在油氣鉆探行業,井漏是一個嚴重的問題,它會導致石油公司和服務公司損失數百萬美元的花費和大量的NPT(非生產時間),如果井漏事件發生在儲層,會導致油井交付延遲和產量損失。本文討論的是一種創新的防漏系統,旨在封堵枯竭油藏中較大的大于5mm的裂縫。
該井漏防控系統為一袋式設計,便于混合、配置和使用。其具有的酸溶性在15%的鹽酸中溶解度大于95%,與隔離液結合使用,可用于水基泥漿體系和非水基泥漿體系。該系統憑借其寬泛的粒徑分布應用,可適用多種場景下大裂縫的封堵作業,包括儲層中的大裂縫。
在一個500 ml的PPA(顆粒封堵裝置)的測試艙室中,SSAS(一袋式酸溶性溶劑)經受了1mm至10mm不同規格槽盤的嚴苛測試,結果顯示封堵效果穩定且能持續保持至少5分鐘。該產品通過顆粒封堵和橋接的雙重機制實現漏層的封堵效果,直到藥劑凝固達到約4000psi的最大壓力閾值。水基鉆井液與SSAS LCM(一袋式酸溶性堵漏材料)在漿液混合器中混合配置。這種SSAS LCM由于它的多功能性和寬泛的應用范圍,在快速實現油井交付方面非常有用。如果需要,簡單的酸洗作業就能幫助去除或溶解,可作為一種后酸洗作業的沖洗液。
技術介紹
井筒中的鉆井液或完井液的漏失對井的安全和油氣開采構成了重大挑戰。有效預防和管控鉆井液完井液的漏失是確保鉆井作業高效、安全和經濟效益的關鍵。及時處治和緩解井漏事件的重要性在于它可能會導致大量的NPT、延遲交井時間以及與鉆井液完井液漏失相關的財務損失和相關的隱性成本。在鉆井過程中迅速控制鉆井液漏失對于實現快速、安全和具有成本效益的鉆井作業至關重要。
這里要強調的是,通過對LCM進行適當的評估和測試,選擇性能優越的LCM產品用于漏層封堵,將井漏事件降低在可以接受的程度的重要性。井漏事件可能會發生在鉆探作業的各個階段,包括鉆井、下套管、測井和完井。這個問題是導致NPT的一個主要原因,因而導致油氣開發公司交井計劃延遲,還會造成堵漏劑注入井筒以及其他隱形成本對財務產生影響。這些可根據損失情況的嚴重程度分為三類。第一類是滲漏,第二類是鉆井液部分漏失,第三類是鉆井液嚴重或全部漏失。
在大多數情況下,可以通過向鉆井液中添加常規的LCM,如纖維、片狀或碎屑物和粗顆粒物等堵漏材料,以較高的鉆井液濃度來治愈滲漏和部分漏失,通常在50-150ppb(磅/每桶)的范圍,具體取決于當時的井下情況,將堵漏劑泵送至漏層對其進行封堵或對裂縫進行橋接。盡管這些常規的橋接材料在一定程度上可成功治愈滲漏和部分漏失,但在嚴重漏失和全部漏失的情況下卻無能為力。
提高傳統橋接材料的濃度來應對嚴重漏失的想法受限于通過鉆具或井底鉆具組合的泵送過程,原因是泵送期間產生的額外壓力會施加于漏層,從而導致更多的漏失。采用打水泥塞的方法來應對嚴重漏失,對于石油公司來說是不經濟的,因為在打水泥塞之前需要進行起下鉆,先在漏層下方打一個水泥承重托,這會耗費一定的時間。另一種選擇是泵送專用的或非傳統LCM的堵漏劑;這應該用淡水、海水或鹽水來制備,而不是用鉆井液來制備,避免錯失機會,導致失敗。
這些專用的聚合物、高失水、高固相含量的藥劑依賴特定的機制形成有或沒有壓縮強度的堵塞,這種堵塞能幫助治愈或控制漏失。在完全漏失的情況下,石油公司將會嘗試多種堵漏藥劑來控制漏失,或者可以泵送多種專用藥劑的組合。如果在嘗試了多種堵漏劑后漏失仍然無法治愈且無法繼續進行鉆井作業,石油公司可能會進行打水泥塞封住漏層,嘗試側鉆作業,但這并不是理想的選擇。
打水泥塞的方法似乎并不劃算,因為在實施水泥堵漏作業之前需要先打一個水泥承重托,以承受后續注水泥所造成的過高的泵注壓力,這對石油公司來說需要耗費不少時間。傳統的水基鉆井液體系因其缺乏井下剪切變稀的屬性而性能會受到限制,多種因素如準確的井底溫度、鉆井液對地層造成的污染、混合水的來源等都會導致這種方法表現不佳。
在石油鉆探過程中,井漏可能是自然引發的,或者說是自然存在的現象,也可能是誘發性導致的。鉆井液的自然漏失一般發生在高滲透性的地層,如石灰巖和白云巖。這些裂縫為碳氫化合物(俗稱烴類)的遷移和生產提供了主要途徑,但它們也可以作為鉆井液流動的管道,在鉆井和固井作業期間導致井漏事件。因此,我們應盡量減少或消除在此過程中發生井漏所導致的成本損失。
誘發性導致的鉆井液漏失是指井筒內的流體壓力超過了地層所能承受的壓強,導致承壓較弱的地層破裂。這種現象可能是由于工程規劃不當(如鉆井液密度或孔隙壓力預測錯誤)以及不適當的鉆井施工(如高流速、大流量、起下鉆速度過快)等現象所致。
圖1
技術細節
已開發的一袋式LCM,旨在提高混合攪拌和配置使用的效率,還要能封堵井筒內所觸及地層的大裂縫和大溶洞。設計這種堵漏劑用于無固相和低固相含量的鉆井液體系,使其能夠適應各種鉆井環境,用來鉆儲層和非儲層井眼。其高酸溶性能使這種堵漏劑在儲層井段有效使用,可減少對地層的損害和保持油氣流動路徑。所設計的橋接材料能適應各種井漏場景,確保在不同井下工況的適應性。單獨使用時可有效封堵1至2mm的地層裂縫,與其它LCM結合使用時可封堵3至4mm較大的裂縫。與泡沫類材料使用時可有效封堵10mm的大裂縫。
漏失測試
為了評估該系統的效率,使用LCM在一個PPA的槽盤上進行了一系列測試。這些測試是在具有挑戰性的實驗室條件下進行的,包括更大的槽尺寸和不同的增壓等級。測試以5mm大小的槽開始,逐步增加至10mm的槽大小,壓力每次增加500 psi。從500 psi開始,達到最大4000 psi的壓力。隨著槽尺寸的增加,需要更大顆粒的LCM;這需要對流體的流變學進行調整,以實現LCM顆粒的有效懸浮。由于較大顆粒的LCM質量會隨之增加,需要更粘稠的液體才能使其保持懸浮狀態;這確保了顆粒的均勻混合,從而形成更有效的漏層封堵。
測試的LCM包括粒徑范圍從Dv(10)為272微米到Dv(90)為1580微米的顆粒(其中:Dv:Diameter by Volume;意為 “體積基準的粒徑分布”)。使用了含有氯化鈉的11 lb/gal(磅/加侖)的水基鉆井液。隨著槽孔尺寸的增大,系統需要更大的顆粒材料來形成有效的封堵物,又使用了泡沫基的補充材料來形成更強的封堵機制,確保實現壓力平衡。
在槽尺寸逐漸接近10mm之前進行了多次測試,其中大部分測試數據未包含在此報告中。首次成功的測試使用了不到一磅的補充泡沫材料,承壓達到了2000psi。為了保持住承壓,需要在超過此壓力的過平衡狀態下添加補充材料。在不同濃度LCM封堵至2000psi過平衡的情況下,共進行了4次測試。測試非常成功,直到約8mm的槽盤尺寸,堵漏溶劑濃度變化很小。最后,對10mm的槽盤尺寸進行了測試,加入了高濃度的補充泡沫材料,采用相同的鉆井液體系成功實現了承壓封堵,保持了大于4000psi過平衡的承壓狀態至少5分鐘。
總之,設計的這些堵漏漿液成功地橋接了10mm的槽盤,而且,承受住了超過4000 psi的壓力。對于大于5mm的槽盤,需要添加片狀、中等或粗顆粒的碳酸鈣和補充的泡沫基的堵漏材料。
槽盤尺寸見圖3和圖4;測試后移除槽盤的槽格狀態見圖2;槽盤自動化的PPA組合裝置見圖5;泡沫和一袋式酸溶性堵漏劑見圖6;測試后濾餅圖顯示的槽盤上制作的塊狀濾餅的完好性見圖7。使用15%的鹽酸對PPA測試后形成的濾餅進行了酸溶性試驗。大多數試驗顯示酸溶性大于92%,表明適合在儲層條件下泵送。
井下操作建議
SSAS LCM具有橋接或封堵高達10mm裂縫的能力,能承受約4000 psi的壓力。這種SSAS LCM系統適合添加到現有的鉆井液體系中,可縮短鉆井周期和節約成本。SSAS LCM 因其高酸溶性和顆粒大小分布的屬性,適合作為堵漏劑泵入儲層。添加常規的絮凝劑或多聚糖可增加LCM的懸浮性能,而不會影響凝固機制或堵漏劑的性能。輔助的泡沫材料有助于封堵較大尺寸的槽盤,在超過2000psi的承壓狀態下保持過平衡的壓力。建議始終需要考慮泵送堵漏劑時井下工具的限制因素。