抗高温复合暂堵剂在碳酸盐岩储层中的应用

李康

（中国海洋石油国际有限公司，北京 100028）

随着国内油气资源需求上涨，油气勘探开发进程逐步加快，以往被搁置的复杂井开发逐渐提上日程，其中漏失复杂最为常见，也最容易引发其他复杂问题，例如井壁稳定、储层污染等。为解决钻井液漏失问题，防漏堵漏材料的研制是关键[1-3]。传统的架桥堵漏材料（果壳、核桃壳、云母、石灰石、贝壳、纤维等）不具备自适应特性[4-5]；吸液（水或油）膨胀类堵漏材料因其尺寸可调适应多种漏失地层，但难以控制膨胀时间，且膨胀后的强度与传统堵漏材料差距较大，单一使用承压能力偏弱[6-7]；化学凝胶类堵漏剂在汲取了吸液膨胀材料适应性优点的同时，也解决了其强度不足的缺陷，但存在现场施工工艺复杂、施工风险高的问题[8-9，11]。因此，为了增加堵漏材料在裂缝中的滞留能力，提高堵漏材料致密承压封堵能力，降低堵漏材料对储层的损害，拟开展抗高温复合暂堵剂研究。

1 暂堵剂的优选

暂堵剂的性能表征方法一般包括：分散性能测试、承压能力测试、摩擦系数测试、抗温性能测试以及酸溶性能测试[6-9]，室内选用水镁石纤维、菱锰矿石、方解石和吸水树脂按不同质量比进行复配，得到六种复合暂堵剂（表1），并对其性能进行了对比表征。

表1 复合暂堵剂组成

1.1 分散性能

堵漏材料在钻井液中应具有良好的分散性，避免在配浆罐或环空井筒中发生漂浮、沉降或团聚，影响堵漏作业效果[6]。室内实验采用分散度法对所研制的六种暂堵剂进行了对比评价，分散度越大，分散性能越好，评价结果见图1。

由图1 结果可知，复合暂堵剂A 和F 的分散性能达到88%，效果最佳；复合暂堵剂B 的分散性能相对较差。一方面与水镁石纤维组分有关，纤维组分越多，形成空间网架结构的能力越强，悬浮颗粒状暂堵材料的能力越强，表现为更好的分散性能；另一方面，吸水树脂含量越高，分散性能相对提升，但菱锰矿石含量越高，悬浮稳定性会有所下降。

图1 暂堵剂分散性能对比

1.2 承压能力

暂堵剂具备堵漏剂的属性，应具有较高的承压能力，在封堵漏层减少漏失的同时还需保证封堵层具备高强度，防止持续高压环境出现复漏的情况[10]。室内在聚磺钻井液基础上加入六种暂堵剂材料，利用高压砂床实验评价承压能力，其评价结果见图2。

图2 暂堵剂承压能力对比

由图2 结果可知，复合暂堵剂A 的承压能力达到9.8 MPa，效果最佳；复合暂堵剂C 的承压能力最弱，仅6.5 MPa。水镁石纤维相对组分越多，形成的暂堵层韧性越强，承压能力越强；其次是方解石组分越多，暂堵层越致密；而吸水树脂组分越多，承压会有所下降。

1.3 摩擦系数

暂堵剂还需具备高摩擦系数，即高粗糙度。这样有利于材料在缝间“站住”，避免随压力传导向深部运移，不利于后期酸化解堵；另外高粗糙度有利于形成结构强的网链，不容易在强剪切应力下断裂，承压能力更优。此外，当材料具有较高的摩擦系数时，有助于增加封堵层与裂缝壁面之间的摩擦力，从而有利于在裂缝端口形成封堵层，越有利于裂缝的闭合及抑制裂缝尖端的扩展，也更容易解堵[9]。暂堵剂摩擦系数对比见图3。

图3 暂堵剂摩擦系数对比

由图3 结果可知，复合暂堵剂A 的摩擦系数达到0.52，效果最佳；复合暂堵剂C 的摩擦系数最小，仅0.35。分析发现，水镁石纤维、方解石和吸水树脂相对组分越多，摩擦系数越大；而菱锰矿石相对组分越多，摩擦系数越小。

1.4 抗温性能

以目标温度老化后暂堵剂的质量保留率为指标，实验评价其抗温能力。方法及步骤如下：取一定质量的暂堵剂加入到350 mL 聚磺钻井液中，180 ℃老化后过筛、洗涤、烘干，测量老化后暂堵剂的残余质量并计算其占原始质量的百分比，结果见图4。

由图4 结果可知，复合暂堵剂A 的质量保留率最高，达到97.9%，抗温性能最佳；复合暂堵剂C 的质量保留率最低，仅76.8%。水镁石纤维、菱锰矿石、方解石均为惰性固相，除少量有机胶结质不耐温外，基本不受180 ℃高温影响；而吸水树脂在高温老化后有所降解，含量越高，质量保留率相对越低。

图4 暂堵剂质量保留率对比

1.5 酸溶性能

储层裂缝是油气渗流的主要通道，决定着油气藏开发的效果和经济性，但是储层裂缝也会导致钻井液漏失，在储层段发生漏失后需采用堵漏材料对储层进行封堵，防止钻井液漏失造成的储层损害，油气井投产后采用酸化等措施进行解堵，恢复储层产能[9]。由此要求储层暂堵剂具有较高的酸溶率以便于后期的酸化解堵，该储层暂堵剂的酸溶率见图5。

由图5 结果可知，复合暂堵剂A 的酸溶率最高，达到93.2%；而复合暂堵剂C 的酸溶率最低，仅64.6%。这是由于水镁石纤维和方解石基本能百分百酸溶，仅少量胶结质不溶；菱锰矿石酸溶率受其中碳酸锰组分影响，酸溶率略低于方解石；而吸水树脂基本不溶于酸。

图5 暂堵剂酸溶率对比

上述性能表征实验表明，所研制的复合暂堵剂A的抗温能力可达180 ℃，同时具有良好的分散性能及酸溶性能，摩擦系数较大，承压强度较高。

2 暂堵剂封堵性能评价

基于所研制的复合暂堵剂，复配桥接堵漏材料，通过井筒压力恢复速率实验和堵漏效果评价实验，评价该暂堵剂封堵性能。

万历二年(1574)，张天复去世，徐渭悲痛欲绝，作《祭张太仆文》：“嗟乎！公之活我也，其务合群喙而为之鸣，……其同心戮力而不贰，……夫以公德于某者若此，即使公在，某且不知所以自处，而公今殁矣，将何以为酬也！嗟乎！此某虽不言，而寸心之恒，终千古以悠悠也。”[1]664徐渭回忆起纯厚好施天复，待己如兄长一般的点点滴滴，对自己以后的生活感到了一丝的迷惘，发出了“夫以公德于某者若此，即使公在，某且不知所以自处，而公今殁矣，将何以为酬也”的感叹。

2.1 井筒压力恢复速率评价实验

不同堵漏材料所形成的封堵层其井筒压力恢复速率是不同的。井筒压力（实验压力）恢复速率快，说明封堵层形成所用时间较短，所形成的封堵层较为致密，可使井筒压力迅速建立，可评价堵漏浆瞬时堵漏效果。因此，通过高温高压堵漏仪实验评价不同堵漏浆的井筒压力恢复速率，评价不同堵漏浆的瞬时堵漏效果。各堵漏浆配方见表2。

表2 堵漏浆配方

各配方堵漏浆的井筒压力恢复速率曲线（实验压力10 MPa）见图6。

图6 井筒压力恢复速率曲线（实验压力10 MPa）

由图6 可知，单独使用桥接堵漏材料时井筒压力恢复时间较长为420 s，桥接堵漏材料与复合暂堵剂A复配使用时井筒压力恢复时间显著缩短为140 s，井筒压力恢复速率最快，封堵层最为致密，堵漏效果最好。

2.2 堵漏效果评价实验

室内对复合暂堵剂A 封堵裂缝的能力进行了实验评价（表3）。实验发现，单独使用桥接堵漏材料可封堵5～10 mm 及10～15 mm 裂缝，但承压能力较低，继续加压封堵层被突破；而加入复合暂堵剂A 后可有效封堵10～15 mm 及5～10 mm 裂缝，承压能力可达20 MPa，加压过程中无压力突破现象，漏失量均较低。堵漏效果评价实验结果表明，加入所研制的复合暂堵剂A，可显著提高堵漏材料在裂缝中滞留能力，有助于形成致密封堵层。

表3 暂堵剂堵漏效果评价

3 现场应用

伊拉克M 油田某井215.9 mm 井段（碳酸盐岩储层位）钻进时，发生了严重的漏失，考虑到未达靶点目标和可能存在的储层损害问题，采用复合暂堵剂A 对该漏失层位进行暂堵作业，施工步骤及作业效果如下：

（1）下光钻杆至漏层顶部：下钻期间打通钻具，环空灌满钻井液，保障井控安全；

（2）期间保证固井泵车与井筒环空之间连通，并做好试压工作；

（4）按照配方10%桥接堵漏材料+5%复合暂堵剂A 配制堵漏液30 m3，累计泵入堵漏液20 m3；

（5）顶替结束后，迅速拆卸顶驱，匀速起钻至上层套管鞋，期间环空保持连续灌入钻井液；随后停泵静置堵漏，期间密切观察井筒液面，环空间隙灌入压井液，测得静漏0.15 m3/h；

（6）在管鞋处大排量循环，循环池液面稳定，无漏失；

（7）关防喷器和钻具循环头考克阀，用固井泵从环空逐步挤注压井液，每344.7 kPa 压力一个台阶，稳压5 min，持续升压至3 447 kPa，压力稳定，累计漏失和挤注储层裂缝暂堵液5.2 m3；

（8）开防喷器，观察环空液面稳定，下钻至漏层，循环，逐步提高排量至正常作业排量满足后续作业需要，暂堵作业成功；

（9）循环至返出干净后，停泵，起出堵漏钻具，组合定向钻进钻具，后续钻进作业顺利。

本次桥接堵漏剂搭配复合暂堵剂A 的堵漏配方施工效果较好，可继续试用并逐步推广至其他区块碳酸盐岩裂缝储层堵漏施工。

4 结论

（1）研制了一种抗高温复合暂堵剂A，其抗温能力可达180 ℃，具有良好的分散性能和酸溶性能，摩擦系数较大，承压强度较高。

（2）基于所研制的复合暂堵剂A，开展了井筒压力恢复速率实验和堵漏效果评价实验，证实复合暂堵剂A 可增加堵漏材料与裂缝壁面间的摩擦力，有效提高暂堵材料在裂缝中的“站住”能力，堵漏效率大大提高。

（3）复合暂堵剂A 酸溶率高达93.2%，在堵得住的同时也能保证解得开，对裂缝性碳酸盐岩储层友好。

（4）复合暂堵剂A 在伊拉克M 油田裂缝性漏失堵漏中的成功应用，为碳酸盐岩储层堵漏方案提供了新的选择。