非滲透封堵鉆井液技術系列化研究與應用

李鵬程

（大慶鉆探工程公司，黑龍江 大慶 163000）

通過原理分析，結合室內實驗，優選復合非滲透封堵劑的組成材料。通過研究，優選由植物纖維和礦物纖維組成的復合纖維作為結構材料，優選超細碳酸鈣作為填充材料。再根據組成材料的不同細度，制作成三種不同型號的復合非滲透封堵劑。利用可視圓筒砂床堵漏儀，模擬不同滲透率孔隙大小的地層，完成地層孔隙匹配性實驗。

1 復合非滲透封堵劑封堵原理分析

不同尺寸的纖維自身具有搭橋成網作用，配合不同級配固相顆粒的填充特性，形成纖維封堵體系。

1.1 “架橋”作用[1]

當橋接堵漏材料通過孔隙通道時，首先在其凹凸不平的表面及狹窄部位（喉道）產生掛阻“架橋”，形成橋堵的基本“骨架”。研究表明，利用不同長度尺寸的纖維進行組合來形成橋堵骨架可以封堵一定開度的孔隙通道，增加形成橋堵的機會。

1.2 充填和嵌入作用

纖維架橋作用后形成了阻塞孔隙通道的基本骨架，這時，體系中較細的顆粒材料對基本骨架中的微小孔道和地層中原有的小孔道進行逐步充填和嵌入，在壓差的作用下慢慢壓實，形成堵塞隔墻，從而達到消除漏失、提高液柱承壓能力的目的。

1.3 滲濾與拉筋作用

纖維封堵體系在壓差的作用下失水形成濾餅，并被擠入漏失通道，而纖維材料被夾在濾餅中，起到強有力的拉筋作用[2]。這種含有拉筋的濾餅與基本骨架和充填嵌入材料共同在漏失通道中形成塞狀封堵墊層，增強了堵塞效果，提高了液柱承壓能力。

2 復合非滲透封堵劑成分優選研究

2.1 填充材料優選

復合非滲透封堵劑中可選填充材料主要有超細碳酸鈣和滑石粉兩種，對這兩種材料進行了室內分散、沉淀實驗，實驗數據如表1所示。

表1 超細碳酸鈣和滑石粉的分散沉淀數據

表1是在其他堵漏劑成分保持不變的條件下，隨著超細碳酸鈣和滑石粉的加量不同，分散、沉淀率的數據變化情況。由表中數據可以得出隨著超細碳酸鈣加量的增加，其分散率變小、沉淀率增大，但是變化率很小；隨著滑石粉加量的增加，其分散率變小、沉淀率增大，且變化率較大，特別是在加量達到4%時，沉淀率增加了86.6%。因此，當滑石粉作為封堵材料時，其一部分會沉入罐底，導致封堵劑利用率大大降低。由實驗優選出超細碳酸鈣作為填充材料的首選。

2.2 結構材料優選

植物纖維屬于有機纖維，具有塑性大、脆性小等優點，但其缺點是剛性不足，而礦物纖維有剛性大、脆性大等特點，二者以一定比例混合，可以彌補二者的不足，更好的形成結構骨架。

為了證明該結論，選擇植物纖維、礦物纖維和二者的復合纖維進行承壓對比實驗。實驗選取120 目植物纖維、120目礦物纖維、二者復合纖維，加入同等量的超細碳酸鈣，配置膨潤土漿。采用可視圓筒砂床堵漏儀，在40～60目石英砂床的孔隙環境下，不斷增加壓力，直至實驗漿全失，比較壓力值。實驗數據如表2所示。

表2 植物纖維、礦物纖維、復合纖維土漿全失實驗

從實驗數據可以看出，復合纖維承壓能力要強于植物纖維和礦物纖維，優選復合纖維作為非滲透封堵劑的結構材料。

3 隨鉆封堵配方優選及配合比室內實驗

原有的非滲透封堵劑（非滲透封堵劑Ⅰ型）尺寸適用于高滲地層，對小孔隙地層區塊封堵效果差。改進非滲透封堵劑主體思路：在保持特殊聚合物含量不變的前提下，根據不同固體顆粒的粒徑尺寸和柔性纖維的長度等因素，組成不同型號的非滲透封堵復合材料，針對不同石英砂床孔徑的條件進行封堵實驗，優選不同型號的非滲透封堵材料，使其能夠有效封堵不同孔隙大小的地層。具體非滲透封堵劑材料組成如表3所示。

表3 非滲透封堵劑型號及組成材料

配置膨潤土基漿，并分成4 份，向其中的3 份膨潤土基漿中分別加入2%的復合非滲透封堵劑（Ⅰ型）、復合非滲透封堵劑（Ⅱ型）、復合非滲透封堵劑（Ⅲ型）。將配置好的4份實驗漿做砂床模擬封堵實驗。實驗采用可視圓筒砂床堵漏儀。

（1）針對20～40目石英砂床的孔隙，做封堵模擬實驗，壓力調至1.5MPa，穩壓30min觀察實驗情況。實驗情況如圖1所示，實驗數據如表4所示。

圖1 20～40目石英砂床模擬封堵實驗

20～40目石英砂床屬于模擬高滲地層，根據表4的數據可以看出，復合非滲透封堵劑（Ⅰ型）砂床侵入深度最小，相比復合非滲透封堵劑（Ⅱ型）和復合非滲透封堵劑（Ⅲ型）封堵效果最好。

表4 20～40目石英砂床模擬封堵實驗數據

（2）針對40～60目石英砂床的孔隙，進行模擬封堵實驗，壓力調至1.5MPa，穩壓30min觀察實驗情況。實驗情況如圖2所示，實驗數據如表5所示。

圖2 40～60目石英砂床模擬封堵實驗

40～60目石英砂床屬于模擬中滲地層，根據表5的數據可以看出，復合非滲透封堵劑（Ⅱ型）砂床侵入深度最小，相比復合非滲透封堵劑（Ⅰ型）和復合非滲透封堵劑（Ⅲ型）封堵效果最好。

表5 40～60目石英砂床模擬封堵實驗數據

（3）針對60目以上石英砂床的孔隙，進行模擬封堵實驗，壓力調至1.5MPa，穩壓30min觀察實驗情況。實驗情況如圖3所示，實驗數據如表6所示。

圖3 60目以上石英砂床模擬封堵實驗

60 目以上石英砂床屬于模擬低滲地層，根據表6的數據可以看出，復合非滲透封堵劑（Ⅲ型）砂床侵入深度最小，相比復合非滲透封堵劑（Ⅰ型）和復合非滲透封堵劑（Ⅱ型）封堵效果最好。

表6 60目以上石英砂床模擬封堵實驗數據

根據實驗結果，針對滲透率不同的地層，選擇不同型號的復合非滲透封堵劑。復合非滲透封堵劑（Ⅰ型）對高滲地層封堵效果最好，復合非滲透封堵劑（Ⅱ型）對中滲地層封堵效果最好，復合非滲透封堵劑（Ⅲ型）對低滲地層封堵效果最好。

4 非滲透封堵鉆井液技術系列化方案研究

4.1 區塊非滲透封堵劑選型方案

針對今年施工的鉆井區塊，結合地質資料，根據區塊地層特點采用不同型號的非滲透封堵劑，形成非滲透封堵鉆井液技術系列化。

4.2 現場應用方案

現場非滲透封堵劑加量為每口井3t，使用層段為加重后至完鉆。具體加法為：在加重后調整好鉆井液性能，一次性加入非滲透封堵劑2t。為保持鉆井液內封堵劑的有效含量，加重后在鉆進中陸續進行補充，完鉆前補充完1t非滲透封堵劑。

5 現場應用

截止10 月份，在公司共計應用80 口井，其中采油一廠、采油二廠、采油三廠、采油六廠區塊共計應用22口井，采油四廠、采油五廠、采油七廠、采油九廠區塊共計應用52 口井，采油八廠、榆樹林區塊應用6 口井。2020 年易漏區井漏共計6 口井，2021 年易漏區井漏共計3口井，易漏區井漏發生率降低50%。固井優質井段比例為97.05%，相較2020年91.77%提高了5.28%。

6 結論

（1）優選超細碳酸鈣作為填充材料。在實驗環境下，隨著超細碳酸鈣含量的增加，其分散率變小、沉淀率增大，但是變化率很小。

（2）優選由植物纖維和礦物纖維混合形成的復合纖維作為結構材料。復合纖維能克服植物纖維剛性小、礦物纖維脆性大的缺點，作用時能更好的建立強度大、塑性大的網狀結構。

（3）復合非滲透封堵劑（Ⅰ型）對高滲（孔隙大小20～40 目）地層封堵效果最好，復合非滲透封堵劑（Ⅱ型）對中滲（40～60目）地層封堵效果最好，復合非滲透封堵劑（Ⅲ型）對低滲（60目以上）地層封堵效果最好。

（4）針對孔隙大小不同的地層，選擇不同型號的復合非滲透封堵劑，形成非滲透封堵鉆井液技術系列化。通過現場應用情況，井漏發生率較去年有明顯的下降，固井優質井段比例較去年有明顯的增加。