物理封堵剂AquaSeal的室内评价及应用

时间：2024-09-03

胡进军

(中海油田服务股份有限公司油田化学研究院)

泥页岩地层失稳是油气田开发作业中常见的一个世界级难题[1-4]。钻井液界针对性研究并开发了大量的钻井液处理剂，典型的如沥青、磺化沥青等[5]，直到目前仍然在广泛应用。

沥青对于泥页岩地层稳定具备诸多的优点，但是它必须在一定温度与压差下才能起封堵作用。温度过低，沥青为颗粒，不能形成致密的滤饼，无法挤入页岩层理、裂缝中；而温度过高，沥青融化被挤入岩石深部，也不起封堵作用。因此，实现在泥页岩浅部牢固封堵层是地层稳定的关键。围绕该目的，笔者将软性材料和可变形材料复配制备了一种物理封堵剂AquaSeal(以下简称：AquaSeal)，对其封堵性能进行了系列评价，并在伊拉克米桑油田成功应用。

一、AquaSeal开发

AquaSeal由软性材料和可变形材料按照一定的比例混合而成。软性材料主要选用低软化点沥青粉，保持沥青的封堵性能，通过吸附作用涂覆在孔隙和裂缝处，形成面膜式封堵，且对可变形粒子具有束缚作用；可变形材料由乙烯和乙酸乙烯共聚制得，分子链中引入了乙酸乙烯单体，从而降低了其结晶度，提高了柔韧性、抗冲击性，在-50℃下仍具有较好的可挠性，透明性和化学稳定性且无毒性。

室内采用渗透封堵仪评价了不同原材料配比的物理封堵剂其400 mD砂盘PPT滤失量，当软性材料与可变性材料为2 ∶1时封堵效果最佳，可将基浆的滤失量由80 mL降至23 mL，产品外观为灰白色自由流动粉末。

二、 AquaSeal性能评价

1. 静态封堵性能评价

参考钻井液用封堵剂的评价方法及影响因素[6]，选用高温高压砂床封堵来评价处理剂膨润土基浆封堵能力，用PPT砂盘封堵评价PEM体系封堵能力。

1.1 膨润土基浆砂床封堵

按照SY 5490-93规定配置6%预水化膨润土浆，作为基浆；然后在基浆中加入3%的不同封堵剂并搅拌均匀，用六速黏度计分别测量其流变性。然后在120 ℃条件下热滚16 h作为测试钻井液，用六速黏度计分别测量其流变性，用OFI高温高压滤失仪测量其砂床滤失量。砂床滤失量测试步骤为：向高温高压滤失仪失水筒中加入200 g 80～100目的石英砂，振动失水筒将石英砂表面平整，用锤砂棒自由下落锤砂10次(开始下落时锤砂棒的底部应与滤失仪内筒上沿在同一水平面)，然后用玻璃棒引流将钻井液导入失水筒中，在120℃、3.5 MPa压力下测其30 min滤失量。实验结果见表1。

表1 不同处理剂对基浆流变性影响及滚后砂床滤失量

由表1可知，基浆砂床滤失量为70 mL，加入3%AquaSeal对砂床滤失改善最大，对基浆流变性影响最小。

1.2 PEM体系基浆PPT封堵

室内配置不加封堵剂的PEM体系基浆，配方为：2%膨润土+0.2%NaOH+0.3%PAC-LV+1%淀粉+0.2%XC+0.3%PLUS+3%JLXC，使用重晶石加重至1.2 g/cm3。然后在PEM体系基浆中分别加入在膨润土基浆中砂床封堵效果较好的DYFT、LPF和AquaSeal，加量均为3%。在120℃、3.5 MPa压力下评价其400 mD砂盘PPT渗透封堵能力。见表2。

表2 不同处理剂对PEM体系流变性影响及PPT滤失量

实验结果表明，AquaSeal对400 mD砂盘PPT封堵能力优于封堵剂且对流变参数影响最小。

2. 动态滤失封堵评价

根据钻井液滤失方程[7]，如果不考虑钻井液的瞬时滤失量，单位面积滤失量与时间的平方根成线性关系，所以考虑用动态滤失量及动态滤失速率的方法来考察处理剂封堵情况。实验采用PEM钻井液(编号1#)，并将PEM钻井液中封堵剂替换为AquaSeal(编号2#)，以对比评价二者封堵效果，具体配方见表3。应用气测渗透率为200 mD的天然岩心，在80℃、3.5 MPa压力条件下，采用JHDS-3高温高压动态滤失仪进行动态滤失实验。见表4。

表3 钻井液实验配方

表4 高温高压动态滤失测试结果

图1 动态滤失回归方程

为了比较二者滤失速率，分别对回归方程简化并求导。某一时间的滤失量Q对时间t求导数，即为某一时间的滤失速率。编号1#动态滤失速率方程为：dQ/dt=-0.013t-1/2+0.02，编号2#对比浆动态滤失速率方程为：dQ/dt=0.07t-1/2+0.008。

将滤失时间分别代入滤失方程，计算出任意时刻滤失速率，以滤失速率dQ/dt为纵坐标，滤失时间t为横坐标，做图(见图2)。

图2 动态滤失速率

由图2可知，加入常规封堵剂的PEM钻井液动滤失速率随着时间延长而增大，其动态滤失速率从初始的0.012 mL/min增大到0.02 mL/min，后续趋于稳定；而加3%AquaSeal的对比浆的动滤失速率随着时间延长而减小，最终趋于平缓，其动滤失速率从初始的0.06 mL/min降至0.015 mL/min，且有继续减小的趋势。添加常规封堵剂的PEM钻井液，在压差作用下在砂盘表面快速形成滤饼，快速封堵滤液渗流通道，从而瞬时滤失速率低；但是随着时间的延长，滤失速率是逐步上升的，这可能是由于动态下滤饼表层分散造成的，当滤饼表层分散-压实动平衡形成后，最终的滤失速率趋于稳定。而添加AquaSeal的PEM钻井液，在压差作用下在砂盘表面形成滤饼速度相对于传统封堵剂形成滤饼速度稍慢，所以其瞬时滤失速率稍高；但是随着时间的延长，AquaSeal中可变形颗粒在滤饼中变形压实，并在压力作用下挤压进入砂盘内部，形成内滤饼，使渗流通道的渗透率降低，从而其动滤失速率逐步降低。

三、 AquaSeal现场应用

伊拉克米桑油田Tanuma地层岩性为泥灰岩、页岩、灰岩、泥岩等互层，极易失稳垮塌。早期作业时，重点考虑使用了大量的沥青类封堵剂，井壁失稳及微漏失时常发生，封堵效果不足。后续为了提升井眼质量，在最初所使用的钻井液中，进一步筛选加入了AquaSeal物理封堵剂，作业结果显示，井径规则，作业质量大幅提升，工程安全顺利。

在BUCS-XX井Ø206.5 mm井段钻遇Tanuma地层前150 m一次性加入了2%的AquaSeal封堵剂，加入前后性能统计见表5，从统计看对流变性能影响较小，而滤失量进一步降低。

表5 加入AquaSeal前后性能

该井段最终顺利完钻，测井显示，井径规则、平均扩大率约5%，较早期使用常规封堵剂的井径具有大幅度改善。同时现场还发现在应用了AquaSeal后，早期钻遇该层位一直存在的0.5～1.5 m3/h的微漏失也随之消失，也表明了该封堵剂能够有效预防微小漏失。作业效果证明了物理封堵AquaSeal对于易失稳泥页岩具有良好的封堵作用。