田　軍， 劉文堂， 李旭東， 劉云飛， 郭建華

(中石化中原石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院，河南濮陽(yáng) 457001)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界井漏發(fā)生率為20%～25%，其中絕大部分的漏失都與裂縫相關(guān)[1-3]，且發(fā)生裂縫性漏失時(shí)一般都經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重[4-5]?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)生裂縫性漏失時(shí)，多采用核桃殼等顆粒進(jìn)行架橋，再加入填充材料、復(fù)合纖維材料進(jìn)行橋塞堵漏，該堵漏工藝簡(jiǎn)單，但由于堵漏材料的粒徑難以與漏層的裂縫尺寸較好地匹配，常造成封堵假象，隨著鉆井液循環(huán)或下鉆時(shí)產(chǎn)生激動(dòng)壓力，重復(fù)漏失嚴(yán)重。對(duì)于嚴(yán)重的裂縫性漏失，也會(huì)采用水泥漿進(jìn)行堵漏，但該堵漏方法存在水泥漿密度高、駐留性差的問(wèn)題，且采用水泥漿堵漏安全風(fēng)險(xiǎn)較高[6]。針對(duì)裂縫性漏失，國(guó)外研發(fā)了狄塞爾堵漏材料[7-9]，該材料由碎紙屑、石灰和硅藻土按一定比例復(fù)配而成，在清水中加入該材料，連續(xù)攪拌混合后形成一種具有流動(dòng)性、懸浮性、聚結(jié)性、可泵性及高濾失量的懸浮堵漏漿液，經(jīng)鉆井泵泵送至漏層，在壓差作用下進(jìn)入漏層后快速失去水分，體積縮小、密度增大，形成機(jī)械強(qiáng)度很高的封堵層，將漏失通道堵住，達(dá)到堵漏的目的。狄塞爾堵漏材料使用方便、見(jiàn)效快、成功率高，但在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)，對(duì)于誘導(dǎo)性裂縫漏失，該材料形成封堵層的膠結(jié)質(zhì)量不好，加之碎紙屑長(zhǎng)期處于高溫下會(huì)發(fā)生降解等原因，在鉆井過(guò)程中封堵層易失效發(fā)生重復(fù)漏失。筆者針對(duì)這一問(wèn)題，研制了一種在漏層壓差下快速濾失后能富集成網(wǎng)、膠凝固化的快速濾失固結(jié)堵漏材料ZYSD，并針對(duì)不同漏失工況形成了配套堵漏工藝。截至目前，該堵漏材料在鄂北、延長(zhǎng)、冀東和涪陵等油氣田應(yīng)用了32井次，一次堵漏成功率達(dá)87.5%。

1　快速濾失固結(jié)堵漏材料ZYSD

1.1　研制思路

由裂縫性漏失地層的特性可知：橋塞堵漏材料的粒徑很難與裂縫尺寸匹配，常在漏失層的井壁上形成“封門(mén)”的封堵假象，堵漏成功率低[12-13]；即使橋塞堵漏材料進(jìn)入漏失層也無(wú)法改善地層骨架應(yīng)力結(jié)構(gòu)，仍會(huì)誘導(dǎo)裂縫開(kāi)啟閉合發(fā)生重復(fù)漏失；堵漏過(guò)程中，由于施工壓力變化裂縫反復(fù)張開(kāi)閉合，堵漏難度增大；裂縫性漏失層堵漏后如發(fā)生重復(fù)漏失，裂縫的寬度一般會(huì)變寬，導(dǎo)致處理難度更大。

針對(duì)裂縫性漏層特征及封堵的技術(shù)難點(diǎn)，根據(jù)“快速濾失駐留+纖維成網(wǎng)封堵+膠凝固化”的堵漏思路確定了ZYSD堵漏材料的研制思路：

1) 深度封堵。采用微米級(jí)固相顆粒配制的堵漏漿流動(dòng)性強(qiáng)，容易進(jìn)入各種尺寸的裂縫，實(shí)現(xiàn)深度封堵，有利于提高封堵層的抗破裂能力和延長(zhǎng)封堵層的有效期。

2) 快速濾失。堵漏漿進(jìn)入裂縫通道后，堵漏漿在漏失壓差作用下迅速濾失，漿液中的固相物質(zhì)快速沉淀、富集形成濾餅，繼而壓實(shí)，在漏失通道中形成致密的封堵層，達(dá)到阻止漏失的目的。

3) 架橋填充。堵漏材料中含有粒徑級(jí)配的架橋、填充粒子和能夠快速成網(wǎng)的纖維成網(wǎng)材料，在壓差作用下濾失形成具有較強(qiáng)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的封堵層，保證堵漏材料的駐留能力和封堵層的封堵強(qiáng)度。

4) 膠凝固化。經(jīng)過(guò)快速濾失形成的封堵層，固相含量高，加入膠凝材料可以在地層溫度下發(fā)生膠凝固化反應(yīng)，形成高強(qiáng)度的封堵層，且可以與地層膠結(jié)，保證封堵層固化體的封堵強(qiáng)度以及封堵層與地層的膠結(jié)強(qiáng)度，降低復(fù)漏風(fēng)險(xiǎn)。

1.2　材料組成

根據(jù)研制封堵裂縫性漏失材料的思路，確定快速濾失固結(jié)堵漏材料ZYSD主要由濾失材料、纖維成網(wǎng)材料、膠凝材料等復(fù)配而成。濾失材料是具有多孔結(jié)構(gòu)和可壓縮性的微米級(jí)顆粒材料，主要起調(diào)節(jié)濾失速度和堵塞裂縫的作用。纖維成網(wǎng)材料是由長(zhǎng)度為0.1～0.5，0.5～1.0和1.0～3.0 mm的聚合物纖維按照3∶5∶2的質(zhì)量比復(fù)配而成，均勻分散于封堵層中起成網(wǎng)拉筋作用，提高堵漏材料的駐留能力。膠凝材料是提高封堵層強(qiáng)度的關(guān)鍵成分，ZYSD堵漏漿在壓差作用下濾失后，封堵層中的膠凝材料在地層溫度下快速膠凝固化，提高封堵層的強(qiáng)度。膠凝材料加量低膠凝效果不佳，而加量過(guò)高則會(huì)影響堵漏施工的安全性。

國(guó)家藥品抽檢和省監(jiān)督抽檢涉及的品種繁雜、藥品生產(chǎn)企業(yè)多，建議承檢機(jī)構(gòu)將發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一（同品種不同標(biāo)準(zhǔn)）、中成藥增加規(guī)格但質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（藥品批件）不規(guī)范等問(wèn)題，及時(shí)向監(jiān)管部門(mén)反饋，以便開(kāi)展質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（藥品批件）的清理和規(guī)范工作，從加強(qiáng)藥品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)管理的角度，為我國(guó)藥品監(jiān)管和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供技術(shù)支撐。

根據(jù)對(duì)堵漏漿濾失速度、裂縫漏層中駐留能力和封堵層的固化強(qiáng)度的要求，通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化了快速濾失固結(jié)堵漏材料ZYSD中濾失材料、纖維成網(wǎng)材料和膠凝材料的質(zhì)量比，最佳質(zhì)量比為30%～45%∶30%～45%∶20%～25%。同時(shí)，根據(jù)漏失情況，還可以添加核桃殼、貝殼等橋塞材料，以提高堵漏漿在大裂縫中的駐留能力和封堵層的強(qiáng)度，一般加量不超過(guò)15%。

2　性能評(píng)價(jià)

2.1　懸浮穩(wěn)定性

如果堵漏漿的懸浮穩(wěn)定性差，不但配制難度大，而且易在鉆具內(nèi)沉淀，增大堵漏施工的風(fēng)險(xiǎn)，因此，堵漏材料配制成堵漏漿后，必須在一定時(shí)間內(nèi)不發(fā)生沉淀才能滿(mǎn)足泵送要求。用ZYSD快速濾失固結(jié)堵漏材料配制成堵漏漿，將一定體積的堵漏漿移到量筒中，讀取不同靜置時(shí)間下析出清水的體積，計(jì)算析出清水與堵漏漿的體積比，即析水率,結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1　不同ZYSD加量堵漏漿的析水率Fig.1　Syneresis rates of plugging slurry under various dosages of ZYSD

由圖1可看出：ZYSD加量越大，析水率越低；隨著靜置時(shí)間增長(zhǎng)，析水率升高；但不同ZYSD加量堵漏漿1 min析水率均小于5%，滿(mǎn)足1 min析水率小于20%[14]的要求， 且60 min析水率也均小于20%，表明ZYSD堵漏漿具有良好的懸浮穩(wěn)定性，滿(mǎn)足堵漏施工的要求。

2.2　濾失性能

堵漏漿的濾失性能是堵漏成功與否的關(guān)鍵。堵漏漿的濾失性能主要包括全濾失時(shí)間、濾失量和濾餅強(qiáng)度，尤其是全濾失時(shí)間是反映堵漏漿在壓差作用下形成濾餅駐留封堵速度的性能指標(biāo)。采用API濾失測(cè)試方法[15-18]測(cè)定不同ZYSD加量堵漏漿在0.69 MPa壓力下的全濾失時(shí)間和濾失量，結(jié)果如圖2所示。

圖2　不同ZYSD加量堵漏漿的全濾失時(shí)間和濾失量Fig.2　Total filtration time and filtration loss of plugging slurry under various dosages of ZYSD

由圖2可以看出：不同ZYSD加量堵漏漿的全濾失時(shí)間為10～15 s、濾失量為102～152 mL；隨著ZYSD加量增大，全濾失時(shí)間縮短、濾失量降低。全濾失時(shí)間縮短，表明堵漏漿在漏失壓力作用下濾失形成封堵層的速度快。濾失量降低是由于堵漏漿中固相含量增加，而在濾失速度變化不大的情況下，固相含量越高，封堵層中堵漏材料富集程度越高，封堵層越厚，越利于堵漏成功。

將不同ZYSD加量堵漏漿形成的濾餅自然風(fēng)干后，采用凝膠強(qiáng)度測(cè)試儀測(cè)其受壓破碎時(shí)的最高壓力，即濾餅抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知，隨著ZYSD加量增大，濾餅厚度和濾餅抗壓強(qiáng)度逐漸升高。這是因?yàn)殡S著ZYSD加量增大，堵漏漿中的固相含量升高，全濾失后的濾餅厚度增加，其抗壓強(qiáng)度升高。濾餅厚度表征的是堵漏漿在漏失通道中形成封堵層的厚度，為此，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)根據(jù)不同井的漏失情況(漏失速度和裂縫寬度)，設(shè)計(jì)堵漏漿中ZYSD和橋堵材料的加量。

圖3　ZYSD堵漏漿濾餅的厚度及抗壓強(qiáng)度Fig.3　Filter cake thickness and compressive strength of ZYSD plugging slurry

圖4和圖5分別是測(cè)試濾餅抗壓強(qiáng)度后的外觀和內(nèi)部微觀狀態(tài)。由圖4可以看出，ZYSD堵漏漿的濾餅具有較好的韌性，受壓破裂但不破碎，主要原因是堵漏漿中的纖維材料富集成網(wǎng)(見(jiàn)圖5)，在固化體內(nèi)部形成了空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高了濾餅的強(qiáng)度和韌性，這種作用不僅能促使堵漏漿在裂縫中快速成網(wǎng)駐留，也有利于提高封堵層抗激動(dòng)壓力破壞的能力。

2.3　堵漏性能

ZYSD堵漏漿的堵漏性能主要是堵漏漿在裂縫中的駐流能力及形成封堵層的承壓能力。

2.3.1駐留能力

利用不同縫寬的縫板漏失模擬裝置評(píng)價(jià)了50%ZYSD堵漏漿在重力作用下的駐留能力，結(jié)果見(jiàn)表1。

圖4　ZYSD濾餅受壓破裂狀態(tài)Fig.4　Compressive rupture state of ZYSD filter cake

圖5　濾餅微觀狀態(tài)分析結(jié)果(放大3700倍)Fig.5　Microscopic analysis results of filter cake (Zoom 3700 times)

Table1Evaluationresultsofretentionperformanceof50%ZYSDpluggingslurry

堵漏漿配方裂縫寬度/mm評(píng)價(jià)結(jié)果110　快速駐留，不漏失30　快速駐留，漏失漿量比例為5%50　無(wú)法有效駐留，加入堵漏漿全部漏失100　　無(wú)法有效駐留，加入堵漏漿全部漏失250　有效駐留，漏失漿量比例為15%100　　無(wú)法有效駐留，加入堵漏漿全部漏失350　有效駐留，漏失漿量比例為10%100　　有效駐留，漏失漿量比例為18%

注：配方1為清水+50.0% ZYSD;配方2為配方1+3.5%細(xì)橋堵顆粒(粒徑1～3 mm);配方3為配方2+2.5%粗橋堵顆粒(粒徑3～5 mm)。

由表1可以看出：50%ZYSD堵漏漿可在1.0和3.0 mm寬的裂縫中快速駐留封堵；隨著裂縫寬度增大，ZYSD堵漏漿駐留難度逐漸增大，在5.0和10.0 mm寬的裂縫中無(wú)法駐留，但ZYSD堵漏漿加入與裂縫尺寸相匹配的架橋顆粒，亦可以有效駐留。分析可知，雖然ZYSD堵漏漿中沒(méi)有大顆粒架橋堵漏材料，但其中的固相粒子和纖維材料形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在尺寸較小的裂縫中自動(dòng)架橋，實(shí)現(xiàn)成網(wǎng)駐留的效果。當(dāng)裂縫尺寸增大，在ZYSD堵漏漿中加入與裂縫尺寸相匹配的架橋顆粒也可以實(shí)現(xiàn)有效駐留。

以上試驗(yàn)表明，加入一定粒徑的橋堵材料可提高ZYSD堵漏漿在漏層中的駐留能力，為ZYSD堵漏漿駐留成塞創(chuàng)造條件，擴(kuò)展ZYSD堵漏漿對(duì)不同尺寸裂縫的適應(yīng)性。因此，現(xiàn)場(chǎng)堵漏時(shí)，可以針對(duì)井漏嚴(yán)重程度及地層裂縫尺寸，加入一定量合適粒徑的橋堵材料，以提高ZYSD堵漏漿的駐留能力。但室內(nèi)試驗(yàn)表明，橋堵材料的加量過(guò)大會(huì)影響封堵層的致密性和膠結(jié)強(qiáng)度，因此，建議橋堵材料加量一般不超過(guò)10%。

2.3.2封堵承壓能力

利用縫寬5.0和10.0 mm縫板模擬漏層，測(cè)定按照表1中配方3配制ZYSD堵漏漿的封堵承壓能力，結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖6可以看出：ZYSD堵漏漿能在縫寬5.0和10.0 mm縫板中有效駐留，且隨著擠注量增加，擠注壓力逐漸升高，封堵層經(jīng)過(guò)“破裂—形成—再破裂—再形成”的過(guò)程，漏層承壓能力呈“波浪式”提高，當(dāng)擠注壓力超過(guò)封堵層承壓能力的時(shí)候擠注壓力迅速下降，封堵層破裂；ZYSD堵漏漿在縫寬5.0和10.0 mm縫板中形成封堵層的最高承壓能力分別為18.5和11.0 MPa。

圖6　ZYSD堵漏漿在不同縫寬縫板中的封堵試驗(yàn)結(jié)果Fig.6　Plugging test results of ZYSD plugging slurry in seam plates with different width

2.4　膠凝固化時(shí)間及抗擠壓破裂強(qiáng)度

采用針入度儀和伺服壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試了50%ZYSD堵漏漿濾餅在不同溫度下的膠凝固化時(shí)間及膠凝固化強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖7可以看出，隨著溫度升高，50%ZYSD堵漏漿濾餅的膠凝固化時(shí)間逐漸縮短，固化強(qiáng)度變化不大。這是因?yàn)槟z凝材料的膠凝固化速度主要受溫度的影響，溫度越高膠凝固化速度越快，但堵漏漿濾餅中的膠凝材料含量不變，所以濾餅?zāi)z凝固化強(qiáng)度變化不大。

圖7　50%ZYSD堵漏漿濾餅的膠凝固化時(shí)間及固化強(qiáng)度Fig.7　Gelation time and curing strength of filter cake of 50% ZYSD plugging slurry

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

截至目前，ZYSD堵漏材料已在鄂北、延長(zhǎng)、冀東、中原和涪陵等油氣田應(yīng)用了32井次，一次堵漏成功28井次，一次堵漏成功率高達(dá)87.5%，應(yīng)用ZYSD堵漏材料后，重復(fù)漏失比由43.8%降至10.5%。表2是部分應(yīng)用井的應(yīng)用情況。下面以JPH-337井為例介紹ZYSD堵漏材料的應(yīng)用情況。

JPH-337井是位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部的一口開(kāi)發(fā)水平井，設(shè)計(jì)井深4 468.71 m。該井所處杭錦旗區(qū)塊由于劉家溝組地層裂縫發(fā)育，地層壓力低，在鉆井過(guò)程中易發(fā)生漏失，漏點(diǎn)多且漏失嚴(yán)重，采用常規(guī)橋塞堵漏一次成功率不足30%，采用水泥漿堵漏一次成功率不足40%，重復(fù)漏失比達(dá)43.8%，中完固井時(shí)73%的井發(fā)生漏失。鄰井J58P13H井在鉆穿劉家溝組地層時(shí)反復(fù)發(fā)生漏失，損失鉆井液1 668 m3，導(dǎo)致鉆井周期延長(zhǎng)59 d。

表2　ZYSD堵漏材料在部分井的應(yīng)用情況Table 2　Application effect of lost circulation material ZYSD in some wells

JPH-337井采用密度1.16 kg/L鉆井液鉆進(jìn)φ222.3 mm井段，鉆至井深3 035.83 m時(shí)發(fā)生失返性漏失，先后采用橋塞堵漏2次、固化堵漏漿堵漏2次，但堵漏后再次發(fā)生漏失。判斷漏點(diǎn)在裂縫發(fā)育的劉家溝組地層中部(2 459.00～2 606.00 m井段)，決定采用ZYSD堵漏材料進(jìn)行堵漏。具體堵漏施工步驟為：

1) 配制堵漏漿。首先用清水清洗配漿罐和鉆井液循環(huán)系統(tǒng)，以防止鉆井液或聚合物膠液影響ZYSD堵漏漿的濾失性能；接著將清水加入到干凈的配漿罐中，在攪拌的同時(shí)加入ZYSD堵漏材料，通過(guò)補(bǔ)加水或堵漏材料的方式控制堵漏漿的全濾失時(shí)間。該井共配制ZYSD堵漏漿23.0 m3，并持續(xù)攪拌直至堵漏施工結(jié)束。

2) 下入堵漏管柱。為避免堵漏材料堵塞鉆頭水眼，下入光鉆桿進(jìn)行堵漏施工。由于漏失層壓力低，ZYSD堵漏漿出鉆桿后會(huì)流向漏失層，并在漏失層快速濾失駐留。由于該井所在區(qū)塊易在裂縫發(fā)育的劉家溝組地層發(fā)生漏失，為避免因劉家溝組地層上部也存在漏失層，該井將光鉆桿下至劉家溝組頂部以上井深2 442.00 m處。

3) 泵注堵漏漿、替漿。光鉆桿下至井深2 442.00 m，開(kāi)泵將20.5 m3堵漏漿泵入井內(nèi)，泵注期間環(huán)空返出鉆井液；泵注完堵漏漿，以16 L/s排量替漿，將堵漏漿替至漏層位置時(shí)，替漿結(jié)束。

圖8為替漿過(guò)程中套壓隨替漿量變化的曲線。由圖8可知，替漿量至1.8 m3時(shí)套壓升至1.8 MPa,繼續(xù)替漿，套壓先降低后升高，這是由于堵漏漿被擠入裂縫過(guò)程中快速發(fā)生濾失、駐留，形成封堵層，漏失壓力提高所致。替漿量至19.0 m3時(shí)套壓升至3.1 MPa，替漿量至24.5 m3套壓穩(wěn)定在3.1 MPa,結(jié)束替漿，憋壓30 min,堵漏施工結(jié)束。

該井堵漏施工結(jié)束后立即起更換鉆具組合，下鉆到底以正常鉆進(jìn)排量循環(huán)鉆井液，沒(méi)有發(fā)生漏失，于是采用密度1.20 kg/L鉆井液完成φ222.3 mm井段的剩余進(jìn)尺，直至中完作業(yè)結(jié)束未再發(fā)生漏失，說(shuō)明堵漏一次成功。

圖8　施工套壓隨替漿量變化的曲線Fig.8　Variation curve of casing pressure vs.slurry displacement volume

4　結(jié)　論

1) 漏失通道復(fù)雜且受壓力誘導(dǎo)開(kāi)啟、閉合是裂縫漏層的特征。裂縫一旦形成會(huì)隨壓力開(kāi)啟，堵漏難度大。裂縫性漏失堵漏需要兼顧深度封堵、快速駐留和膠結(jié)固化能力，以實(shí)現(xiàn)裂縫漏層的快速、高強(qiáng)度和長(zhǎng)效封堵。

2) 根據(jù)裂縫漏層特征及堵漏的技術(shù)難點(diǎn)，研制了具有快速濾失、富集成網(wǎng)、膠凝固化性能的ZYSD堵漏材料，其全濾失時(shí)間為10～15 s，在縫寬5.0～10.0 mm裂縫中形成封堵層的承壓能力達(dá)18.5 MPa。

3) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，ZYSD材料對(duì)裂縫性漏失適應(yīng)性強(qiáng)，且具有施工簡(jiǎn)便、堵漏速度快和封堵強(qiáng)度高等優(yōu)勢(shì)，值得推廣應(yīng)用。

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