鄂爾多斯下古碳酸鹽巖氣井絨囊修井液穩(wěn)氣控水技術(shù)

劉鋒 張曉飛 胡維首 王思凡 任曉宇 蔡楠

1.中國石油長慶油田分公司第六采氣廠；2.中國石油長慶油田分公司第二采氣廠；3.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院；4.北京力會瀾博能源技術(shù)有限公司封堵流體科技研發(fā)分公司

鄂爾多斯盆地發(fā)育下古生界的碳酸鹽巖烴源巖。天然氣成藏后長期巖溶作用導(dǎo)致氣水同層分布，氣井產(chǎn)水現(xiàn)象常見［1］。作為破碎性儲層［2］，下古碳酸鹽巖常通過酸化改造形成人工裂縫，提高單井產(chǎn)量［3］。

區(qū)域內(nèi)下古碳酸鹽巖氣井投產(chǎn)至中后期，需開展修井作業(yè)［4］。由于氣層壓力系數(shù)變低，地層漏失通道尺度較大，井筒充滿流體后與地層間存在較大壓差，引發(fā)漏失。若漏失控制不當，增大作業(yè)風(fēng)險［5］。目前，以固化水體系［6］、吸水型體系［7］等為代表的暫堵體系已滿足部分地層暫堵需求。與此同時，低壓氣井控水方法同樣取得一定進展，凝膠體系、凍膠體系、潤濕反轉(zhuǎn)劑、微乳液體系等化學(xué)控水手段［8-9］，也解決了部分同層產(chǎn)水氣井控水需求。區(qū)域內(nèi)低壓氣井常規(guī)修井暫堵中，為降低堵劑傷害儲層程度，嚴格控制堵劑用量，降低堵劑存留時間，往往導(dǎo)致封堵性能損失。從控水角度來看，若修井液可攜帶控水組分進入地層，兼容暫堵與控水目標，就可增加用量，既提高用量保證了封堵性能，又能夠解決儲層傷害。

絨囊流體先后應(yīng)用于煤層氣井鉆井防漏堵漏［10］、深部碳酸鹽巖轉(zhuǎn)向壓裂暫堵等領(lǐng)域［11］。近年來開發(fā)低壓氣井修井液體系，配套井筒活塞壓井工藝、不放壓壓井工藝［12］等，應(yīng)用效果良好。優(yōu)化絨囊結(jié)構(gòu)中“層”與“膜”結(jié)構(gòu)攜帶可調(diào)整水相流動阻力組分［13］，暫堵地層后，存留地層實現(xiàn)控水，理論可行。為此，實驗評價下古碳酸鹽巖地層中絨囊修井液封堵性能、控水性能與流體充填半徑間關(guān)系，結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用效果，提出絨囊修井液控水增產(chǎn)技術(shù)。

1 評價實驗

室內(nèi)配制2.2%囊層劑(羧甲基纖維素鈉、黃原膠等)+1.5%絨毛劑(羧甲基淀粉、羧乙基淀粉等)+0.4%囊核劑(十二烷基苯磺酸鈉、十二酰異丙醇胺等)+1.0%囊膜劑(聚乙二醇、甜菜堿等)+0.1%氫氧化鈉的絨囊修井液。實地研磨40～120 目碎屑，壓制直徑38 mm，長度30 cm (編號1#、2#)、50 cm (編號3#、4#)、80 cm (編號5#、6#)、100 cm(編號7#、8#)的填砂管。絨囊修井液封堵效果評價設(shè)備見圖1，填砂管入口注入清水、絨囊修井液、地層水和氮氣，分別模擬現(xiàn)場清水修井液漏失、絨囊修井液封堵、地層水和氣體產(chǎn)量恢復(fù)過程。以絨囊修井液注入驅(qū)壓與初始清水驅(qū)壓的差值表征流體封堵強度，以清水前后兩次注入驅(qū)壓的差值表征提高地層承壓強度，評價絨囊修井液封堵性能。以封堵前后地層水滲透率與氮氣滲透率降幅的差值表征流體控水性能。

圖1 絨囊修井液封堵及控水性能評價流程圖Fig.1 Flow chart of evaluating the plugging and water control performance of fuzzy-ball fluid

1.1 絨囊修井液封堵性能評價實驗

測定清水以恒定流速5 mL/min 正向注入填砂管時穩(wěn)定驅(qū)壓，相同流速注入絨囊修井液至出口返液時記錄驅(qū)壓，重復(fù)恒流速5 mL/min 連續(xù)注入清水180 min 后測定驅(qū)壓。實驗中，絨囊修井液封堵強度和提高地層承壓強度分布如圖2，可以看出，絨囊修井液封堵強度4.59～16.18 MPa，提高地層承壓強度7.04～18.22 MPa，承壓效果良好。

圖2 絨囊修井液封堵強度與提高地層承壓強度分布Fig.2 Distribution of plugging strength and increased formation bearing strength of fuzzy-ball fluid

1.2 絨囊修井液控水性能評價實驗

清水恒流速5 mL/min 正向注入填砂管至出口流量穩(wěn)定后，相同流速注入絨囊修井液至出口無液體返出，實現(xiàn)封堵；反向注入破膠液(破膠劑加量比1%) 0.5 PV 后靜置60 min；最后，分別恒定驅(qū)壓5 MPa 注入氮氣和地層水(8%KCl 溶液)，間隔30 min 測定兩種流體滲透率，單次實驗連續(xù)測定180 min，實驗結(jié)果見表1。可以看出，0 時刻兩種流體滲透率僅0～0.16 mD，絨囊修井液封堵效果明顯；氣、液滲透率隨時間延長逐漸恢復(fù)，至180 min 時，氮氣滲透率恢復(fù)至(17.36～40.84)×10?3μm2，明顯高于地層水。

表1 填砂管中絨囊修井液封堵后氣、水滲透率恢復(fù)速度Table 1 Recovery rate of gas and water permeability after the plugging of fuzzy-ball workover fluid in the sand packed tube

2 現(xiàn)場應(yīng)用實例

先后于鄂爾多斯盆地GX-12 井、S18X 井、GX-18 井、S2X 井等4 口低壓氣井試驗絨囊修井液穩(wěn)氣控水技術(shù)。

GX-12 氣層中深3 153.4 m。換管柱修井作業(yè)前，地層壓力系數(shù)0.69，日產(chǎn)氣1.08×104m3/d，日產(chǎn)水0.36 m3/d。累計注入絨囊修井液84 m3后，井筒流體漏速小于0.25 m3/h，暫堵成功。作業(yè)結(jié)束后，氣舉返排2 d 后氣井恢復(fù)生產(chǎn)，90 d 內(nèi)平均日產(chǎn)氣量1.06×104m3/d，日產(chǎn)水量0.25 m3/d。

S18X 井是一口儲氣庫井，氣層中深3 536.35 m。修井作業(yè)前地層壓力系數(shù)0.26，日產(chǎn)氣2.66×104m3/d，日產(chǎn)水1.27 m3/d。累計注入絨囊修井液185 m3后，測定漏速小于0.25 m3/h，暫堵成功。作業(yè)結(jié)束后，氣舉返排2 d 后氣井恢復(fù)生產(chǎn)，90 d 內(nèi)平均日產(chǎn)氣3.47×104m3/d，日產(chǎn)水0.91 m3/d。

GX-18 井氣層中深3 128.05 m。管柱損傷修井作業(yè)，地層壓力系數(shù)0.62，日產(chǎn)氣3.09×104m3/d，日產(chǎn)水0.06 m3/d。累計注入絨囊修井液70 m3后，測定漏速小于0.20 m3/h，暫堵成功。修井作業(yè)結(jié)束后，氣舉返排恢復(fù)生產(chǎn)，90 d 內(nèi)平均日產(chǎn)氣2.98×104m3/d，日產(chǎn)水0.04 m3/d。

S2X 井氣層中深3 243.15 m。更換油管作業(yè)，修井前地層壓力系數(shù)0.65，日產(chǎn)氣量1.01×104m3/d，日產(chǎn)水0.07 m3/d。累計注入絨囊修井液37 m3后，漏速小于0.30 m3/h，暫堵成功。作業(yè)結(jié)束后，氣舉返排2 d 恢復(fù)生產(chǎn)，90 d 內(nèi)平均日產(chǎn)氣量0.95×104m3/d，日產(chǎn)水量0.03 m3/d。

3 討論與分析

3.1 充填半徑?jīng)Q定絨囊修井液封堵強度

以填砂管長度表征絨囊修井液充填半徑，對比實驗中，絨囊修井液充填半徑從30 cm 升至100 cm，流體封堵強度升高2.27 倍，地層承壓強度增幅1.32 倍。擬合封堵強度、提高地層承壓強度與充填半徑間定量關(guān)系為

式中，?pf為封堵強度，MPa；?pc為提高地層承壓強度，MPa；L為地層中流體充填半徑，cm。

上式中，絨囊修井液封堵強度、提高地層承壓強度均與流體充填半徑成正比。流體中單個絨囊結(jié)構(gòu)受壓后提供阻力穩(wěn)定時，地層中流體充填半徑增大，絨囊結(jié)構(gòu)數(shù)量增多，多個絨囊結(jié)構(gòu)變形后提供總阻力升高，封堵強度和提高地層承壓強度更大。

現(xiàn)場施工時絨囊修井液充填半徑計算公式為

絨囊修井液提高地層承壓強度

式中，V為地層中流體體積，m3；h為射孔高度，m；φ為地層孔隙度，%；R為井筒外徑，m；pf為井筒液柱壓力，MPa；pr為地層壓力，MPa；pb為井口泵壓，MPa。

計算現(xiàn)場4 口氣井中絨囊修井液充填半徑2.21～8.97 m，提高地層承壓強度13.35～29.17 MPa，兩者間擬合關(guān)系為

式(5)中，絨囊修井液提高地層承壓強度與地層中絨囊修井液充填半徑成正比，與室內(nèi)實驗結(jié)果一致。

3.2 充填半徑?jīng)Q定絨囊修井液控水效果

以同一時間點上，填砂管中氣、水滲透率恢復(fù)率的差值表征流體穩(wěn)氣控水強度。實驗中，4 種長度填砂管內(nèi)穩(wěn)氣控水強度逐漸升高。

以氣體滲透率恢復(fù)率達90%且液體滲透率恢復(fù)率低于90%時，認為穩(wěn)氣控水起效；以液體滲透率恢復(fù)率達90%時，認為穩(wěn)氣控水失效；以兩者差值評價穩(wěn)氣控水起效周期。實驗中，4 種長度填砂管內(nèi)穩(wěn)氣控水起效周期11.98～37.30 h，擬合其與流體充填半徑定量關(guān)系為

式中，?Tq為穩(wěn)氣控水起效周期，h；L為絨囊修井液充填半徑，cm。

以氣井現(xiàn)場作業(yè)后90 d 內(nèi)日均產(chǎn)水量與作業(yè)前90 d 內(nèi)日均產(chǎn)水量的降幅表征絨囊修井液控水效果。以作業(yè)后90 d 內(nèi)日均產(chǎn)氣量與作業(yè)前90 d內(nèi)日均產(chǎn)氣量的降幅表征絨囊修井液穩(wěn)氣效果。以日均產(chǎn)水量降幅與日均產(chǎn)氣量降幅的差值表征穩(wěn)氣控水效果，差值越大，穩(wěn)氣控水效果越明顯。現(xiàn)場4 口氣井差值分布對比見圖3。

圖3 氣井日產(chǎn)氣量與日產(chǎn)水量降幅的差值隨充填半徑變化Fig.3 Relationship of difference between daily water production decrease ratio and daily gas production decrease ratio of gas well vs.filling radius

圖3 中，絨囊修井液充填半徑從2.1 m 增至8.97 m，氣井作業(yè)前后90 d 內(nèi)日均產(chǎn)水與產(chǎn)氣的增幅差值由18.68%升至62.90%。兩者間擬合關(guān)系為

式中，?Qq為日均產(chǎn)水與產(chǎn)氣降幅的差值，1%。

式(6)中絨囊修井液穩(wěn)氣控水周期與充填半徑成正比，式(7)中氣井穩(wěn)氣控水效果與充填半徑成正比，兩者結(jié)果一致。

這些現(xiàn)象，是由于地層中大量絨囊結(jié)構(gòu)逐漸降解后，結(jié)構(gòu)中表面活性劑組分釋放后存留地層通道，提高通道中水相流動阻力。同時，組分對通道中氣體流動能力影響較弱。最終，修井結(jié)束后，氣井復(fù)產(chǎn)過程表現(xiàn)出產(chǎn)水緩慢恢復(fù)、產(chǎn)氣快速恢復(fù)的效果。

絨囊修井液封堵性能、控水性能均與地層中流體充填半徑成正比，通過增大地層中流體充填半徑，同步提升封堵效果和控水效果，實現(xiàn)修井穩(wěn)氣控水。

4 結(jié)論

(1)鄂爾多斯下古碳酸鹽巖低壓氣井修井時，絨囊修井液封堵地層漏失通道，作業(yè)后，促使地層產(chǎn)氣能力恢復(fù)速度遠高于產(chǎn)水能力，實現(xiàn)修井作業(yè)中穩(wěn)氣控水效果。

(2)絨囊修井液封堵性能與控水性能均與地層中流體充填半徑正相關(guān)。通過調(diào)整絨囊修井液充填半徑，可改善流體修井封堵效果與穩(wěn)氣控水效果，但目前只是經(jīng)驗公式，并不適合所有地區(qū)。

(3)絨囊修井液應(yīng)用深部低壓氣井修井實現(xiàn)暫堵與穩(wěn)氣控水兩種目標的兼顧，為封堵技術(shù)的延伸和發(fā)展提供了可借鑒的思路。下一步，通過體系配方與配套工藝優(yōu)化，調(diào)整體系封堵性能與控水性能強度分布，更好地滿足不同區(qū)域、不同類型修井與控水需求。