新型随钻封堵固壁剂的研究.doc

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新型随钻封堵固壁剂的研究
李辉 肖红章 张睿达 何刚 何涛

摘要：井漏是钻井过程中经常遇见的问题。井漏不仅会耗费钻井时间、损失钻井液，而且可能引起卡钻、井喷、井塌等一系列复杂情况，甚至导致井眼报废，造成重大经济损失。
井漏是主客观因素共同作用的结果。地层孔隙、裂缝的存在是井漏产生的客观条件；而对一些深井、复杂井段，过高的钻井液密度会诱发和加剧井漏的发生。
如西部地区深井钻探过程中，井漏频发，即为主客观条件共同作用的结果。
仅从塔里木盆地库车坳陷山前构造带钻探统计，从1997年至2003年为止，该地区使用高密度钻井液施工完井的19口井中，共发生井漏208次。漏失高密度钻井液10871.4m3。处理井漏损失时间达7387.4小时（合307.7天），损失钻井液及漏失材料费用，合计27379363.24元。
从漏失情况看，以粉砂岩、细砂岩、砾砂岩、含膏灰岩的渗透性漏失为主；而砂岩、膏泥岩、泥灰岩、白云质膏岩的诱导漏失，有漏速大，难以控制的特点。
针对井漏问题，尽管现场已采用多种堵漏处理措施，如降排量、降密度、静止堵漏、随钻堵漏、桥接堵漏、注水泥堵漏等多种方法。但漏失现象还是屡见不鲜。
笔者认为虽然对付井漏的最好办法是有效地封堵作业，但应加强防漏减漏措施的应用和研究。在易漏井段、压力卡层不准的井段、窄安全窗口井段，通过加入随钻堵漏剂，及时把泥浆转化为防漏泥浆，提高泥浆的封堵性能。以减小井漏发生的概率和强度。
室内研发的随钻封堵固壁剂，可在保证正常钻进的前提下，较好地解决地层的微渗漏，同时对中漏和大漏起到减缓作用，此处理剂可较好填充、封固胶结性差的地层，提高地层承压能力，减弱诱发漏失的强度和频率。
新型随钻封堵护壁剂研发思路及特点
常规的随钻堵漏剂，是以物理封堵填塞孔喉裂缝为主要工作原理。堵漏材料物理堆积形成的封堵层，缺乏足够的“凝聚力”,在井内抽汲压力的影响下，始终处于交变受力状态，极易遭到破坏。而钻遇胶结性差的地层时，井内压力干扰会造成裂缝层理的进一步扩张，使已形成的架桥发生运移，失去其封堵稳定性，因此，常规的随钻堵漏剂封堵效果较差，不易形成稳定长效的封堵层。而且这些常规的物理封堵材料对流变性和钻井液摩擦阻力都有一定的影响，特别对深井，这种影响更为显著
针对该类堵漏剂的缺点，开发了集物理—化学封堵作用与一身的新型随钻封堵固壁剂。该剂可提高物理封堵材料的“内聚力” 、提高易破碎地层的胶结能力及抗压性（提高井眼破裂压力和裂缝扩张阻力），降低诱发裂缝的尺寸同时可在井壁内外良好的“屏壁层”（包括泥饼屏蔽及堵漏材料屏蔽），有效阻隔压力传递，提高地层的破裂压力，扩大安全密度窗口且处理剂对钻井液流变性影响小、有一定的辅助降低摩阻的功能、过筛性能好、保证了堵漏的有效性和长效性。
2.2 随钻封堵护壁剂的研制
根据上述思路，研制开发了新型随钻封堵护壁剂。该处理剂主要以改性纤维作为骨架材料，天然有机高分子作为填充材料，以弱交联聚合物为变形填充材料，并辅助粘接固壁材料。
2.3 随钻封堵护壁剂室内研究结果
2.3.1 实验评价仪器
本实验采用可视式砂床中压滤失仪,评价封堵护壁剂的堵漏效果。该滤失仪结构如图1
所示：
该装置用砂床替代滤纸，以更好地模拟井下情况。通过调整砂子的目数，可获得不同渗透率地层的堵漏情况。我们一般选用粒径为0.6mm—0.9mm砂粒， 实验压力为0.75MPa，测试时间30min。
1 可视式砂床中压滤失仪
2.3.2 室内研究结果
对已研制开发出的随钻封堵护壁剂yhs-1进行了室内评定，评
图4 可视式砂床中压滤失仪
表2 yhs-1堵漏效果评价
浆的类型
处理剂
AV（mPa.s）
PV（Pa）
砂床漏失量（mL）
侵入深度(cm)
4%基浆

1%FLC2000
6
6
0
14-16
150℃×16h热滚
5
5
2

1%yhs-1
3. 5
3
0
15-16
150℃×16h热滚
6
5
2

4%基浆+4%盐
1%FLC2000
10
5
85

1%yhs-1
8.5
5
50

4%基浆+30%盐
1%FLC2000
5
5
50

150℃×16h热滚
12
8
128

1%yhs-1
10
9
65

150℃×16h热滚
12
10
130

大港聚合物浆
1%FLC2000
15
13
0
15
1%yhs-1
12
11
0
13
从表2数据可以看出,我们研制开发随钻封堵护壁剂的性能与国外同类产品相近。
2.3.3同类产品的现场应用情况
胜利油田首次在商852、盐100区块使用了国外进口的FLC2000进行现场实验，取得了理想效果。
商852井是位于济阳坳陷惠民凹陷基山砂岩体商56块构造腰部的一口低渗透储层预探井。沙河街组地层的疏松砂岩层、火成岩、砾砂层易漏。本井选用添加FLC2000处理剂的钻井液提高体系的防塌、防漏性能。该体系抑制能力强，防塌效果明显，性能稳定，易于维护。全井无任何复杂事故。电测结果显示，该井井壁稳定，井径规则，井径扩大率低于10%（见图5、图6）。且使用FLC2000后防漏效果好。而邻井商850、商851均发生不同程度的井漏。

图5 商851井井径图 图6 商852井井径图
3 化学膨体堵漏剂的研究与应用
化学膨体堵漏剂是是一种由交联聚合物和纤维状堵漏材料组成的散装混合材料，用于可溶洞、裂缝、孔隙地层的堵漏。它在一定时间和温度下形成稳固的、有韧性和柔软性的桥塞，能有效地防止钻井液漏失到地层。它可以和淡水、盐水、甚至饱和盐水混合，用于任何对挤桥塞有效果的地层。由于膨体的可变形性，这种交联桥塞能更深入地进入渗透性地层或裂缝，形成 稳定的封堵层。
该堵漏剂将物理-化学堵漏方法有机结合,即克服了物理堵漏对颗粒级配要求严格的缺点,也克服了化学堵漏风险大、反应激烈等不足。具有施工工艺简单快捷等优点。
3.1 试验仪器
试验采用青岛产QD型堵漏材料试验仪作为实验仪器。该仪器通过使用一系列缝隙板及不同尺寸的床层，评价堵漏材料的效率，仪器结构如图7所示。

图7 堵漏材料试验仪

3.2 试验方法
按QD型堵漏仪的操作原理，可进行模拟床层(模拟床层颗粒为Φ14.3mm和Φ4. 39mm的不锈钢珠两种)、模拟地层缝隙(模拟地层缝隙的是一套1-6号的不锈钢缝隙板)的实验。
按要求把配制好的堵漏浆液倒入堵漏罐内，记录在未加压时排出的浆液体积VO (mL),停止排液后按规定开启压力源，以每秒0. 014MPa的速度加压至0. 69MPa，记录排出的浆液体积V0.69(mL)，同时观察可能发生封堵的最小压力。然后以每秒0.069MPa的速度增加压力至3.5MPa或者到封堵层被破坏，仪器中的钻井液流空为止，记录流出的钻井液体积V3.5(mL)和达到的最大压力P破裂(MPa)，如果封堵成功，维持该压力10分钟，记录最终的钻井液体积V终(mL)。
3.3 室内研究结果
我们选用适宜的桥塞材料为骨架，以聚合物膨体为填充,在骨架四周形成立体网络结构，对桥塞材料进行固定和充填，再辅以纤维材料作为拉筋材料,即可形成牢固的封堵层。
其封堵效果见表4
从表4可以看出，化学膨体的加入，显著改善了仅依靠物理材料封堵的堵漏的效果，且化学膨体的抗温抗盐性能较好，经过高温热滚后，其封堵强度基本不受影响。
表4 化学膨体堵漏剂的效果评价
裂缝宽度
堵漏剂加量
AV
（mPa.s）
PV
（Pa）
VO
(mL)
V0.69
(mL)
V3.5
(mL)
V终
(mL)
2mm
加重饱和盐水浆
55
40

加重饱和盐水浆+3%复合纤维
59
48
20
50
全漏

加重饱和盐水浆+3%复合纤维+1%化学膨体
60
48
0
10
80
100
加重饱和盐水浆+3%复合纤维+1%化学膨体（150℃×16h热滚）
60
48
0
10
100
100
5mm
加重饱和盐水浆+1%复合纤维+5-8目2%果壳
60
48
10
40
80
100
加重饱和盐水浆+
1%复合纤维+5-8目2%果壳（150℃×16h热滚）
61
50
10
50
100

100
8mm

加重饱和盐水浆+1%复合纤维+5-8目2%果壳+1%粗果壳
59
48
20
50
140
140
加重饱和盐水浆+1%复合纤维+5-8目2%果壳+1%粗果壳（150℃×16h热滚）
58
46
0
70
180
200
3.4 化学膨体堵漏剂的配置及现场施工技术要点
现场准备一个上水罐，罐中储备适量井浆，依据漏速，在罐中加入配合好的化学膨体堵漏剂，搅拌均匀后立即泵送到漏层，关井挤堵。
其堵漏施工要点
1、根据漏失严重度，按基础配方要求配制堵漏浆液，浆液配制量一般为30m3左右；
2、下光钻杆至漏层顶部，注入堵漏浆液并顶替钻井液至钻具内外平衡；
3、起钻至堵漏浆液面上或起至套管鞋内，视井漏情况和漏层性质，采用小排量间歇关挤或循环加压，把堵漏浆液推入漏层2/3以上；
4、关井侯效30min以上，下钻通井，循环不漏则恢复正常钻进。
4 结论
1、针对库车地区的漏失问题，提出防漏措施为先导，配合高效堵漏作业，是解决井漏问题的有效手段。
2、研制开发了集防漏堵漏功能于一身的随钻封堵护壁剂，该剂性能与国外同类产品相近。
3、开发了新型化学膨体堵漏剂，该剂将物理—化学堵漏方法有机结合，具有加量小、封堵效率高、施工方便等优点。

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