【16.02】處理井漏的常見誤解
時間：2019-03-19 11:23
來源：
作者: 李曉生
在成熟、枯竭的老油田打井，以及在未來的油氣勘探中，井漏仍是我們時刻要面臨的一個挑戰(zhàn)，在同樣挑戰(zhàn)的情況下，井漏的根本原因與我們已掌握的背景信息可能并不吻合。因此，選擇最佳堵漏材料或處置方案的過程也不盡相同。在最佳條件下，必須了解和吸收各類數(shù)據(jù)信息才能制定出最佳的堵漏方案，數(shù)據(jù)評估中的任何誤解都可能導(dǎo)致非理想的決策。有關(guān)井漏的共同認(rèn)知和誤解以下是有關(guān)井漏處治的典型假設(shè)、認(rèn)知、誤解和錯誤觀點
辨別知識的責(zé)任人；Ÿ 堵漏材料的大小與等級；Ÿ 堵漏材料的形狀；Ÿ 堵漏材料的來源；Ÿ 一種處治方案對所有問題的適用性；Ÿ 堵漏材料的用量或濃度以及類型對井下工具的限制；Ÿ 維護(hù)處理；Ÿ 顆粒大小的選擇；Ÿ 孔隙壓力耗盡及其對破裂梯度的影響；Ÿ 堵漏材料酸溶性要求。
辨別知識的責(zé)任人井漏是一種多因素引起的井下工況，預(yù)防與處治井漏需要了解和掌握各種信息，如堵漏材料的特性、包括鉆井液完井液固井液在內(nèi)的流體特性、所推薦的具體解決方案施工經(jīng)驗、地質(zhì)、地質(zhì)力學(xué)、鉆井及鉆井工具等各方面的知識；對于數(shù)據(jù)匱乏的勘探地區(qū)，一口井或一個地區(qū)已知的信息量也會與一個有著豐富巖性數(shù)據(jù)的成熟油田有很大不同。基于上述原因，很難設(shè)想任何人能成為所有相關(guān)知識領(lǐng)域的一名專家，這就是為什么戰(zhàn)勝一次井漏挑戰(zhàn)通常是多人之間合作的結(jié)果，合作者包括石油公司、服務(wù)公司、甚至是鉆井承包商等來自不同背景和作業(yè)領(lǐng)域的人。
2003 年，伊凡和布魯頓開發(fā)出一項井漏評價與堵漏策劃的工藝流程，流程涵蓋了運用堵漏劑成功堵漏所需做的主要工作和知識來源，石油公司能提供的關(guān)鍵數(shù)據(jù)包括：錄井圖像、空隙壓力和破裂梯度、巖石力學(xué)日志（包括楊氏模數(shù)、柏松比、破裂初始壓力）以及鄰井資料等，地質(zhì)和地質(zhì)力學(xué)團(tuán)隊可以提供漏層特性描述方面的更多幫助，包括確定最可能出現(xiàn)的漏層和漏失機理。服務(wù)公司可以提供堵漏材料方面的數(shù)據(jù)、局限性以及適合采用的技術(shù)，他們還能提供一個升級計劃或樹形決策流程，包括不同場景和不同漏層漏失率的應(yīng)對決策；他們還能提供水力學(xué)模擬，確保當(dāng)量循環(huán)密度保持在孔隙壓力之上。
鉆井承包商提供泵入與返出的泥漿量、 泵壓限值等數(shù)據(jù)，以及其它與堵漏有關(guān)的數(shù)據(jù)，他們密切監(jiān)測進(jìn)出井筒的泥漿量，以此判別漏失或涌出的情況；最好的堵漏專家是一位知道從其他專家那兒收集井的相關(guān)信息的人。堵漏材料的大小與等級對外行人來說，人們聽到的有關(guān)堵漏材料大小與等級的混雜信息感覺就像拿蘋果與橘子相比較，市場上大多數(shù)堵漏材料是按等級銷售的，而所提供的技術(shù)信息是以一種圖表混合形式呈現(xiàn)的，以一種單一的數(shù)字形式給出尺寸信息，等級信息以名稱給出；或在尺寸范圍內(nèi)作為一種體積百分比或累計百分比，以曲線圖的形式表示等級。
通過對術(shù)語的理解并掌握其用法，可以澄清這種混淆。 PSD— 顆 粒 大 小 分 布（Particle Size Distribution）；d 50 —中等顆?；蚱渲幸话氲念w粒大小大于中等顆粒，一半的顆粒大小小于中等顆粒；d 10 —10% 的顆粒大小小于等于該點值 d 90 —90% 的顆粒大小小于等于該點值；不要被堵漏材料的等級所誤導(dǎo)，堵漏材料通常是以細(xì)、中或粗這類術(shù)語來描述的，表示一種相對等級；不過，在用戶的想象中可能被誤解為暗指尺寸或大?。欢侣┎牧系牡燃壥且粋€相對術(shù)語，僅對相同材料源才可能是正確的，因此細(xì)堅果殼比粗堅果殼有著更小的 PSD，但不一定比中顆粒或粗顆粒碳酸鈣更細(xì)??；表 1 對兩種常見堵漏材料的 d 50 進(jìn)行了比較，正如您看到的，等級的大小只是比較特定類型的材料，而其它類型堵漏材料大小的假設(shè)不能被輕易斷言。顆粒大小分布（PSD）也可以以圖形形式來表示，要么以每種尺寸的體積量（見圖 1），或者按累計曲線的形式來展示簡單分布；圖 1 中的圖形提供了 PSD形 式 的 更 多 信 息， 其 形 態(tài) 是 以PSD 曲線的峰值數(shù)來展示不同顆粒大小或粒徑濃度的；以每種產(chǎn)品所具有的特定應(yīng)用，產(chǎn)品可以是單模、雙模或多模形態(tài)。
一般來說，針對特定尺寸的裂縫，當(dāng)有足夠可用的漏層數(shù)據(jù)時，可以采用 PSD 變化不大（在d 10 至 d 90 之 間 顆 粒 尺 寸 變 化 較?。┑亩侣┎牧?；另一方面，當(dāng)可用的漏層數(shù)據(jù)較少時，可以選擇 PSD 變化大一點（在 d 10 ~d 90之間顆粒尺寸變化可以大一點）的堵漏材料。堵漏材料的形狀行業(yè)很少對堵漏材料的形狀進(jìn)行評述，簡單的推斷一般認(rèn)為其為球形，因為球體可以用一個數(shù)字來描述，那就是“直徑”；一種新的顆粒尺寸測量法“影像分析”表明大多數(shù)顆粒不是球形的，可以采用球形度、圓度或長寬比來辨別球形顆粒與非球形顆粒之間的差別，其中長寬比為 1的表示球體，圖 2 展示了普通堵漏材料的長寬比和 PSD，方格中左下方第一行數(shù)值是每種堵漏材料的長寬比，下方是顆粒大小分布 PSD 的數(shù)值，以 μm 為單位。
2013 年在顆粒特性描述和堵漏材料解決方案開發(fā)中所描述的形狀特征是重要的，目前，常用的橋接和堵漏理論仍采用堵漏材料顆粒是球形這樣的假設(shè)。當(dāng)涉及形狀時，“纖維”一詞表示具有明顯不同長寬比的材料；一般油田所用的纖維可以長達(dá)幾毫米，直徑小至微米（μm）級； “纖維”一詞也可用來表示堵漏材料的來源，這種表述增加了誤解和混亂。堵漏材料的來源雖然顆粒大小分布可以說是堵漏材料最重要的參數(shù)指標(biāo)；堵漏材料的來源在維持尺寸和抗剪切降解方面起著關(guān)鍵性作用，術(shù)語“來源”可以用來表示材料的類型或材料類型內(nèi)的變化。
從天然到合成，材料的來源不同，相同來源的材料也可能有所不同，不同來源的一個例子可以在碳酸鈣與石墨之間的區(qū)別中發(fā)現(xiàn)；同類材料中一個變異的例子是變質(zhì)碳酸鈣，相對于沉積碳酸鈣，變質(zhì)碳酸鈣具有優(yōu)異的力學(xué)性能。“纖維”一詞有時被隨意用來描述來源，例如纖維素纖維或木質(zhì)纖維，這種纖維實際上是顆粒狀的，它的長寬比接近于 1，就像 2014 年定義堵漏材料為長、細(xì)和柔韌類那樣，每當(dāng)“纖維”一詞被用來描述高長寬比形狀的材料時常常會引起混亂。一種處治方案對所有問題的適用性經(jīng)過論證的漏層特性描述是找到最佳井漏處治方案最重要的部分。
然而，這一步驟常常被忽視。頁巖地層與砂巖地層井漏的處治方法有著明顯不同，砂巖地層與碳酸鹽地層井漏的處治方法也不相同，頁巖地層實際上滲透率極低，大大降低高濾失液堵漏劑的堵漏效果。相比更深的高溫高壓地層的堵漏要求，淺層堵漏需滿足一組不同的標(biāo)準(zhǔn)，天然裂縫與誘發(fā)性裂縫采用的堵漏方法在材料的大小和濃度上可能有所不同，表 2給出了一些堵漏方法的排序，一些方法能在多種井漏工況中實現(xiàn)成功堵漏，另一些方法可能在一種裂縫尺寸堵漏中表現(xiàn)良好，而在另一種裂縫尺寸的堵漏效果則表現(xiàn)不佳。
雖然這張表只涵蓋了幾種可能的尺寸和可能的解決方法，很明顯，一種方法并不是處治所有井漏工況的最佳方法。井下工具的限制當(dāng)今鉆井作業(yè)中采用了各種各樣的井下工具，意在幫助提高不同井下工況的鉆井速度和鉆井效率，現(xiàn)有的各種工具、堵漏材料的類型、顆粒大小、濃度、混合料和泥漿比重，這使得對上述每種組合應(yīng)用進(jìn)行預(yù)篩選、以謀求良好的兼容性和適用性變得不大可能。因此，認(rèn)識到在大多數(shù)應(yīng)用中，一種好的做法應(yīng)當(dāng)是測試哪種情況可能會更糟，低濃度下使用少量的堵漏產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)不會對工具的性能有大的影響，測試通常是在一個流動回路中進(jìn)行，回路被配置成能夠處理足量的鉆井液循環(huán)，并在希望的堵漏材料濃度下， 井下工具仍能正常工作，圖 3 是一個設(shè)計用來測試堵漏材料與井下工具兼容性和適用性的流動回路。
另一種好的做法是了解所用工具對堵漏材料穿過其中的通過標(biāo)準(zhǔn)，以便優(yōu)化堵漏設(shè)計，即不但能使堵漏材料順暢通過工具，還要能使其封堵漏層；還要有一些能夠使用的自動防故障裝置，如鉆桿過濾器和抗干擾技術(shù)；一般來說，一定尺寸范圍內(nèi)的大多數(shù)顆粒狀堵漏材料都能通過井下工具，不過很難預(yù)測多種堵漏產(chǎn)品混合后的情形，許多纖維產(chǎn)品堵漏期間最終堵塞了井下工具。維護(hù)處理為什么工程堵漏解決方案或預(yù)防材料損失的努力隨著時間的推移未能封堵住漏層，顆粒摩擦／磨損是主要原因之一，表 3 給出了三種常見的堵漏材料 30 分鐘內(nèi)的剪切降解是真實的， 而且，正如斯科特艾爾 2012 年證實的那樣，這種降解變化取決于堵漏材料的類型。
雖然傳統(tǒng)的知識和經(jīng)驗建議使用較粗的顆粒等級，以保持在用的相同產(chǎn)品較細(xì)的顆粒等級PSD 的存在，幾種其它因素發(fā)揮著作業(yè)，作者進(jìn)行的一項研究表明，某些情況下，例如碳酸鈣，使用較粗顆粒的碳酸鈣會引起更快的降解，導(dǎo)致短時間內(nèi)產(chǎn)生更細(xì)的混合，見圖 4。2013 年， 瓦 爾 塞 奇（Valsecchi）把堵漏材料顆粒的降解或退化歸因于三個因素：堵漏材料的固體顆粒與鉆井液的相互作用、堵漏材料的固體顆粒與固體邊界的相互作用、堵漏材料固體顆粒與其它堵漏材料固體顆粒間的相互作用，他的研究表明，大的顆粒與其它顆粒碰撞的幾率更大。
因此，大顆粒比小顆粒呈現(xiàn)出更明顯的降解過程，這一結(jié)論與作者自主研究獲得的成果相吻合。顆粒大小的選擇選擇合適的顆粒尺寸是堵漏解決方案最基本的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)之一，但它仍是最具爭議的問題之一；第一關(guān)是裂縫孔徑（裂縫寬度）或孔隙大小的特征描述，這些裂縫或孔隙是我們必須要封堵的；一些方法在鉆井前采用地質(zhì)力學(xué)方程計算裂縫孔徑，一些方法從發(fā)生井漏后的漏失率中得出裂縫寬度，該行業(yè)多數(shù)采用第一種方法，因為它是積極主動的分析計算法。
一旦確定了裂縫孔徑或孔隙大小，下一個決定就是選擇合適的顆粒尺寸來封堵漏層，包括d 50 、d 90 和 d 75 大小的各種顆粒都被吹捧為與裂縫寬度相匹配的 “正確觀點”。雖然許多工作已得到了實驗室數(shù)據(jù)的驗證，但只有極少的現(xiàn)場數(shù)據(jù)可以用來支持另一種觀點?？紫秹毫谋M及其對破裂梯度的影響孔隙壓力支配著泥漿密度，或者說泥漿密度需根據(jù)孔隙壓力而設(shè)定， 也就是保持過平衡鉆井、避免井控風(fēng)險的泥漿密度，過平衡的大小或量值可由管理機構(gòu)、鉆井設(shè)計部門或石油公司來掌控，泥漿密度越高，當(dāng)量循環(huán)密度就越高，就更接近破裂壓力梯度的限值；鉆井期間要嚴(yán)格控制當(dāng)量循環(huán)密度，在接單根或泥漿長時間靜 止 后 開 啟 循 環(huán) 時， 當(dāng) 量 循環(huán) 密 度 的 峰 值 會 很 難 預(yù) 測 和 控制。
假 設(shè) 破 裂 梯 度 與 孔 隙 壓 力耗盡的量相同，這可能會導(dǎo)致誤判，Alberty 和 McLean 2001年在（SPE 67740）中所述：預(yù)測儲層枯竭對破裂梯度的影響，泥頁巖層段比砂巖層段的影響要小得多。堵漏材料酸溶性要求為了使儲層傷害盡可能降至最小，儲層所用的堵漏材料一般要求必須是酸溶性或水溶性的，這一要求的原因是假設(shè)堵漏材料的溶度有助于清除污染物和防止產(chǎn)量減產(chǎn)。
就像有些堵漏產(chǎn)品，酸溶性要求本身可能會產(chǎn)生誤導(dǎo)，而可溶于酸，可能會產(chǎn)生有害于儲層產(chǎn)出的其它沉淀物，一種更好的方法是檢查酸反應(yīng)的副產(chǎn)品也是酸溶或水溶，同樣建議測試一般井下溫度狀況下的溶解度，以便在處理井下問題時有更準(zhǔn)確的預(yù)期。新技術(shù)增加了各種可能的解決方案，從酸溶性微粒到凝膠，新方法包括隨時間和（或）溫度降解的可降解材料。處治井漏對經(jīng)濟(jì)效益有著巨大影響，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出漏失液和堵漏產(chǎn)生的成本損失，甚至包括未來井的開采成本， 了解常見的假設(shè)，并消除對井漏的某些誤解，這將有助于進(jìn)行堵漏決策，制定出更好的堵漏方案和實施措施。
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