南海鶯瓊盆地高溫高壓井測(cè)試液的研究與應(yīng)用

楊勇， 羅鳴， 魏安超， 韓成， 李祝軍

（1.中海油服油田生產(chǎn)事業(yè)部湛江作業(yè)公司，廣東湛江524057；2.中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東湛江524057；3.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)湛江分公司，廣東湛江524057）

中國(guó)南海鶯瓊盆地是世界三大高溫高壓聚集地區(qū)之一，地層具有高溫、高壓、高含CO2氣體、低滲的特點(diǎn)。前期高溫高壓探井測(cè)試作業(yè)一般將完鉆時(shí)鉆井液作為測(cè)試液，在井下經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間靜置后，測(cè)試液性能惡化，加重材料沉降嚴(yán)重，測(cè)試過程中頻繁出現(xiàn)插入密封插入困難、解封封隔器困難、射孔傳壓困難等難題[1-4]。經(jīng)過多年的實(shí)踐與摸索，在鉆井液基礎(chǔ)上引入抗高溫聚合物降濾失劑Calovis，加入石灰提高堿度，合理控制測(cè)試液的MBT，優(yōu)選超細(xì)重晶石作為加重材料，降低測(cè)試液返排壓力，構(gòu)建了一套抗高溫高密度測(cè)試液技術(shù)。在鶯瓊盆地2口高溫高壓探井測(cè)試作業(yè)應(yīng)用過程中，該體系最高使用溫度達(dá)200 ℃，最高密度達(dá)2.33 g/cm3，CO2含量最高達(dá)23%，經(jīng)過井下長(zhǎng)達(dá)7 d的高溫靜置，測(cè)試液仍然保持較好的流變穩(wěn)定性，未出現(xiàn)CO2污染導(dǎo)致的稠化現(xiàn)象，射孔壓力及環(huán)空操作壓力傳遞正常，具有顯著的沉降穩(wěn)定性，封隔器解封順利，測(cè)試產(chǎn)量均超過預(yù)期產(chǎn)量，為海上類似高溫高壓井測(cè)試提供參考。

1 高溫高密度測(cè)試液技術(shù)難題

1.1 高溫致使測(cè)試液性能惡化

南海西部鶯瓊盆地地層地溫梯度達(dá)到4.9 ℃/100 m，井深 4 000 m的井井底溫度就接近200 ℃。高溫容易導(dǎo)致有機(jī)高分子化合物測(cè)試液處理劑降解或者交聯(lián)，高溫也會(huì)導(dǎo)致黏土粒子水化膜減薄，產(chǎn)生高溫聚結(jié)作用，測(cè)試液性能易惡化[5]，測(cè)試作業(yè)期間，在加壓射孔及APR工具環(huán)空壓力操作過程中，壓力傳遞困難，易導(dǎo)致射孔失效或者無法開啟關(guān)閉測(cè)試閥，導(dǎo)致測(cè)試失敗。

1.2 高密度測(cè)試液易沉降

南海西部鶯瓊盆地地層壓力系數(shù)高，已鉆高溫高壓探井中使用的鉆井液密度最高達(dá)2.38 g/cm3，測(cè)試期間為有效平衡地層壓力需要使用高密度測(cè)試液[6]。使用常規(guī)有機(jī)鹽加重測(cè)試液密度很難達(dá)到2.3 g/cm3；使用甲酸銫加重則成本高；使用重晶石加重測(cè)試液容易導(dǎo)致儲(chǔ)層污染，測(cè)試產(chǎn)能釋放受到影響。同時(shí)由于測(cè)試期間，高密度測(cè)試液在井底高溫高壓環(huán)境一般需要靜置數(shù)天，如果遇到臺(tái)風(fēng)，高密度測(cè)試液在井底有時(shí)會(huì)靜置長(zhǎng)達(dá)30 d，高密度測(cè)試液經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的高溫高壓靜置，加重材料易在封隔器處沉降堆積，導(dǎo)致解封困難，從而測(cè)試失敗[7]。

1.3 高含CO2易污染測(cè)試液

鶯瓊盆地已鉆高溫高壓探井CO2含量情況如表1所示，部分井產(chǎn)出氣中CO2含量最高達(dá)到73%，測(cè)試過程中CO2容易侵入測(cè)試液，導(dǎo)致測(cè)試液增稠，測(cè)試液傳壓困難。解封后在封隔器下面井段有大量的CO2氣體，解封后循環(huán)，這些氣體通過置換運(yùn)移，向上混到井筒測(cè)試液內(nèi)，致使測(cè)試液受CO2氣體污染嚴(yán)重。同樣高含量CO2也侵入壓井測(cè)試液中，若壓井沒有壓穩(wěn)，則地層氣體連續(xù)不斷地侵入井筒，整個(gè)壓井時(shí)間更長(zhǎng)，將帶來極大的井控風(fēng)險(xiǎn)。

表1 鶯瓊盆地前期探井天然氣中CO2含量

1.4 低滲儲(chǔ)層測(cè)試液儲(chǔ)層保護(hù)要求高

鶯瓊盆地儲(chǔ)層以厚層細(xì)砂巖為主，局部發(fā)育中砂巖、粉砂巖，鶯瓊盆地已鉆探井地層特征如表2所示，地層孔隙度10%左右，滲透率為0.1～7.7 mD，為典型的低孔低滲氣藏。地層孔喉小，部分井泥質(zhì)含量高，測(cè)試過程中高密度測(cè)試液液相及固相進(jìn)入地層返排困難，將顯著降低測(cè)試產(chǎn)能[8-9]。

表2 鶯瓊盆地樂東區(qū)塊地層特征

2 高溫高密度測(cè)試液技術(shù)

2.1 提高測(cè)試液抗溫性能

現(xiàn)場(chǎng)使用的鉆井完井液配方如下。

（1.8%～2.0%）膨 潤(rùn) 土 +（0.5%～0.9%）NaOH+（0.25%～0.45%）高溫降濾失劑 Driscal D+（1%～1.5%）KCl+（1.0%～2.0%）有 機(jī) 樹 脂 Resinex+（3.0%～3.5%）褐煤樹脂 XP-20K+（1.0%～2.0%）磺化瀝青Soltex

在鉆井完井液基礎(chǔ)上，為提高測(cè)試液抗溫性能，提高抗高溫材料Resinex、Soltex和XP-20K的濃度，同時(shí)引入0.2%～0.3%抗高溫降濾失劑Calovis，該處理劑分子量小，抗溫能力達(dá)到230 ℃，加入到測(cè)試液中流變性變化小，與Driscal D配合使用能保持高密度測(cè)試液流變性長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，提高測(cè)試液的高溫穩(wěn)定性。優(yōu)化后的測(cè)試液配方如下。

2.0 %膨潤(rùn)土+0.8%NaOH+0.4% Driscal D+0.3%Calovis+1.2%KCl+5%Resinex+5%XP-20K+3%Soltex

室內(nèi)測(cè)試了不同密度測(cè)試液高溫靜置數(shù)天后流變性及濾失性，結(jié)果如表3所示，密度為2.40 g/cm3的測(cè)試液在高溫195 ℃靜置5 d 及在205 ℃靜置10 d后，測(cè)試液塑性黏度及切力稍有變大，但性能仍能滿足要求，同時(shí)高溫高壓濾失量均保持在10 mL左右，說明高密度測(cè)試液具有一定的長(zhǎng)時(shí)間抗溫穩(wěn)定性。

表3 高密度測(cè)試液高溫靜置前后性能測(cè)試結(jié)果

2.2 提高沉降穩(wěn)定性

現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)小型試驗(yàn)結(jié)果，將測(cè)試液膨潤(rùn)土含量提高到2.4%左右，使測(cè)試液有足夠的切力，既能使鉆井液有一定的切力懸浮重晶石；又不至于切力太高導(dǎo)致測(cè)試液太稠。同時(shí)使用超細(xì)重晶石加重測(cè)試液，超細(xì)重晶石與普通重晶石粒度分布如圖1所示，普通重晶石粒度中值為19.516 μm，超細(xì)重晶石粒度中值僅為9.250 μm，布朗作用力對(duì)小粒徑、小體積顆粒影響大，因而對(duì)超細(xì)重晶石顆粒的影響較大，使得超細(xì)重晶石在高密度測(cè)試液分散更均勻，沉降穩(wěn)定性更好[10-12]。表3實(shí)驗(yàn)漿所用的加重材料為超細(xì)重晶石，可以看出，高密度實(shí)驗(yàn)漿經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間靜置后密度差不超過0.03 g/cm3，可見超細(xì)重晶石加重的高密度測(cè)試液具有良好的沉降穩(wěn)定性。

2.3 提高抗CO2污染能力

CO2侵入測(cè)試液后形成CO32-和HCO3-2種污染離子，造成測(cè)試液黏度和切力升高，濾失量增大和pH值降低，嚴(yán)重破壞了測(cè)試液性能。海上采用APR-射孔測(cè)試聯(lián)作管柱，地層射開后，為了防止封隔器以下的測(cè)試液由于受地層氣中CO2的污染而出現(xiàn)稠化，需要提高測(cè)試封隔器以下測(cè)試液抗CO2性能。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過程中始終保持測(cè)試液中有過量的石灰，且提高測(cè)試液pH值至11，在這種堿性環(huán)境下，石灰能夠迅速而有效地溶解釋放Ca2+，石灰在生成碳酸鈣的同時(shí)不斷地消耗CO2-3和HCO3-，由此可預(yù)防CO2侵入所帶來的鉆井液性能惡化。室內(nèi)向密度為2.25、2.35 g/cm3測(cè)試液中充入一定量的CO2，經(jīng)過 200 ℃恒溫靜置10 d后，測(cè)試液性能如表4所示，測(cè)試液配方如下。

測(cè)試液 2.0%膨潤(rùn)土+1.0%NaOH+1%石灰+0.4%Driscal D+0.3%Calovis+1.2%KCl+5%Resinex+5%褐煤樹脂XP-20K+3%Soltex

表4 測(cè)試液抗CO2污染能力評(píng)價(jià)

由表4可知，經(jīng)過高溫靜置后，測(cè)試液黏度、切力變化不大，具有一定的抗CO2污染能力。

2.4 提高測(cè)試液的封堵性

在一定壓差下，高密度測(cè)試液中的濾液和固相就會(huì)滲入地層造成固相堵塞和黏土水化，引起儲(chǔ)層傷害。在測(cè)試液中引入抗高溫降濾失劑Calovis及Driscal D，提高測(cè)試液體系的高溫穩(wěn)定性和護(hù)膠能力，降低體系的高溫高壓失水。由表3可知，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間高溫作用，測(cè)試液的高溫高壓失水量較低。同時(shí)通過提高測(cè)試液的封堵性，進(jìn)一步減少測(cè)試液濾液及固相顆粒對(duì)儲(chǔ)層的侵入量。通過將測(cè)試液中顆粒粒徑匹配地層孔隙直徑，基于理想充填理論，優(yōu)化了架橋顆粒碳酸鈣的粒徑分布，室內(nèi)對(duì)2塊取自鶯瓊盆地儲(chǔ)層H1段巖心，使用JHMD-Ⅱ鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)裝置儀測(cè)試了測(cè)試液的返排壓力及滲透率恢復(fù)值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。由表5可知，返排壓力最低為0.08 MPa，說明一旦流動(dòng)通道建立后，隨著返排的進(jìn)行，巖心中原來堵塞在孔喉處的固相顆粒被不斷地排出，且高密度測(cè)試液污染巖心后巖心的滲透率恢復(fù)值接近90%，可見高密度測(cè)試液儲(chǔ)層保護(hù)性能良好。

表5 巖心污染后滲透率恢復(fù)及返排壓力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

該測(cè)試液在鶯瓊盆地2口高溫高壓探井A井和B井測(cè)試作業(yè)中得到應(yīng)用。A井使用測(cè)試液密度為1.98 g/cm3，井底溫度接近150 ℃，儲(chǔ)層滲透率為1.58 mD，CO2含量為3.6%；B井使用測(cè)試液密度為2.33 g/cm3，井底接近200 ℃，儲(chǔ)層滲透率為0.13～0.78 mD，CO2含量高達(dá)23%。2口井測(cè)試期間，射孔及APR環(huán)空壓力操作正常，無復(fù)雜情況發(fā)生，解封永久性封隔器順利，沒有發(fā)生因重晶石沉降而導(dǎo)致的無法解封問題。2口井井底測(cè)試液返出性能與下測(cè)試管柱前測(cè)試液性能對(duì)比如表6所示。由表6可知，測(cè)試液的密度、黏度、切力及濾失量均保持穩(wěn)定，測(cè)試液性能沒有發(fā)生CO2侵入污染導(dǎo)致的變稠惡化，有效保障了測(cè)試成功，2口井測(cè)試產(chǎn)量均超過預(yù)期產(chǎn)量，均圓滿完成地質(zhì)取資料任務(wù)。

表6 鶯瓊盆地2口高溫高壓探井測(cè)試液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況

4 結(jié)論

1.對(duì)現(xiàn)用鉆井液進(jìn)行預(yù)處理，采用適合的處理劑調(diào)整優(yōu)化性能轉(zhuǎn)化成測(cè)試液，相對(duì)于使用高密度無固相甲酸鹽加重，既節(jié)省投資又避免了測(cè)試作業(yè)復(fù)雜情況，實(shí)現(xiàn)了海上超高溫高密度測(cè)試液成功實(shí)施測(cè)試作業(yè)。

2.優(yōu)選抗溫能力強(qiáng)的聚合物處理劑，合理控制測(cè)試液的MBT，使用超細(xì)重晶石加重測(cè)試液，保證了測(cè)試具有良好的抗溫穩(wěn)定性及沉降穩(wěn)定性，同時(shí)提高測(cè)試液的堿度提高測(cè)試液抗CO2污染能力。