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(chǔ)層完井封層技術(shù)

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(fā)育，壓力窗口窄，完井過程中易出現(xiàn)又漏又涌、氣液置換嚴(yán)重等現(xiàn)象。為確保完井井控安全，減少儲(chǔ)層污染，在進(jìn)行φ177.8 mm尾管回接前，需采用封層技術(shù)將上部井筒與潛山油氣層進(jìn)行有效隔離。南堡潛山常用的封層工藝是使用機(jī)械式橋塞密封井筒，應(yīng)用中多次出現(xiàn)橋塞坐封和打撈失敗的現(xiàn)象。為提高封層效果，減少施工風(fēng)險(xiǎn)，研發(fā)出一種新型化學(xué)材料代替機(jī)械橋塞，該材料在井筒高溫下能迅速團(tuán)聚成塞，承受較高的溫度和壓力，并且易降解?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，該化學(xué)橋塞抗溫性能好，能長時(shí)間有效密封井筒，實(shí)現(xiàn)碳酸鹽巖儲(chǔ)層保護(hù)，與常規(guī)橋塞封層技術(shù)相比，節(jié)約了鉆塞或打撈回收橋塞的時(shí)間，大大降低了完井成本。

橋塞；化學(xué)橋塞；封層技術(shù)；完井；南堡潛山

南堡油田深層潛山儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，地層壓力系數(shù)為0.99～1.04。受裂縫的影響，漏失壓力系數(shù)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(xiàn)又漏又涌、氣液置換嚴(yán)重等現(xiàn)象。為保證潛山儲(chǔ)層安全鉆進(jìn)，鉆井中采用欠平衡及控壓鉆井技術(shù)［1-2］。完井中主要采用封層技術(shù)，將上部地層與潛山油氣層進(jìn)行臨時(shí)性隔離，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。目前南堡潛山常用的封層技術(shù)主要是機(jī)械式橋塞密封井筒［3-4］，但應(yīng)用過程中多次出現(xiàn)橋塞坐封和打撈失敗的現(xiàn)象。為提高封層效果，減少施工風(fēng)險(xiǎn)，開展了新型抗高溫化學(xué)橋塞的實(shí)驗(yàn)研究。

1　儲(chǔ)層特征及鉆完井情況

1.1儲(chǔ)層特征

南堡油田潛山油氣成藏條件優(yōu)越。沙河街組烴源巖不僅側(cè)向與潛山對(duì)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(yùn)移和輸導(dǎo)提供了有效的通道［5-6］；多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)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(zhì)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(fā)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(zhì)條件復(fù)雜，主要采用水平井欠平衡鉆井技術(shù)進(jìn)行高效開發(fā)。由于儲(chǔ)層埋藏深度大于4 000 m，且井口多位于人工島或陸岸平臺(tái)，平均水平位移大于2 500 m。鉆井一般采用五開井身結(jié)構(gòu)：φ508 mm表層套管+φ339.7 mm技術(shù)套管+φ244.5 mm技術(shù)套管+φ177.8 mm尾管+φ152.4 mm裸眼。由于井深、位移大，鉆進(jìn)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(shí)程度高，可鉆性差，鉆時(shí)長，導(dǎo)致φ244.5 mm技術(shù)套管存在磨損情況，套管強(qiáng)度難以滿足后期完井采油的要求；因此，完井時(shí)會(huì)對(duì)φ177.8 mm尾管進(jìn)行回接［8］。

2　機(jī)械式橋塞封層效果評(píng)價(jià)

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(shù)特點(diǎn)是施工簡單，坐位準(zhǔn)確，能承受雙向壓差，可暫時(shí)或永久封堵下部高壓油氣和噴、漏等層位。施工時(shí)，采用鉆桿輸送，地面泵車加壓，通過液壓坐封工具坐封。作業(yè)完成后，通過向井內(nèi)下入磨銑工具，鉆磨橋塞，實(shí)現(xiàn)解封［9-10］。但在應(yīng)用中存在磨銑效率低的問題，因?yàn)榭摄@式橋塞普遍體積小、質(zhì)量輕，故一般采用平底磨鞋磨掉橋塞［11］。當(dāng)下入平底磨鞋磨銑橋塞時(shí)，由于橋塞的卡瓦不防轉(zhuǎn)，橋塞會(huì)隨著磨鞋一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使磨銑效率降低，隨著磨銑時(shí)間的推移，卡瓦牙與密封裝置遭到破壞，多數(shù)橋塞會(huì)掉入井底，造成磨銑更加困難。南堡潛山平均鉆除橋塞用時(shí)5～7 d，時(shí)間長，風(fēng)險(xiǎn)高，且對(duì)套管磨損嚴(yán)重。

2.2可回收式橋塞

可回收式橋塞由錨定機(jī)構(gòu)、解封機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)3個(gè)部分組成。它采用獨(dú)特的自鎖定結(jié)構(gòu)，具有可靠的雙向承壓功能，用液壓或電纜投送工具送進(jìn)坐封，作業(yè)完成時(shí)解封回收?？苫厥帐綐蛉鈺r(shí)，橋塞中卡瓦在椎體的作用下?lián)伍_，錨定在套管壁上，同時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)自鎖，密封機(jī)構(gòu)中膠筒受壓膨脹，密封油套環(huán)形空間；解封時(shí)，自鎖解除，錨定機(jī)構(gòu)恢復(fù)原位，膠筒在自身的彈性作用下收縮［12］。但在實(shí)際應(yīng)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(shí)，橋塞膠筒對(duì)套管環(huán)空的密封容易失效，無法有效坐封；同時(shí)，在進(jìn)行橋塞打撈的時(shí)候，多次出現(xiàn)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(fù)雜情況。

3　化學(xué)橋塞室內(nèi)評(píng)價(jià)

由于機(jī)械式橋塞在實(shí)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(xué)橋塞［13］。通過將一種在高溫下能迅速團(tuán)聚成塞的化學(xué)材料頂替到井內(nèi)預(yù)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(jī)理

化學(xué)橋塞采用高強(qiáng)度交聯(lián)聚合物體系作為橋塞的工作液，由聚合物、交聯(lián)劑、除氧劑、增強(qiáng)劑、破膠劑和其他添加劑等組成。聚合物在交聯(lián)劑、除氧劑等的作用下發(fā)生交聯(lián)聚合反應(yīng)，形成三維空間結(jié)構(gòu)，使液態(tài)流體轉(zhuǎn)變?yōu)楦唣ば园牍腆w狀膠體橋塞。當(dāng)化學(xué)橋塞需要排除時(shí)，可以通過破膠劑的氧化反應(yīng)將體系聚合物的分子鏈打斷，使其結(jié)構(gòu)破壞，從而降低化學(xué)橋塞的強(qiáng)度，再循環(huán)排除；也可以依靠鉆頭切割沖蝕破膠方式破膠。

3.2室內(nèi)研究與實(shí)驗(yàn)

3.2.1性能指標(biāo)

針對(duì)南堡潛山儲(chǔ)層特性，制定了化學(xué)橋塞主要性能指標(biāo)：

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(qiáng)度。

2）為保證有足夠的井筒施工作業(yè)時(shí)間，膠體形成時(shí)間可調(diào)，在2.5～4.0 h。

3）形成的交聯(lián)聚合膠體具有非常好的熱穩(wěn)定性，在150℃的恒溫下，老化5～10 d，膠體強(qiáng)度保持穩(wěn)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(jī)械破膠，解除封堵。

3.2.2配制與測(cè)定

將各組分按不同比例配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jìn)行加熱老化，定期觀察成膠情況。成膠反應(yīng)在模擬井筒溫度150℃下進(jìn)行，成膠時(shí)間采用Sydansk的GSC目測(cè)代碼評(píng)價(jià)方法測(cè)定，膠體強(qiáng)度采用突破真空度法定量測(cè)定。

3.2.3各組分對(duì)成膠性能的影響

1）聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)。聚合物是化學(xué)橋塞的主要成分，實(shí)驗(yàn)中改變聚合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，保持交聯(lián)劑等質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，則聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)化學(xué)橋塞成膠程度的影響見圖1。

實(shí)驗(yàn)研究表明，聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)成膠時(shí)間影響較小，對(duì)膠體強(qiáng)度影響較大，隨著聚合物用量增加，膠體強(qiáng)度大幅度上升。

2）交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)。在成膠實(shí)驗(yàn)中，交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響和評(píng)價(jià)膠體性能的重要參數(shù)之一。在常溫下，配制好的膠液攪拌30 min會(huì)發(fā)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(shí)減少泵入過程中的混漿。在高溫下，會(huì)發(fā)生2次成膠，膠體強(qiáng)度進(jìn)一步提高，形成套管黏附能力強(qiáng)、黏度高（10 000 mPa·s以上）、防氣竄能力強(qiáng)大的化學(xué)橋塞（見圖2）。

由圖2可以看出：成膠強(qiáng)度隨著交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增強(qiáng)，當(dāng)交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.25%后，成膠強(qiáng)度上升的幅度開始趨于平緩；而成膠時(shí)間則隨著交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而縮短。

3）除氧劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)?；瘜W(xué)橋塞在高溫下可與氧發(fā)生反應(yīng)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(xué)橋塞高溫降解、保證強(qiáng)度穩(wěn)定的重要手段之一。將含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)除氧劑的膠液放入150℃的加熱爐中，10 d后用突破真空度測(cè)定裝置測(cè)量凍膠強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可以看出，除氧劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)化學(xué)橋塞成膠時(shí)間沒有影響，但是影響它的熱穩(wěn)定性能。當(dāng)除氧劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.15%時(shí)，化學(xué)橋塞老化10 d后，膠體強(qiáng)度下降明顯；當(dāng)除氧劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.15%后，化學(xué)橋塞老化10 d后，膠體強(qiáng)度隨除氧劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而下降幅度趨于平緩。

通過以上組分影響實(shí)驗(yàn)，了解了各組分對(duì)成膠體系成膠性能的影響。根據(jù)南堡潛山完井作業(yè)要求，確定了化學(xué)橋塞基本配方：0.20%～0.50%聚合物+0.20%～0.30%交聯(lián)劑+0.10%～0.20%除氧劑。

3.2.4常規(guī)性能評(píng)價(jià)

1）溫度對(duì)化學(xué)橋塞性能的影響。實(shí)驗(yàn)考察了90～150℃條件下化學(xué)橋塞的強(qiáng)度變化，結(jié)果見表1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：體系成膠時(shí)間隨著溫度的升高而縮短，并且形成的膠體強(qiáng)度隨著溫度的升高而增加。在此溫度范圍內(nèi)，化學(xué)橋塞體系均能夠順利交聯(lián)，其成膠性能不會(huì)因溫度的限制而受影響。

2）水包油鉆井液對(duì)化學(xué)橋塞性能的影響。目前，南堡潛山儲(chǔ)層基本采用水包油鉆井液體系，完井過程中使用化學(xué)橋塞需要考慮井筒內(nèi)水包油鉆井液對(duì)其性能的影響。制備好膠液后，分別向老化罐內(nèi)壁抹上不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jié)果見表2。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%以下的水包油鉆井液，對(duì)化學(xué)橋塞性能基本上沒有什么影響，但隨著水包油鉆井液質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(shí)間。因此，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量減少施工井段井筒內(nèi)壁上的鉆井液。

3）化學(xué)橋塞的耐壓性。為開展化學(xué)橋塞耐壓性評(píng)價(jià)模擬實(shí)驗(yàn)，自主設(shè)計(jì)制造了抗壓測(cè)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(wǎng)的接頭改裝而成。把裝有化學(xué)橋塞的測(cè)試裝置一端通氮?dú)猓x取化學(xué)橋塞頂部恰好有氮?dú)庖莩龅膲毫χ?，即可測(cè)試出化學(xué)橋塞的氣體突破壓力差。實(shí)驗(yàn)測(cè)得該化學(xué)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(yè)施工的要求。

4）化學(xué)橋塞熱穩(wěn)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(qiáng)度由初始成膠強(qiáng)度的0.069 MPa下降到0.064 MPa，基本保持穩(wěn)定，說明該體系具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，能滿足南堡潛山完井要求。

5）破膠性能。在化學(xué)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(qiáng)度大幅下降，膠液黏度小于5 mPa·s，沒有塊狀凍膠，且流動(dòng)性好，說明膠體已完全破膠。

4　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

南堡油田某井在潛山段鉆井過程中多次出現(xiàn)井漏、井涌等現(xiàn)象，共漏失鉆井液812.18 m3，成功點(diǎn)火25次，燃?xì)?44 412 m3。在完井過程中，為減少井漏，降低井控風(fēng)險(xiǎn)，決定在井筒中應(yīng)用化學(xué)橋塞封隔井筒。

首先，根據(jù)化學(xué)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(xué)橋塞。而化學(xué)橋塞的長度則是依據(jù)地層壓力來確定，既要確保儲(chǔ)層氣體不逸出，封隔住油氣，又要保證不造成儲(chǔ)層傷害，避免井筒中的化學(xué)橋塞和鉆井液被壓入儲(chǔ)層。經(jīng)計(jì)算，確定化學(xué)橋塞長度為400 m，折算膠液體積為8 m3。施工時(shí)，上提井下鉆柱至化學(xué)橋塞設(shè)計(jì)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(huán)，清洗鉆具內(nèi)膠液。至此，膠液泵入作業(yè)施工完成。關(guān)井候凝，待膠液在井下團(tuán)聚成塞，開始進(jìn)行回接φ177.8 mm套管、固井等完井作業(yè)。

整個(gè)施工過程共計(jì)13 d，期間沒有發(fā)生任何井漏和溢流現(xiàn)象，且井口壓力始終保持為0。這充分說明化學(xué)橋塞成功封隔住了井下油氣，在降低施工風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，能有效地保護(hù)儲(chǔ)層。

完井作業(yè)后，采用通井鉆具進(jìn)行機(jī)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(chǎn)后初期產(chǎn)油52.7 t/d，產(chǎn)氣9.6×104m3/d，投產(chǎn)效果良好。

5　結(jié)論

1）實(shí)驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，化學(xué)橋塞成膠時(shí)間可調(diào)，并可通過化學(xué)或機(jī)械的方式破解，耐壓高，熱穩(wěn)定性能強(qiáng)，施工簡單方便，不用打撈，可以滿足多種施工作業(yè)要求。

2）化學(xué)橋塞能解決南堡潛山裂縫性儲(chǔ)層完井過程中井控風(fēng)險(xiǎn)大、儲(chǔ)層封隔困難難題，較常規(guī)的機(jī)械橋塞相比，節(jié)約了鉆塞或打撈回收橋塞的時(shí)間，大大降低了完井成本。

3）作業(yè)完成后，解除化學(xué)橋塞需要一趟鉆完成化學(xué)或機(jī)械方式的破膠，影響施工進(jìn)度，因此，下一步將開展自動(dòng)延遲破膠的化學(xué)橋塞的研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

［1］宋巍，李永杰，靳鵬菠，等.裂縫性儲(chǔ)層控壓鉆井技術(shù)及應(yīng)用［J］.斷塊油氣，2013，20（3）：362-365.

［2］孫海芳，馮京海，肖新宇，等.川慶鉆探工程公司精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2012，35（2）：1-4.

［3］張恩倫，劉化國，楊玉生.橋塞封層工藝技術(shù)的發(fā)展［J］.石油機(jī)械，2001，29（10）：47-50.

［4］馮小琴，周偉勤，陳強(qiáng)，等.異常高壓儲(chǔ)層封層工藝探討［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2009，35（11）：95-96.

［5］李洪達(dá)，許廷生，張曉明，等.冀東油田古潛山油藏特征及完井工藝探索與實(shí)踐［J］.特種油氣藏，2010，17（2）：116-119.

［6］李宏義，姜振學(xué)，董月霞，等.冀東油田南堡2號(hào)構(gòu)造古潛山成藏條件及模式［J］.斷塊油氣田，2010，17（6）：678-681.

［7］蘭朝利，廖保方，王志坤，等.渤海灣盆地南堡凹陷灘海潛山裂縫特征及其形成機(jī)制［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2015，89（2）：252-261.

［8］朱寬亮.南堡深層高溫潛山水平井欠平衡鉆井技術(shù)研究與實(shí)踐［J］.石油鉆采工藝，2013，35（3）：17-21.

［9］趙越超，馬狀，霍春林.油氣田可鉆橋塞卡瓦材質(zhì)選擇及制造工藝［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1998，17（1）：47-50.

［10］劉威，何青，張永春，等.可鉆橋塞水平井分段壓裂工藝在致密低滲氣田的應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2014，21（3）：394-397.

［11］李學(xué)平，蔣春光，楊海波，等.欠平衡鉆磨橋塞施工工藝［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2010，33（1）：76-79.

［12］徐建，魏軍，甘典國，等.可取式橋塞封堵技術(shù)［J］.油氣井測(cè)試，2002，11（5）：63-65.

［13］楊建平，王浩，龍華，等.LH-I型液體橋塞的研制及應(yīng)用［J］.特種油氣藏，2002，9（1）：57-58.

（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(xiàng)“渤海灣盆地黃驊坳陷灘海開發(fā)技術(shù)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(yè)于昆明理工大學(xué)，現(xiàn)從事鉆井設(shè)計(jì)及相關(guān)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(chǔ)層完井封層技術(shù)［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.