高温超深井纳米固井封窜材料的研究与应用陈渊

高温超深井纳米固井封窜材料的研究与应用陈渊高温超深井纳米固井封窜材料的研究与应用陈渊 第17卷第3期xx年6月特种油气藏SpecialOilandGasReservoirsVol 1 7No 3Jun xx xx1015 改回日期 xx0110 基金项目 中国石油化工股份有限公司科技攻关项目 无机纳米材料 可解堵堵水技术研究 部分成果 P05054 作者简介 陈渊 1967 男 高级工程师 1990年毕业于石油大学 华东 应用化学专业 现从 事油田采油科研工作 1006 6535 xx 03 0108 04高温超深井纳米固井封窜材料的研究与应用陈 渊 中石化河南油田公司 河南 南阳 473132 摘要 针对高温超深油藏固井质量不合格等问题 研究开发出 一种纳米固井封窜新材料 该材料与水泥类固井材料相比 颗粒微细均匀 流变性能好 可泵时间 根据具体井况调整 具有析水少 体积不收缩 强度高 可解堵 耐高温 耐高压和耐高盐的特点 室内实验和现场应用表明 纳米材料表面活性高 表面缺陷多 具有很 高的化学活性 可显著改善普通材料的物理力学性能 在管外封窜方 面有广阔的应用前景 关键词 纳米材料 超深油藏 管外封窜 固井质量 TE26 A前 言近年来 国内投入开发的高温超深油藏愈来愈多 该类油藏埋藏深 温度高 储层流体压力和矿化度高 固井难度大 采用水泥类固井材料完井后常出现固井封窜质量不合格 表现在 一 二界面固结质量差和存在管外窜槽等 完井后难以正常投产 需 要二次固井封窜修复固结质量差和存在管外窜槽的部位 由于水泥类固井材料粒径较大 1 2 难以进入原固结质量差和管外窜槽等存在微孔隙的部位 3 挤注 难度大 施工安全性差 措施成功率低 纳米固井封窜材料主要由无机纳米活性功能材料及其他助剂组成 纳米材料表面活性高 表面缺陷多 表面原子周围因缺少相邻的原子 有许多悬空键 具有不饱和性质 4 易与其他原子相结合而稳定下来 具有很高的化学活性 5 极易与其他助剂发生水化合反应 生成以 纳米材料为核心 网络节点 的三维网络结构 6 7 其微结构致密均匀 耐高温 高压 具有良好的物理力学性能 更 重要的是 与水泥类固井封窜材料相比 纳米固井封窜材料颗粒微细 均匀 管外封窜时 其浆体较水泥类固井封窜材料更容易进入原固井 封窜质量差和管外窜槽等存在微孔隙的部位 对其进行填充和补强 可提高了管外封窜的成功率 为此 结合高温超深油藏固井质量中存在的问题 进行了高温超深井 纳米固井封窜材料的研究与应用 1 室内实验1 1 主要实验方法1 1 1 固井封窜材料浆体的配制在烧杯中量取水100mL 在搅拌条件下慢慢 加入计算量的固井封窜材料 纳米固井封窜材料或油井水泥 及其他 助剂 继续搅拌至浆料充分分散混匀后备用 1 1 2 填砂管的制备将不同粒径的石英砂过筛混匀后 用填砂机将石英砂均 匀充填入25mm 30mm的不锈钢填砂管中 一边充填一边轻轻拍击填砂 管 使石英砂充填密实均匀 充满后记下输入端和输出端 两端分别衬 一层不锈钢丝网 上紧堵头后备用 1 1 3 突破压力和封堵率的测定方法填砂管堵前水相渗透率的测定 8 将 制备好的填砂管连入岩心流动实验装置 启动平流泵向已饱和水的填 砂管中正向驱替氯化铵水溶液 泵压稳定后 每隔5min测1次水相渗透 率 至少测5次 第3期陈 渊 高温超深井纳米固井封窜材料的研究与应用109 取平均值作为填砂管的水相渗透率 突破压力的测定 向上述填砂管内反向挤注配制好的固井封窜材料浆 料 挤注完后上紧填砂管两端阀门 放入95 恒温水浴中恒温固化48h 将固化后的填砂管连入岩心流动实验装置 正向挤注氯化铵水溶液 先以0 05MPa min的速度升压至1MPa 然后以0 1MPa min的速度继续 升压 出口端流出第1滴液体时入口端的压力即为突破压力 填砂管堵后水相渗透率的测定 向上述测完突破压力的填砂管内继续 正挤氯化铵水溶液 泵压稳定后 同填砂管的水相渗透率测定法 测堵 后水相渗透率 8 1 1 4 岩心渗透率恢复率测定方法启动平流泵 向上述测完封堵率的填砂管 内反向挤注计算量的解固井封窜材料 注完解固井封窜材料后恒温反 应1h 改注氯化铵水溶液 同填砂管的水相渗透率测定法 测解堵后填 砂管的水相渗透率 9 1 2 实验结果讨论1 2 1 纳米固井封窜材料浆体流变性能评价实验取水灰比为0 7 油井水泥 常用水灰比 分别配制纳米固井封窜材料和油井水泥浆体 用旋转黏 度计分别检测二者的流变性能 测试结果见表1 表1 纳米固井封窜材料与油井水泥流变性能评价数据固井封窜材料名称 塑性黏度 mPa s初切值 10s Pa终切值 10min Pa纳米固井封窜材 料浆体154 28 6油井水泥浆体224 84 9 测试结果显示 纳米固井封窜材料和油井水泥浆体的塑性黏度均较低 具有较好的流动性能 但从初切值和终切值的变化情况看 纳米固井 封窜材料还具有较好的触变性能 而油井水泥浆体无触变性能 1 2 2 纳米固井封窜材料浆体稳定性与恒温固化后体积收缩率评价实验取 纳米固井封窜材料浆体和油井水泥浆体各50mL分别装入100mL具塞量 筒中 室温下静置30min 观察二者的析水情况 同时 各取50mL浆体分别装入100mL的具塞量筒中 密封后置于95 恒 温箱内常压下恒温固化48h 观测水化固化后体积收缩率 其中 纳米固井封窜材料静置析水量为0 1mL 收缩率为0 油井水泥置 析水量为10 5mL 收缩率为21 3 纳米固井封窜材料室温静置析水量远小于油井水泥 表明纳米固井封 窜材料的稳定性好 分析认为 纳米固井封窜材料比表面积大 悬浮性好 而油井水泥颗粒 较大易下沉分层 纳米固井封窜材料固化后体积不收缩 而油井水泥收缩率高 易导致 封堵不严 10 表明纳米固井封窜材料较油井水泥有更好的封堵效果 1 2 3 纳米固井封窜材料抗压性能评价实验将配好的纳米固井封窜材料浆 体和油井水泥浆体分别倒入高为2 54cm的2 54cm模具中 密封后常压 恒温养护48h后脱模 在压力实验机上分别测试其抗压强度 表2 测试结果表明 纳米固井封窜材料较油井水泥有更好的抗压性能 且 温度愈高抗压优势愈明显 可满足高压油 水井管外封窜后的承压要 求 表2 固井封窜材料抗压性能测试对比数据固井封窜材料名称养护温度 抗压强度 MPa纳米固井封窜材料8033 69538 9油井水泥8014 89515 11 2 4 纳米固井封窜材料注入性能评价实验在25mm 30mm的不锈钢填砂管 上设置4个测压孔点 注入固井封窜材料时分别观测注入泵压及各测 压点压力变化情况 表3 由表3可知 注入纳米固井封窜材料至1 5PV时 注入泵压为13 8MPa 各测压口压力变化明显 拆开填砂管观察 入口端和出口端均充满固 井封窜材料 表明纳米固井封窜材料已进入填砂管深部 注入性好 而 注入油井水泥时 注入泵压上升很快 注入至1 3PV时 注入泵压骤升 至31 3MPa 第1个测压点虽显示明显 但与泵压相比压降明显 第2个 测压点以后压力显示微弱 远端则无压力显示 拆开填砂管观察 注入 油井水泥在入口端形成滤饼 填砂管第2个测压点以后基本上没有油 井水泥 实验表明 与油井水泥相比 颗粒微细的纳米固井封窜材料更容易进 入原固井封窜不合格部位的微孔隙 注入性能好 是提高管外封窜成 功率的关键 110 特种油气藏第17卷 表3 纳米固井封窜材料注入性能评价实验数据固井封窜材料类别K m2 注入固井封窜材料的孔隙体积倍数注入泵压 MPa测压口压力 MPap1p 2p3p4纳米固井封窜材料83 500 00 00 00 00 00 00 54 93 21 50 8 0 21 08 37 65 84 32 11 513 811 69 27 83 1油井水泥85 720 00 00 00 00 00 00 514 23 10 30 00 01 019 33 70 40 10 01 331 33 80 40 10 0 注 K为填砂管注入固井封窜材料前水相渗透率 m2 1 2 5 纳米固井封窜材料封堵性能评价实验选用渗透率较高的填砂管 在纳 米固井封窜材料与油井水泥均易注入的情况下 对比二者的封堵性能 在95 恒温箱内常压下恒温固化48h 油井水泥突破压力为0 5MPa cm 封堵率为91 2 而纳米固井封窜材料的突破压力高达1 6MPa cm 封 堵率高达99 9 承压能力和封堵效果均比油井水泥好 1 2 6 纳米固井封窜材料溶解性能评价实验在堵后填砂管中 挤注复合酸类 解固井封窜材料 通过对测试解堵前后填砂管渗透率恢复情况 对比 纳米固井封窜材料和油井水泥的溶解性能 表4 表4 纳米固井封窜材料填砂管动态解堵实验数据固井封窜材料类别K0 m2K1 m2封堵率 K2 m2填砂管渗透率恢复率 纳米固井封窜材 料538 210 00354699 9528 5298 2油井水泥541 6342 60000092 169 875 0 实验显示 采用纳米固井封窜材料封堵的填砂管 常温常压下挤注复 合解堵剂溶解后 填砂管内石英砂呈松散状态 填砂管渗透率恢复率 在98 以上 管外封窜过程中若油层被污染则可用化学方法解除堵塞 恢复生产 而油井水泥岩心的恢复率在5 以下 油层污染后用化学方 法难以恢复原始渗透性 若采用射孔方法仍无法打开 污染油层将无 法再动用 1 2 7 纳米固井封窜材料耐高温 高压及高矿化度性能测试采用矿化度为4 0 104mg L的河南油田污水配液 将配好的纳米固井封窜材料和油 井水泥浆体分别加入8040B10型高温高压稠化仪的样杯中 分别测试 在100 60MPa 110 60MPa 120 60MPa和120 80MPa等高温 高压条件下 纳米固井封窜材料浆体稠度达到30BC时的稠化时间 表5 实验表明 纳米固井封窜材料浆体在温度为120 压力为80MPa和矿 化度为4 0 104mg L的条件下 其稠化时间大于8 5h 且稠度一直约 为10BC 表明纳米固井封窜材料具有良好的耐高温 高压和高矿化度 性能 能满足高温 高压 高矿化度地层条件下管外封窜对稠化时间 可泵时间 的要求 施工安全 而油井水泥的稠化时间小于1 0h 不能满足高温 高压 高矿化度地 层条件下管外封窜对稠化时间的要求 11 表5 固井封窜材料高温 高压 高矿化度条件下稠化性能测试固井封窜 材料类别稠化时间 h100 60MPa110 60MPa120 60MPa120 80 MPa纳米固井封窜材料11 510 89 6 8 5油井水泥1 5 1 0 1 0 1 02 现场应用截至目前 纳米固井封窜材料已累计现场试验20多井次 工 艺成功率为100 有效率为100 施工阶段累计增油为35892t 累计降 水为123526m3 取得了显著的经济效益和社会效益 2 1 高温高压高矿化度低渗透超深油井管外封窜TK322井是中石化西北分 公司塔河采油一厂的一口超深油井 该井xx年11月裸眼酸压完井 第3期陈 渊 高温超深井纳米固井封窜材料的研究与应用111 奥陶系 完井井段为5360 77 5460 00m 投产后自喷生产 累计产液为772 8m3 累计产油为355 7t 于xx年1月27日转抽 电泵 生产 日产液为59 6m3 d 日产油为1 6t d 含水为97 由于6号层 5033 5038m 及11号层 5077 5095m 完井时固井质量差 验窜结果显示存在管外窜槽 xx年6月决定上返石炭系的6号层和11 号层生产 上返前要求管外固井封窜 由于窜槽井段长达688m 窜槽井段地层温度高达118 地层水矿化度 为23 6 104mg L 地层流体压力为52 35 53 01MPa 储层渗透率仅 为3 m2 采用水泥类固井封窜材料管外封窜难度大 xx年5月22日 分别在井段为5089 5091m和5060 5062m射开2个工程 孔 再通过工程孔注入纳米固井封窜新材料对上述固井质量差的窜槽 井段进行固井封窜 累计挤注固井封窜材料6 1m3 堵后固井封窜质量 评价合格 后射开6号和11号层上返生产 射孔后自喷生产 油压15MPa 套压14 9 MPa 日产油由管外封窜前的1 6t d上升至130t d 含水由97 降至0 5 阶段累计增油为17884 4t 累计降水为10121 4m3 增油降水效果显 著 2 2 高温高压高矿化度低渗透预探井封窜井例泌310井是河南安棚油田的 1口预探井 xx年12月投产射开H33 6层 即2816 1 2826 5m井段试油 高含水关井 xx年1月井段采用热中子俘获测井试验封窜效果 发现H33 6层完井时 固井封窜质量不合格 即H33 6层与2800 0 2807 9m井段存在管外窜 槽 上部地层水窜槽至H33 6试油层 导致该试油层高含水 该井管外窜井段地层温度为115 地层水矿化度为4 2 104mg L 渗 透率为0 008 m2 CaCl2水型 属高温 高压 高矿化度低渗透疑难 井 决定采用纳米固井材料封窜 xx年1月26日 在2807 4 2808 4m井段开工程孔循环封窜 累计挤注 纳米固井封窜材料2 5m3 堵后试压10MPa合格 采用热中子俘获测井验窜表明 管外窜槽得到了有效封堵 为该井后 续试油和认识地层潜力奠定了基础 3 结 论 1 与水泥类固井材料相比 纳米固井封窜材料颗粒微细均匀 流变性 能好 可泵时间根据具体井况调整 具有析水少 体积不收缩 强度高 可解堵 耐高温 耐高压和耐高盐的特点 施工安全性好 措施成 功率高 为解决高温超深油藏管外封窜难题提供了有效的方法 2 纳米材料表面活性高 表面缺陷多 具有很高的化学活性 可显著 改善普通材料的物理力学性能 在油田管外封窜方面有广阔的应用前 景 参考文献 1 万贵春 等 超细水泥用于油田封堵作业 J 钻井液与 完井液 xx 19 1 21 2 冯乃谦 高性能混凝土 M 北京 中国建筑工业出版社 19 96 154 3 任从军 等 超细水泥封堵剂研究与应用 J 钻井液与完 井液 xx 18 1 17 4 吴烈善 王瑛 等 纳米材料及其应用前景 J 矿产与地质 xx 15 6 688 689 5 张中太 林元华 等 纳米材料及其技术应用前景 J 材料工 程 2000 45 3 43 6 陈渊 等 纳米堵剂在河南油田高压注水井简化管柱上的 研究与应用 J 特种油气藏 xx 15 1 92 93 7 樊芷芸 纳米科学技术与化学建材 J 化学建材 1998 14 3 41 8 金俊志 油田化学剂质量检验 M 北京 石油工业出版社 1997 227 237 9 万仁溥 采油工程手册 M 北京 石油工业出版社 2000 172 175 10 黄柏宗 深井固井若干问题 J 钻井液与完井液 xx 20 5 48 51 11 李海营 高温高盐油藏化学堵水技术 J 石油钻采工艺 xx 2 4 5 50 52 王 昱Keywords horizontalwell ultraheavyoil viscosityreducer su rfactant LiaoheoilfieldCharacteristicsofrelativepermeabilit ycurveinchemicalfloodingWEIMin1 LIBen2 LIHui1 CAORen yi1 1 MOEKeyLaboratoryofPetroleumEngineering ChinaUniversit yofPetroleum Beijing102249 China 2 GreatWallDrillingCorpora tion PetroChina Panjin Liaoning124010 China Abstract Relati vepermeabilitycurvesofpolymerfloodingandpolymer surfactantf loodingaremeasuredrespectivelyunderdifferentoil waterviscosityratioandinterfacialtensionbyusingnon steadystatemethodwithconsiderationofpolymeradsorptionandhys teresis Theresultoftheexperimentsshowsthat astheincreasingo fpolymermassfraction theisotonicpointofrelativepermeabil itycurveshiftstotheright residualoilsaturationbeessmaller a ndultimaterecoveryincreases underthesamepolymermassfraction afteraddingsurfactant residualoilsaturationissmallerthanth atofpolymerflooding therelativepermeabilitycurveofwaterphas erises astheincreasingofsurfactantmassfraction theisotonicp ointshiftstotheright Keywords polymerflooding polymer surfa ctantflooding relativepermeabilitycurve residualoilsaturati onInfluencefactorsonfractureheightandthecontrolmeasuresofho rizontalwellfracturingQUZhan qing FANFei HUGao qun ZHANGXiu qin ChinaUniversityofPetroleum Dongying Shandong257061 Chin a Abstract Thispaperanalyzestheeffectsofpetrophysicalproper ty operationparameters insitustressandotheroperationcondi tionsonfractureheightinordertocontrolfracturesinareservoir Thestudyshowsthat thehorizontalterrestrialstressdifferenceb etweenpayzoneandimperviousbedhasanevidenteffectonverticalfr actureextent thefracturetoughnesshaslittleeffectonfrac tureheight andthedischargecapacityhasanobviouseffectonfract uresize Meanwhile3methodsofcontrollingfractureheightaregene ralized i e byusingartificialbarrier dischargecapacity andf racturingfluidviscosityanddensity TheproductivityofWellLian g8 Ping1inShengliOilfieldwasforecastedbyusingmultiplemethodand calculationmethod Theresultoffieldapplicationhasdemonstrate dthatartificialbarrierisaneffectivewayofcontrollingfracture height Keywords horizontalwell fracturing petrophysicalprop erty operationparameter terrestrialstressdifference fractur eheight fractureheightcontrol WellLiang8 Ping1Researchandapplicationofnanometersealingmaterialforcem entinghightemperatureultradeepwellCHENYuan HenanOilfieldCom pany SINOPEC Nanyang Henan473132 China Abstract Anewnanomet ermaterialforsealingcementchannelinghasbeendevelopedtocopew ithunqualifiedcementjobinhightemperatureultra deepreservoirs Comparedwithwellcementationmaterialofconcret etype thismaterialhastinyevenparticlesandgoodrheologicalbeh avior thepumpingtimeisadjustableaordingtospecificwellcondit ions showingcharacteristicsoflittlebleeding novolumeshrinka ge highstrength deplugging hightemperatureresistant highpre ssureendurableandhighsalinityre sistant Laboratoryexperimentandfieldapplicationindicatethat thenanometermaterialshashighsurfactivity defectivemolecular bondandveryhighchemicalactivity canremarkablyimprovethephys icalandmechanicperformance andhasextensiveandprom isingapplicationprospectsinsealingchannelingoutsidecasing K eywords nanometermaterial ultra deepreservoir sealingchannelingoutsidecasing cementjobquali tyAnapproachtounevenperforationinhorizontalwellsofunconsoli datedsandstonereservoirWANGXiang lin GONGXue feng MATong hui ShengliOilfieldCompany SINOPEC Dongying Shandong257237 China Abstract Thetechnologyofunevenperforationhasbeendevel opedandsuessfullyappliedtohorizontalwellsonaountoftheproble msofunevenproductionfluidprofileandhighperforationcost espe ciallyforsophisticatedhorizontalintervalwhereopenholepletio nisimpossible Thistechnologycanadjustoverallflowresistancet hroughadjustingperforationdensityatupstreamanddownstreamhor izontalsectionstoimprovethelowproducingdegreeduetowellboref lowfrictionatthemiddleandtoesectionsofhorizontalinterval th usmodifiedproductionfluidprofile achieveduniformoildrainage andimprovedhorizontalwelldevelopmentresult Verygoodresulth asbeenreceivedinrespectsofperforationoptimizationandcostred uction Keywords