蘇俊霖， 王雷雯， 劉禧元， 熊開俊

(1西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2中國(guó)石油吐哈油田分公司工程技術(shù)研究院)

近年來(lái)，因地層疏松、裂縫發(fā)育，多個(gè)油田或區(qū)塊在表層頻發(fā)漏失，這類漏失具有漏點(diǎn)多、位置不定、漏失量大、漏點(diǎn)隨鉆頭不斷下移而不斷出現(xiàn)的特點(diǎn)[1-2]。因橋接堵漏材料無(wú)法在漏失通道中堆積、架橋形成有效封堵，現(xiàn)有材料與方法難以對(duì)這類漏失進(jìn)行隨鉆堵漏，只能實(shí)施注水泥或其他堵漏材料+注水泥的停鉆堵漏，并且還會(huì)因新漏層出現(xiàn)漏了就堵、堵了再漏，反復(fù)折騰的局面，給現(xiàn)場(chǎng)堵漏帶來(lái)極大的困難，損失大量的時(shí)間與費(fèi)用。

有充分清水保障下的清水強(qiáng)鉆可節(jié)約時(shí)間并有進(jìn)尺，但部分井出現(xiàn)漏水不漏砂，井筒沉砂嚴(yán)重容易導(dǎo)致卡鉆[3]；氣體鉆井則會(huì)遇到表層出水、鉆后后繼作業(yè)地層失穩(wěn),甚至漏氣的的問題[4]?；诖?，本文針對(duì)性地開發(fā)了適合表層漏失的凝膠隨鉆堵漏技術(shù)，該技術(shù)具有凝膠強(qiáng)度高、可隨鉆堵漏的特點(diǎn)。

一、凝膠隨鉆堵漏機(jī)理

隨鉆堵漏材料主要由特種凝膠ZND系列、凝膠強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑TD-1及常規(guī)隨鉆橋堵材料組成，各組分作用不同，協(xié)同增效。

1.凝膠ZND作用

凝膠ZND是一種在親水主鏈上具有一定量疏水基團(tuán)的水溶性疏水締合高分子聚合物，分子間可通過疏水締合作用形成布滿流體空間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于疏水締合是一種非化學(xué)交聯(lián)的物理作用，所以形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有可逆性，這種特有的兩親結(jié)構(gòu)使得ZND分子表現(xiàn)出有與其他聚合物不同的性能，如剪切稀釋性、較強(qiáng)的黏彈性、抗沖稀性、較高的啟動(dòng)壓力梯度等。使得凝膠ZND具有滿足裂縫漏失堵漏的7種要求的性能：“流得進(jìn)、沖不稀、停得住、排得凈、充得滿、隔得斷、抗得住”[5-7]。

2.凝膠強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑TD-1作用

凝膠強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑TD-1是一種有機(jī)小分子，可以與凝膠ZND分子相互作用參與形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地體系的黏度大幅增大。但它們之間的相互作用同樣是非化學(xué)交聯(lián)的物理作用，在流動(dòng)剪切下很容易消除，圖1為用MCR301型Anton Paar流變儀測(cè)量的ZND及ZND+TD-1體系在不同剪切速率下的黏度。

從圖1可以看出：ZND及ZND+TD-1體系均具有良好的剪切稀釋性，但剪切速率低于100 s-1時(shí)，ZND+TD-1體系的黏度遠(yuǎn)大于同濃度單純的ZND體系。所以，TD-1與ZND的相互作用宏觀表現(xiàn)在攪拌的泥漿池及井筒流動(dòng)時(shí)體系的黏度與同濃度的ZND相同，而在裂縫漏失通道中體系黏度大于單純的ZND凝膠。這樣，就可以用低濃度的ZND+TD-1達(dá)到以前較高濃度ZND的堵漏效果，并且還具有更好的泵注性及流動(dòng)性，從而使凝膠ZND隨鉆堵漏具有可能。

圖1 TD-1+ZND體系在不同剪切速率下的黏度

3. 橋接材料的作用

對(duì)不同井深裂縫漏失通道進(jìn)行封堵的凝膠段塞需要承受的壓差不同，若兼顧隨鉆流動(dòng)性的凝膠段塞強(qiáng)度或啟動(dòng)壓力梯度不夠時(shí)，則需要加入級(jí)配優(yōu)化的橋接堵漏材料從而增強(qiáng)堵塞段的力學(xué)承壓能力。在高流速剪切作用下，橋接隨鉆堵漏材料基本保持原有的粒度分布，可以對(duì)非裂縫漏失通道進(jìn)行有效封堵；而在低流速剪切時(shí)，凝膠的包裹作用使得其多個(gè)顆粒聚集、粒度變大，可以對(duì)裂縫漏失通道進(jìn)行架橋封堵。

三種材料的協(xié)同作用并配合現(xiàn)場(chǎng)工藝，使得原本只能停鉆實(shí)施的隔斷式凝膠段塞裂縫漏失堵漏可以對(duì)表層裂縫漏失進(jìn)行隨鉆堵漏了，其中，利用凝膠ZND特殊的流變性有效解決了高漏速狀態(tài)下堵漏劑在漏失通道入口附近停駐及沖稀狀態(tài)下的滯留問題，利用TD-1解決了堵漏漿的泵注、流動(dòng)及段塞強(qiáng)度與啟動(dòng)壓力梯度問題，利用橋接材料進(jìn)一步提高了堵漏段塞強(qiáng)度或啟動(dòng)壓力梯度問題。

二、凝膠隨鉆堵漏鉆井液性能評(píng)價(jià)

在吐哈油田某井表層所用井漿(ρ=1.06 g/cm3)中分別加入不同數(shù)量的特種凝膠ZND、強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑TD-1和常規(guī)隨鉆綜合堵漏劑(主要成分為單封、云母及核桃殼等),形成不同的凝膠隨鉆堵漏鉆井液配方,然后分別對(duì)不同鉆井液性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)(表1)。

由表1可以看出：①在用井漿中加入凝膠ZND后體系的表觀黏度及動(dòng)切力均增加；②凝膠強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑TD-1對(duì)凝膠ZND隨鉆體系黏度影響較大，未加TD-1體系表觀黏度與動(dòng)切大幅上升，特別是動(dòng)切力過大，會(huì)影響鉆井液體系的正常鉆進(jìn)；加有TD-1的體系因其協(xié)同作用，在六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)的剪切速度下體系的黏度增加幅度較低，能夠滿足鉆井過程的流變性的要求；③因?yàn)榧尤肓艘欢康碾S鉆綜合堵漏劑，鉆井液體系的API濾失量降低，且對(duì)體系的流變性影響不大。

表1 凝膠隨鉆鉆井液體系性能

這表明凝膠ZND隨鉆堵漏鉆井液體系能夠滿足表層鉆進(jìn)對(duì)鉆井液的性能要求。

三、堵漏效果評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)裝置：高溫高壓動(dòng)靜態(tài)堵漏儀；模擬裂縫：縫長(zhǎng)為30 cm、縫寬：3.5 cm、開度分別為4.0 mm×3.5 mm、3.0 mm×2.5mm等不同規(guī)格的金屬楔形裂縫組合(前寬后窄)。

堵漏體系：選用表1中所示的可滿足正常鉆進(jìn)性能需要的2#、5#與6#配方的鉆井液體系。

實(shí)驗(yàn)方法：按配方配制好所需要的堵漏鉆井液3 000 mL，將實(shí)驗(yàn)用裂縫裝入高溫高壓動(dòng)靜態(tài)堵漏儀中。將堵漏漿倒入泥漿罐中蓋好封蓋，逐漸加壓，若壓力可在某數(shù)值保持穩(wěn)定5 min，則繼續(xù)加壓，否則泄壓結(jié)束實(shí)驗(yàn)，取出裂縫觀察堵漏材料在縫內(nèi)的封堵情況，實(shí)驗(yàn)期間記錄堵漏漿的漏失情況。從承壓能力、堵漏材料進(jìn)入深度、漏失量等方面綜合評(píng)價(jià)體系的不同寬度裂縫的封堵能力。

從表2可以看出，只添加有隨鉆綜合橋塞堵漏劑的堵漏漿全漏失，承壓能力接近為0，不能對(duì)較大裂縫進(jìn)行封堵。而實(shí)驗(yàn)配方的凝膠ZND隨鉆堵漏鉆井液因?yàn)閆ND與TD-1的協(xié)同作用，一方面使得低剪切速度下的體系黏度迅速增大、凝膠強(qiáng)度快速大幅度升高，讓隨鉆堵漏材料在裂縫中的運(yùn)移速度大幅度降低，并且還直接參與形成封堵段塞；另一方面，將隨鉆橋塞堵漏材料包裹其中，粒度增大，可以在大裂縫中架橋、填充、堆積封堵。

表2 凝膠隨鉆鉆井液體系對(duì)裂縫的封堵情況

因此可以對(duì)開度為4.0 mm×3.5 mm、3.0 mm×2.5 mm的大裂縫進(jìn)行有效封堵，漏失量均小于100 mL，封堵位置均為裂縫長(zhǎng)度的前半部分，即對(duì)裂縫進(jìn)行的是“封腰”，且封堵段塞的承壓能力最小為3.6 MPa，能夠滿足表層正常鉆進(jìn)的需要。

四、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

吐哈油田玉北10-21井是位于玉北區(qū)塊的一口開發(fā)井。由于地表疏松和天然裂縫的存在，該區(qū)塊前期鉆井出現(xiàn)一系列瓶頸難題，表層多次發(fā)生漏失，漏了就堵、堵了又漏，使單井鉆井周期大幅度延誤，決定采用凝膠隨鉆防漏堵漏技術(shù)。

堵漏漿配方為：基漿+0.6%ZND+0.2%TD-1+8%隨鉆綜合堵漏劑。堵漏工藝與常規(guī)隨鉆堵漏工藝相同，僅需要保持泥漿罐開泵攪拌。

表3 凝膠ZND隨鉆堵漏應(yīng)用對(duì)比

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果如表3所示，該井應(yīng)用凝膠隨鉆堵漏技術(shù)后，對(duì)比鄰井玉北11-20漏失量減少1 143 m3(84.5%)，鉆井周期節(jié)約14 d(46.7%)，對(duì)比玉北6區(qū)塊已鉆井漏失量大幅減少1 642 m3(88.7%)，表層鉆井周期節(jié)約20 d(55.6%)，表明凝膠ZND隨鉆堵漏技術(shù)對(duì)表層裂縫漏失堵漏效果明顯。

五、結(jié)論

(1)利用凝膠ZND特殊的流變性可有效解決高漏速狀態(tài)下堵漏劑在漏失通道入口附近停駐及沖稀狀態(tài)下的滯留問題，利用TD-1可解決堵漏漿的泵注、流動(dòng)及段塞強(qiáng)度問題，利用橋接材料可進(jìn)一步提高堵漏段塞承壓能力問題。

(2)體系中各組分協(xié)同作用，使凝膠ZND隨鉆堵漏鉆井液既能滿足表層鉆進(jìn)對(duì)鉆井液的性能要求，又能滿足裂縫漏失對(duì)堵漏漿的性能要求。

(3)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，凝膠ZND隨鉆堵漏鉆井液技術(shù)能有效解決表層裂縫漏失問題，值得推廣應(yīng)用。

[1]李韶利,郭子文. 可控膠凝堵漏劑的研究與應(yīng)用[J]. 鉆井液與完井液,2016，33(3):7-14.

[2]王廣財(cái),熊開俊,張榮志,等. 吐哈油田惡性井漏堵漏技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2014，11(2):102-104.

[3]陳星星. 涪陵頁(yè)巖氣田防漏堵漏技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 探礦工程(巖土鉆掘工程),2015，42(3):11-14.

[4]李皋，孟英峰，劉厚彬，等.氣體快速鉆井井壁失穩(wěn)研究[J]. 鉆采工藝， 2013，36(4): 26-30.

[5]聶勛勇. 隔斷式凝膠段塞堵漏機(jī)理及技術(shù)研究[D].成都：西南石油大學(xué),2010.

[6]王平全,李再鈞,聶勛勇,等. 用于鉆井堵漏和封堵的特種凝膠抗沖稀性能[J]. 石油學(xué)報(bào),2012，33(4):697-701.

[7]張新民,聶勛勇,王平全,等. 特種凝膠在鉆井堵漏中的應(yīng)用[J]. 鉆井液與完井液,2007，24(5):83-84.