高效解堵完井液研究及在筛管完井中的应用

马平平 熊开俊 陈 芳 张荣志 高利民

(中国石油吐哈油田公司工程技术研究院)

0 引言

完井液保护油气层技术是石油工程中提高原油采收率和增储上产的重要技术组成部分，对石油工业“少投入多产出”起着十分关键作用[1]。吐哈油田在2011年以前使用低密度甲酸盐无固相完井液体系[2]，该完井液体系及其工艺技术能够在水平井裸眼完井过程中有效保护储层、提高产量，但是低密度甲酸盐完井液不含清除滤饼的处理剂，且暂堵剂油溶率较低，因此体系不能有效清除附在井壁上的滤饼，储层孔道仍有堵塞，影响保护储层的效果。因此，优化完井液清除滤饼的性能，完善完井液配方和工艺技术措施非常必要，可大幅度减少水平井裸眼完井过程中对产层的损害，对提高水平井初期产量具有重要意义。

1 钻井液滤饼物理化学性质研究与分析

1.1 钻井液滤饼物理结构[3]

用吐哈油区多个现场钻井液样品在高温高压条件下压制滤饼(温度120℃，压力3.5 MPa，回压0.69 MPa，时间30 min)，并用XNTH-I型滤饼针入度测定仪检测。由所有滤饼针入度曲线的共性建立了滤饼数字模型。

滤饼的物理结构可以根据其强度及密实程度的不同，自上而下分为虚滤饼层、可压缩层、密实层及致密层。图1中三条曲线为某钻井液样品压制的滤饼直径方向三个不同位置测得的针入度曲线，表1为数据处理结果。该泥饼平均厚度为2.78 mm，滤饼虚厚为1.89 mm，实厚0.89 mm,其中可压缩层、密实层和致密层厚度分别是0.57 mm，0.29 mm和0.03 mm,初始强度8.47 g,最大强度202 g，滤饼自上而下四层结构中，厚度逐层减小，而强度逐层增大，密实层和致密层厚度总和最小，强度最大，水力冲刷无法清除。

图1 滤饼针入度曲线

1.2 钻井液滤饼组分分析

吐哈油田水平井基本上应用MEG(甲基葡萄糖甙)钻井液，选用水平井钻井过程MEG钻井液样品在高温高压条件下压制滤饼(温度120 ℃，压力3.5 MPa，回压0.69 MPa，时间30 min)。

分析钻井液中各类组分的质量体积浓度，确定各类组分质量浓度及所占比例，再通过称量烘干前后的钻井液滤饼质量，进而计算各种组分在滤饼中的质量分数和单个滤饼各组分的质量(假设地层岩石产生的钻屑全部被钻井液带出地面，不参与构成滤饼)。通过计算，各组分在钻井液中质量分数见表2。

表1 针入度曲线数据

表2 MEG钻井液滤饼各组分质量浓度

2 滤饼清除剂及缓蚀剂筛选

2.1 清除剂筛选

钻井液滤饼中，固相组分所占比例最大，其中酸溶性暂堵剂可通过酸性溶液溶解清除，其它惰性固相很难清除。

选用酸性清除剂对滤饼进行溶蚀清除,溶蚀对象主要为酸溶性暂堵剂和部分聚合物。对S1和S2两种滤饼清除剂对滤饼的溶蚀作用进行了对比评价(图1图 3)。

图2 S1溶蚀滤饼实验

S1酸性极强，浸泡前pH值为1，浸泡24 h后溶液pH值为2～3，下部为浑浊物，上部水层颜色较深，呈浅褐色。溶蚀率随溶液浓度增大而升高，其中2.5%S1浸泡滤饼24 h后滤饼溶蚀率达到22.72%，溶蚀效果较好，但浸泡后残液酸性仍然很强(pH值为2～3)。

图3 S2溶蚀滤饼实验

S2滤饼溶蚀效果较好，0.5%加量滤饼溶蚀率可达到21.93%，而溶液的酸性较S1而言显弱，浸泡前溶液pH值为2，浸泡24 h后溶液下部为浑浊物，上部颜色略深，呈浅褐色，浸泡滤饼后溶液呈中性。

选用S2作为滤饼清除剂，加量确定为0.5%。

2.2 缓蚀剂筛选

由于酸性清除剂S2在溶液中释放H+,对井下工具具有一定腐蚀性，因此为避免滤饼清除剂对井下工具的腐蚀，需要优选合适的缓蚀剂。对溶蚀剂HS1和HS2进行了对比评价。对不同浓度的S2溶液用不同浓度的缓蚀剂溶液浸泡N80钢片，浸泡时间为7天，测定最终的腐蚀速率，以此优选缓蚀剂(图4、图5)。

图4 HS1缓蚀实验

图5 HS2缓蚀实验

结果表明，HS1较HS2缓蚀效果更好，所以选用HS1作为完井液用缓蚀剂，确定加量为3%，针对滤饼清除剂S2可将腐蚀速率降低至0.097 mm/a，因完井液在井下滞留时间平均为5～7天，因此不会对井下工具造成腐蚀。

3 油溶性暂堵剂的筛选评价

3.1 常规性能评价

对ZD1、ZD2、ZD3三种油溶性暂堵剂进行优选和性能评价，完井液配方选用：水+0.5%～0.7%增黏抑制剂+1%降滤失剂+0.3%～0.5%增黏降滤失剂+2.5%～3%防塌剂，结果见表3。

表3 暂堵剂优选

注：性能测定实验温度为25 ℃，HTHP测定温度为120 ℃，压力3.5 MPa，时间30 min。

由实验结果可看出，ZD1对完井液黏度影响最小，同时有较好的降滤失效果，更有利于保护储层。

3.2 暂堵剂油溶率评价[4]

对ZD1、ZD2、ZD3三种油溶性暂堵剂进行油溶率评价，按照脱色煤油溶解、布氏漏斗过滤的方法，在80 ℃条件下(接近于井底温度)测定各种暂堵剂的油溶率，结果见表4。

实验结果表明，ZD1在80℃条件下的油溶率均大于90%，最高可达98.1%，油溶性非常好。

3.3 暂堵剂对原油黏度影响

测试几种油溶性暂堵剂及油溶树脂对原油黏度的影响。实验结果见图6。

ZD1为液态，对原油的黏度影响不大，其它暂堵剂属于固体粉末，加入原油中黏度有一定程度上升,油溶树脂对原油黏度影响最大，加量5%时原油黏度增加率近90%，通过以上实验，最终确定ZD1为完井液油溶性暂堵剂。

表4 油溶率测定

图6 暂堵剂对红连原油黏度的影响

4 完井液性能评价

通过筛选滤饼清除剂、缓蚀剂和油溶性暂堵剂，同时考虑到综合成本，优选出完井液的配方为：

水+0.3%～0.5%增黏剂+0.3～0.5%抑制剂+1%降滤失剂+2.5%-3%封堵防塌剂+0.5%滤饼清除剂+3%缓蚀剂+3%油溶性暂堵剂+有机盐加重剂

4.1 常规性能评价

实验结果见表5。

表5 室内配方性能评价

注： HTHP测定温度为120 ℃，压力3.5 MPa，时间30 min。

从表5结果可以看出该完井液流变性能优良，且滤饼清除剂和缓蚀剂对完井液流变性能影响较小，油溶性暂堵剂的加入改善了完井液降滤失效果，表观黏度和塑性黏度随温度的升高变化幅度较小，滤失量则略有增大，完井液性能稳定。

4.2 滤饼溶蚀效果

实验结果见表6。

表6 完井液对滤饼溶蚀效果评价

结果表明，完井液对滤饼溶蚀率达到21.9%，能够有效清除部分钻井液滤饼。由于完井液配方中影响腐蚀速率的只有滤饼清除剂，而之前的实验证明筛选出的缓蚀剂能够有效降低溶液对N80钢片的腐蚀速率，在这里不赘述缓蚀效果评价。

4.3 储层保护效果评价

完井液主要目的是为了保护储层，用DW-Ⅱ型高温高压动态污染仪对新型解堵型完井液进行储层保护效果评价[5]，在围压为3.5 MPa、流速为1.0mL/min的条件下，用模拟地层水驱替岩心，再用中性煤油进行驱替，测得岩心的油相渗透率Ko，同样在3.5 MPa压力条件下，用完井液对岩心进行反向污染，时间为2 h，之后改变流体流动方向，在流速为1.0 mL/min的条件下，用中性煤油正向驱替，待压力稳定后测定岩心经完井液污染后的渗透率 Ko’，计算渗透率恢复值。实验结果见表7。

表7 完井液储层保护效果评价

注：所用岩心均为现场取心，取自玉102井J2S组；传统完井液基本配方：水+0.3%～0.5%增黏剂+0.3～0.5%抑制剂+1%降滤失剂+2.5%～3%封堵防塌剂+3%油溶性暂堵剂(固态)+有机盐加重剂；解堵型完井液基本配方：水+0.3%～0.5%增黏剂+0.3～0.5%抑制剂+1%降滤失剂+2.5%～3%封堵防塌剂+0.5%滤饼清除剂+3%缓蚀剂+3%油溶性暂堵剂(液态)+有机盐加重剂

新型解堵型完井液对岩心渗透率恢复率达到90%以上，具有很好的储层保护效果。

5 现场应用

高效解堵型完井液体系在吐哈油田应用了18口井。5.1工艺简介

应用井必须是筛管完井、裸眼完井等完井方式，即在水平井完钻后不采用水泥封固产层与井眼的流通通道，而采用产层与井筒连通敞开的方式完井。完钻后确保井眼通畅，在下入筛管等完井管串之前最后一次通井到底循环干净起钻前打入完井液，完井液用量通过井眼尺寸、井径扩大率、水平段长度等确定，通过排量、钻杆内外径等参数确定泵入时间和顶替时间，确保完井液覆盖整个储层段。

5.2 鲁克沁油田应用情况

新型解堵完井液在鲁克沁油田应用8口井，应用过程没有造成任何井下复杂，应用井储层保护效果良好。应用井整体平均产量9.83 t/d，较邻井初期产量提高28.3%。鲁克沁油田应用新型解堵型完井液保户储层效果明显，产量提高幅度较大，取得了很好的应用效果。

图7 鲁克沁油田应用效果

5.3 雁木西油田大2块应用情况

雁木西油田大2块5口水平井上实施了现场应用。投产后平均产量为5.42 t/d,应用新型完井液产量提高8.42%。

5.4 连木沁油田应用情况

解堵型完井液体系在连木沁油田应用2口井，应用过程和后续作业没有造成任何井下复杂情况。

解堵型完井液连木沁区块应用2口井，投产后平均产量为12.36 t/d,相邻水平井有6口，平均产量9.04 t/d,应用新型完井液产量提高36.7%，连木沁区块应用新型解堵型完井液保户储层效果明显，产量提高幅度较大，取得了很好的应用效果。

图8 雁木西大2块应用效果

图9 连木沁区块应用效果

6 结论与建议

解堵型完井液对钻井液滤饼清除率达到21.93%，同时消除了其对井下工具的腐蚀；高效油溶性暂堵剂油溶率高达98.3%，提高了完井液与储层的配伍；完井液对岩心渗透率恢复率达到90.2%以上，能够有效保护储层。解堵型完井液在吐哈油田应用18口井，现场施工无复杂情况发生，现场实施有效率100%，平均初期产量较邻井有较大幅度提高，取得了良好的应用效果。

建议针对清除滤饼中的聚合物开展研究,进一步提高完井液对滤饼的清除效果,更有效地发挥完井液保护储层的作用,对水平井筛管(裸眼,割缝管)等完井方式条件下提高初期产能具有广泛的应用前景。

1 李克向.保护油气层钻井完井技术[M].北京:石油工业出版社,1994.

2 栾占彬,刘小波,李明辉,等.甲酸盐钻井完井液的研究进展[J].广州化工,2010,38(10):42-43.

3 周风山,王世虎,李继勇.泥饼结构物理模型与数学模型研究[J].钻井液与完井液,2003,20(3):4-8.

4 姜歆,王博通,樊英.油溶性树脂暂堵剂的室内评价[J].科学技术与工程,2010,10(31):7721-7723.

5 贾立武,完井液评价方法的探讨[J].钻井液与完井液,1995,12(4):60-63.