专利名称：利用吸水树脂在油气井形成人工井壁的新方法
技术领域：
本发明涉及一种用于欠注或衰竭性开发油气藏中对油气井进行完井和修井作业 中为保护储集层、降低生产成本、缩短施工周期，利用吸水树脂在油气井形成人工井壁的新 方法。
背景技术：
我国的许多油气田已进入开发中后期，由于欠注或衰竭性开发，主要产层的地层 压力梯度已大大低于原始地层压力梯度，甚至可能低于水柱压力。在这种情况下，如要对油 气井进行完井和修井作业，在作业过程中，势必发生完井液和修井液的大量漏失和固相对 产层的堵塞，使得作业后油气井的产能大幅降低。更为严重地是，由于不能建立循环使得部 分井不能实现完井或修井，使得油气井过早地报废(特别是气井)。对于此类油气井如果出砂，由于不能采用冲砂作业，不得不采用捞砂作业，由于作 业周期长，成本高，地层损害严重，恢复产能时间延迟等原因，导致作业效益低下，不能良好 地实现修井作业的目的。对于同时具有高压层和低压层的多压力层系的油气井作业难度就更大。要保证高 压产层的安全就必须以该层的压力系数设计完井液和修井液的密度，这样就势必在低压层 造成过高的正压差，使得完井液或修井液发生大量的漏失，大量漏失又会使得高压层的油 气进入井内，形成上吐下泻的复杂情况。不但影响油气井完井或修井后的产能，而且会对作 业过程形成极大的安全威胁，甚至出现井喷和井塌的严重事故。以上的技术难点造成了此类油气井作业的工期和成本的大幅度上升，更为严重的 后果是由于完井液和修井液液相的大量进入油气层，改变了井筒周围产层的含水饱和度， 并造成产层内各类敏感性损害，使得油气井在作业后产能大幅度下降，大大降低了油气田 的开发效益和最终采收率。针对低压油气井的完井和修井问题，目前存在如下一些体系和施工工艺。1、泡沫压井液体系(CN1782322A，CN101544884A)泡沫压井液体系是通过在液体中加入表面活性剂，充入惰性气体形成泡沫体系， 该体系最低密度可达到0. 4g/cm3，通过调节加气量来控制体系的密度。该体系在常压和低 压油井完井和修井作业中使用，可以大幅度降低液体的漏失，对地层的正压差较小，同时又 是无固相体系，可以很大程度上控制完井液和修井液造成的地层损害，是一种常压和低压 油井完井和修井的良好体系。其存在的问题是(1)稳定周期短，泡沫压井液稳定时间在 24 48小时，一旦失效，会造成过大的正压差，发生液体大量漏失；(2)工艺较为复杂，要使 用专门的配液装置和多种添加剂，比如发泡器，制氮装备等，成本较高；C3)对环境污染大， 作业结束后泡沫体系的排放，会造成地面大面积的泡沫污染。2、固相暂堵型压井液体系(CN1047686A，CN1053631A)在完井液和修井液中加入与储层孔喉配伍的刚性暂堵材料就形成了固相暂堵型 压井液体系，该体系的优点是一旦暂堵层形成后，会在很大程度上防止完井液在常压和低压地层的漏失，且能承受较高的正压差，这种体系施工工艺简单，成本较低。其缺点是(1) 作业结束后要进行专门酸洗作业才能恢复生产，增加作业程序，延长作业时间；(2)完井液 中的固相会进入产层，较小的颗粒会在正压差的作用下进入孔渗较好的产层内部，形成产 层内的堵塞，影响产能；(3)完井液的聚合物会损害产层，一方面高粘液体进入产层，难以 反排，另一方面聚合物会吸附在岩石颗粒表面，缩小流道的面积，降低油相的渗透率。3、无固相清洁盐水压井液体系清洁盐水主要用作完井液、修井液以及封隔液，这主要是因为这类流体不需通过 悬浮固相来控制静液柱压力，其优点还表现在能有效抑制粘土膨胀和微粘运移，与储层有 很好的配伍性。该类完井液由于不含澎润土及其它任何固相，密度通过加入不同类型和数 量的可溶性无机盐进行调节，选用的无机盐包括NaCl、KCl、CaCl2、NaBr、KBr、CaBr2、ZnBr2 禾口 HCOONa 等。目前该体系主要应用在大位移井、水平井以及套管井下扩眼，储层裸露面积大、与 流体接触时间长，特别是对低孔低渗气藏，水相圈闭损害程度依然会比较严重，即使加入助 排剂效果也不一定理想。对于常规井，一般采用射孔和压裂方式来减少储层损害；但对于大 位移井、水平井以及套管井下扩眼，这些方法不一定可行，尤其在海上特殊地层或疏松地层 更是如此。另外，该体系也不能很好防止完井液在气井完井过程中的漏失，即使将完井液的 密度控制到气井井控要求的下线，在某些地层压力紊乱的深井，可能也会产生近IOMPa的 正压差。对于海上作业，一般没有采用射孔投产连作，因此需要压井，射孔后的完井过程长 达好几天，即使漏失速率很低，漏失量也会达到十几方，甚至更高，对于低孔低渗储层这是 一个相当大的量，会侵入储层的深部，加剧气层的水相圈闭损害。4、胶液压井液体系(CN1048737A，CN1526788A)在低压油气井的完井和修井作业中，为了减少完井液的漏失，实现循环洗井的目 的，往往通过提高完井液的粘度来减少压井液的漏失，这就形成了胶液完井液体系。此类体 系不能完全防止漏失，只是由于液体粘度的增加，减缓了完井液的漏失速度，因此它的缺陷 十分明显首先由于漏失仍然存在，所以不能防止液相进入产层造成的损害，其次由于聚合 物的使用，造成聚合物的吸附损害。需要指出的是，由于液相粘度的增加，液相造成的毛细 管作用的损害将更为严重。5、不压井作业(CN201106431Y, CN201095977Y)针对常压和低压油井完井和修井过程中的油气层保护问题，一些油气田采用不压 井作业，存在的问题是(1)不压井作业风险性大，由于存在井喷的危险，高压油气井，特别 是含硫化氢的气井，不宜采用不压井作业。在低压油气井进行不压井作业时，也要注意防止 井喷；(2)不压井作业需要租用或引进特殊井口装备和防喷装备，成本较大。
发明内容
本发明的目的在于提供利用吸水树脂在油气井形成人工井壁的新方法，该方法针 对现有技术的不足，用吸水树脂加上清水或盐水配置成完井液或修井液，在储层温度或作 业期间(如射孔)产生的高温下吸水树脂完井液或修井液发生物理和化学变化形成人工井 壁(胶质暂堵层)，提高低压地层的承压能力，防止完井液或修井液在产层的漏失，保证作业安全和油气井产能，施工工艺简单，成本相对低廉。
为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。 一种利用吸水树脂在油气井内形成人工井壁的新方法，主要用于欠注或低压地层 油气井的完井或修井作业，主要是根据油气井储层地质特征、地层压力梯度、井温、井深参 数，制定压井或修井的总体方案，按照完井液或修井液的密度设计满足安全施工的原则，在 地面配置好完井液或修井液，在满足现场泵入设备要求的前提下，调整吸水树脂的浓度来 控制其粘度；根据井筒容积来设计完井液或修井液用量。由于含有吸水树脂的完井液或修 井液具有束缚水的性能，当液体到达油气层部位时，吸水树脂完井液或修井液发生物理和 化学变化形成人工井壁，从而不会发生漏失。利用吸水树脂在油气井内形成人工井壁的新方法，依次包含以下步骤(1)配制吸水树脂完井液或修井液，该完井液或修井液包含组分及用量如下吸水树脂 1 2重量％，吸水引发剂0. 2 0. 5重量％，胶体保护剂0. 2 0. 5重量％，其余组分为水或一价盐水；(2)刮管洗井，先替入常规盐水完井液或修井液，然后再替入吸水树脂完井液或修 井液至目的井段；(3)在油气层段进行射孔或其他作业；(4)作业结束后刮管洗井，用常规的盐水完井液或修井液从井内替出油气层段的 吸水树脂完井液或修井液。本发明中，所述吸水树脂为淀粉类吸水树脂、纤维素类吸水树脂或合成吸水树脂。所述淀粉类吸水树脂为淀粉与丙烯腈接枝共聚物、改性淀粉与丙烯腈接枝共聚物 或淀粉与丙烯酸盐接枝共聚物；所述纤维素类吸水树脂为纤维素-丙烯酸盐接枝聚合物、纤维素与丙烯酰胺接枝 聚合物或纤维素与丙烯腈接枝聚合物；所述合成吸水树脂为均聚物吸水树脂、共聚物吸水树脂或无机物复合吸水树脂， 所述均聚物吸水树脂为聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺或聚乙烯醇，所述共聚物吸水树脂为丙烯 酸-丙烯酰胺共聚物、丙烯酸酯-醋酸乙烯醇共聚水解物或丙烯酸-乙烯醇共聚物；所述无 机物复合吸水树脂为聚丙烯酸钠-高岭土复合树脂、聚丙烯酸钾-膨润土复合树脂或丙烯 酰胺-丙烯酸共聚物复合蒙脱石树脂。本发明中，所述吸水引发剂为三乙醇胺。本发明中，所述胶体保护剂为二季戊四醇二亚磷酸酯。本发明所述的完井液或修井液由吸水树脂吸收清水或盐水后形成毫米级软颗粒， 其尺寸分布在0. 5 3mm，易变形，有一定强度，所述软颗粒在低于10(TC，在正压差作业下 会发生物理脱水，并在井壁或孔眼内形成质量良好的人工井壁(或叫物理暂堵层)，防止高 压差下完井液或修井液的进一步漏失，如果井温高于120°C，或把这种完井液或修井液作为 射孔液使用，在高温和正压差作用下，软颗粒形成的人工井壁会发生化学变化，形成胶质的 人工井壁(或叫化学暂堵层)，胶质人工井壁承压能力更高，渗透率更低，防止漏失的能力 更强。
本发明所述的完井液或修井液，其溶液表观粘度在25 IlOmPa 之间可调，主要 根据地面泵入设备和管柱沿程摩阻损耗来调整吸水树脂浓度，使之具有良好的泵入性能。本发明通过加入一价盐NaCl或KCl来调节上述完井液或修井液密度，所述密度根 据地层压力梯度和储层温度来确定，可具体参照温度对NaCl或KCl盐水密度影响图版。对 于气井压井的一般要求，井内液柱压力应比地层压力高10 20%，高压异常地层取上限， 常压地层可取下限。在实施本发明的具体工艺过程中，先按常规生产井进行洗井作业，刮管到底后，大 排量用过滤盐水或海水冲洗，然后替入清洗液和胶液，再用过滤盐水或海水清洗，对于气井 需满足井口返出液浊度(NTU)值小于30。刮管洗井完成后，先替入配制好的常规盐水完井 液或修井液，然后再替入预先设计用量的吸水树脂完井液或修井液至目的井段。作业结束 后如射孔反涌，反循环时用常规盐水完井液体系，直到返出的液体的密度与入口密度相当， 停泵观察漏失，如果漏失速率小于lm3/hr，继续下一个环节。正循环一周，短起下，对于气井 正循环中需井口返出液浊度(NTU)值达到规定要求，并计算气体上返时间，如果时间达到 要求，压井作业结束。再次刮管洗井至井底，用常规的盐水完井液体系从井内替出油气层段 的吸水树脂完井液或修井液。万一漏失量过大，可配制吸水树脂完井液复合碳酸钙的体系 进行堵漏。该吸水树脂完井液或修井液用酸液能完全破胶，并能还原成清水。该吸水树脂完井液或修井液形成的人工井壁不需要破胶，只需在完井或修井完成 后，在井内建立负压差，一旦油气流进入井内就可以排除这种人工井壁，恢复油气井产能。使用本发明可分两种情况一种是全井筒使用，按井筒容积确定用量；第二种是 仅在油气层段使用，即在储层段采用吸水树脂完井液或修井液，在非储层段采用常规完井 液或修井液，其用量可按油气层段井筒容积并附加200 300米的井筒容积确定用量，并采 用不破胶施工工艺，可有效减少作业成本，简化施工工艺。在本发明中，完井液或修井液不破胶的清除工艺如下(1)完井或修井作业完成后，下入刮管管柱，刮管至油(气)层底部；(2)井筒替入常规盐水完井液或修井液，将井内吸水树脂完井液或修井液替出井 眼；(3)注意观察完井液或修井液的漏失，并注意起下管柱时的灌液，防止井喷，如发 生大量漏失，可在油(气)层部位替入少量的吸水树脂完井液或修井液；(4)下入生产管柱；(5)按正常程序替喷或泵抽活油井。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果(1)吸水树脂具有高吸水性能，将其与清水或盐水配成的完井液或修井液，粘度可 在25 IlOmPa · s之间调整，流动性能良好，能满足各类作业的要求；(2)该完井液或修井液在井内正压差条件下，在储层温度或施工作业产生的高温 下，经物理和化学作用在井壁或孔眼内形成质量良好的人工井壁，防止高压差下完井液或 修井液的进一步漏失，而且温度越高，胶质层使得孔眼壁渗透率更低，防止漏失的能力更 强；(3)该人工井壁不需要破胶，只需在完井或修井结束后，在井内建立负压差，一旦油气流进入井内就可以排除这种人工井壁，恢复油气井产能；(4)该人工井壁所用材料是生物性的，可以在自然条件下降解，对环境无污染；(5)该吸水树脂构建的完井液或修井液成本低廉，价格只有泡沫体系的四分之一， 且实施方便，不需要特殊设备和工艺；(6)本发明可在各类油气井中使用，包括渗透性、裂缝性储层、高压层和低压层同 时存在的各种复杂油气井，可实现油气井的无(或低)漏失循环和安全作业，同时最大程度 地保护油气井的产能。
具体实施例方式下面根据实施例进一步说明本发明。实施例1 某海上气田X7井的完井和再完井施工基本地质数据如下(1)地层压力数据该气田M组气藏为正常的压力系统，压力系数1.03，预测钻遇的M3c、IMa气层分 别为25. 37,25. 68MPa。钻遇的M5a、M5b为已生产气藏，气藏原始地层压力28. 53MPa, 2007 年5月7日第一次测压地层压力24. 4MPa，2007年12月21日测压地层压力22. 49MPa，如果 2008年4月中旬钻至M5，预测地层压力将降至21. 6MPa附近，地层压力系数为0. 77左右， 钻入该气层时将会面临漏失问题。(2)气藏温度该气层地温梯度为0. 03560C /m，储层段温度预测在120°C左右。该气田X7井气层 温压预测数据如下表所示
权利要求
1.利用吸水树脂在油气井形成人工井壁的新方法，依次包含以下步骤(1)配制吸水树脂完井液或修井液，该完井液或修井液包含组分及用量如下吸水树脂 1 2重量％，吸水引发剂0. 2 0. 5重量％，胶体保护剂0. 2 0. 5重量％，其余组分为水或一价盐水；(2)刮管洗井，先替入常规盐水完井液或修井液，然后再替入吸水树脂完井液或修井液 至目的井段；(3)在油气层段进行射孔或其他作业；(4)作业结束后刮管洗井，用常规的盐水完井液或修井液从井内替出油气层段的吸水 树脂完井液或修井液。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸水树脂为淀粉类吸水树脂、纤维素类 吸水树脂或合成吸水树脂，所述淀粉类吸水树脂为淀粉与丙烯腈接枝共聚物、改性淀粉与 丙烯腈接枝共聚物或淀粉与丙烯酸盐接枝共聚物，所述纤维素类吸水树脂为纤维素-丙烯 酸盐接枝聚合物、纤维素与丙烯酰胺接枝聚合物或纤维素与丙烯腈接枝聚合物，所述合成 吸水树脂为均聚物吸水树脂、共聚物吸水树脂或无机物复合吸水树脂；所述吸水引发剂为 三乙醇胺；所述胶体保护剂为二季戊四醇二亚磷酸酯。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述合成吸水树脂中的均聚物吸水树脂为 聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺或聚乙烯醇，所述共聚物吸水树脂为丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、丙 烯酸酯-醋酸乙烯醇共聚水解物或丙烯酸-乙烯醇共聚物，所述无机物复合吸水树脂为聚 丙烯酸钠-高岭土复合树脂、聚丙烯酸钾-膨润土复合树脂或丙烯酰胺-丙烯酸共聚物复 合蒙脱石树脂。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述吸水树脂完井液或修井液的 密度通过加入一价盐NaCl或KCl来调节，所需密度根据地层压力梯度和储层温度来确定。
全文摘要
本发明涉及利用吸水树脂在油气井形成人工井壁的新方法，该方法用吸水树脂加上清水或盐水配置成完井液或修井液，所述吸水树脂为淀粉类吸水树脂、纤维素类吸水树脂或合成吸水树脂，各组分用量如下吸水树脂1～2重量％，吸水引发剂0.2～0.5重量％，胶体保护剂0.2～0.5重量％，其余组分为水或一价盐水。该吸水树脂完井液或修井液通过加入一价盐NaCl或KCl来调节密度，通过调整吸水树脂浓度来控制其溶液表观粘度，根据井筒容积来设计完井液或修井液用量。本发明可在高温下发生物理和化学变化形成人工井壁即胶质暂堵层，有效提高低压地层的承压能力，防止完井液或修井液在产层的漏失，保证作业安全和油气井产能，施工工艺简单，成本相对低廉。
文档编号E21B33/138GK102134979SQ20111004850
公开日2011年7月27日 申请日期2011年3月1日 优先权日2011年3月1日
发明者付豪, 孙琪, 廖中建, 张 杰, 徐博韬, 李三喜, 杨宪民, 王梦晨, 贾虎, 郭士生, 闫波, 陈玲玲, 陶怀利 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油田服务股份有限公司上海分公司, 中海石油(中国)有限公司上海分公司, 西南石油大学