傷害嚴重等問題，在分析了絨囊暫堵機理的基礎上，現場采用絨囊修井液體系，利用絨囊自匹配漏失通道實現全面封堵并可自動返排的特性解決了這一難題。室內評價表明，絨囊修井液體系穩定時間15 d以上，封堵地層后可提高地層承壓能力達到7 MPa，修井液侵入地層在8 cm以內，巖心滲透率恢復值達90%以上。在L12-6井和NP23-X2409井進行了現場應用，L12-6井采用絨囊修井液暫堵檢泵，含水恢復至正常水平僅需3 d，且日產油增加3 t多，含水率下降了30%；NP23-X2409井采用絨囊修井液暫堵后擠水泥，承壓能力提高了6～7.5 MPa，日產油增加了10 t多，含水率下降了5%。室內和現場應用表明，絨囊修井液封堵效果好，對儲層傷害較小。

絨囊；修井液；暫堵；儲層傷害；恢復產能；承壓能力

冀東油田滾動開發不斷深入，地層壓力下降，修井液漏失嚴重。以往主要采用油溶樹脂［1］、廣譜復合屏蔽暫堵［2］以及利用表面活性劑使修井液發泡、降低液柱壓力［3］等方法防漏堵漏。利用先進的剛性封堵理論［4］，優化剛性材料架橋與油溶材料充填，協同暫堵效果較好［5］。但油溶性材料受溫度影響大，施工時由于設備故障、臨時停止作業等原因容易卡管柱，而且施工后大部分井產量恢復時間較長。曾經使用的自適應防漏堵漏，應用范圍有一定的局限性［6］；使用表面活性劑發泡，修井液半衰期僅30 min，只能短時間調節工作液密度達到降低液柱壓力、控制漏失，封堵時間較短。

絨囊是一種內部為氣囊、外部附著絨毛的可以實現找孔堵孔的新型材料。絨囊與其存在的膠體環境構成的絨囊工作液，已成功應用于鉆井、完井作業防漏堵漏和控制儲層傷害［7］。絨囊工作液以水為連續相，通過表面活性劑、聚合物處理劑在物理、化學作用下，自然產生粒徑15～150 μm、壁厚3～10 μm的絨囊作為分散相，形成穩定的氣液分散體系。絨囊修井液利用絨囊自匹配漏失通道能力，無論漏失通道的尺寸大于、小于或相當于絨囊尺寸，都可利用絨囊自身的特性，實現全封堵地層并可自動返排。施工時不但能夠降低工作液密度，實現欠平衡作業，而且能夠封堵漏失地層，提高地層的承壓能力［8］。作業完成后由于自動從地層中返排，大大降低了儲層傷害程度。冀東油田修井液采用清水、專用絨囊處理劑、分子量1 000萬的聚合物以及輔助處理劑配制而成。

1 絨囊修井液封堵效果研究

絨囊是由“一核二層三膜”構成。從圖1絨囊微觀照片可以看出，絨囊的核心組成是氣核以及包裹氣核厚厚的高黏密實層。密實層外是一層絨毛狀物，整體看來像長著絨毛并被厚厚包裹的氣囊。

圖1 顯微鏡下放大1500倍絨囊照片

影響絨囊修井液封堵效果的因素主要是修井液的切力、修井液在漏失通道的流速、漏失通道的尺寸及彎曲程度、漏失通道表面的粗糙程度、地層壓力、溫度等。絨囊正是利用這些外界因素，以實現自匹配全封堵地層，并增強封堵的有效性。

修井液的切力使得絨囊被限制并分散在修井液體系中，一旦修井液進入漏失通道，流速就會下降，表觀黏度很快升高，大大降低了修井液向地層中的流動能力；同時由于地層與液柱壓差作用，氣相流動速率大于液相，氣囊被拉長變形，并在前端與地層作用，這兩種因素加強了絨囊的封堵效果。

漏失通道的尺寸是絨囊實現自匹配漏失通道的基本依據。類似于橋堵材料和油溶樹脂在封堵時依靠自身尺寸的大小與漏失通道的匹配，在漏失通道內架橋形成“隔墻”［9］，絨囊則通過氣囊的變形和堆積實現自匹配漏失通道，形成封堵帶，地層溫度的升高，增強了封堵效果。而地層壓力又對封堵過程中前端的氣囊產生“擋板效應”，最終由于形成前端大、后端小的橫放“金字塔”狀封堵帶分擔漏失壓差，漏失停止。

漏失通道的彎曲程度以及漏失通道表面的粗糙程度，也是影響絨囊修井液封堵地層效果的重要因素。在漏失過程中，漏失通道內表面的粗糙不平，將對絨囊表面厚厚的高黏包裹層產生“掛阻”作用，阻礙絨囊在漏失通道內繼續前進。由于修井液在漏失通道內的切力高、流速低，一旦有絨囊在漏失通道內產生“掛阻”，就會引起更多的絨囊被“掛阻”并產生堆積；而漏失通道的彎曲程度使得絨囊的“掛阻”作用與堆積作用更為有效。地層溫度和壓力又會使這種作用得到增強，封堵更加有效。

影響絨囊修井液封堵效果的因素還包括井深、修井液泵出修井管柱前后的壓降等。從以上分析可以看出，絨囊修井液正是利用這些影響因素，更好地適應漏失通道的多樣性與復雜性，以實現自匹配封堵地層。當某些重要的外界因素不滿足時，無固相絨囊封堵液將不得不創造以上影響封堵效果的條件，以增強其封堵效果。比如當地層較淺、溫度與壓力較低，裂縫大，這就需要加入少量的橋堵材料，增加絨囊在漏失通道的“掛阻”，增強封堵效果。需要指出的是添加橋堵材料將會對地層造成傷害。

2 絨囊修井液室內評價

室內在10 000 r/min的轉速下，每隔20 min在攪拌杯中依次加入增黏劑、降濾失劑、防膨劑、成核劑、成膜劑等處理劑，配制絨囊修井液。

2.1 穩定性評價

絨囊工作液穩定性是絨囊修井液實現有效封堵地層的關鍵性能之一。實驗測定80 ℃、24 h內，絨囊修井液流變性和表面張力變化，見表1。

表1 絨囊修井液穩定性參數實驗數據

從表1可以看出，老化24 h后，絨囊修井液密度僅增加了0.02 g/cm3，塑性黏度保持不變，動切力降低了0.5 Pa，動塑比降低了0.02 Pa/mPa·s，初切力和終切力分別在老化后下降了1 Pa、1.5 Pa，表面張力下降了5.7 mN/m；放置15 d后，密度下降了0.01 g/cm3，塑性黏度不變，動切力下降了0.9 Pa，動塑比降低了0.04 Pa/mPa·s，初切和終切分別下降了0.7 Pa、0.5 Pa，表面張力增加了1.4 mN/m。絨囊修井液在80 ℃條件下老化24 h以及老化后放置15 d，密度、流變性能和表面張力的變化較小，變化的范圍可以接受，這表明絨囊修井液的穩定性較好。

2.2 堵漏效果評價

實驗采用20～40目、40～80目、70～100目石英砂，在80 ℃條件下實驗0.85 g/cm3的絨囊修井液填砂堵漏效果。填砂筒高度12 cm，直徑5 cm，回壓0.5 MPa，加壓至7 MPa，實驗效果見圖2。

圖2 絨囊修井液靜態填砂堵漏實驗

從圖2可以看出，絨囊修井液在封堵不同大小的漏失通道，通道越大，侵入越深，但都具有較高的承壓能力，承壓達到6.5 MPa。測量絨囊修井液在石英砂中的侵入深度，粗砂巖為5～8 cm，中細巖為2～3 cm。

為進一步評價絨囊修井液的封堵效果，實驗采用9 cm的填砂管，在120 ℃、0.7 MPa回壓、5 MPa壓差條件下，對比實驗絨囊修井液與冀東油田在用的廣譜復合屏蔽暫堵修井液、高分子樹脂膠體修井液的封堵效果，見表2。

表2 不同修井液體系堵漏實驗

從表2可以看出，絨囊修井液封堵時侵入巖心僅0.5 cm，聚合物修井液和廣譜復合屏蔽暫堵修井液達到3.5 cm以上，表明絨囊修井液封堵地層時侵入地層較淺，聚合物修井液和廣譜復合屏蔽暫堵修井液侵入地層較深。絨囊修井液封堵時對地層的污染半徑較小。

2.3 儲層保護效果評價

實驗按石油天然氣行業SY/T 6540—2002標準，采用巖心流動實驗裝置和高溫高壓動失水儀模擬修井條件，研究和評價修井液儲層保護效果。

在相同條件下，對比實驗絨囊修井液、廣譜復合屏蔽暫堵劑和高分子樹脂膠體3種暫堵體系封堵巖心和返排效果（見表3）。從表3可以看出，在相同實驗條件下，絨囊修井液巖心封堵率為100%，滲透率恢復值達92%以上；廣譜復合屏蔽暫堵修井液封堵率雖達到92.3%，但滲透率恢復值低于50%；高分子樹脂膠體修井液封堵率和滲透率恢復值都低于50%。表明，絨囊修井液封堵地層及保護儲層效果較好，是比較理想的修井液暫堵體系。

表3 不同暫堵體系污染巖心實驗

3 現場應用

冀東油田油層段主要漏失層位巖性以細砂巖、含礫中砂巖為主，區塊儲層發育，平均孔隙度25%左右，滲透率為（288～5310）×10-3μm2。黏土礦物主要以蒙脫石為主，其次為高嶺石和伊利石，具有較強的水敏、中等的速敏和酸敏。由于地層壓力系數較低，裂縫發育，修井過程中容易發生漏失，為了解決這一問題，現場采用絨囊修井液試驗檢泵、沖砂、補孔等修井作業，共應用了40余口井，僅以L12-6井檢泵、NP23-X24091井擠水泥為例，說明絨囊修井液防漏、暫堵、保護儲層的應用效果。

3.1 暫堵防漏

L12-6井是柳贊區塊一口定向井。該井2009年共檢泵4次，前3次均采用聯合站采出水洗井，洗井過程中發生漏失。開井后含水率較高、含水恢復期長，表明儲層嚴重被傷害。為了降低傷害程度，2009年11月檢泵時，先采用絨囊修井液暫堵，再洗井檢泵。絨囊修井液使用前后的采油曲線如圖3。

圖3 L12-6井四次檢泵前后的采油曲線

從圖3可以看出，用絨囊修井液檢泵后，11月24日開井，至11月27日，僅3 d含水即恢復至正常水平，而且日產油量提高了3 t多、含水率同比下降了30%。此前3次直接使用采出水檢泵，含水恢復至正常水平所用時間，第1次用了38 d、第2次18 d、第3次17.5 d，平均24.5 d，含水率都在80%左右。表明絨囊修井液有效地封堵了產層，避免了漏失，作業后又自動實現解堵，有效地控制了儲層傷害程度。對比前三次檢泵后的日采油量、含水率恢復情況可以看出，使用絨囊修井液提高了油田的經濟效益。

3.2 暫堵封層

NP23-X2409井于2009年4月27日投產29#層。初期日產油13.27 t，含水率75.6%。由于該層與其相鄰的28#、30#層間竄槽，導致日產油下降至4.08 t，含水率上升至90.8%。為了保護29#層并擠封28#和30#層，現場先用絨囊修井液暫堵保護29#層，再擠封28#和30#層，然后重新射孔29#層生產。

絨囊修井液暫堵29#層后，地層承壓能力提高了6～7.5 MPa，為后續射孔、擠水泥封層，保護29#生產層提供了保障。由于絨囊修井液的暫堵保護，修井后增產效果明顯，采油曲線如圖4。

圖4 NP23-X2409井利用絨囊修井液修井前后的采油曲線

從圖4可以看出，使用絨囊修井液后竄槽被有效封堵，日產油高于油井開井初期產量，最高時增加了10 t多。含水率下降至70%，降低了5%。表明絨囊修井液暫堵提高產層承壓能力，自動返排效果較好，有效地控制了擠注水泥對產層的傷害。

4 結論

（1）絨囊修井液利用分布于修井液中的絨囊自身特殊結構與特性以及絨囊所處環境的影響，自匹配封堵不同滲流通道，實現了高效封堵，有效地提高地層承壓能力。

（2）絨囊修井液封堵地層時侵入淺，漏失量少，有效地控制了修井過程中的儲層傷害。

（3）絨囊修井液作業后，油井的含水恢復期縮短，產油增加，含水率下降，實現了增油控水。

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［2］李玉嬌，呂開河. 自適應廣譜屏蔽暫堵劑ZPJ研究［J］.鉆采工藝，2007，30（3）：111-112，114.

［3］張佩玉，潘國忠，劉建偉，等. 低壓油井泡沫沖砂新技術的研究與應用［J］. 鉆采工藝，2008，31（6）：82-84.

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［5］李良川，王在明，徐小峰. LYM油田東一段強敏性儲層保護技術［J］. 鉆井液與完井液，2009，26（9）：24-26.

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［9］李良川，王在明，孫俊. 復合堵漏技術在南堡油田NP1-P4C1井的應用［J］. 石油鉆采工藝，2009，31（2）：51-54.

Fuzzy-ball workover fluids for formation damage control in Jidong Oilfield

LI Liangchuan1,2, LU Shuqin2, PENG Tong2, ZНANG Mingwei1, MI Fan3

(1. Key Laboratory for Petroleum Engineering of the Ministry of Education, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. PetroChina Jidong Oilfield Company, Tangshan 063000, China; 3. Department of Automation, Central South University, Changsha 410083, China)

In view of the difficulties during workover treatments in Jidong Oilfield, such as circulation loss, slow water cut recovering, serious formation damage, a novel technique named Fuzzy-Вall was applied based on the temporary blocking mechanism analysis of Fuzzy-Вall workover fluids. The Fuzzy-Вall can self-match leak passages completely during workover, and then flow back automatically from formation. Laboratory evaluation showed that the workover fluids could be stable for more than 15 days, enhance formation pressure bearing capacity, up to 7 MPa, and invade formation less than 8 cm. What is more, the core permeability can recover up to 90%. Well L12-6 and NP23-X24091 are two examples for the application effects. The water cut of well L12-6 recovered only in 3 days, oil productivity increased more than 3 tons per day and water cut reduced by 30% after the pump inspection by Fuzzy-Вall workover fluid. For well NP23-X24091, formation bearing pressure capacity was enhanced up to 6～7.5 MPa after the fuzzy-ball workover fluid blocking formation and squeezing cement, oil productivity increased more than 10 tons per day, and water cut reduced by 5%. The indoor and onsite experiments proved that the Fuzzy-Вall workover fluid had good effect of blocking and less damage to formations.

Fuzzy-Вall; workover fluid; temporary blocking; formation damage; recovery productivity; pressure bearing capacity

TE252

A

2011-04-21）

〔編輯 薛改珍〕

1000-7393（ 2011 ） 03-0031-04

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發”子課題（編號：2008ZX05024-04-005）和教育部“長江學者和創新團隊發展計劃”（編號：IRT0411）聯合資助。

李良川，1968年生。1990年畢業于石油大學（華東）應用化學專業，現為在讀博士生，主要從事采油工藝研究和推廣應用。E-mail：zhmw2004012@163.com。