隨鉆防漏劑VMD的研制與應用

劉昱彤

中原石油工程有限公司鉆井工程技術研究院，河南濮陽 457001

新疆二疊系地層以深灰、綠灰色英安巖為主，滲透性漏失量大，嚴重影響了安全快速鉆進。新疆三塘湖盆地、準葛爾盆地、烏夏地區和小拐地區的二疊系儲層地層孔隙類型較多，以粒內溶孔、剩余粒間孔最為發育，其次為微裂縫和片沸石晶間孔，70%的孔縫小于0.1 mm[1-4]。根據分析可知，二疊系地層隨鉆封堵劑粒徑需滿足封堵0.1 mm以下孔縫的需求。目前現場常用的隨鉆封堵材料，如隨鉆堵漏劑FD-1、瀝青、超鈣類封堵劑等材料，粒徑過大，僅在裂縫口形成“封門”，只能緩解一時漏失，經循環后，漏失繼續發生且更為復雜，不能深入地層孔隙和裂縫內。二疊系鉆進日均鉆井液消耗量高達50 m3。同時，該地區鉆井安全密度窗口窄，裸眼段長，井壁易失穩，鉆井液大量滲漏又進一步惡化了井壁穩定。為解決二疊系滲透性漏失與井壁失穩難題，筆者從提高鉆井液的封堵能力出發，優選出柔性材料、剛性粒子、片狀材料及纖維并進行合理粒徑級配，研制出隨鉆防漏劑VMD，室內進行了配伍性及封堵性能評價，并在新疆二疊系進行了現場應用。

1 隨鉆防漏劑VMD的研制

1.1 VMD配方組成及粒徑級配

室內采用250～380 μm砂床模擬二疊系微孔隙，依據1/3～2/3架橋原理和裂縫地層隨鉆剛性顆粒封堵機理與估算模型，計算出所形成的最大孔隙尺寸為90～128 μm，一級架橋粒子的最大尺寸約為85 μm，二級架橋粒子最大尺寸約為20.7 μm，配合片狀材料、變形材料和纖維材料，形成了隨鉆封堵劑VMD，其配方組成見表1。

表1 隨鉆防漏劑VMD配方組成

1.2 防漏劑VMD性能特點

1)橋塞封堵。防漏劑VMD采用多種材料復配、逐級架橋填充并合理粒徑級配的方式，即通過剛性材料架橋、片狀材料堆砌、纖維材料拉筋、彈性粒子填充多種材料協同作用，填充孔隙形成致密封堵，從而實現降低鉆井液滲漏量的目的。

2)改善泥餅質量，強化井壁。具有適用于封堵新疆二疊系地層的粒徑尺寸及級配的VMD可參與濾餅形成，在鉆進過程中瞬間形成致密的泥餅，減少鉆井液濾液向地層侵入，降低井筒壓力向地層的傳導效應，避免地層微裂縫發生水力尖劈，保證井壁穩定。

3)抗溫180 ℃。新疆二疊系地層裸眼段長大于5 000 m，地層溫度高，鉆進時間長，隨鉆封堵劑VMD高溫有效期長，且與鉆井液具有良好的配伍性。

2 防漏劑VMD性能評價

2.1 泥餅及砂床滲透率評價

高溫高壓泥餅滲透率測定：在高溫高壓濾失量測試結束之后，倒出鉆井液杯中的鉆井液，再向加溫罐中加入清水，在180 ℃、3.5 MPa壓力下測30 min失水量，每5 min記錄一次，取出儀器內泥餅，用熱風機將泥餅烘吹，再用針入度儀測其厚度，每個泥餅選測5個點，取其平均值為泥餅厚度。計算泥餅的平均滲透率K。

高溫高壓砂床濾失量測定：用250～380 μm數標準篩篩出的200 g石英砂倒入71型高溫高壓濾失儀加溫罐中作為砂床，測定鉆井液30 min的高溫高壓濾失量(3.5 MPa)，每5 min讀取一次濾失量。高溫高壓砂床滲透失水測定：測完砂床濾失量后，倒出鉆井液，加入清水，在高溫高壓(3.5 MPa)下測30 min失水量，每5 min讀取一次。

在基漿密度為1.5 g/cm3的聚磺漿(4%SMP+4%SMC+0.2%PAC+0.2%PAMS601+重晶石，基漿配方下同)中加入不同量的防漏劑VMD，在養護條件為180 ℃/h下，測定高溫高壓失水量，泥餅厚度，評價VMD降低泥餅滲透率及改善泥餅質量的能力，試驗結果見表2。

表2 泥餅滲透率評價

由表2可知，隨著VMD加量的增加，高溫高壓失水量降低，泥餅厚度減薄，滲透率下降。在泥餅形成過程中，封堵劑進入泥餅孔隙進行封堵，改善泥餅質量，顯著降低泥餅滲透率。

在基漿中加入不同量的防漏劑VMD，在養護條件為180 ℃/h下，高溫高壓砂床濾失量及砂床滲透性失水性能試驗結果見表3。

表3 砂床滲透率評價

由表3可知，隨著VMD加量的增加，砂床濾失量和砂床滲透量逐步降低，但加量大于5%后，降低率顯著減緩。試驗完畢后，拆開罐體，基漿形成的封堵層無強度，倒出呈散沙狀，清水全漏失；而當VMD加量大于5%后，拆開罐體，VMD與石英砂緊密堆積在一起，形成有一定強度的密實封堵層，清水僅漏失2.0 mL左右，封堵效果顯著提高，降低滲漏性濾失量效果顯著。由泥餅及砂床滲透率評價結果可知，加入VMD后，可密實封堵層，改善了泥餅質量，降低泥餅滲透率并大幅降低砂床的滲透量，推薦隨鉆防漏劑加量為5%。

2.2 承壓能力評價

利用驅替堵漏儀，考察在不同的擠注量下，防漏漿(基漿+5%VMD)在粒徑為250～380 μm石英砂模擬漏層中的承壓情況，結果見圖1。

圖1 5%加量VMD承壓評價

由圖1可知，隨著擠注量的增加，砂床的承壓能力逐漸升高，封堵能力逐漸增強，當擠注量為140 mL，砂床的承壓能力達到10 MPa。試驗結束后卸開模擬層發現，在模擬層上部封堵材料與石英砂相互膠結形成致密且具有一定韌性的泥餅，且在10 MPa壓力下僅浸濕6 cm砂床，對比基漿承壓實驗，加壓即漏。試驗結果表明，VMD能顯著降低滲透性漏失量。

2.3 懸浮性評價

二疊系所處井段裸眼長達3 000 m，為保證均勻有效封堵，要求封堵材料能夠充分懸浮，隨鉆封堵漿具有較好的懸浮穩定性。將基漿+5%VMD倒入100 mL量筒中，靜置24 h后，用針管抽吸測量量筒上部10 mL和底部10 mL的密度試驗，結果見表4。

表4 懸浮性能評價

由表4可知，漿體上下密度差極小，僅0.001 g/cm3，說明VMD在鉆井液中懸浮穩定性較好，能滿足現場施工要求。

2.4 鉆井液配伍性評價

以4%坂土漿+0.1%XC-1為基漿，考察VMD與基漿的配伍性，結果見表5。鉆井液配伍試驗表明，VMD與基漿的配伍性較好，防漏劑VMD加量在5%較為合適。

表5 防漏劑配伍性評價

3 現場應用

YJ3-6H井是西北油田分公司在塔里木盆地順托果勒低隆北緣部署的一口開發井。設計井深7 537.31 m，二開井段2 000～7 186 m，4 754～5 286 m系二疊系以深灰、綠灰色英安巖為主，井漏現象頻發(鄰井YJ3-1井共發生5次井漏、YJ3-3井共發生10次井漏)。

針對二疊系滲漏嚴重的問題，目前現場施工多采用密度控制和隨鉆封堵的措施，但由于現場所用堵漏劑材料粒徑級配不合理，抗溫能力差、封堵有效期短，封堵效果不明顯。二疊系漏失情況統計見表6。

表6 新疆二疊系漏失情況統計

由表6可知，二疊系除滲透性漏失外，還出現井漏失現象。因此，在隨鉆防漏材料VMD加入的同時需加入大粒徑封堵材料進行封堵，具體措施如下：

1)YJ3-6H井鉆進入二疊系前50 m，調整篩布，將150目篩布換成60目篩布，鉆井液中添加VMD防漏劑，在補充膠液時也添加足量的防漏劑VMD。

2)鉆至4 737 m進入二疊系后，不過振動篩鉆進，勤放錐形罐，在鉆進過程中及時補充VMD，另加入SQD-98(中粗)6 t、SQD-98(細)5 t、FDL-1 4 t、核桃殼(中粗)2 t、核桃殼(細)3 t、QS-2(40目)2 t、QS-2(60目) 3 t、QS-2(80目) 3 t、QS-2(600目)5 t。

3)二疊系鉆穿承壓堵漏結束后，及時更換高目數振動篩，并對1#、2#循環罐清罐，盡快清潔泥漿。

現場施工結果表明，日鉆井液消耗量由原來的30～40 m3逐步降低到20 m3左右，再降到10 m3以下，充分驗證了VMD防漏劑的降漏失性能。

4 結論

1)VMD防漏劑利用剛性材料架橋、片狀材料堆砌、纖維材料拉筋、彈性粒子填充等多種材料協同作用封堵，孔縫防漏效果顯著。

2)VMD能夠改善泥餅質量，降低泥餅滲透率55%以上，同時與地層形成致密封堵層，大大降低滲透性漏失量。

3) VMD防漏劑根據新疆二疊系微孔微裂縫地層物性要求，合理粒徑級配，在孔縫發育地層形成有效封堵層，實現降低滲透性漏失的目的。經YJ3-6H井的現場應用表明，VMD防漏劑降低鉆井液消耗量50%～80%。