物理封堵劑AquaSeal的室內評價及應用

胡進軍

(中海油田服務股份有限公司油田化學研究院)

泥頁巖地層失穩是油氣田開發作業中常見的一個世界級難題[1-4]。鉆井液界針對性研究并開發了大量的鉆井液處理劑，典型的如瀝青、磺化瀝青等[5]，直到目前仍然在廣泛應用。

瀝青對于泥頁巖地層穩定具備諸多的優點，但是它必須在一定溫度與壓差下才能起封堵作用。溫度過低，瀝青為顆粒，不能形成致密的濾餅，無法擠入頁巖層理、裂縫中；而溫度過高，瀝青融化被擠入巖石深部，也不起封堵作用。因此，實現在泥頁巖淺部牢固封堵層是地層穩定的關鍵。圍繞該目的，筆者將軟性材料和可變形材料復配制備了一種物理封堵劑AquaSeal(以下簡稱：AquaSeal)，對其封堵性能進行了系列評價，并在伊拉克米桑油田成功應用。

一、AquaSeal開發

AquaSeal由軟性材料和可變形材料按照一定的比例混合而成。軟性材料主要選用低軟化點瀝青粉，保持瀝青的封堵性能，通過吸附作用涂覆在孔隙和裂縫處，形成面膜式封堵，且對可變形粒子具有束縛作用；可變形材料由乙烯和乙酸乙烯共聚制得，分子鏈中引入了乙酸乙烯單體，從而降低了其結晶度，提高了柔韌性、抗沖擊性，在-50℃下仍具有較好的可撓性，透明性和化學穩定性且無毒性。

室內采用滲透封堵儀評價了不同原材料配比的物理封堵劑其400 mD砂盤PPT濾失量，當軟性材料與可變性材料為2 ∶1時封堵效果最佳，可將基漿的濾失量由80 mL降至23 mL，產品外觀為灰白色自由流動粉末。

二、 AquaSeal性能評價

1. 靜態封堵性能評價

參考鉆井液用封堵劑的評價方法及影響因素[6]，選用高溫高壓砂床封堵來評價處理劑膨潤土基漿封堵能力，用PPT砂盤封堵評價PEM體系封堵能力。

1.1 膨潤土基漿砂床封堵

按照SY 5490-93規定配置6%預水化膨潤土漿，作為基漿；然后在基漿中加入3%的不同封堵劑并攪拌均勻，用六速黏度計分別測量其流變性。然后在120 ℃條件下熱滾16 h作為測試鉆井液，用六速黏度計分別測量其流變性，用OFI高溫高壓濾失儀測量其砂床濾失量。砂床濾失量測試步驟為：向高溫高壓濾失儀失水筒中加入200 g 80～100目的石英砂，振動失水筒將石英砂表面平整，用錘砂棒自由下落錘砂10次(開始下落時錘砂棒的底部應與濾失儀內筒上沿在同一水平面)，然后用玻璃棒引流將鉆井液導入失水筒中，在120℃、3.5 MPa壓力下測其30 min濾失量。實驗結果見表1。

表1 不同處理劑對基漿流變性影響及滾后砂床濾失量

由表1可知，基漿砂床濾失量為70 mL，加入3%AquaSeal對砂床濾失改善最大，對基漿流變性影響最小。

1.2 PEM體系基漿PPT封堵

室內配置不加封堵劑的PEM體系基漿，配方為：2%膨潤土+0.2%NaOH+0.3%PAC-LV+1%淀粉+0.2%XC+0.3%PLUS+3%JLXC，使用重晶石加重至1.2 g/cm3。然后在PEM體系基漿中分別加入在膨潤土基漿中砂床封堵效果較好的DYFT、LPF和AquaSeal，加量均為3%。在120℃、3.5 MPa壓力下評價其400 mD砂盤PPT滲透封堵能力。見表2。

表2 不同處理劑對PEM體系流變性影響及PPT濾失量

實驗結果表明，AquaSeal對400 mD砂盤PPT封堵能力優于封堵劑且對流變參數影響最小。

2. 動態濾失封堵評價

根據鉆井液濾失方程[7]，如果不考慮鉆井液的瞬時濾失量，單位面積濾失量與時間的平方根成線性關系，所以考慮用動態濾失量及動態濾失速率的方法來考察處理劑封堵情況。實驗采用PEM鉆井液(編號1#)，并將PEM鉆井液中封堵劑替換為AquaSeal(編號2#)，以對比評價二者封堵效果，具體配方見表3。應用氣測滲透率為200 mD的天然巖心，在80℃、3.5 MPa壓力條件下，采用JHDS-3高溫高壓動態濾失儀進行動態濾失實驗。見表4。

表3 鉆井液實驗配方

表4 高溫高壓動態濾失測試結果

圖1 動態濾失回歸方程

為了比較二者濾失速率，分別對回歸方程簡化并求導。某一時間的濾失量Q對時間t求導數，即為某一時間的濾失速率。編號1#動態濾失速率方程為：dQ/dt=-0.013t-1/2+0.02，編號2#對比漿動態濾失速率方程為：dQ/dt=0.07t-1/2+0.008。

將濾失時間分別代入濾失方程，計算出任意時刻濾失速率，以濾失速率dQ/dt為縱坐標，濾失時間t為橫坐標，做圖(見圖2)。

圖2 動態濾失速率

由圖2可知，加入常規封堵劑的PEM鉆井液動濾失速率隨著時間延長而增大，其動態濾失速率從初始的0.012 mL/min增大到0.02 mL/min，后續趨于穩定；而加3%AquaSeal的對比漿的動濾失速率隨著時間延長而減小，最終趨于平緩，其動濾失速率從初始的0.06 mL/min降至0.015 mL/min，且有繼續減小的趨勢。添加常規封堵劑的PEM鉆井液，在壓差作用下在砂盤表面快速形成濾餅，快速封堵濾液滲流通道，從而瞬時濾失速率低；但是隨著時間的延長，濾失速率是逐步上升的，這可能是由于動態下濾餅表層分散造成的，當濾餅表層分散-壓實動平衡形成后，最終的濾失速率趨于穩定。而添加AquaSeal的PEM鉆井液，在壓差作用下在砂盤表面形成濾餅速度相對于傳統封堵劑形成濾餅速度稍慢，所以其瞬時濾失速率稍高；但是隨著時間的延長，AquaSeal中可變形顆粒在濾餅中變形壓實，并在壓力作用下擠壓進入砂盤內部，形成內濾餅，使滲流通道的滲透率降低，從而其動濾失速率逐步降低。

三、 AquaSeal現場應用

伊拉克米桑油田Tanuma地層巖性為泥灰巖、頁巖、灰巖、泥巖等互層，極易失穩垮塌。早期作業時，重點考慮使用了大量的瀝青類封堵劑，井壁失穩及微漏失時常發生，封堵效果不足。后續為了提升井眼質量，在最初所使用的鉆井液中，進一步篩選加入了AquaSeal物理封堵劑，作業結果顯示，井徑規則，作業質量大幅提升，工程安全順利。

在BUCS-XX井?206.5 mm井段鉆遇Tanuma地層前150 m一次性加入了2%的AquaSeal封堵劑，加入前后性能統計見表5，從統計看對流變性能影響較小，而濾失量進一步降低。

表5 加入AquaSeal前后性能

該井段最終順利完鉆，測井顯示，井徑規則、平均擴大率約5%，較早期使用常規封堵劑的井徑具有大幅度改善。同時現場還發現在應用了AquaSeal后，早期鉆遇該層位一直存在的0.5～1.5 m3/h的微漏失也隨之消失，也表明了該封堵劑能夠有效預防微小漏失。作業效果證明了物理封堵AquaSeal對于易失穩泥頁巖具有良好的封堵作用。

四、結論

(1)通過大量材料研選，采用軟性材料和可變形材料復配制備了一種物理封堵劑AquaSeal。

(2)砂床封堵評價結果表明，在膨潤土基漿中加入3%AquaSeal，可將基漿80～100目砂床濾失量 由70mL降至11.2mL，且對基漿流變性基本無影響，體現出較好的砂床封堵效果。

(3)動濾失評價實驗表明，加入常規封堵劑的PEM鉆井液動濾失速率隨著時間延長而增大，而加3%AquaSeal的PEM鉆井液的動濾失速率隨著時間延長而減小，其動濾失速率從初始的0.06 mL/min降至0.015 mL/min，且有繼續減小的趨勢，體現出與常規封堵劑不同的封堵結果。

(4)在米桑油田的應用表明，AquaSeal能夠進一步提高鉆井液封堵能力，且對流變性能影響較小。

(5)作業結果表明，在常規封堵基礎上增加AquaSeal物理封堵劑后，能夠有效提升作業質量，較早期使用常規封堵劑鉆探井的井徑質量大幅提升。