南堡潛山裂縫性儲層完井封層技術

沈園園，王在明，胡中志，吳艷

（中國石油冀東油田分公司鉆采工藝研究院，河北 唐山 063000）

南堡潛山裂縫性儲層完井封層技術

沈園園，王在明，胡中志，吳艷

（中國石油冀東油田分公司鉆采工藝研究院，河北 唐山 063000）

南堡油田深層潛山裂縫發育，壓力窗口窄，完井過程中易出現又漏又涌、氣液置換嚴重等現象。為確保完井井控安全，減少儲層污染，在進行φ177.8 mm尾管回接前，需采用封層技術將上部井筒與潛山油氣層進行有效隔離。南堡潛山常用的封層工藝是使用機械式橋塞密封井筒，應用中多次出現橋塞坐封和打撈失敗的現象。為提高封層效果，減少施工風險，研發出一種新型化學材料代替機械橋塞，該材料在井筒高溫下能迅速團聚成塞，承受較高的溫度和壓力，并且易降解?，F場試驗表明，該化學橋塞抗溫性能好，能長時間有效密封井筒，實現碳酸鹽巖儲層保護，與常規橋塞封層技術相比，節約了鉆塞或打撈回收橋塞的時間，大大降低了完井成本。

橋塞；化學橋塞；封層技術；完井；南堡潛山

南堡油田深層潛山儲層裂縫發育，地層壓力系數為0.99～1.04。受裂縫的影響，漏失壓力系數為1.01～1.06，地層壓力敏感，鉆井液安全密度窗口窄，鉆、完井過程中，易出現又漏又涌、氣液置換嚴重等現象。為保證潛山儲層安全鉆進，鉆井中采用欠平衡及控壓鉆井技術［1-2］。完井中主要采用封層技術，將上部地層與潛山油氣層進行臨時性隔離，降低施工風險。目前南堡潛山常用的封層技術主要是機械式橋塞密封井筒［3-4］，但應用過程中多次出現橋塞坐封和打撈失敗的現象。為提高封層效果，減少施工風險，開展了新型抗高溫化學橋塞的實驗研究。

1　儲層特征及鉆完井情況

1.1儲層特征

南堡油田潛山油氣成藏條件優越。沙河街組烴源巖不僅側向與潛山對接，且直接覆蓋于潛山之上，形成了較大的供烴窗口；大型斷裂和廣泛分布的不整合面為油氣運移和輸導提供了有效的通道［5-6］；多期次構造運動和巖溶改造形成了大量裂縫和溶蝕孔洞，主力勘探層系奧陶系裂縫寬度從幾微米到幾十微米不等，裂縫傾角為50～90°；基質有效孔隙度為0.88%～14.82%，平均3.58%，滲透率0.34×10-3～58.35×10-3μm2，平均16.94×10-3μm2：因此，南堡潛山屬于發育較好的裂縫孔隙型油氣藏［7］。

1.2鉆完井基本情況

南堡潛山因工程地質條件復雜，主要采用水平井欠平衡鉆井技術進行高效開發。由于儲層埋藏深度大于4 000 m，且井口多位于人工島或陸岸平臺，平均水平位移大于2 500 m。鉆井一般采用五開井身結構：φ508 mm表層套管+φ339.7 mm技術套管+φ244.5 mm技術套管+φ177.8 mm尾管+φ152.4 mm裸眼。由于井深、位移大，鉆進過程中鉆桿與套管間的接觸力較大，且下部沙河街組和奧陶系地層壓實程度高，可鉆性差，鉆時長，導致φ244.5 mm技術套管存在磨損情況，套管強度難以滿足后期完井采油的要求；因此，完井時會對φ177.8 mm尾管進行回接［8］。

2　機械式橋塞封層效果評價

2.1可鉆式橋塞

可鉆式橋塞是一種雙向卡瓦支撐、液壓坐封、鉆磨解封的封堵工具。該橋塞封層技術特點是施工簡單，坐位準確，能承受雙向壓差，可暫時或永久封堵下部高壓油氣和噴、漏等層位。施工時，采用鉆桿輸送，地面泵車加壓，通過液壓坐封工具坐封。作業完成后，通過向井內下入磨銑工具，鉆磨橋塞，實現解封［9-10］。但在應用中存在磨銑效率低的問題，因為可鉆式橋塞普遍體積小、質量輕，故一般采用平底磨鞋磨掉橋塞［11］。當下入平底磨鞋磨銑橋塞時，由于橋塞的卡瓦不防轉，橋塞會隨著磨鞋一起轉動，使磨銑效率降低，隨著磨銑時間的推移，卡瓦牙與密封裝置遭到破壞，多數橋塞會掉入井底，造成磨銑更加困難。南堡潛山平均鉆除橋塞用時5～7 d，時間長，風險高，且對套管磨損嚴重。

2.2可回收式橋塞

可回收式橋塞由錨定機構、解封機構、密封機構3個部分組成。它采用獨特的自鎖定結構，具有可靠的雙向承壓功能，用液壓或電纜投送工具送進坐封，作業完成時解封回收?？苫厥帐綐蛉鈺r，橋塞中卡瓦在椎體的作用下撐開，錨定在套管壁上，同時內部結構自鎖，密封機構中膠筒受壓膨脹，密封油套環形空間；解封時，自鎖解除，錨定機構恢復原位，膠筒在自身的彈性作用下收縮［12］。但在實際應用中，可回收式橋塞存在坐封失敗、打撈回收困難的問題。這是由于南堡油田潛山井普遍為大斜度、大位移井，在承受上下變載荷時，橋塞膠筒對套管環空的密封容易失效，無法有效坐封；同時，在進行橋塞打撈的時候，多次出現打撈工具無法抓牢橋塞芯軸、工具遇卡無法順利安全退出而拔斷橋塞等復雜情況。

3　化學橋塞室內評價

由于機械式橋塞在實際操作中存在磨銑效率低、坐封失敗、打撈困難等問題，為此，研制了新型的化學橋塞［13］。通過將一種在高溫下能迅速團聚成塞的化學材料頂替到井內預定封層位置，可在大壓差下密封井筒、封隔鉆井液與油層。

3.1成膠及破膠機理

化學橋塞采用高強度交聯聚合物體系作為橋塞的工作液，由聚合物、交聯劑、除氧劑、增強劑、破膠劑和其他添加劑等組成。聚合物在交聯劑、除氧劑等的作用下發生交聯聚合反應，形成三維空間結構，使液態流體轉變為高黏性半固體狀膠體橋塞。當化學橋塞需要排除時，可以通過破膠劑的氧化反應將體系聚合物的分子鏈打斷，使其結構破壞，從而降低化學橋塞的強度，再循環排除；也可以依靠鉆頭切割沖蝕破膠方式破膠。

3.2室內研究與實驗

3.2.1性能指標

針對南堡潛山儲層特性，制定了化學橋塞主要性能指標：

1）為減少膠液與鉆井液之間的混漿，提高泵入效率，要求膠液在常溫下具有一定強度。

2）為保證有足夠的井筒施工作業時間，膠體形成時間可調，在2.5～4.0 h。

3）形成的交聯聚合膠體具有非常好的熱穩定性，在150℃的恒溫下，老化5～10 d，膠體強度保持穩定。

4）膠體容易解除，在井筒溫度條件下能夠氧化破膠或鉆頭機械破膠，解除封堵。

3.2.2配制與測定

將各組分按不同比例配制不同質量分數的成膠液，放置在耐高溫的不銹鋼老化罐中，密封后放入加熱爐，進行加熱老化，定期觀察成膠情況。成膠反應在模擬井筒溫度150℃下進行，成膠時間采用Sydansk的GSC目測代碼評價方法測定，膠體強度采用突破真空度法定量測定。

3.2.3各組分對成膠性能的影響

1）聚合物質量分數。聚合物是化學橋塞的主要成分，實驗中改變聚合物的質量分數，保持交聯劑等質量分數不變，則聚合物質量分數對化學橋塞成膠程度的影響見圖1。

實驗研究表明，聚合物質量分數對成膠時間影響較小，對膠體強度影響較大，隨著聚合物用量增加，膠體強度大幅度上升。

2）交聯劑質量分數。在成膠實驗中，交聯劑質量分數是影響和評價膠體性能的重要參數之一。在常溫下，配制好的膠液攪拌30 min會發生第1次成膠，黏度在2 000 mPa·s以上，本次成膠主要目的是更好清洗管壁，同時減少泵入過程中的混漿。在高溫下，會發生2次成膠，膠體強度進一步提高，形成套管黏附能力強、黏度高（10 000 mPa·s以上）、防氣竄能力強大的化學橋塞（見圖2）。

由圖2可以看出：成膠強度隨著交聯劑質量分數增加而增強，當交聯劑質量分數大于0.25%后，成膠強度上升的幅度開始趨于平緩；而成膠時間則隨著交聯劑質量分數增加而縮短。

3）除氧劑質量分數?；瘜W橋塞在高溫下可與氧發生反應使分子鏈斷裂、降解，致使溶液黏度降低。因而，除氧是阻止化學橋塞高溫降解、保證強度穩定的重要手段之一。將含有不同質量分數除氧劑的膠液放入150℃的加熱爐中，10 d后用突破真空度測定裝置測量凍膠強度，實驗結果見圖3。

由圖3可以看出，除氧劑質量分數對化學橋塞成膠時間沒有影響，但是影響它的熱穩定性能。當除氧劑質量分數小于0.15%時，化學橋塞老化10 d后，膠體強度下降明顯；當除氧劑質量分數大于0.15%后，化學橋塞老化10 d后，膠體強度隨除氧劑質量分數的提高而下降幅度趨于平緩。

通過以上組分影響實驗，了解了各組分對成膠體系成膠性能的影響。根據南堡潛山完井作業要求，確定了化學橋塞基本配方：0.20%～0.50%聚合物+0.20%～0.30%交聯劑+0.10%～0.20%除氧劑。

3.2.4常規性能評價

1）溫度對化學橋塞性能的影響。實驗考察了90～150℃條件下化學橋塞的強度變化，結果見表1。

實驗結果表明：體系成膠時間隨著溫度的升高而縮短，并且形成的膠體強度隨著溫度的升高而增加。在此溫度范圍內，化學橋塞體系均能夠順利交聯，其成膠性能不會因溫度的限制而受影響。

2）水包油鉆井液對化學橋塞性能的影響。目前，南堡潛山儲層基本采用水包油鉆井液體系，完井過程中使用化學橋塞需要考慮井筒內水包油鉆井液對其性能的影響。制備好膠液后，分別向老化罐內壁抹上不同質量分數的水包油鉆井液，再倒入成膠體系，放入150℃加熱爐中，定期觀察成膠情況。所得結果見表2。

實驗結果表明：質量分數10%以下的水包油鉆井液，對化學橋塞性能基本上沒有什么影響，但隨著水包油鉆井液質量分數的增加，高溫流體段塞的附壁性變差，能直接倒出，無法觀察成膠時間。因此，實際應用中應盡量減少施工井段井筒內壁上的鉆井液。

3）化學橋塞的耐壓性。為開展化學橋塞耐壓性評價模擬實驗，自主設計制造了抗壓測試裝置。該裝置是在φ139.7 mm、長度60 cm的套管兩端加上有濾網的接頭改裝而成。把裝有化學橋塞的測試裝置一端通氮氣，讀取化學橋塞頂部恰好有氮氣逸出的壓力值，即可測試出化學橋塞的氣體突破壓力差。實驗測得該化學橋塞抗壓差值為0.030 MPa/60 cm，折算300 m承壓15 MPa，可以滿足南堡潛山油藏作業施工的要求。

4）化學橋塞熱穩定性。將膠體放入密閉的容器中，然后放入150℃的加熱爐中恒溫10 d，恒溫后取出老化罐。膠體強度由初始成膠強度的0.069 MPa下降到0.064 MPa，基本保持穩定，說明該體系具有優異的熱穩定性，能滿足南堡潛山完井要求。

5）破膠性能。在化學橋塞中加入0.1%破膠劑，放置在加熱爐中，150℃恒溫老化2 h，膠體強度大幅下降，膠液黏度小于5 mPa·s，沒有塊狀凍膠，且流動性好，說明膠體已完全破膠。

4　現場應用

南堡油田某井在潛山段鉆井過程中多次出現井漏、井涌等現象，共漏失鉆井液812.18 m3，成功點火25次，燃氣144 412 m3。在完井過程中，為減少井漏，降低井控風險，決定在井筒中應用化學橋塞封隔井筒。

首先，根據化學橋塞抗溫性能和井下溫度壓力情況確定在φ177.8 mm尾管底部泵入化學橋塞。而化學橋塞的長度則是依據地層壓力來確定，既要確保儲層氣體不逸出，封隔住油氣，又要保證不造成儲層傷害，避免井筒中的化學橋塞和鉆井液被壓入儲層。經計算，確定化學橋塞長度為400 m，折算膠液體積為8 m3。施工時，上提井下鉆柱至化學橋塞設計位置，開始泵入膠液。8 m3膠液泵入完成后，以16～18 L/s排量（為提高頂替效率，要盡量加大排量）注入鉆井液，頂替膠液至尾管底部。頂替完成后，上提鉆具至橋塞頂，開泵循環，清洗鉆具內膠液。至此，膠液泵入作業施工完成。關井候凝，待膠液在井下團聚成塞，開始進行回接φ177.8 mm套管、固井等完井作業。

整個施工過程共計13 d，期間沒有發生任何井漏和溢流現象，且井口壓力始終保持為0。這充分說明化學橋塞成功封隔住了井下油氣，在降低施工風險的同時，能有效地保護儲層。

完井作業后，采用通井鉆具進行機械切削完成破膠，鉆壓為19.6～49.0 kN，排量為13～16 L/s，施工順利，破膠徹底。該井投產后初期產油52.7 t/d，產氣9.6×104m3/d，投產效果良好。

5　結論

1）實驗研究和現場應用表明，化學橋塞成膠時間可調，并可通過化學或機械的方式破解，耐壓高，熱穩定性能強，施工簡單方便，不用打撈，可以滿足多種施工作業要求。

2）化學橋塞能解決南堡潛山裂縫性儲層完井過程中井控風險大、儲層封隔困難難題，較常規的機械橋塞相比，節約了鉆塞或打撈回收橋塞的時間，大大降低了完井成本。

3）作業完成后，解除化學橋塞需要一趟鉆完成化學或機械方式的破膠，影響施工進度，因此，下一步將開展自動延遲破膠的化學橋塞的研究與現場試驗。

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（編輯李宗華）

Sealing technology for well completion of buried hill reservoir in Nanpu Oilfield

SHEN Yuanyuan，WANG Zaiming，HU Zhongzhi，WU Yan
（Institute of Drilling and Production Technology，Jidong Oilfield Company，PetroChina，Tangshan 063000，China）

The appearances during well completion were well kick，lost circulation，and the gas-driving-wate-out because of formation fracture growing and narrow pressure window.In order to ensure the well control safety and reduce the formation damage，the sealing technology is adopted to isolate upper wellbore from buried hill reservoir.The common sealing technology in Nanpu Oilfield is using mechanical bridge-plug，and the phenomenon of the setting and salvage failure has occurred many times in the application.To improve the sealing effect and reduce the construction risk，a new type of temperature-tolerant chemical bridge-plug has been developed.The principle is that a chemical material which can form bridge-plug by aggregating at high temperature is injected into the sealing place.The chemical bridge-plug with high temperature and high pressure can be easily degraded.The field testing shows that the chemical bridge-plug exhibits excellent thermostability and seals the wellbore effectively for a long time.Compared with conventional technology，the material bridge-plug sealing technology can save the time of drilling and salvage plug.It can reduce completion cost.

bridge-plug；chemical bridge-plug；sealing technology；well completion；buried hill reservoir in Nanpu Oilfield

國家科技重大專項“渤海灣盆地黃驊坳陷灘海開發技術示范工程”（2011ZX05050）

TE257

A

10.6056/dkyqt201604027

2015-11-12；改回日期：2016-05-09。

沈園園，女，1984年生，工程師，碩士，2008年畢業于昆明理工大學，現從事鉆井設計及相關科研工作。E-mail：zcy_shenyy@petrochina.com.cn。

引用格式：沈園園，王在明，胡中志，等.南堡潛山裂縫性儲層完井封層技術［J］.斷塊油氣田，2016，23（4）：533-536.

SHEN Yuanyuan，WANG Zaiming，HU Zhongzhi，et al.Sealing technology for well completion of buried hill reservoir in Nanpu Oilfield ［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（4）：533-536.