压力衰竭储层高承压封堵技术研究及应用

刘峰，刘汉杰，张彬奇，张博

（1.中海石油(中国)有限公司天津分公司工程技术作业中心，天津 300450 2.中海油能源发展股份有限公司工程技术公司，天津 300452）

1 引入聚合物微球HPM作为封堵材料

油田主要采用降低主要密度、滤失量和向钻井液中加入油层保护剂等措施来保护油层，针对目前油层保护剂存在的问题，经实验室内研究，研制出了聚合物微球HPM，它具有保护油层、防塌、降滤失作用。

聚合物微球HPM是一种具有可变形的弹性粒子的聚合物。它具有无荧光性、粒度分布范围广等特点。在无须明确预知孔喉尺寸的情况下，可在井壁上快速形成一层韧性强、渗透性极低的封堵层，有效阻止钻井液侵入，可对孔径分布范围较大的油层产生有效的暂堵，克服了传统屏蔽暂堵技术对地层孔隙尺寸的依赖，并且可以加固井壁。

为了评价聚合物微球HPM的作用效果，室内对聚合物微球HPM的粒径、荧光和封堵性能进行了相关评价。

（1）聚合物微球HPM荧光级别测试。根据荧光测试标准，对聚合物微球HPM的荧光级别进行对比，确定聚合物微球HPM的荧光级别小于3级，属于无-低荧光材料，在钻井液中应用更容易发现油气，适用于各类探井开发。（2）聚合物微球HPM粒度分析。从粒度测试结果可看出，聚合物微球HPM属于纳米-微米间的微小颗粒；在一定温度下，其随时间的延长，颗粒粒径逐渐变大，从纳米级向微米级转变，在进入地层后，可以进一步扩展，其间的作用力可以提高封堵层的强度；在使用过程中配合纳米级的封堵材料，其可以体现出好的作用效果。

2 高压差下的储层侵入深度评价及控制

2.1 实验条件

室内通过大量实验进行对比评价与筛选，最终优选出适合优化后PEM钻井液体系的封堵材料。

首先选择性能相似的三块岩心，并配置三杯优化后PEM钻井液，并加入不同的封堵材料，如下表1。

表1 天然岩心的基本物性及使用钻井液情况

2.2 实验方法及实验数据

室内使用高温高压钻井液动态污染测试仪（其工作压力≤35MPa）进行动态滤失实验，其中本次研究模拟高压差储层条件为：15MPa×80℃。

2.2.1 实验步骤

（1）配制地层水，使用5#玻璃砂芯漏斗进行过滤备用。（2）将天然岩心洗油、干燥，称取干重m1，测量长度L，直径D，气测渗透率K0。（3）将岩心抽真空饱和模拟地层水后，饱和4小时，称取饱和后岩心重量m2。（4）将岩心装入动态失水仪上，缓慢倒入钻井液当温度达到80℃时，调整压力为15MPa，正向污染岩心125min。

其中每15分钟记录一次滤失量V0、V1、V2……V23、V24。观察流量的变化规律，并记录不同时间下流量。构建时间与体积的变化曲线，并拟合出时间t与钻井液滤失量V的关系曲线，如下图1。其中侵入深度为rd。

2.2.2 实验结果与分析

经过拟合出滤失量与时间的关系曲线和函数，然后模拟油层浸泡不同时间条件下的岩心滤失总量推算岩心侵入深度。

图1 3块岩心在不同污染时间下的滤失量

假设钻井液滤液完全充满岩心，滤液体积V为岩心体积与岩心孔隙度之积，则：

室内驱替时间为75min，驱替滤液体系为V=10.2ml（与岩心孔隙体积基本相当），因此有：75min后的侵入深度rd=6.07cm，与岩心长度基本吻合。

为了进一步研究不同时间内钻井液的侵入深度，通过时间与体积的变化曲线，如图2，可以拟合出任意时间t与滤失总量V的关系：

在模拟实验中，假设钻井液滤液侵入一定深度rd岩心体积与钻井液一定时间通过岩心时的总滤失量相等，即：

式中：D为岩心直径，cm；L为岩心长度，cm；Φ0为岩心孔隙度，%；rd为侵入深度，cm；t为钻井液与岩心污染时间，min；V为钻井液在侵入深度rd时的滤失量，ml。

已知D1=2.50cm，Φ01=33.5%，π取3.14并带入公式3。

即可得到不同时间与滤液的侵入的关系：

通过同样的计算方法可得到其他两块岩心随着时间的推移与钻井液滤液侵入深度的关系式：

室内考察了高压差15MPa下PEC体系不同封堵材料加量下的储层侵入深度与油层浸泡时间的关系曲线。

图2 3块岩心在不同污染时间下的侵入深度

从以上数据可以看出不加封堵材料钻井液在高压差下侵入深度较深，远超出射孔深度，因此必须采取有效的封堵材料降低储层钻井液侵入深度；将优化后的PEM体系中加入2%LPF和5%HTC后高压差下液相侵入深度较深，主要是由于高压差下钻井液的动态滤失呈线性增长，因此需要强化封堵泥饼微小孔隙，提高岩心端面泥饼的致密性，进一步降低泥饼渗透率，从而控制侵入深度。当引入微纳米材料聚合物微球HPM后高压差下液相侵入深度得到有效控制，油层浸泡10天后侵入深度仅为40cm。

3 现场应用

将优化后的PEC体系在LD10-1WHPC平台6口井进行了使用，取得了较好的应用效果，其中主要表现在以下几个方面。（1）提高倒划眼速度。该批次6口井基本情况和倒划眼速度，其中C12、C16两口井二开为9-7/8”井眼。二开：C4/C12/C19三口井倒划眼速度达到了100m/h以上，C16/C3H/C6H倒划眼速度低于100m/h。（2）提高开发时效。本批井作业相对顺利，6口井总计工期节约-9.77天，提效-1.18%。由于C3H井发生井漏，超出工期3.05天。（3）降低成本。从C4、C12、C16、C19、C3H、C6H6口井总计实际费用和设计费用对比来看，每口井都节约了成本，其中4口井基本节约成本12%以上。（4）产量均超配产。从LD10-1C4、LD10-1C19、LD10-1C3H、LD10-1C6H6口井产量统计表可以看出，本批井四口采油井产量均大大超过配产，基本超配产2倍完成任务，证明本批次井储层保护措施非常成功。

4 结语

经室内研究压力衰竭储层的高承压封堵技术能有效的提高岩心端面泥饼的致密性，控制了钻井液的滤失量、侵入深度，因此减少了对储层的损害，并在现场应用中取得效果良好。

参考文献：

[1]李晶.压力衰竭砂岩地层井漏机理及控制技术赵建[J].录井工程；2015，26（1）：26-30.