圖 1 聚合物膠束封閉膜作用機理示意圖
在封閉膜中的膠束也是可變形的,如果壓力公升高 ,膠束就會壓縮 ,並進一步降低封閉膜的滲透率,阻緩流體侵入油層。封閉膜具有二維無限性和一維有限性 ,這包含兩重意義:一是聚合物膠束尺寸在平面上可以變化 ,而厚度受成膜分子長度的限制 ,封閉膜厚度不可能大於兩倍分子伸展長度;二是成膜分子在膜面的二維空間內能夠比較自由地運動 ,而在垂直於膜面的第三維空間內受到很大限制。
這意味著構成聚合物膠束的兩個定向單層的分子不容易發生交換 ,不容易穿過膠束層。這是因為任何分子要從膠束層一側穿到另一側都必須既通過極性區又通過非極性區,不論極性分子還是非極性分子都難以做到這一點。聚合物的上述特點是其具有自適應封堵孔徑分布範圍較大油層的主要原因。
可變形的彈性粒子的存在有利於擴大聚合物膠束的自適應封堵範圍 ,使自適應遮蔽暫堵鑽井液的自適應優點更加突出。填充加固劑的引入有利於形成滲透率更低及暫堵強度更大的遮蔽暫堵帶。
2 自適應遮蔽暫堵鑽井液效能評價
取勝利油田某井井漿,分別加入不同種類和不同數量的遮蔽暫堵劑,形成不同的遮蔽暫堵鑽井液配方(表1 ),然後分別對各鑽井液體系進行效能評價。復合暫堵劑主要由油溶性樹脂與超細碳酸鈣組成,粒徑為2～100m,是近幾年來油田普遍使用的一種遮蔽暫堵劑。
由表1可以看出,加入自適應遮蔽暫堵劑 zpj對鑽井液粘度及動切力影響不大,濾失量明顯下降,證明 zpj的加入對鑽井液效能具有一定的改善作用。
2.1 自適應性能
為了評價自適應遮蔽暫堵鑽井液對不同孔徑分布的油層的封堵作用 ,使用人造岩心、動態濾失模擬試驗裝置和岩心流動試驗儀 ,按照文獻 [10]和 [11]介紹的評價程式 ,採用配方 4分別對不同滲透率的岩心進行了封堵試驗 ,試驗結果見表 2。由表 2可以看出 ,自適應遮蔽暫堵鑽井液對不同滲透率的岩心均具有較好的封堵作用 ,封堵後岩心的滲透率堵塞率在 90%以上 ,證明自適應遮蔽暫堵鑽井液能在一定範圍內對不同孔徑分布的油層產生良好的封堵效果 ,克服了傳統遮蔽暫堵技術對地層孔隙尺寸的依賴 ,顯示出較好的自適應特徵。
2.2 油層保護效能
2.2.1堵塞效果
採用人造岩心 ,用各種鑽井液配方（表 1）對岩心進行汙染評價試驗。汙染試驗條件為:壓差 3.
5mpa,溫度 80 ℃,剪下速率100s-1 ,汙染時間 60min。測定汙染前、後的滲透率時 ,壓力恆定。試驗結果見表 3。
由表 3可以看出,與井漿相比,採用遮蔽暫堵技術後,滲透率堵塞率有明顯提高,即對汙染端造成較嚴重的堵塞;含自適應遮蔽暫堵劑 zpj的鑽井液比含復合暫堵劑的鑽井液堵塞程度更高。此外 ,當體系zpj 的含量達到 3%時 ,滲透率堵塞率達100%,從而避免了鑽井液濾液進一步侵入油氣層內部。
2.2.2 暫堵深度
鑽井液對油層的暫堵深度是影響鑽井液遮蔽暫堵效果的重要因素。對上述被鑽井液汙染的岩心沿汙染端進行切片,[3-4]測剩餘岩心的正向滲透率 ,並計算滲透率恢復率（表 3）。從表 3可以看出 ,在切去汙染端後 ,各巖樣的滲透率恢復率有了明顯提高 ,其中被自適應遮蔽暫堵鑽井液汙染的岩心滲透率恢復率更高 ,表明採用自適應暫堵技術確實可在距汙染面很短的距離內形成滲透率極低的遮蔽環 ,充分阻止鑽井液中的固相顆粒和濾液進入油層。
結合堵塞程度評價結果 ,可選擇配方 4作為自適應遮蔽暫堵鑽井液的最優配方。
2.2.3 暫堵強度
暫堵帶強度越大,越能經受激動壓力的衝擊 ,暫堵效果就越好,相反，暫堵帶強度越低 ,在激動壓力的衝擊下,越容易被突破,從而產生新的汙染,達不到保護油層的目的。取不同滲透率的人造岩心,用配方4進行汙染,通過測定不同驅替壓力下的滲透[4]率來評價暫堵強度,試驗結果見表4。
由表4可以看出,隨驅替壓力的增大,岩心的滲透率逐漸降低 ,當驅替壓力達到9mpa ,岩心的滲透率接近或等於零,也就是說 ,當壓力為9mp時 ,未見滲透率突然增加 ,說明暫堵帶並沒有受到破壞,在不同滲透率岩心上形成的暫堵帶至少能承受9mpa的壓力。
2.2.4 反排解堵效果
選取被鑽井液汙染過的巖樣,測定其在不同流動壓力下的反向油相滲透率 ,然後計算不同條件下的滲透率恢復率.由於暫堵劑加量達到3%即可滿足暫堵要求,因此在本研究中選取配方4和配方8進行反排解堵效果對比,試驗結果見表5。
由表 5可知 ,隨著反排壓力的增大 ,滲透率恢復率增大 ,解除遮蔽環堵塞的效果變好;在同一反排壓力下 ,採用自適應遮蔽暫堵劑 zpj的鑽井液配方(4)的滲透率恢復率大於採用復合暫堵劑(配方8)的滲透率恢復率。在實際生產過程中,地下**向井眼內的流動壓力一般大於本研究中的反排壓力,因此解除該堵塞是完全可能的。
2.2.5 溫度對暫堵效果的影響
為了評價自適應遮蔽暫堵鑽井液在不同溫度下的遮蔽暫堵效果，選取配方 4進行不同溫度下的遮蔽暫堵效果試驗,結果見表6。由表可以看出,在所研究的溫度範圍內,滲透率堵塞率都較高,超95%,證明自適應遮蔽暫堵鑽井液在 50～120 ℃均可建立良好的遮蔽暫堵環在所研究的汙染溫度範圍內,切去汙染端後各巖樣的滲透率恢復率大於97%。
3.現場試驗
t304井是本布圖油田的一口採油井,油層主要集中在三工河組,孔隙度為5% ～11%,平均
值為7.14%,滲透率為 0.004～0.010 m ,平均值為0.007 m ,為低孔特低滲儲層 ,水敏損
害及水鎖效應強 ,且油層段煤層較發育,鑽進過程中易造成鑽井液漏失和煤層垮塌。
根據該井的儲層特點,油層井段採用自適應遮蔽暫堵鑽井液。鑽井過程中井下安全 ,井壁穩定性好,岩屑代表性好,電測、下套管、固井作業均一次成功。從組合測井曲線與變密度曲線上看,井徑規則 ,二介面膠結質量合格 ,說明自適應遮蔽暫堵鑽井液對於易垮塌的煤層能起到較好的防塌作用。
該井2023年 10月投產,初期日產油量2.9 t,採油指數為0.010㎡/ mpa·m·d 。
同區塊的相鄰井 t301井和 t302井完鑽試油時產能較低 ,通過酸化改造才能順利投產,t305井物性要遠好於 t304井,而日產油量及採油指數卻低於t304井(見表7),表明自適應遮蔽暫堵鑽井液具有較好的油層保護效果。
4.結論
(1) 自適應遮蔽暫堵劑 zpj可在井壁上快速形成一層韌性強、滲透性極低的封堵層 ,有效阻止鑽井液侵入,實現油層保護的作用。此封堵層可通過射孔或地層流體反排解除 ,恢復油井產能。
(2 )在鑽井液中逐漸加入 3%左右的自適應遮蔽暫堵劑zpj,可將鑽井液改性為保護油層的自適應遮蔽暫堵鑽井液,該鑽井液對油層的保護效果明顯優於常規遮蔽暫堵及復合暫堵鑽井液。
(3) 自適應遮蔽暫堵型鑽井液無須明確預知油層孔徑 ,不用考慮與油層孔喉嚴格匹配 ,克服了傳統遮蔽暫堵技術對地層孔隙尺寸的依賴;適用溫度範圍寬,封堵孔喉範圍寬,不會進入地層深部,可通過後期**返排自動解除。
(4) 自適應遮蔽暫堵型鑽井液能有效防止井壁坍塌,保護油層效果好,具有良好的綜合性能。
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