沥青固化技术在伊朗雅达油田 F17井中的应用

2024-07-29 作者:

沥青固化技术在伊朗雅达油田 F17井中的应用

褚奇;宋兆辉;李涛;李舟军;薛玉志;孔勇

【摘 要】伊朗雅达油田是中国石化海外最大的油田项目，钻遇地层条件复杂。其中， Kazhdumi地层的沥青质稠油导致的钻井液污染问题已严重影响到钻井施工的顺利进行。为解决沥青质稠油对钻井液流变性产生的负面影响，采用沥青固化技术，即利用固化剂提高沥青质稠油的软化点、沥青质质量分数、黏度和降低针入度，增大了沥青质稠油进入井筒的渗流阻力，最终切断了污染源。在室内试验的基础上，优选出适用于Kazhdumi地层的固化剂Y‐5。F17井的现场应用结果表明，加入固化剂Y‐5的钻井液污染量明显降低，固化的沥青可由振动筛筛分分离，保证了钻井安全与快速钻进。

【期刊名称】《石油天然气学报》

【年(卷),期】2014(000)011

【总页数】3页(P143-145)

【关键词】沥青质稠油;钻井液;沥青固化;雅达油田

【作 者】褚奇;宋兆辉;李涛;李舟军;薛玉志;孔勇

【作者单位】中石化石油工程技术研究院，北京100101;中石化石油工程技术研究院，北京100101;中石化石油工程技术研究院，北京100101;中石化石油工程技术研究院，北京100101;中石化石油工程技术研究院，北京100101;中石化石油工程技术研究院，北京100101

【正文语种】中 文

【中图分类】TE254

F17井位于伊朗西南部胡泽斯坦省的雅达油田，是2012年施工的一口开发生产井，完钻井深为4284.5m，主要目的层为Fahliyan。其中，三开井段的Kazhdumi地层富含沥青质稠油，其稠油沥青胶质和沥青质量分数较高，造成钻井液的流变性变差、黏糊振动筛、黏附钻具等复杂事故[1，2]。

稠油沥青严重危害钻井安全，在墨西哥湾的海上油田，已造成多井被迫侧钻和井眼报废[3～5]。根据国内外应对沥青质稠油污染钻井液的处理技术报道可知，现多采用混柴油、提密度、置换钻井液、排放受污染严重的混浆等措施[6～10]。然而，这些方法在耗费大量工期和人力物力的同时，效果却不能令人满意，尤其是针对流动性较好的沥青质稠油对钻井液的污染问题，至今没有有效的解决方法。笔者采用沥青质稠油固化技术，即通过增加沥青质稠油中沥青质质量分数，提高稠油软化点的技术手段，使稠油中的沥青固化并从钻井液中筛分出来，顺利钻穿F17井富含沥青质稠油的Kazhdumi地层，为后续的固井工作的顺利进行奠定基础。

1 地质概况

根据雅达油田Kazhdumi地层已钻井录井等资料分析，该地层属于灰岩地层、裂缝和溶洞型储集体，稠油流动的主要通道是裂缝和溶洞。根据F17井实钻录井地质资料分析，Kazhdumi地层岩性为泥质灰岩，岩性描述为泥粒灰岩，深灰色，少量黄灰色，泥质胶结，隐晶结构，部分微晶结构，硬度低，少量岩屑比较致密，块状，部分次块状，泥质质量分数3.0%～10.0%，沥青质量分数1.0%～3.0%，孔隙度中等，油气显示弱。沥青质稠油主要位于3370～3424m之间的地层中。

2 钻井液技术难点

1）根据目前雅达油田已完成的钻井施工，沥青质稠油的分布没有明显的规律，各个井钻遇Kazhdumi地层出现的沥青质稠油的性质差别较大，这直接影响到处理

措施的选择。

2）根据雅达油田地层录井等资料分析，Kazhdumi地层属于灰岩地层，井壁上存在高导流的裂缝，从而表明该地层的渗透性较好，这必然会增加沥青质稠油侵入钻井液的速度和总量，增大了事故处理难度。

3）Kazhdumi地层中的沥青质稠油一般具有软化点低和流动性好的特点，井壁地层存在着连通性极好的裂缝和孔洞，容易发生因钻井液和稠油的密度差及黏度差存在而引发的置换型漏失，会将相对密度轻的稠油从地层中置换到井筒，引起压井和堵漏的恶性循环，最终致使全井筒全是稠油，事故处理难度急剧增大。

3 沥青固化技术思路与固化剂的优选

3.1 沥青固化技术思路

钻井资料表明，Kazhdumi地层中的沥青差异性较大，主要分为干沥青和稠油沥青。干沥青的软化点较高，流动性较差，可通过振动筛筛除，基本不会对钻井液造成污染。稠油沥青中胶质和沥青质质量分数较高，软化点低，流动性较好，在溢流压井时密度安全窗口窄，从而容易造成因重力置换而产生置换性漏失，严重危害钻井安全[8]。

沥青固化技术是将稠油沥青转化为干沥青的技术，即通过注入沥青固化剂，增加沥青质稠油中沥青质质量分数，提高软化点。一方面，增稠的沥青质稠油进入井筒的渗流阻力增大，配合以合理的压井和封堵技术措施，为封堵材料堵塞地层中沥青质稠油流动孔道创造条件，切断沥青质稠油进入到井筒的通路；另一方面，沥青质稠油进入钻井液后，沥青质稠油被固化，会变硬变脆，逐渐向干沥青转变，用振动筛即可筛除，保证了循环中的钻井液免受污染。

3.2 固化剂的优选

为优选出适用于雅达油田Kazhdumi地层沥青质稠油的固化剂，将常用的固化剂应用到邻井F13井采集的沥青质稠油样品中，其试验结果如表1所示。通过向沥

青质稠油中添加不同种类的固化剂，均具有提高沥青质稠油软化点、降低针入度

（25℃）、提高沥青质质量分数和增加黏度 （80℃）的作用，但作用效果明显不同。相对而言，2种精细化固化产品Y－5和Y－8固化效果明显，对于Kazhdumi地层沥青质稠油的固化具有较强的适用性。在考虑到二者性能和价格差异的基础上，优选Y－5作为固化剂进行现场应用。

表1 固化剂筛选试验注：固化剂质量分数为10.0%。固化剂 软化点/℃针入度（25℃）/0.1mm沥青质质量分数/%黏度（80℃）/（mPa·s）52 189 10.3

1670 Na2O2 59 72 17.2 4720 NH4NO3 68 55 17.5 5500 NaClO 61 70 16.5

3800 NaClO3 60 70 16.8 3650 K2Cr2O7 53 115 14.6 2240过氧化苯甲酰 54

96 14.3 2250 Y－5 96 39 25.4 10340空白Y－8 84 39 23.9 9600

4 现场应用

4.1 现场施工概况

F17井钻至井深3340m时，首次发现大量条带状沥青污染钻井液，挤入中细颗粒随钻封堵材料后条带状沥青减少，沥青表面吸附物为随钻堵漏材料，说明加入堵漏材料在一定程度上控制了沥青污染。

当钻至3370m （Kazhdumi地层上部）时，振动筛上出现大量沥青，并有明显的糊筛现象，将钻井液密度提高至1.37g/cm3，漏斗黏度稳定在46.0s，随钻封堵材料质量分数提高到8.0%～10.0%，糊筛现象减弱，吸附随钻堵漏材料的沥青可由振动筛筛除。

钻进Kazhdumi地层后的首根立柱，停泵后发现大量条带状沥青返出，并夹杂有吸附的随钻堵漏材料和重晶石，糊筛严重，钻井液密度降至1.32g/cm3，5min后升至1.34g/cm3并保持不变。将钻井液密度提高至1.39g/cm3，条带状沥青逐渐减少，说明提高钻井液密度在一定程度上抑制了沥青的侵入，但糊筛现象仍然严重，决定采用沥青固化技术解决沥青污染问题。

4.2 沥青固化技术现场施工步骤

1）在隔离罐中配制15.0m3封堵浆，其配方为：基浆＋3.0%CaCO3＋2.0%SF＋8.0%SFT＋5.0%K－Seal＋3.0%O－Shell＋5.0M－Seal＋5.0%W－Nut （配方中百分数为质量分数）。

2）放掉被稠油沥青污染的混浆带15.0m3，2个循环周内将钻井液的密度提高至1.42g/cm3，在均匀搅拌封堵浆的条件下，采用边泵入封堵浆，边缓慢加入沥青固化剂的方式，泵入6.0m3封堵浆至钻具内，其中，沥青固化剂Y－5的质量分数为10.0%。

3）根据钻具内封堵浆液面略高于环空内封堵浆的原则，将封堵浆顶替到井底沥青层起钻，排放混浆带9.2m3，更换优快钻具组合，快速钻至三开完钻井深。

4）钻进至3428m后，起钻至套管鞋处 （2609m），大排量洗井，利用循环压耗将剩余的封堵浆挤入地层，并冲洗钻具，共排放混浆带9.2m3。

5）循环4.0h后起钻，更换优快钻具组合快速钻至3635m后进行短起下作业，排放污染浆11.0m3，后续钻进作业正常。

4.3 现场应用效果

根据沥青固化现场施工可以发现，沥青固化试验前排放的沥青污染浆为15.0m3，沥青固化现场施工后排放的沥青污染浆为9.2m3。另外，在进行沥青固化施工前，沥青基本上均匀分散在混浆带中，黏切力较高，并伴有带状沥青和严重的糊筛现象

（图1），而在沥青固化施工后，带状沥青消失，块状沥青分散在钻井液中，并可由振动筛将其连同岩屑一同筛离 （图2）。

图1 沥青固化施工前振动筛上返出的沥青质稠油污染浆

图2 沥青固化施工后振动筛筛分的岩屑和块状沥青

5 结论

1）F17井沥青固化实践证明，沥青固化技术和压井堵漏技术联用，可以增加沥青

质稠油中沥青的质量分数，提高软化点，封堵稠油地层的导流裂缝，切断污染源，为雅达油田防止沥青质稠油污染提供了宝贵经验。

2）经沥青固化技术处理后，侵入钻井液中的稠油沥青转化为干沥青的现象明显，并可由振动筛筛分去除，实现了被污染钻井液的性能恢复。

3）沥青固化技术实施后的钻井液中仍偶有少量的流动性较好的沥青质稠油出现，因此需要进一步改进固化剂配方，制定并优化沥青质稠油污染防治施工方案，降低后续钻井液性能维护频率。

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