中國(guó)石油西部鉆探鉆井工程技術(shù)研究院凍膠閥欠平衡完井技術(shù)1、凍膠閥技術(shù)的提出2、凍膠閥的性能及特點(diǎn)3、凍膠閥的現(xiàn)場(chǎng)工藝4、應(yīng)用實(shí)例介紹5、總結(jié)12005年，原吐哈油田“吐哈鉆采工藝研究院”在吐哈油田紅臺(tái)地區(qū)開(kāi)展氮?dú)忏@井試驗(yàn)，為了實(shí)現(xiàn)全過(guò)程欠平衡氮?dú)忏@井、完井，在設(shè)備和工藝上使用了不壓井起下鉆裝置和威德福公司井下套管閥，在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)并不可靠（紅臺(tái)2-17井威德福套管閥失效），而且價(jià)格昂貴。為此，從2005年開(kāi)始，嘗試研究一套可靠性高、操作性強(qiáng)、成本適中的欠平衡鉆完井技術(shù)，至2010年基本定型并開(kāi)始推廣專(zhuān)門(mén)用于欠平衡完井的凍膠閥技術(shù)。1、凍膠閥技術(shù)的提出2通過(guò)紅臺(tái)地區(qū)3井次的氮?dú)忏@井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)全過(guò)程欠平衡鉆井和完井的確存在相當(dāng)大的難度。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)在鉆進(jìn)、起下鉆、完井各個(gè)環(huán)節(jié)中全過(guò)程的欠平衡狀態(tài)，就必須有一套可靠、實(shí)用的井下工具和配套工藝。而單純地解決完井過(guò)程中欠平衡的問(wèn)題相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，而且完井也是體現(xiàn)欠平衡鉆井效果的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

首次提出“凍膠閥”欠平衡完井的技術(shù)思路。

嘗試研究階段（2005～2008年）3技術(shù)思路：在井筒中某一井段注入凍膠，利用凍膠的高粘度與井壁/套管壁之間的摩阻，形成凍膠塞,阻隔油氣上竄，可形成靜態(tài)或動(dòng)態(tài)平衡，然后可安全下入完井管柱（如篩管）、拆裝井口、下油管等作業(yè)，最后通過(guò)自破膠或人工破膠將凍膠返排出井筒，最終實(shí)現(xiàn)欠平衡完井。嘗試研究階段（2005～2008年）地層凍膠閥井筒下部井筒上部4研究方案：方案一：低摩阻凍膠閥研究

凍膠閥+泥漿液柱壓力平衡地層壓力。凍膠閥地層液儲(chǔ)層鉆井液低摩阻凍膠閥配方基本性能：基液粘度：100～150mPa.s；

凍膠粘度：1～6×104mPa.s；成膠時(shí)間：30s～180s；

凍膠摩阻：0.2～0.5MPa/100m；破膠時(shí)間：0～25天可調(diào)；

破膠后的粘度：＜5mPa.s；嘗試研究階段（2005～2008年）5

2007年鴨940井是國(guó)內(nèi)第一口利用凍膠閥完井的氮?dú)馇菲胶庠囼?yàn)井。該井完井后直接投產(chǎn)，產(chǎn)量是鄰井的2.5～4.9倍，是鴨兒峽油田平均產(chǎn)量的3倍，是鴨兒峽油田90年代以后未經(jīng)改造產(chǎn)量最高的井。嘗試研究階段（2005～2008年）6繼鴨940井之后，又進(jìn)行了青西2-10、牛東8-12等3井次的凍膠閥現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，均取得了良好的效果，也充分肯定了凍膠閥完井的可行性，初步形成了一套適合低壓低滲儲(chǔ)層的低摩阻凍膠閥配方和完井技術(shù)。嘗試研究階段（2005～2008年）7

低摩阻凍膠閥在低壓低滲儲(chǔ)層欠平衡完井中體現(xiàn)了良好的效果，但在高壓低滲儲(chǔ)層中效果不太理想。研究方案：方案二：高摩阻凍膠閥研究?jī)瞿z閥對(duì)管柱的粘附力平衡地層壓力高摩阻凍膠閥配方基本性能：基液粘度：200～300mPa.s；凍膠粘度：15～×25×104mPa.s；成膠時(shí)間：50min～10h；凍膠摩阻：6.5-7.5MPa/100m；破膠時(shí)間：0-25天可調(diào)；破膠后的粘度：＜5mPa.s。嘗試研究階段（2005～2008年）凍膠閥地層液儲(chǔ)層鉆井液8完善拓展階段（2009～2010年）2009年DXHW141井是克拉瑪依油田的一口高壓氣藏水平井，儲(chǔ)層壓力系數(shù)為1.33，完鉆井深4473.5m。完鉆后在2700-3000米井段注入凍膠完井，進(jìn)行起鉆、拆井口、裝采油四通、下油管、裝采油樹(shù)作業(yè)過(guò)程中無(wú)溢流、氣串現(xiàn)象，至投產(chǎn)時(shí)共13天時(shí)間井口套壓、油壓為0。該井凍膠閥的成功應(yīng)用，標(biāo)志著高摩阻凍膠閥在高壓油氣層中可以實(shí)現(xiàn)平衡地層壓力，從而實(shí)現(xiàn)欠平衡完井的目的。9繼DXHW141井之后，又在吐哈地區(qū)相繼進(jìn)行了柯21-2等2井次的高摩阻凍膠閥現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，均取得了良好的效果。表明已經(jīng)初步形成了一套適合于高壓低滲儲(chǔ)層的高摩阻凍膠閥配方和完井技術(shù)。完善拓展階段（2009～2010年）10推廣應(yīng)用階段（2011年開(kāi)始）凍膠閥欠平衡完井技術(shù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，凍膠閥具有操作性強(qiáng)、可靠性高、成本適中、儲(chǔ)層傷害性小等明顯優(yōu)勢(shì)。低摩阻凍膠閥技術(shù)已經(jīng)成熟，推廣應(yīng)用7井次。高摩阻凍膠閥技術(shù)初步成功，開(kāi)展試驗(yàn)2井次。凍膠閥技術(shù)主要用于欠平衡完井，現(xiàn)在正在向修井、堵漏等作業(yè)中拓展。11研發(fā)形成兩套凍膠閥配方體系

Ⅰ號(hào)配方性能：基液粘度：100～150mPa.s凍膠粘度：1～6×104mPa.s；成膠時(shí)間：30s～180s；凍膠摩阻：0.2～0.5MPa/100m；破膠時(shí)間：0～25天，20～80℃破膠后的粘度：＜5mPa.s。Ⅱ號(hào)配方性能：基液粘度：200～300mPa.s；凍膠粘度：15～25×104mPa.s；成膠時(shí)間：50min～10h；凍膠摩阻：8-24MPa/100m；破膠時(shí)間：40-80℃，4-5h;破膠后的粘度：＜150mPa.s。Ⅰ號(hào)配方Ⅱ號(hào)配方2、凍膠閥的性能及特點(diǎn)凍膠閥配方組成：主劑+交聯(lián)劑+酸堿調(diào)節(jié)劑+增粘劑+穩(wěn)定劑12建立了凍膠閥實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)室凍膠閥實(shí)驗(yàn)裝置特點(diǎn)：可模擬地層條件，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)凍膠閥在井筒中的實(shí)際形態(tài)。13凍膠閥的承壓能力要求25MPa，在25MPa的壓差條件下不進(jìn)入滲透率300毫達(dá)西的巖芯，同時(shí)在25MPa壓差條件下在套管中不移動(dòng)。凍膠閥性能測(cè)試技術(shù)—耐壓性評(píng)價(jià)凍膠的耐壓性、強(qiáng)度測(cè)定裝置14凍膠閥形成后，要求具備一定強(qiáng)度和密封性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明凍膠的強(qiáng)度可達(dá)60000mpa.s;300m長(zhǎng)的凍膠對(duì)氣體的密封壓差可以達(dá)36MPa。凍膠閥性能測(cè)試技術(shù)—強(qiáng)度、密封性檢驗(yàn)

主劑濃度與成膠后強(qiáng)度關(guān)系

密封性與凍膠長(zhǎng)度關(guān)系15凍膠閥性能測(cè)試技術(shù)—穩(wěn)定性評(píng)價(jià)將GBC凍膠配方1～8號(hào)形成凍膠之后，模擬地層條件，將其置于90℃的恒溫室中，觀察24小時(shí)、48小時(shí)、72小時(shí)后各個(gè)配方的變化情況。GBC凍膠配方24小時(shí)48小時(shí)72小時(shí)1無(wú)變化無(wú)變化無(wú)變化2無(wú)變化無(wú)變化無(wú)變化3無(wú)變化有少量水珠有少量水珠4無(wú)變化無(wú)變化無(wú)變化5無(wú)變化無(wú)變化無(wú)變化6無(wú)變化無(wú)變化無(wú)變化7無(wú)變化無(wú)變化無(wú)變化8無(wú)變化無(wú)變化無(wú)變化16凍膠閥性能測(cè)試技術(shù)—成膠、破膠時(shí)間評(píng)價(jià)成膠時(shí)間主要是由交聯(lián)劑的含量控制，在20℃～100℃的情況下，成膠時(shí)間在30s～180s；破膠時(shí)間0～25天。破膠劑濃度%0.5135破膠時(shí)間(h)5433破膠后粘度mPa.s4.134.824.503.86＜5mpa.s破膠時(shí)間與破膠劑濃度關(guān)系≥25天17用凍膠閥進(jìn)行巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)壓力上升至25MPa時(shí),凍膠閥未被擠入巖心內(nèi)。凍膠閥性能測(cè)試技術(shù)—儲(chǔ)層傷害性評(píng)價(jià)縱剖面(原始)縱剖面(30倍)縱剖面(60倍)縱剖面(90倍)將巖芯剖開(kāi),在電子顯微鏡下放大不同倍數(shù)觀察，在巖芯的孔隙中沒(méi)有凍膠及顆粒。18取上述做巖芯流動(dòng)實(shí)驗(yàn)的巖芯3筒，測(cè)其滲透率，然后將其放入凍膠殘液中侵泡，再測(cè)定其滲透率，并與初始滲透率比較，評(píng)價(jià)破膠后對(duì)儲(chǔ)層傷害性。巖芯號(hào)初始滲透率KW1（mD）傷害后滲透率KW1（mD）傷害率%13.483.48023.403.400352.3248.318凍膠閥破膠后殘液對(duì)儲(chǔ)層的傷害性評(píng)價(jià)凍膠閥性能測(cè)試技術(shù)—儲(chǔ)層傷害性評(píng)價(jià)19研發(fā)了凍膠閥完井特殊工具根據(jù)凍膠閥施工需求研制了特殊引鞋、特殊篩管、管線攪拌器等新產(chǎn)品新工具。特殊引鞋：降低抽吸、防止活塞效應(yīng)。特殊篩管：保證凍膠快速返出。管線攪拌器：保證基液與交聯(lián)劑混合均勻，確保成膠質(zhì)量。

φ50mm203、凍膠閥的現(xiàn)場(chǎng)工藝

凍膠閥施工工藝技術(shù)—施工方式選擇

根據(jù)實(shí)測(cè)地層壓力，按照壓力級(jí)別確定凍膠閥施工方式。21低壓地層高壓地層各類(lèi)高、低壓地層低摩阻凍膠閥自產(chǎn)原油油層低摩阻凍膠閥自產(chǎn)原油油層鉆井液高摩阻凍膠閥自產(chǎn)原油油層22當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)大于1.0時(shí)：

P地=ρ油gh油+ρ膠gh膠+ρ漿gh漿+P耐壓當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)小于1.0時(shí)：

P地=ρ油gh油+ρ膠gh膠+P耐壓凍膠體積：Q膠=Лr2*h膠凍膠閥施工工藝技術(shù)—凍膠閥位置和液量設(shè)計(jì)23基液配制：在配液罐中根據(jù)設(shè)計(jì)用量依次加入主劑、酸堿調(diào)節(jié)劑、殺菌劑等循環(huán)均勻，老化4小時(shí)配置基液。交聯(lián)劑配制：在固井水泥車(chē)混漿池中配置交聯(lián)劑，循環(huán)均勻。配液罐固井水泥車(chē)凍膠閥施工工藝技術(shù)—配液方式24用兩臺(tái)固井車(chē)將基液和交聯(lián)劑按照設(shè)定的速度注入到預(yù)定位置。凍膠閥施工工藝技術(shù)—注入工藝基液罐特殊三通立管25凍膠閥返排工藝技術(shù)采用正循環(huán)注入氮?dú)夥蹬拍z塞，若注氮?dú)獠荒芡瓿赡z塞返排，注氮?dú)馇跋燃舆m量破膠劑進(jìn)行破膠返排，也可控制膠塞的破膠時(shí)間來(lái)強(qiáng)化其效果。污水池26凍膠閥技術(shù)在國(guó)內(nèi)共試驗(yàn)10井次;水平井堵水作業(yè)試驗(yàn)1井次。井號(hào)欠平衡完井方式凍膠體積m3位置m長(zhǎng)度m泥漿m3注入方式效果備注鴨940４2419-2219200無(wú)環(huán)空注入有效牛東8-124.6270-500230無(wú)鉆桿注入有效Q2-106.14550-490235218鉆桿注入有效凍膠閥+泥漿馬207４300-400200無(wú)鉆桿注入有效兩次牛東89-9126500-800300無(wú)鉆桿注入有效DXHW14114.32700-300030024.7鉆桿注入有效柯21-211.432700-3000300無(wú)鉆桿注入有效鴨940、牛東8-12等井屬低壓油氣藏，施工方式設(shè)計(jì)為單一低摩阻凍膠閥施工；Q2-10井地層壓力較高,采用凍膠閥+泥漿的方式，而柯21-2采用高摩阻凍膠閥施工。4、應(yīng)用實(shí)例介紹27凍膠閥完井應(yīng)用實(shí)例－牛東89-912基本情況：設(shè)計(jì)井深1710m，油層頂部：1476m，油層底部：1668m；完鉆后采用凍膠閥完井。技套管腳：1477.81m懸掛器：1447.25m特殊篩管：1453.51篩管特殊引鞋：1706.94m井底：1710m28800m500m凍膠閥設(shè)計(jì)要點(diǎn)：凍膠閥長(zhǎng)度：300m凍膠閥底部位置：井深800m處凍膠閥體積：6m3頂替量：3.2m3返排方式：氮?dú)庹h(huán)返排凍膠閥完井應(yīng)用實(shí)例－牛東89-91229欠平衡鉆進(jìn)：日進(jìn)尺（m）103.5機(jī)械鉆速（m/h）9.41m/h注氣量（m3/min）40泵壓（MPa）13泥漿密度（g/m3）0.94泥漿排量（m3/min）0.72欠平衡鉆進(jìn)參數(shù)表凍膠閥完井應(yīng)用實(shí)例－牛東89-91230通井至1700m，氮?dú)馀帕?0m3/min，泥漿排量0.72m3/min，循環(huán)2小時(shí)。上提管腳至800m。壓力計(jì)接觸液面，約850m鉆頭至井底，靜置45分鐘注氮?dú)庋h(huán)停止氮?dú)庋h(huán)氣液分離起鉆起鉆至800m該井地層壓力為11MPa,壓力系數(shù)為0.65，靜液面深度約920m。通井循環(huán)：凍膠閥完井應(yīng)用實(shí)例－牛東89-91231水泥車(chē)兩臺(tái)、配套管線、管線攪拌器、特殊工具。施工作業(yè)：凍膠閥完井應(yīng)用實(shí)例－牛東89-91232注入排量(600L/min)/(120L/min)，注入壓力0.3-0.8MPa。施工作業(yè)：注基液施工曲線注交聯(lián)劑施工曲線注頂替液施工曲線凍膠閥完井應(yīng)用實(shí)例－牛東89-91233下篩管過(guò)程中嚴(yán)格控制下鉆速度，下完篩管后投球、打壓、坐封，起鉆下入油管，整個(gè)下篩管、油管作業(yè)中沒(méi)有發(fā)生油氣外溢現(xiàn)象。下篩管、油管：懸重變化曲線壓力計(jì)讀數(shù)變化曲線壓力計(jì)觸液面引鞋觸凍膠閥投球打壓坐掛倒扣起鉆壓力計(jì)離開(kāi)液面凍膠閥完井應(yīng)用實(shí)例－牛東89-91234利用制氮車(chē)環(huán)空注氣，反循環(huán)氣舉返排。氣舉返排：時(shí)間排量（m3/min）壓力（Mpa）現(xiàn)象8：00-8:30206無(wú)9：072014.5舉出清水（頂替液）9：322013凍膠殘液和泥漿混合液（黃褐色）9：452010黑色泥漿10：05208黑色泥漿伴有少量的氣體10：10206大量氣體伴有少量泥漿10：20204全部氣體10：30200停泵返排過(guò)程記錄表凍膠閥完井應(yīng)用實(shí)例－牛東89-91235氣舉返排：凍膠閥完井應(yīng)用實(shí)例－牛東89-91236凍膠閥完井應(yīng)用實(shí)例－馬207完鉆井深795m，地層壓力5.6MPa，壓力系數(shù)0.7，兩次凍膠閥作業(yè)。第一次保證下篩管施工安全、保護(hù)油氣層，打凍膠100m。第二次是