一种新型微泡套铣冲砂液的研制

任 奕，张 茂，王 冬，任 强，朱 亮

（中海油能源发展股份有限公司采油技术服务分公司，天津 300452）

一种新型微泡套铣冲砂液的研制

任 奕，张 茂，王 冬，任 强，朱 亮

（中海油能源发展股份有限公司采油技术服务分公司，天津 300452）

针对渤海油田在大修井过程中出现的地层漏失严重、井下工具打捞困难、套铣进尺缓慢等问题，根据泡沫钻井的理论知识及其应用特点，研究开发了一种新型的环保型的套铣冲砂液，与传统的暂堵液相比，其黏度低、切力小、携砂能力好，润滑系数低、循环摩阻小，易于溶解，不会结块憋泵，后期不需要破胶等等。其主要配比为：0.5%BH-VIS+3%FPJ-12+3%XJW-1+2%YS-A。它主要以微泡作为分散相，低黏胶液作为连续相，依靠泡沫承托能力强以及泡沫和生物聚合物的双层封堵的特点，达到一种良好的冲砂、降漏失效果。该技术在渤海油田得到了成功的应用，保证了大修作业的顺利进行。

微泡套铣；冲砂液；暂堵液；大修井；渤海油田

伴随油田的逐步开采，地层能量逐渐衰竭，因此在修井作业中，不可避免地会出现修井液等各种流体渗漏进地层的现象。流体渗漏一方面会引起岩石的水敏效应，导致颗粒膨胀、分散、运移，堵塞油层孔道，另一方面会引起贾敏效应、岩石润湿反转，导致水锁；此外，还有冷伤害以及形成无机垢沉淀等，最终会降低油井的产量。更为严重的是，修井液的漏失不仅增加了修井液用量，造成修井作业无法正常进行，可能还会发生卡钻、井喷等严重事故[1]。对于大修井来说，这种现象更为严重。

1 大修套铣技术的现状

目前在渤海油田，关于大修套铣作业，主要采用先期堵漏为主，尔后再用地热水进行套铣冲砂，但这种方法存在着一些问题，例如对于严重出砂井，注入暂堵液后，有可能造成油砂与暂堵液形成致密的封堵层，给下步的打捞套铣作业带来更大的困难。暂堵液主要有以下几种类型：

1.1 水溶性高分子+交联剂体系

该体系由基液和交联剂组成，现场施工时按照一定比例在基液中加入交联剂形成冻胶，冻胶具有一定强度和变形性，在该冻胶破胶之前注入井眼，达到封堵地层的目的。该体系成本低廉，封堵效果良好，对储层选择性好，但是体系配方在施工前必须在现场进行调整，广谱性差，而且破胶工艺复杂易造成对地层的堵塞。

1.2 水溶性高分子+油溶性暂堵剂体系

该体系由水溶性高分子和油溶性暂堵剂两部分组成，现场施工时按照一定比例配制一定浓度的水溶性高分子，保证该溶液黏度达到设计要求，然后根据地层情况，在该溶液中加入一定比例的油溶性暂堵剂。该体系胶液黏度易调整，对配制水的要求不高，暂堵性好，破胶工艺简单，现场施工方便；但是该体系对水溶性高分子、油溶性暂堵剂质量要求较高，原材料成本高。

1.3 可膨胀吸水树脂体系

可膨胀吸水树脂以丙烯酰胺单体为主要原材料，在分子聚合过程中加入交联剂，形成预交联凝胶颗粒。该体系配制工艺简单，在配制水中加入一定比例的可膨胀吸水树脂，通过2～3 h的吸水过程，可膨胀吸水树脂吸收了体系的自由水，把水分子吸收到树脂里，形成固化水。该凝胶体系具有一定强度和变形性，通过该吸水树脂的黏滞性和变形性达到封堵地层的目的。吸水树脂类产品包括大港油田开发的吸水暂堵剂GLB、中原油田开发的强凝胶堵剂、吉林油田开发的非线性堵水树脂、西南石油大学开发的固化水等产品。该体系配制方法简单，凝胶强度高，堵漏效果好。但是材料为内交联产物，不易破胶，易造成对地层的堵塞[2]。

上述暂堵液体系都具有很强的封堵效果，但是黏度较高、作业类型比较单一。在大修井过程中，它们只能起到堵漏作用，无法起到携砂的作用。因此在实际的套铣作业中，需要一种既能有效的防漏失又能很好的携砂的作业流体。

2 新型微泡套铣冲砂液

微泡套铣冲砂液是由水、表面活性剂和各种处理剂形成的一种粒径较小的囊状泡沫体系，它包括气核、气液界面膜、高水溶液层、高黏水层固定膜以及伸向体系中的亲水性的大分子长链这五部分，其中前四部分一般不受外界干扰，通常以一体的形式出现，有人将此形象地称为“气囊”；大分子长链则可被认为是气囊外的“绒毛”，绒毛和气囊及其生存环境，共同组成了微泡套铣液[3]。

该体系能够根据漏失地层开度、裂缝缝宽和溶洞高度，自动调节粒径大小和形状，渗漏进地层，达到一种封堵的效果；其次利用泡沫胶液的悬浮能力比普通的胶液体系大10倍以上的特点，能够起到很好的携砂效果[4]。该体系的应用对地层起到了很好的保护作用，保证了套铣作业的顺利进行。

微泡套铣液的核心在于气泡的产生和稳定。泡沫的稳定性即持久性取决于两个关键因素：一是液膜能否保持一定的强度，即液膜能否维持较慢的排液速度和对抗外界各种影响因素；二是气体透过液膜的扩散性大小[5]。因此，该技术的关键就在于如何形成稳定的泡沫体系。

2.1 发泡剂的评选

海上油田一般使用地层水来进行修井作业，所以对发泡剂的抗盐抗温性能有一定的要求。我们采用国内外通用的Ross-Miles法[6]对各种表面活性剂进行了筛选（表1），随后对筛选出来的表面活性剂，通过调整它的质量分数（表2），找出它的最佳工作条件。

表1 表面活性剂性能

表2 不同质量分数发泡剂的起泡性能

通过筛选发现，FPJ-12的发泡效果最好，FPJ-3、FPJ-6、FPJ-7、FPJ-11的效果次之，因此，我们选用FPJ-12作为发泡剂。通过调节它的质量分数可以看出，当其质量分数达到3%时，半衰期达到最大；当质量分数低于3%时，随着质量分数的增大，半衰期及发泡量增加明显；当质量分数超过5%时，随着质量分数的增大，半衰期增加很慢，而且发泡量变化也不大；所以，当FPJ-12的质量分数在2%～5%的范围内，发泡效果较好（图1），综合比较各方面的因素，我们将发泡剂FPJ-12的用量定为3%。

图1 不同质量分数表面活性剂FPJ-12起泡性能

2.2 增稠剂的筛选

为了维持泡沫的稳定，我们选取了几种常用的增稠剂样品，即HV-PAC、瓜儿胶、HV-CMC、BH-VIS，来比较其对泡沫的影响。通过实验发现，在达到相同的黏度（80 mPa•s）下，四种样品的质量分数分别为0.5%、1.2%、0.6%、0.9%。在这四种样品中，加入3%FPJ-12高搅形成泡沫体系，在常温下放置一天后发现，HV-PAC、瓜儿胶和HV-CMC中的泡沫均消失，BH-VIS体系中的泡沫则能较稳定的存在，而且排列比较均匀。因此，选用BH-VIS作为体系的增稠剂。

在海上油田大修过程中，作为套铣液，必须满足能够有效的携砂、漏失量低而且具有很好的流变性能，可以在全井筒顺利地循环，因此需要体系具有适当的黏度。根据钻井泥浆的流变性能及海上修井的经验，漏斗黏度在50～100 s之内的套铣液具有很好的携砂及循环性能。

通过实验，由表3我们发现，当BH-VIS的质量分数为0.3%～0.5%时，其漏斗黏度比较适中，能够满足作业的需要，但当质量分数低于0.5%时，体系不稳定，泡沫易析出 ；当质量分数大于0.5%时，漏斗黏度较大，循环阻力大，泵送困难，因此将BH-VIS的质量分数定为0.5%。

2.3 体系稳定剂的筛选

由于BH-VIS属于生物聚合物，易氧化分解，因此需要加入防腐剂来防止分子链断裂。实验中选用表面活性剂XJW-1和XJW-2与FPJ-12混合，观察它们的发泡情况。结果表明，XJW-2严重影响泡沫的稳定，而XJW-1对体系的稳定性没有影响（表4）。

表3 体系的流变性能

为了进一步验证XJW-1的防腐效果，采用测定胶液的黏度保留率来表征。具体实验过程为：量取四份350 mL过滤海水，放入高搅杯中，其中两份分别加入1.75 g增稠剂BH-VIS和10.5 g样品XJW-1作为待测样，另两份分别只加入1.75 g增稠剂BH-VIS作为空白样，高速搅拌5 min，然后低搅1 h，读取四份胶液在电动旋转黏度计φ600转下的读数φ1。然后把四份胶液放入500 mL的广口瓶中加盖密封，放入设定温度值为60 ℃的烘箱中，恒温放置7 d，取出冷却至室温，倒入高搅杯中高搅5 min，并读取胶液在电动旋转黏度计φ600转下的读数φ2。

表4 修井液稳定剂对泡沫的影响

黏度保留率的测定公式为：

式中：C — 黏度保留率，%；

φ1— 胶液在电动旋转黏度计φ600转下的初始读数；

φ2— 胶液放置7 d后在电动旋转黏度计φ600转下的最终读数。

表5 样品的黏度保留率

由表5可知，XJW-1对BH-VIS确实有防止其氧化降解的能力，从一定程度上也保证了泡沫在体系中的稳定性。

2.4 抑砂稳定剂对体系稳定性的影响

通过采用BH-VIS来提高体系的黏度，虽然在常温下能够保持泡沫可以稳定较长时间，但是若将它放在60 ℃的烘箱中，泡沫会产生分层的现象。而在渤海油田，井底的温度一般都在60 ℃左右，因此要保证作业的顺利进行及作业后的效果，需要加入一种泡沫稳定剂来保证泡沫能够长时间稳定的存在于体系中，通过查阅大量的文献以及一系列的筛选，最终选用抑砂稳定剂YS-A，通过改变其浓度来验证其对微泡体系的影响（表6）。

由上表可知，在60 ℃的条件下，经过老化罐老化16 h后，质量分数在2.0%以上的抑砂稳定剂YS-A，对泡沫体系的稳定效果较好。通过以上的实验，我们最终确定了微泡套铣液的基本配比为0.5%BH-VIS+3%FPJ-12+3%XJW-1+2%YS-A。

表6 不同浓度稳定剂对体系稳定性的影响

3 现场应用

微泡套铣冲砂液在渤海油田得到了成功的应用，例如在BZ28-2S A37W、LD4-2 A07、JZ9-3 W8-3和QHD32-6 E9等井的大修过程中，都取得了不错的效果。

BZ28-2S A37W井为水源井，2010年8月10日对A37井进行修井作业，采用小油管冲砂，由于防砂段1 906.79～2 787.69 m较长，射孔层数5层。作业过程中，小油管下至2 025 m处遇阻，停止作业。停止作业期间，油管环空补液20 m3/h，无返出，表明产层压力较低，漏失速度大于20 m3/h ；而2009年2月份修井漏失速度大于70 m3/h。

2010年8月11小油管下入死堵，配置200 m3密度为0.7 g/cm3微泡套铣携砂液进行冲砂作业。作业过程中排量60 m3/h，打入2.5 h后，携砂液携带细砂返出，根据泥浆池液面测算漏失量小于10 m3/h，堵漏效果明显，返出液通过振动筛除去细砂，循环2周后，观察携砂液，基本无细砂返出，冲砂作业完成。

2010年8月15日修井完成后起泵生产，当天恢复产水量1 100 m3/d。作业过程中，套铣冲砂液表现出优良的降漏失效果和携砂性能，保证了冲砂作业的顺利进行。

由图2的作业恢复曲线可以看出，修井之前，该井的日产水量为1 100 m3/d，油压3.8 MPa；修井之后，日产水量立即达到1 100 m3/d，恢复到修井之前的效果，而且产水量一直比较稳定，油压增加到5～7 MPa，地层能量充足。因此可以看出，微泡套铣冲砂液在该井的修井过程中起到了很好的效果。

图2 BZ28-2S A37W井作业恢复曲线图

4 结 论

（1）通过室内大量的实验最终确定了微泡套铣冲砂液基本配比：0.5%BH-VIS+3%FPJ-12+ 3%XJW-1+2%YS-A，该体系性能稳定，满足了大修井作业工期长，对体系稳定性要求高的特点。

（2）增稠剂BH-VIS与HV-PAC、HV-CMC相比具有很好的稳泡性能，发泡剂FPJ-12的质量分数在3%～5%时，发泡量和半衰期达到最佳，随着质量分数的增加，泡沫体积和半衰期增加缓慢。

（3）该技术在渤海油田得到了成功的应用，在BZ28-2S A37W、LD4-2 A07、JZ9-3 W8-3和QHD32-6 E9等井的大修过程中，都取得了不错的效果。

[1] 鄢捷年．钻井液工艺学[M]．北京：石油大学出版社，2001．

[2] 申威．我国钻井用堵漏材料发展状况[J]．钻采工艺，1997，20（1）：57-61．

[3] 郑力会，孟尚志，曹园，等．绒囊钻井液控制煤层气储层伤害室内研究[J]．煤炭学报，2010，35（3）：439-442．

[4] 顾锡奎，杜芳艳，王小泉．化学深部调驱技术现状与进展[J].石油化工应用，2009，28（3）：4-5．

[5] 樊世忠，鄢捷年，周大晨．钻井液完井液及保护油气层技术[M].山东东营：石油大学出版社，1996．

[6] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会．GB/T7462—1994表面活性剂发泡力的测定改进Ross-Miles法[S]．北京：中国标准出版社，1994．

上海自贸区将给页岩气金融投资带来新机遇

10月16～17日，第三届亚洲页岩气峰会在上海召开。第三届亚洲页岩气峰会以“战略与合作、金融与投资创新”为主题，围绕亚洲各国天然气特别是页岩气的能源发展产业政策、现状及前景，探讨国际国内合作机会。《中国(上海)自由贸易试验区总体方案》将给页岩气等新型能源金融投资带来新机遇，成为峰会热议的话题。

上海自贸区将出台多项措施，进行投资领域的先行试点，核心在于制度创新和金融创新。随着《中国(上海)自由贸易试验区总体方案》的出台，外商投资和国内企业对外投资的流程大幅简化。中国开放度更大的贸易窗口逐步被打开，市场预期未来会有更多的自贸区推出。

这次峰会还发布了近期中国页岩气研究成果——《中国页岩气进程2012～2013》，全面介绍了国内外页岩气发展背景、现状，详细解读了最新页岩气事件，并就中国页岩气勘探开发现状提出了具有建设性的建议。

与会专家通过分析对比，提出中国页岩气发展比北美页岩气发展将面对更多的挑战，可能增加页岩气开发的成本和时间。随着相关技术的不断进步，以及小型液化天然气工厂的建设，将增加中国页岩气开发的经济潜力。

摘编自《中国石油报》2013年10月23日

The Development of Novel Micro-foam Milling and Sand-washing Technology

REN Yi, ZHANG Mao, WANG Dong, REN Qiang, ZHU Liang

（CNOOC Energy Technology & Services-Oilfeld Technology Services Co., Tianjin 300452, China）

Many problems often happen during workover in Bohai oilfeld, such as that heavy leakage, diffcult fshing, and slow washover footage. To overcome these problems, a new kind of environment friendly washover and sand cleaning fuid has been developed on the basis of foam drilling theory. Compared with the traditional temporary blocking solution, this kind of fuid is more preferable, with low viscosity, small shearing force, high sand-carrying capacity, low circular friction, easy to dissolve and no blocking pump. With this kind of fuid, it is not necessary to break the glue in the latter. The composition is 0.5%BH-VIS+3%FPJ-12+3%XJW-01+2%YS-A. With microbubble as dispersed phase, low viscosity glue solution as continuous phase, this kind of fuid has good effect in sand cleaning and fuid loss reducing due to the high sand holding capacity of foam as well as double plugging capacity of foam and biopolymer. This technology has been used successfully in Bohai oilfeld, which is guarantee for smooth workover operation.

microbubble milling; sand-washing fuids; temporary blocking fuids; overhaul; Bohai Oilfeld

TE358+.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2013.04.052

1008-2336（2013）04-0052-05

2012-12-17；改回日期：2013-06-23

任奕，男，1981年生，助理工程师，硕士，高分子化工，主要从事油气层保护方面的工作。E-mail：renyi920@aliyun.com.cn。