一種高強(qiáng)度成塞暫堵劑

劉德平

（中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司川東鉆探公司，重慶 401147）

一種高強(qiáng)度成塞暫堵劑

劉德平

（中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司川東鉆探公司，重慶 401147）

注水泥塞施工設(shè)備多、成本高，深井、高溫井注水泥塞安全風(fēng)險(xiǎn)較為突出，因此研究一種強(qiáng)度高、配制簡(jiǎn)單、泵送方便、風(fēng)險(xiǎn)較小的高強(qiáng)度成塞暫堵劑具有較大的價(jià)值。開(kāi)展了高效成塞暫堵劑核心材料膠凝劑、懸浮劑的優(yōu)選和活性劑研制，通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)查閱研究，進(jìn)行了大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研究形成了高強(qiáng)度成塞暫堵劑GQ-1體系。該體系密度可調(diào)節(jié)范圍大（1.50～1.90 g/cm3）、漿體穩(wěn)定性好，流動(dòng)度、流性指數(shù)、稠度均在合理范圍內(nèi)，與鉆井液相容性好，成塞強(qiáng)度高。該體系可用鉆井液循環(huán)系統(tǒng)、加重裝置配制，鉆井液泵注替。研究成果在洋渡-H2等2井次進(jìn)行了試驗(yàn)，施工順利，試驗(yàn)井回接固井后分別試壓63.3、64.3 MPa合格。試驗(yàn)的成功為該體系推廣應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

高強(qiáng)度暫堵劑；配方；性能評(píng)價(jià)；工程適應(yīng)性

文獻(xiàn)調(diào)研分析認(rèn)為沉降類(lèi)[1]、高失水類(lèi)[2]暫堵劑成塞強(qiáng)度低，聚合物凝膠類(lèi)暫堵劑[3]強(qiáng)度高，但長(zhǎng)段聚合物凝膠段塞后續(xù)破膠難[4]。注水泥施工風(fēng)險(xiǎn)大，卡鉆事故時(shí)有發(fā)生，研究開(kāi)發(fā)一種施工風(fēng)險(xiǎn)較小的高強(qiáng)度成塞暫堵劑有較大的技術(shù)需求[5]。基于水硬性膠凝理論、絡(luò)合理論、緊密堆積理論[1]，研究形成的高強(qiáng)度成塞暫堵劑[6]GQ-1體系性能良好、施工方便、成塞強(qiáng)度高。在洋渡-H2等2井次進(jìn)行了試驗(yàn)，施工順利，試驗(yàn)井滿足了60 MPa高強(qiáng)度試壓[7]。

1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

高爐礦渣，黃原膠XC，膨潤(rùn)土，重晶石，流型調(diào)節(jié)劑聚丙烯酰胺PHP，抗鹽緩凝劑SD21，膠凝活性劑A、活性劑B為實(shí)驗(yàn)室自制。

六速旋轉(zhuǎn)測(cè)試儀，美國(guó)千德樂(lè)公司7716稠化儀，YA300增壓養(yǎng)護(hù)釜，TG-7370A強(qiáng)度測(cè)試儀。

1.2 高強(qiáng)度暫堵材料[8]

基于水硬性膠凝理論、 絡(luò)合理論、 緊密堆積理論， 開(kāi)展了高強(qiáng)度暫堵劑[9]關(guān)鍵材料、 組成、 配方研究， 形成了高強(qiáng)度成塞暫堵劑GQ-1體系。基礎(chǔ)配方如下。

水+0.5%流型調(diào)節(jié)劑+5%懸浮穩(wěn)定劑+1%活性劑A+6%活性劑B+100%膠凝劑+抗鹽緩凝劑

1.2.1 膠凝劑優(yōu)選

膠凝質(zhì)量與膠凝劑的質(zhì)量、比表面積有關(guān)，比表面積大于1.0 m2/g膠凝效果較為理想，實(shí)驗(yàn)選用一種工業(yè)廢料高爐礦渣為膠凝劑[10]。實(shí)驗(yàn)選用的膠凝劑比表面積為1.12 m2/g，表面積平均粒徑D[3， 2]為 4.912 μm，體積平均粒徑為 D[4， 3]為27.516 μm。膠凝劑粒度分布見(jiàn)圖1。

圖1 膠凝劑粒度分布曲線

1.2.2 活性劑對(duì)暫堵劑強(qiáng)度影響

膠凝劑有較強(qiáng)惰性，只有在高效活性劑激發(fā)的環(huán)境下，膠凝劑才能較快發(fā)生水化反應(yīng)，促進(jìn)膠凝劑玻璃體表面膜的破壞以及晶核長(zhǎng)大，有效促進(jìn)膠凝劑中性組分的溶解和水化，生成膠凝體段塞。

通過(guò)大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及文獻(xiàn)調(diào)研[11]，選強(qiáng)堿類(lèi)活性劑A[12]、弱堿類(lèi)活性劑B，激活膠凝劑中的凝結(jié)物質(zhì)，使水分子對(duì)C—S—H層透性增強(qiáng)，加速水化反應(yīng)，生成固化體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著活性劑加量的增加，段塞強(qiáng)度增加，當(dāng)活性劑A加量超過(guò)1%時(shí)，段塞抗壓強(qiáng)度和膠結(jié)強(qiáng)度變化幅度較小；當(dāng)活性劑B加量超過(guò)6%時(shí)，其強(qiáng)度變化較小；活性劑A+B復(fù)配，當(dāng)其以1∶6比例復(fù)配時(shí)，其效果最佳。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1～表3。

表1 活性劑A對(duì)漿液強(qiáng)度影響

表2 活性劑B對(duì)漿液強(qiáng)度影響

表3 活性劑A+B對(duì)漿液強(qiáng)度影響

1.2.3 暫堵劑漿體穩(wěn)定性

選擇生物聚合物黃原膠XC和膨潤(rùn)土作為懸浮穩(wěn)定劑，改善成塞段[13]粒子分布，提高其膠結(jié)質(zhì)量[14]，配制漿體密度為1.80 g/cm3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：黃原膠XC和膨潤(rùn)土能夠改變漿體的流變性能和穩(wěn)定性能。隨著黃原膠加量的增加，漿液的黏度切力上升，靜置12 h后析水量減少，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 懸浮劑對(duì)漿液流變性及析水性能影響測(cè)試結(jié)果

不同密度在常溫下析水、密度差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表5）表明，不同暫堵漿體靜置不同時(shí)間后，其上部和下部的密度差較小，最大密度差為0.03 g/cm3。1.2.4 暫堵劑漿體流變性

表5 不同密度暫堵劑漿體穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果

測(cè)試不同密度觸變性、流性指數(shù)、流動(dòng)度[15]，結(jié)果見(jiàn)表6。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，流動(dòng)度、流型指數(shù)和稠度系數(shù)均在合理范圍內(nèi)。

表6 不同密度暫堵漿流變性能測(cè)試結(jié)果

1.2.5 暫堵劑成塞強(qiáng)度

1）不同養(yǎng)護(hù)溫度和養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)段塞強(qiáng)度的影響，見(jiàn)表7。在同一溫度下，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，超過(guò)110 ℃強(qiáng)度有下降趨勢(shì)。同一養(yǎng)護(hù)時(shí)間下，隨著溫度增加，抗壓強(qiáng)度先呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，在110 ℃時(shí)，抗壓強(qiáng)度最大可達(dá)11 MPa。

表7 不同密度暫堵劑漿體在不同溫度養(yǎng)護(hù)后段塞抗壓強(qiáng)度

2）不同密度對(duì)強(qiáng)度的影響，見(jiàn)表8。配制1.57～1.90 g/cm3不同密度暫堵劑漿體配方如下，實(shí)驗(yàn)溫度為90 ℃，實(shí)驗(yàn)表明漿體密度為1.78 g/cm3抗壓強(qiáng)度最高，隨著漿體密度增加，加重劑量增大，抗壓強(qiáng)度有所下降。

1#水+80%膠凝劑+3.5%懸浮穩(wěn)定劑+1%活性劑A+4%活性劑B+3%抗鹽緩凝劑+加重劑

2#1#+10%膠凝劑+1%活性劑B

3#1#+20%膠凝劑+1%活性劑B

4#1#+20%膠凝劑+2%活性劑B

5#1#+30%膠凝劑+2%活性劑B

表8 不同密度暫堵劑性能

1.3 工程適應(yīng)性研究

1.3.1 密度調(diào)節(jié)范圍

密度調(diào)節(jié)范圍大，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，密度為1.57～1.90 g/cm3不同密度暫堵劑漿體，流動(dòng)性能良好，強(qiáng)度滿足高強(qiáng)度暫堵要求。

1.3.2 相容性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)選擇聚磺鉆井液和鉀聚合物鉆井液2類(lèi)鉆井液體系，鉆井液密度為1.8 g/cm3。測(cè)定暫堵劑與鉆井液混合的流變性、稠化時(shí)間見(jiàn)表9，可以看出，暫堵劑與鉆井液相容性好，鉆井液對(duì)暫堵稠化時(shí)間、流動(dòng)度影響不大。

表9 暫堵劑與鉆井液混合后性能測(cè)試結(jié)果

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

GQ-1成塞暫堵劑在洋渡-H2、臥-H2等井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，施工順利。回接固井后進(jìn)行了高強(qiáng)度試壓，試壓值超過(guò)60 MPa，最高試壓值64.3 MPa，試壓合格。

2.1 試驗(yàn)井基本情況

洋渡 -H2 井暫堵井段 4 600～4 800 m， 封固段井溫為 87 ℃～93 ℃， 鉆井液密度為 1.37 g/cm3。臥 -H2 井暫堵井段 4 000～4 200 m， 封固段井溫為86 ℃～92 ℃， 鉆井液密度為 1.13 g/cm3。

2.2 相容性實(shí)驗(yàn)

洋渡-H2等2口試驗(yàn)井，鉆井液體系為聚磺鉆井液體系，暫堵液配方如下。

水+80%膠凝劑+3.5%懸浮穩(wěn)定劑+1%活性劑A+4%活性劑B+1.5%抗鹽緩凝劑+重晶石，密度 1.80 g/cm3

將暫堵劑和聚磺鉆井液按不同比例進(jìn)行了相容性實(shí)驗(yàn)，流動(dòng)度大于22 cm、稠化時(shí)間影響不大，滿足施工要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 A與B按照比例混合后性能測(cè)試結(jié)果

2.3 現(xiàn)場(chǎng)稠化實(shí)驗(yàn)

洋渡-H2等2口試驗(yàn)井，實(shí)驗(yàn)溫度為78℃、 實(shí)驗(yàn)壓力為 70 MPa， 稠化時(shí)間為 230 min/40 Bc、 260 min/100 Bc， 實(shí)驗(yàn)滿足施工需要。暫堵劑稠化試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖2。

圖2 暫堵劑稠化實(shí)驗(yàn)曲線

2.4 固井后高強(qiáng)度試壓

洋渡-H2等2口井注高強(qiáng)度成塞暫堵劑后進(jìn)行了回接套管固井作業(yè)，鉆塞后對(duì)暫堵塞以上套管進(jìn)行了60 MPa以上的高強(qiáng)度試壓作業(yè)，試壓合格，套管試壓曲線見(jiàn)圖3。

圖3 洋渡-H2井套管試壓曲線

3 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

1.高強(qiáng)度成塞暫堵劑GQ-1室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：該體系穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高，與聚磺鉆井液、鉀聚合物鉆井液相容性好，流變性、稠度均在合理范圍內(nèi)。段塞強(qiáng)度較高的，承壓能力高達(dá)60 MPa以上，滿足高強(qiáng)度試壓要求。

2.該體系配制簡(jiǎn)單、泵送方便，可以用鉆井液循環(huán)系統(tǒng)、加重裝置配制，鉆井液泵注替。該體系密度范圍調(diào)節(jié)大（1.50～1.90 g/cm3），配注方便、成塞強(qiáng)度高，開(kāi)展鉆井堵漏技術(shù)應(yīng)用研究大有前景。

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A High Strength Temporary Plugging Agent

LIU Deping
(CNPC Chuanqing Drilling Engineering Company Limited Chuandong Drilling Company,chongqing 401147)

Many tools and facilities are required in expensive cement plug placement. Cement plug placement in deep and high temperature wells is of high safety risk. To minimize this risk and address the problems associated with cement plug placement, a high strength temporary plugging agent is required. The temporary plugging agent should have such properties as high strength, simplicity in preparing and convenience in pumping. Laboratory experiments have been conducted to select the core materials such as gelling agent and suspending agent, and to develop the required activator. Based on literature survey and laboratory experiments, a high strength temporary plugging agent GQ-1 was developed. GQ-1 has a wide density range (1.50 - 1.90 g/cm3) and stable properties. The mobility,fl ow index and consistency of GQ-1 are all in reasonable ranges. GQ-1 is compatible with commonly used drilling fl uids, and the plug formed by GQ-1 has high strength. GQ-1 can be mixed with mud circulation and mixing systems, and pumped with drilling pumps.GQ-1 has been applied on two wells (Well Yangdu-H2, for instance) with great success. Pressure test on the plugs formed by GQ-1 in the two wells showed 63.3 MPa and 64.3 MPa, which were quali fi ed. Success of the application on the two wells provided a technical support for the spreading of GQ-1.

High-strength temporary plug; Formulation; Performance evaluation; Engineering adaptability

劉德平.一種高強(qiáng)度成塞暫堵劑[J].鉆井液與完井液，2017，34（5）：86-90.

LIU Deping.A high strength temporary plugging agent[J].Drilling Fluid & Completion Fluid，2017，34 （5）：86-90.

TE282

A

1001-5620（2017）05-0086-05

10.3969/j.issn.1001-5620.2017.05.016

川慶鉆探工程公司重點(diǎn)科研項(xiàng)目“ 回接固井裸眼暫堵工藝技術(shù)研究”（13B-13-1-3）。

劉德平， 1963年生， 高級(jí)工程師， 長(zhǎng)期從事鉆井技術(shù)研究、 管理工作。電話 （023）67320258/13896020739；E-mail：cqliudp@163.com。

2017-7-5；HGF=1705M2；編輯 馬倩蕓）