暫堵型聚合物凝膠壓井液在復雜氣藏低壓氣井中的應用

張鋒　張洪杰　陳曉明　孫德強　吳彥先　方磊　汪政明　陳偉

摘 要：目前凝析氣藏國際最為復雜氣藏，其復雜在于氣體隨壓力變化相態也在變化，而準噶爾盆地的凝析氣藏不僅相態隨壓力、溫度變化而變化，其儲層的巖性種類多、變化快，這為氣田修井作業造成很大難點。隨著氣田的開發深入，地層壓力逐漸降低，修井作業中壓井液漏失量大，儲層污染嚴重，導致氣井復產困難。研究出具有暫堵性能的聚合物凝膠壓井液。該壓井液無固相、穩定性好、防膨率高、抗剪切、低濾失，同時具有良好的防漏、暫堵性能，其封堵率大于99%，突破壓力梯度大于13.5 MPa/m。通過多井次現場應用，取得良好的儲層保護效果，壓井液漏失量明顯降低，產量恢復率可以達到90%以上，有效解決了低壓、中強水敏、易漏失地層的氣井復產難題。

關鍵詞：準噶爾盆地 儲層保護 暫堵性能 聚合物 凝膠

中圖分類號：TE39 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0088-02

1 準噶爾盆地氣藏儲層復雜性及修井存在挑戰

1.1 儲層復雜性

準噶爾盆地投入開發的12個氣藏，儲層巖性以粉砂巖、細砂巖、火山巖為主，儲層物性低孔致密、中孔低滲、中孔中滲、高孔高滲等均有發育，地層壓力系數0.26～1.55。氣藏儲層敏感性因素主要有粘土膨脹、水敏、速敏、酸敏、堿敏、固相入侵及應力敏感等，通過對儲層敏感因素分析，發現研究區儲層主要存在粘土膨脹、水敏和固相入侵3個敏感性因素，其中水敏是原始狀態處于鹽水環境中的地層某些礦物遇淡水或低礦化度水后發生膨脹、分散、脫落和運移，從而減小或堵塞儲層喉道，造成儲層滲透率下降的可能性及其程度，而固相入侵是指異物（顆粒）堵塞地層，導致地層孔隙度、滲透率降低。

1.2 修井作業存在挑戰

在氣井修井作業中，壓井液、射孔液等在修井過程用到的液體的防水鎖性、濾失性、耐溫穩定性等性能的優劣直接影響氣井產能的恢復程度[1-2]。

但隨著天然氣持續采出，地層壓力系數進一步降低，壓井液漏失越來越嚴重。克拉美麗火山巖氣藏屬裂縫-孔隙雙重介質儲層，儲集空間復雜，裂縫發育，在滴西18X大修作業中，把聚合物放入水溶液中，聚合物網絡吸液溶脹過程產生束縛水，應用束縛水壓井液120 m3，漏失量達70 m3，產能恢復率只有57.8%。

由于儲層物性較好或存在微裂縫，壓井過程中壓井液易漏失到地層中，因此，在選用具有暫時封堵這些孔喉通道、微裂縫的壓井液時，需確保其不漏失到地層中。然而能夠防止細小孔隙漏失的束縛水壓井液在低地層壓力系數、中高滲透率、特別是裂縫性儲層中漏失量大，難以有效暫堵，導致地層傷害大，修后產能下降較大，甚至難以復產。因此，需要研制一種暫堵性能更強、有較強自適應能力、儲層傷害率低、適用范圍廣的壓井液，有效解決壓力系數低、易漏失儲層的氣井復產難題，滿足氣井作業需要。

2 暫堵型聚合物凝膠壓井液的研制

2.1 聚合物凝膠堵漏機理

選擇可變形的膨脹材料—吸水膨脹型聚合物作為暫堵劑原料，其非離子基團與地層巖石表面形成較強的氫鍵吸附，陽離子基團能與帶負電的巖石表面產生較強的靜電吸附作用，提高堵漏材料同地層的膠結能力，增強井壁的抗破能力。

根據顆粒尺寸分析表明，組合的顆粒具有較寬的尺寸分布，在地層孔道中通過架橋、充填作用起到較好的堵塞、防漏作用；同時，由于凝膠顆粒具有很高的彈性和韌性，在一定的外力作用下，能變形并擠入骨架材料架橋形成的較小孔道內，壓實充填，產生更好的膨脹堵塞，比特定尺寸的橋堵顆粒封堵的縫隙、孔喉尺寸范圍更廣、效果更好[1-5]。

2.2 聚合物凝膠合成

優選丙烯酸衍生物、丙烯酰胺衍生物、丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸鈉等為原料，將過硫酸銨和亞硫酸鈉水溶液聚合，在一定條件下形成具有吸水性能的聚合物；加工成尺寸小于1 mm的顆粒時，吸水性能良好，但加工成大顆粒時其吸水性能變差，所以進行配方改進，通過調節配方中交聯劑N-亞甲基雙丙烯酰胺用量和濃度，加工得到吸水性能良好的不同顆粒（1～3 mm、3～5 mm、5～7 mm、>10 mm）的聚合物凝膠顆粒。

2.3 聚合物凝膠吸水機理

把聚合物放入水溶液中，聚合物網絡吸液溶脹，這是由于聚合物分子鏈相互形成一種網絡結構，吸液會膨脹。

2.4 聚合物凝膠壓井液配置

根據顆粒尺寸分布與堆積理論[4]，把不同尺寸的聚合物凝膠顆粒與顆粒尺寸<1 mm的聚合物按比例配置，形成復合堵漏劑。以復合堵漏劑為主體材料，配入初、終凝交聯劑，交聯時間調節劑以及增強劑等，用大量淡水配制而成聚合物凝膠壓井液，配置的壓井液半透明、可流動，具有很好的粘性和彈性。

3 暫堵型聚合物凝膠壓井液性能評價

通過暫堵型聚合物凝膠壓井液的性能評價表明，壓井液具有無固相、穩定時間長、防粘土膨脹、抗剪切、低濾失等特點。

3.1 堵漏性能

采用QD-1型堵漏材料試驗儀按標準評價壓井液對高滲透、大孔道和裂縫型儲層的堵漏效果。

在溫度60 ℃、80 ℃條件下，暫堵型聚合物凝膠壓井液具有很好的封堵效果，其封堵率大于99%，突破壓力梯度大于13.5 MPa/m，均高于束縛水壓井液。實際評價表明暫堵型聚合物凝膠壓井液對不同的砂床具有很好的堵漏效果，其承壓能力均大于7.0 MPa，總漏失量較小。

3.2 儲層傷害率

用暫堵型聚合物凝膠壓井液對人工造縫0.1～0.2 mm的巖心進行流動暫堵及解堵實驗，結果由表6可知，暫堵率大于96%，傷害率小于7%，儲層傷害率較小。

4 現場應用效果

暫堵型聚合物凝膠壓井液在低壓力系數、中高滲砂巖儲層和火山巖裂縫型儲層累計應用14井次，取得良好的儲層保護效果。

在呼圖壁氣田低壓、中滲儲層，應用凝膠壓井液HU2×8井才成功建立循環；呼2X井在更低的地層壓力系數（0.47）中應用凝膠壓井液，漏失率降低了20.0%；在克拉美麗火山巖裂縫型儲層，在更低的地層壓力系數（0.79）中應用凝膠壓井液，漏失率降低了25.0%。

HU2X3、HU2X5、DX182X三口井均應用暫堵型聚合物凝膠壓井液進行修井作業，施工后均順利恢復生產，產量恢復率分別達到了95.0%、88.9%和91.4%，取得了良好效果。

參考文獻

[1] 劉平德，劉承華，廖仕孟，等.新型無固相壓井液的研制及性能評價[J].天然氣工業，2005，25（4）：83-85.

[2] 樊世忠，陳元千.油氣層保護與評價[M].北京：石油工業出版社，1988.

[3] 柳海，李綱要，吳丙剛，等.束縛水修井液的研究與應用[J].新疆石油天然氣，2008，8（4）：85-89.

[4] 張琰，崔迎春.屏蔽暫堵分形理論與應用研究[J].天然氣工業，2000，20（6）：54-56.

[5] 方培林，白健華，王冬，等.BHXJY-01修井暫堵液體系的研究與應用[J].石油鉆采工藝，2012，9（34）：101-103.

[6] 劉浩斌.顆粒尺寸分布與堆積理論[J].硅酸鹽學報，1991， 19（2）：164-166.endprint