地質(zhì)-工程-材料參數(shù)融合提高低壓氣井單井作業(yè)一次成功率

關(guān)鍵詞/主題詞：修井；智能；封堵；大數(shù)據(jù)；絨囊；碳酸鹽巖；低壓氣井；漏失

0引言

碳酸鹽巖儲層內(nèi)不同尺寸的裂縫與溶孔、洞大量并存，聚集油氣，實現(xiàn)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。然而，縫洞發(fā)育的碳酸鹽巖儲層，同時具有非均質(zhì)性強、滲流特性復(fù)雜、容易被外來工作介質(zhì)污染的特點［1］。儲滲系統(tǒng)復(fù)雜，工作液的漏失時有發(fā)生［2］。漏失帶來的儲層傷害會導(dǎo)致產(chǎn)能下降，影響油氣井經(jīng)濟效益［3］。根據(jù)地層特點可將井漏分為滲透性漏失、裂縫性漏失和溶洞性漏失［4］。以往對孔隙性、裂縫性儲層漏失控制問題關(guān)注較多，且對于低滲、中滲、高滲透孔隙性及微裂縫地層己具備較為成熟的屏蔽暫堵技術(shù)［5］。而對于裂縫發(fā)育，甚至有溶孔、洞發(fā)育的儲層，不僅修井作業(yè)難度大，更對修井過程中的儲層保護工作提出可溶酸［6］、低傷害［7］、自降解［8］和低成本［9］等要求。

當(dāng)前針對儲層漏失，研究部分集中在裂縫的預(yù)測方向，合理的裂縫預(yù)測方法能為封堵材料的選擇提供依據(jù)。當(dāng)前傳統(tǒng)的碳酸鹽巖裂縫預(yù)測方法中如地震法［10］、構(gòu)造應(yīng)力法［11］等地球物理方法或力學(xué)方法通?；谀车刭|(zhì)區(qū)域內(nèi)地層發(fā)育特征建立起相應(yīng)的儲集體模型［12］，預(yù)測某區(qū)域內(nèi)地層裂縫發(fā)育特征，該方法通?？碧介_發(fā)階段，幾乎不用于預(yù)測酸化改造后單井裂縫發(fā)育特征。電位［13］、聲波［14］等多場數(shù)值模擬方法是通過信號數(shù)據(jù)反演模擬地層裂縫特征，對監(jiān)測井要求高，條件苛刻，且價格昂貴［15］。鉆取巖心對巖樣進行室內(nèi)的實驗分析法，雖受限于取樣的廣泛性，且?guī)r心尺度小，難以模擬真實地層［16］?？偟膩碚f，單井地層中漏失通道的形貌描述工作量巨大，且對現(xiàn)場的指導(dǎo)作用有限，裂縫預(yù)測的準(zhǔn)確性驗證難度大，封堵材料的選擇依然是基于試錯制展開。

為此，逐步發(fā)展了基于井筒漏失壓差［17］及相關(guān)工程因素分析實施壓井暫堵匹配技術(shù)［18］，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對已作業(yè)井次地層施工樣本進行分析［19］，結(jié)合現(xiàn)有的暫堵材料性能［20］，基于機器學(xué)習(xí)推薦相關(guān)匹配技術(shù)［21］，但通常是基于單層漏失特征［22］建立的匹配關(guān)系，且基于現(xiàn)有常用的膨化水類［23］、凝膠類［24］、交聯(lián)泡沫凝膠類［25］、纖維類［26］、黏性顆粒［27］、樹脂類［28］、泡沫［29］和絨囊類［30］修井體系等，單層封堵成功率差異較大，模型可靠性有待提高。同時下古地層不同層段地質(zhì)特征不同，匹配暫堵壓井手段需要考慮地質(zhì)工程因素一體化作用。由于單井漏失由多個地層漏失疊加，單井僅漏失匹配一種手段，不可忽略不同地層地質(zhì)特征差異性。利用數(shù)學(xué)方法建立礦場地層地質(zhì)、工程工藝參數(shù)與漏失特征參數(shù)定量關(guān)系［31］，實現(xiàn)地質(zhì)工程一體化作用下原生信息影響漏失規(guī)律再現(xiàn)具有重要意義。

針對長慶地區(qū)下古碳酸鹽巖低壓氣井漏失難題，收集已作業(yè)50余口下古低壓氣井地層地質(zhì)、測井解釋、鉆井完井、儲層改造、試氣投產(chǎn)、修井作業(yè)等礦場原生信息，以修井作業(yè)中井筒流體漏失速度為目標(biāo)參數(shù)，建立全部80余項原生參數(shù)與漏失速度定量關(guān)系，其中，包括壓井暫堵材料性能、施工工藝參數(shù)17項。并針對馬五1、馬五2、馬五3、馬五4、馬五5、馬五6等六套下古地層，篩選漏失主控因素，分別建立修井漏失速度主控方程，實現(xiàn)了作業(yè)前修井漏失速度定量化預(yù)測，形成下古低壓氣井修井暫堵智能化預(yù)測和匹配技術(shù)。在室內(nèi)封堵模擬實驗方法上，依托單層漏失特征主控方程，建立礦場環(huán)境與室內(nèi)環(huán)境參數(shù)大小耦合條件下的當(dāng)量漏速計算方程，解決了礦場與室內(nèi)參數(shù)大小不一致的長期矛盾，將礦場漏失通道尺度室內(nèi)模擬從“地質(zhì)測井資料人為模糊推測”推動進入“基于現(xiàn)場原生信息和室內(nèi)實驗條件的精確匹配”，大幅度提高室內(nèi)封堵模擬與礦場封堵應(yīng)用效果的一致性。

1方法過程

低壓地層漏不僅與地層自身的壓力環(huán)境、漏失通道產(chǎn)狀相關(guān)，還與井筒介質(zhì)作用方式和入井材料性能密切相關(guān)。地層鉆遇漏失是“地層—井筒”力學(xué)、化學(xué)等多因素交互作用結(jié)果，不同因素相互作用路徑復(fù)雜，局部因素調(diào)整引發(fā)全局變化。漏失形成機制具有復(fù)雜性特征。收集現(xiàn)場已作業(yè)氣井地質(zhì)、開發(fā)數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)方法計算不同因素影響低壓氣井漏失程度相關(guān)性系數(shù)，完成氣井漏失主控因素篩選。結(jié)合主控因素地質(zhì)、工程意義分析，揭示低壓下古氣井漏失特征與規(guī)律，并完成區(qū)域已作業(yè)氣井漏失控制效果分析。

1.1理論研究

對復(fù)雜工程問題的常規(guī)認(rèn)識中，內(nèi)因與外因相互作用形成工程結(jié)果。低壓氣井漏失研究中，內(nèi)因通常包括地層地質(zhì)因素、氣井產(chǎn)量等人為不可調(diào)整因素。外因包括壓井時流體性能、施工工藝參數(shù)等人為可調(diào)因素。

從數(shù)學(xué)角度，以地質(zhì)或工程因素影響程度為指標(biāo)，引入主控因素與非主控因素概念，其中將對工程結(jié)果具有影響且單因素變化引發(fā)波動劇烈同時是不同樣本間差異性的關(guān)鍵的參數(shù)歸為主控因素，將對工程結(jié)果具有影響且單因素變化引發(fā)波動較小，且是不同樣本共性特征的關(guān)鍵的參數(shù)歸為非主控因素?？偟膩碚f，氣井漏失程度是主控因素與非主控因素共同作用的結(jié)果。主控因素和非主控因素的區(qū)別唯一標(biāo)準(zhǔn)即對漏失程度的影響效果，而不在于其地質(zhì)或者工程意義。

（1）漏失程度中非主控部分特征。由非主控因素主導(dǎo)，樣本間差異性并不活躍，不具備人為可調(diào)價值，往往決定氣井漏失的下限。

（2）漏失程度中主控部分特征。由主控因素主導(dǎo)，樣本間差異性較活躍，具有較高的人為可調(diào)價值，普遍決定氣井漏失的上限。

利用下古低壓氣井壓井漏失信息庫的數(shù)字化特征，利用數(shù)學(xué)方法，實施“主控因素影響程度數(shù)字化”和“非主控因素影響常數(shù)化”處理，以此建立漏失速度（Vl）與主控因素、非主控因素間定量數(shù)學(xué)關(guān)系。

對于單口低壓下古氣井，壓井作業(yè)時井筒流體漏失速度（Vl）受主控因素（X1、X2、···、Xn）與非主控因素（Y1、Y2、···、Yn）共同影響，漏失速度是所有漏失因素所起作用之和，見式（1）。

式中：Vl為漏失速度，單位m3/h；X1、X2、···、Xn為漏失主控因素，Y1、Y2、···、Yn為漏失非主控因素，a1、a2、···、an為漏失主控因素相關(guān)性系數(shù)，b1、b2、···、bn為漏失主控因素相關(guān)性系數(shù)。

不同氣井主控因素（X1、X2、···、Xn）間差異性導(dǎo)致漏失程度劇烈波動。相比較之下，非主控因素貢獻程度穩(wěn)定，接近常數(shù)，見式（2）。

式中：N為所有非主控因素影響的集合。

對于主控因素，合并其影響結(jié)合為因子m，見式（3）。

式中：m為所有非主控因素的相關(guān)性因子集合。

式（3）中，主控因素的變化將導(dǎo)致單個樣本漏失程度波動，而不同樣本間非主控因素常數(shù)化表達，可以簡化漏失程度分析難度。

低壓下古氣井壓井作業(yè)中，井筒流體高度和流動速度是動態(tài)變化的，此時，井筒流體液柱壓力與地層壓力間存在漏失壓差也是動態(tài)變化的。根據(jù)基礎(chǔ)力學(xué)原理，當(dāng)漏失壓差變化時，對應(yīng)井筒流體漏失速度也具有動態(tài)波動特征。與此同時，從地面難以直接測量井筒流體瞬間漏失速度。針對這一現(xiàn)實情況，在大數(shù)據(jù)方法的框架下，考慮低壓氣井井筒流體漏失速度的動態(tài)變化，既是現(xiàn)場不同因素綜合作用所導(dǎo)致，也將反饋于壓井環(huán)節(jié)現(xiàn)場施工參數(shù)。為此，實施“暫堵效果參數(shù)間接表征”對策：即優(yōu)選氣井壓井暫堵時井口靜止漏速（V）與井口是否見液（J）兩項參數(shù)間接表征氣井漏失程度。

在公式（3）的基礎(chǔ)上，代入井口靜止漏速（V）與井口是否見液（J），見式（4）和式（5）。

式中：V為井口靜止漏速，單位m3/h；J為井口是否見液，Eng為人為可調(diào)壓井暫堵參數(shù)。

式（4）和（5）中，不同低壓氣井漏失程度受非主控因素影響部分接近常數(shù)N，受主控因素影響部分變化程度較高，是不同氣井漏失程度差異性的關(guān)鍵，也是氣井漏失特征研究的重要目標(biāo)。

在公式（5）的基礎(chǔ)上，利用數(shù)學(xué)算法逐一計算多因素環(huán)境中，不同因素影響泵壓相關(guān)性系數(shù)分布，并找從大到小或者從小到大的順序，將主控因素排序。隨后，通過削元法逐一篩選主控因素。如：對于單因素X1，開展削元，評價是否是主控因素，（1）若削去X1后，其他因素相關(guān)性系數(shù)排序穩(wěn)定不變，則X1非主控因素。

（2）若削去X1后，其他因素相關(guān)性系數(shù)排序發(fā)生變化，則X1為主控因素。

通過逐一削元，確定影響低壓下古氣井漏失程度（泵壓增幅）的主控因素集合（X1、X2、···、Xn），并以相關(guān)性系數(shù)為過渡因子，建立完整的主控方程，即式（5）。

根據(jù)樣本數(shù)量，建立馬五1/馬五2+馬五3/馬五4/馬五5+馬五6共四套地層。優(yōu)選井口靜止漏速（V）與井口見液（J）共2項漏失特征目標(biāo)參數(shù)，剝繭算法逐一計算各層氣井特征參數(shù)與暫堵材料參數(shù)與目標(biāo)參數(shù)貢獻系數(shù)，擾動分析法篩選各層漏失主控因素。

收集長慶地區(qū)已作業(yè)低壓下古氣井歷史數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)信息的完整性、可靠性開展篩選，最終確定分析可用井次共45井次（達到項目研究中≥30井次的要求）。單井提取地層物性、地層壓力等地層地質(zhì)參數(shù)，井身結(jié)構(gòu)、產(chǎn)氣產(chǎn)水等開發(fā)技術(shù)參數(shù)，以及修井流體性能、修井施工參數(shù)等各類參數(shù)共61項，建立區(qū)域內(nèi)低壓下古氣井已作業(yè)氣井漏失數(shù)據(jù)信息庫。分析區(qū)域內(nèi)低壓下古氣井漏失數(shù)據(jù)信息庫特征共3項。

（1）單井涉及相關(guān)因素數(shù)量超過60項，數(shù)量眾多，常規(guī)單因素分析方法無法有效開展，需要引入多因素分析方法。

（2）部分因素受制于現(xiàn)場收集、管理水平，參數(shù)測量準(zhǔn)確性存在較大出入，需要利用數(shù)學(xué)方法完成數(shù)據(jù)篩選和優(yōu)化。

（3）收集可分析井次共45井次，相對于因素數(shù)量仍然較低，數(shù)值模擬準(zhǔn)確度相對有限，需要在后續(xù)研究中繼續(xù)補充現(xiàn)場氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)，完善和優(yōu)化信息庫，提高大數(shù)據(jù)計算準(zhǔn)確性和可靠性。

針對低壓下古氣井漏失數(shù)據(jù)信息庫特征及漏失特征、漏失控制手段研究要求，引入原生信息再現(xiàn)方法，通過礦場直測地質(zhì)工程信息入庫、剝繭、再現(xiàn)等流程，形成下古低壓氣井“單層”漏失暫堵手段匹配技術(shù)，成果實施流程，如圖1所示。

從圖1中可以看出，原生信息再現(xiàn)過程中需要構(gòu)建已有封堵材料性能參數(shù)歸一化指標(biāo)體系，從礦場信息中直接建立結(jié)構(gòu)化氣井漏失特征原生信息倉庫，還需要將單井測試信息直接賦予單層，構(gòu)建虛擬地層極限漏失環(huán)境，最后采用剝繭算法完成單層漏失主控因素篩選及主控方程構(gòu)建。

針對現(xiàn)場多種材料暫堵機制不同、暫堵性能參數(shù)差異化明顯等問題，依據(jù)物理化學(xué)基礎(chǔ)原理，將已有常見清水類、顆粒類、纖維類、泡沫類、成膠類等五類封堵材料性能參數(shù)提取后合并成27項性能參數(shù)，嵌入漏失主控方程中。通過計算滿足漏失速度控制要求的性能參數(shù)范圍，方向確定適用單一材料類型或多種材料復(fù)合方式，形成“以性能指導(dǎo)材料類型優(yōu)選”的手段匹配思路。

1.2成果應(yīng)用過程

G37-A井、G31-B井和采氣一廠G33-C井開發(fā)氣層均為下古生界馬家溝組碳酸鹽巖地層，屬于下古氣井。2022年9月至10月，現(xiàn)場更換管柱需要對3口氣井實施暫堵修井作業(yè)。考慮該地區(qū)下古地層長期投產(chǎn)后，地層壓力系數(shù)較低，修井作業(yè)時井筒流體漏失嚴(yán)重，常規(guī)方法利用清水試壓成功率低，作業(yè)周期長，且大量清水漏入地層不利于后續(xù)地層產(chǎn)量恢復(fù)。為此，需要考慮在作業(yè)期直接開展單井漏失程度預(yù)測。目前，常規(guī)手段開展低壓氣井漏失預(yù)測時，仍基于地層層段、地層中深、地層壓力系數(shù)等少數(shù)指標(biāo)，依據(jù)人為經(jīng)驗認(rèn)識完成漏失預(yù)測。三口氣井修井作業(yè)前人工井底、措施地層等基本信息，見表1。

從表1中可以看出，G33-C井開發(fā)上部馬五1和馬五2地層，人工井底3402.10m，氣層中深12m，相對符合區(qū)域一般性水平。G37-A井與G31-B井開發(fā)下部馬五4、馬五5氣層，人工井底超過12m，氣層中深超過12m，相對地層溫度較高，表現(xiàn)出一定的“深部地層”漏失特征。

從地層壓力系數(shù)上看，G37-A井與G31-B井較為接近，分布范圍0.60～0.67，屬于中低壓力氣層，計算井筒充滿清水狀態(tài)下，地層漏失壓差13.84～15.89MPa，暫堵地層后承壓能力需求居中，但仍然高于常規(guī)低壓氣井暫堵承壓目標(biāo)（8～10MPa）。G33-C井壓力系數(shù)僅0.27，不足0.30，屬于超低壓力系數(shù)地層，計算井筒充滿清水狀態(tài)下，地層漏失壓差達到24.53MPa，超過20MPa，承壓能力需求較高。

僅從地層關(guān)鍵指標(biāo)上來看，G37-A井與G31-B井具有目標(biāo)地層垂深大、壓力系數(shù)低、承壓需求相對適中等特點。G33-C井具有地層垂深一般、壓力系數(shù)低、承壓需求較強等特點。具需要實施暫堵壓井作業(yè)。從壓井施工難度上上來看，G33-C井壓井暫堵強度需要更大，前期初步嘗試采用常規(guī)顆粒類體系開展壓井作業(yè)，結(jié)果清水漏速超過10m3/h，隨后使用推薦匹配絨囊壓井液體系，漏速隨之降至1.7m3/h，體現(xiàn)了針對性單井單策方案匹配的技術(shù)優(yōu)勢和成本優(yōu)勢。

但考慮地層高溫影響、馬五5小層酸化改造后裂縫形態(tài)復(fù)雜性等因素，G37-A井與G31-B井暫堵難度更大。直接依托少量因素人為評價漏失程度已較為困難，更無法實現(xiàn)定量化分析和匹配暫堵手段。利用低壓下古氣井漏失程度預(yù)測及漏失控制對策優(yōu)選方法，依托開發(fā)低壓下古地層漏失特征預(yù)測及封堵手段匹配軟件，完成G37-A井、G31-B井、G33-C井共3口低壓氣井清水壓井漏速預(yù)測，從歷史已作業(yè)數(shù)據(jù)庫中自動匹配3口相似氣井，參考?xì)v史作業(yè)信息，完成最佳壓井暫堵方法匹配。所匹配壓井液密度、表觀粘度等性能，見表2。

從表2中可以看出，根據(jù)3口氣井的不同特點，分別匹配了不同用量及不同性能的壓井液體系性能，其中G37-A井推薦加入一定比例的固相顆粒，固相粒徑建議為0.8mm。根據(jù)所匹配壓井液性能預(yù)測相關(guān)性質(zhì)指標(biāo)及相似井應(yīng)用施工結(jié)果，綜合施工成本推薦使用性質(zhì)可調(diào)的絨囊壓井液及其復(fù)合體系以完成3口氣井更換管柱的暫堵壓井需求，3口氣井施工前后承壓能力分布及變化結(jié)果，如圖2所示。

從圖2中可以看出，G37-A井、G31-B井、G33-C井經(jīng)絨囊壓井液及復(fù)合體系暫堵作業(yè)后，實際承壓能力分別提升至23.93MPa、20.89MPa和26.53MPa。承壓能力變化比值1.08～1.73，其中加入固相顆粒的暫堵體系，地層承壓增加幅度較高。暫堵劑承壓能力相當(dāng)，滿足現(xiàn)場更換管柱暫堵修井需求。3口氣井壓井暫堵前后清水漏速變化，如圖3所示。

從圖3中可以看出，實施暫堵修井作業(yè)后，3口氣井清水漏速均降至2.0m3/h以下，清水漏速降幅87.4%～96.0%。融合了地質(zhì)、工程和材料特征參數(shù)，基于原生信息再現(xiàn)的單井漏失特征診斷及封堵匹配技術(shù)實現(xiàn)了對單層漏失預(yù)測和暫堵材料匹配的覆蓋性，3口氣井使用推薦暫堵設(shè)計配方后，承壓能力均達到19MPa以上，一次壓井成功率100%。避免了出現(xiàn)預(yù)測漏速偏低、材料準(zhǔn)備偏少等問題，提高一次壓井暫堵成功率。

2結(jié)果現(xiàn)象討論

2.1融合地質(zhì)、工程、材料特征參數(shù)的封堵預(yù)測和匹配方法提高了單井作業(yè)效率

根據(jù)下古地層地質(zhì)資料，馬五1、馬五2+3、馬五4和馬五5+6，自上而下，伴隨地層溶洞、洞穴結(jié)構(gòu)發(fā)育程度增大，漏失加劇。自上而下，井筒液柱與地層壓力壓差逐漸升高，漏失加劇。對比下古地層中壓井暫堵手段主控因素的貢獻系數(shù)大小，并篩選貢獻系數(shù)偏大的關(guān)鍵因素，見表3。

從表3中所列四套地層暫堵壓井手段主控因素分布，馬五1匹配“黏性顆粒/黏性纖維/高黏液體堵劑”壓井暫堵手段；馬五2+3匹配“黏性顆粒/高黏液體堵劑”壓井暫堵手段；馬五4匹配“低排量+黏性顆粒+靜置快速增黏液體堵劑”壓井暫堵手段；馬五5+6匹配“非成膠高黏液體+大尺度顆粒/纖維復(fù)合”壓井暫堵手段。

橫向?qū)Ρ认鹿诺貙有蘧┦卣?、匹配暫堵手段與鉆完井、壓裂改造、調(diào)剖堵水等環(huán)節(jié)差異性，評價相似技術(shù)移植可行性可知，鉆完井、壓裂改造、調(diào)剖堵水等環(huán)節(jié)漏失特征、暫堵手段與下古氣井修井暫堵區(qū)別。一是，馬五1壓差控制漏失可移植應(yīng)力籠封堵，適應(yīng)性高；二是，馬五2+3可移植充填增黏暫堵，并進行部分技術(shù)優(yōu)化；三是，馬五4相似環(huán)節(jié)可提供一定的技術(shù)手段參考，但成功率仍然不高；四是，馬五5+6相似環(huán)節(jié)鉆完井溶洞型地層封堵本身仍是難點，缺少成熟技術(shù)。

結(jié)果表明，對于目前長慶地區(qū)研究形成聚合物顆粒、絨囊壓井液堵劑，利用單層漏失主控方程，完成馬五1、馬五2+3、馬五4、馬五5+6手段優(yōu)先級排序，結(jié)合產(chǎn)量恢復(fù)要求（地層不能堵死），制定部分參數(shù)約束條件，制定現(xiàn)有絨囊壓井液體系及其復(fù)合體系的封堵材料匹配計劃。具體有單井使用暫堵劑體系類型、暫堵劑性能等3個方面。

（1）單井使用暫堵劑體系類型，G31-B井與G33-C井預(yù)測清水漏速低于30m3/h，使用純絨囊壓井液實施暫堵。G37-A井預(yù)測清水漏速超過35m3/h，使用絨囊壓井液與顆粒復(fù)合體系實施壓井暫堵。3口氣井實際施工中首次壓井均取得成功，暫堵劑體系匹配合理。

（2）單井使用暫堵劑性能，G37-A井使用絨囊壓井液與顆粒復(fù)合體系，考慮體系攜帶顆粒注入后，井筒中保持良好的攜帶能力，進入地層后顆?？焖俪两担懈盥┦ǖ溃O(shè)計體系表觀黏度、塑性黏度相對較，動塑比較高1.21Pa/（mPa·s）。G31-B井與G33-C井使用絨囊壓井液性能接近。其中，考慮G31-B井馬五5地層歷史漏失更加嚴(yán)重，地層溫度更高，設(shè)計絨囊壓井液表觀黏度、塑性黏度分別提升至65mPa·s、32mPa·s，均高于G33-C井，提高體系封堵強度和耐溫能力。G33-C井中絨囊壓井液黏度參數(shù)較低，但考慮地層壓力系數(shù)低于0.30，動塑比提升至1.13Pa/mPa·s，提高暫堵能力及承壓穩(wěn)定性。整體上，3口氣井壓井暫堵材料性能設(shè)計實現(xiàn)了“單井單策”的匹配效果。

（3）單井使用暫堵劑用量，G37-A井引入可降解顆粒復(fù)合提高封堵強度，絨囊壓井液用量降低至50m3，接近其他2口氣井用量，降低整體作業(yè)成本?？紤]G31-B井馬五5地層相對G33-C井馬五1與馬五2漏失更加嚴(yán)重，使用絨囊壓井液從20m3提升至50m3。實際3口氣井均壓井成功，暫堵材料用量設(shè)計實現(xiàn)了“單井單策”匹配效果。

2.2絨囊流體智能封堵碳酸鹽巖低壓氣井漏失通道解決了修井漏失難題

絨囊流體智能封堵技術(shù)是一種針對天然氣井修井過程中壓井液漏失問題而研發(fā)的新型暫堵技術(shù)。該技術(shù)通過在修井液中引入特定配比的化學(xué)制劑，形成能夠自動匹配地層漏失通道尺寸的絨囊結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)對漏失通道的有效封堵［32］。絨囊流體是由囊泡和母液組成，因此其作用機制或者作用機理也是由于囊泡、絨毛和母液中的聚合物自身的物理化學(xué)特性以及在應(yīng)用時所處的環(huán)境所造成的?？傮w看，主要有囊毛在運動過程中離開囊泡在靜止?fàn)顟B(tài)中又吸附在一起的囊毛脫長重構(gòu)機理，囊泡根據(jù)封堵的對象形狀自適應(yīng)改變自己的形狀進入地層的囊泡變形適應(yīng)機理，以及聚合物溶液中聚合物分子和表面活性劑分子原來以囊泡為中心在與地層作用時轉(zhuǎn)變?yōu)槲降貙訉崿F(xiàn)粘接改變地層力學(xué)特性的母液再組利用機理。

2.2.1絨囊流體封堵起效快和儲層傷害低滿足低壓氣井修井及復(fù)產(chǎn)要求

室內(nèi)使用寬度1.0mm人造裂縫模擬地層，控制體系注入至驅(qū)壓25MPa，注入排量為3mL，注入材料濃度為1%，評價絨囊壓井液與絨囊壓井液+自降解顆粒復(fù)合伴注、絨囊壓井液+自降解纖維復(fù)合伴注、絨囊壓井液+納米鈣顆粒復(fù)合伴注、絨囊壓井液+自降解空心顆粒復(fù)合伴注，評價不同類型暫堵劑封堵起效時間及7d、30d封堵壓力衰減情況。結(jié)果如圖4所示。

從圖4中可以看出，5種復(fù)合伴注體系封堵起效時間21～33min，較絨囊壓井液下降近50%，封堵速度提升1倍。絨囊壓井液及絨囊及固體顆粒復(fù)合伴注體系封堵寬1.0mm裂縫后7d驅(qū)壓衰減幅度1.96%～4.10%，短期封堵穩(wěn)定性高；含顆粒的壓井液體系，30d后驅(qū)壓衰減幅度18.36%～23.23%。實驗測試5種復(fù)合體系封堵30d后，卸掉入口驅(qū)壓，反向氮氣驅(qū)替2h，液體返排徹底，測試裂縫滲透率恢復(fù)率，結(jié)果如圖5所示。

從圖5中可以看出，5種復(fù)合體系封堵30d后，裂縫滲透率恢復(fù)率分布93%～96%，傷害控制穩(wěn)定。針對固體堵劑承壓能力強、地層自降解性能差等缺陷，引入固液復(fù)合伴注自降解性調(diào)控方法，進一步測試復(fù)合堵劑提高承壓速度更快，實現(xiàn)“封堵能力與自降解性協(xié)同提升效果”，且體系維持滲透率恢復(fù)率高，為深部下古地層漏失提供了封堵能力強、自降解性能好的暫堵手段。

分析認(rèn)為，一方面，液體優(yōu)先自降解提供疏松空間，利用絨囊壓井液無固相結(jié)構(gòu)特征，與顆粒、纖維等固體材料復(fù)合使用，降低固體材料封堵結(jié)構(gòu)的致密性，利用絨囊壓井液自降解性為固相顆粒快速打開自降解所需結(jié)構(gòu)空隙，提高自降解能力［33］。另一方面，固體后降解，剝奪液體束縛水，利用固相顆粒、纖維等水溶性自降解特征，加速剝奪絨囊壓井液束縛水組分，提高絨囊壓井液自降解性。

2.2.2絨囊流體智能封堵粘接地層實現(xiàn)防漏堵漏

絨囊流體靜止時，囊泡是完整的，由一核兩層三膜構(gòu)成，即囊核、囊層和絨毛以及核膜、核內(nèi)層外膜、水層吸附膜等組成。絨囊流體靜止時，絨毛的吸附在囊泡上。吸附絨毛的囊泡，由于空間位阻作用，囊泡之間位置被膠液中的聚合物和表面活性劑占據(jù)，無法靠近，所以以分散的形式存在，有利于囊泡穩(wěn)定。同時，母液中的大分子形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，膠凝強度較高，阻止了囊泡上浮，也有助于絨囊流體穩(wěn)定。絨囊流體流動時，水溶性改善膜和附著層在外力的作用下離開囊泡。由于囊泡的密度低于膠體的密度，囊泡向前流動的速度比膠體更快，造成一個囊泡帶著一束聚合物，將原來靜止時的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)理順成同一維度。這樣整個流體流動起來流動阻力較小。流動再次靜止時，或者趨于靜止時，囊泡靜止會吸附膠液中的聚合物和表面活性劑重新形成囊泡，且膠液中的聚合物和表面活性劑在電性或者氫鍵作用下形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。但此時的結(jié)構(gòu)與最初配制出的絨囊流體不同，其黏度可能低于原始靜止的黏度。但是流體中的聚合物和表面活性劑具有吸附作用，能夠粘接地層［34］，使得剪切流體的力更大。同時由于絨囊流體中的囊泡是高強度泡，內(nèi)部由除氧后的氣體組成，可以根據(jù)流動通道的形態(tài)變形，以滿足自己進入流動通道的目的。

囊泡的變形與封堵的適用對象有關(guān)，與封堵的強度相關(guān)，還與封堵時的用量和起效的時間有關(guān)。用模糊數(shù)學(xué)集合概念研究封堵材料尺寸匹配某類漏失通道定量關(guān)系。用大小、數(shù)量、形狀都是自然形成的、符合模糊數(shù)學(xué)的大小范圍的封堵材料，采用分壓、耗壓、撐壓等非確定封堵方式，封堵尺寸、數(shù)目、形態(tài)符合模糊數(shù)學(xué)大小的漏失通道塌治塌和防漏堵漏［35］。直接改變巖石自身的力學(xué)性質(zhì)實現(xiàn)穩(wěn)定井壁，稱為提強增韌理論，俗稱低密度防塌理論或者徹墻理論。

實踐證明，不同處理劑加量得到體系的性能不同，只有在一定的加量范圍內(nèi)才能形成特定的物質(zhì)，展示出體系或結(jié)構(gòu)特定的功能，滿足某種特定的需求。通過絨囊流體的技術(shù)開發(fā)和機理機制研究，使得絨囊流體根據(jù)封堵對象的特點發(fā)揮自己特點的工作流體。實際評價過程中，也需要密切結(jié)合現(xiàn)場實際情況，配套更貼近現(xiàn)場的實驗評價手段。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，在絨囊流體封堵體系研發(fā)的基礎(chǔ)上，已相應(yīng)建立帶有回壓的漏失通道的測試方法，模擬油氣井多層同時漏失的評價設(shè)備及方法等，能夠最大限度綜合評價不同地層漏失環(huán)境和不同漏失封堵材料的封堵效果。因此，絨囊流體未來將逐步向著地層-材料-體系-工藝-效果互動式的數(shù)據(jù)化、數(shù)字化方向發(fā)展，用大數(shù)據(jù)思想，采用智能手段優(yōu)選與目標(biāo)層匹配的封堵材料和封堵體系。

3結(jié)論建議

（1）融合地質(zhì)-工程-材料特征參數(shù)，基于原生信息再現(xiàn)建立下古低壓氣井單井漏失特征診斷及封堵匹配技術(shù)，提高了下古碳酸鹽巖低壓氣井修井單井作業(yè)成功率，匹配暫堵手段一次壓井成功率100%，清水漏速降幅90%左右。

（2）由于數(shù)據(jù)樣本限制，模型的適用性和準(zhǔn)確性尚需進一步驗證。此外封堵材料參數(shù)的歸一化處理方法可能無法涵蓋現(xiàn)有的全部材料類型，建議后續(xù)歸一化封堵性能的評價指標(biāo)，有助于進一步準(zhǔn)確開展封堵材料的匹配辦法

（3）利用礦場原生數(shù)據(jù)建立的利用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立的封堵匹配技術(shù)不僅可以有效解決現(xiàn)場漏失問題，同時能夠為新型封堵材料的研發(fā)提供技術(shù)指標(biāo)，為新材料的研發(fā)提供方向。