某油田南部地區鉆井液防漏堵漏技術優化

何 斌

（中海油田服務股份有限公司油田化學事業部，天津 300450）

1 井漏復雜情況分析

井漏是鉆井過程中常見的現象，會給鉆井過程造成很多危害，每年全球因井漏事故造成的石油行業經濟損失超過十億美元[1-2]。井漏可發生在鉆井、固井、測井、修井等作業過程中[3]，在某油田南部地區，井漏復雜情況多發生在正常鉆進過程中，約占井漏總數的73.9%，主要為沙河街組生物灰巖、孔店組玄武巖地層[4]，總體約占75%以上。油田南部地區常用的鉆井液堵漏材料為復合堵漏劑FDJ、可膨脹堵漏劑BZ-SPA、單封DF-1、剛性堵漏劑BZ-RPA、果殼等。現場鉆井液防漏堵漏配方無法在裂縫內部形成致密承壓封堵層，其中剛性堵漏劑、復合堵漏劑FDJ的封堵顆粒粒徑偏小，無法形成架橋封堵；而可膨脹堵漏劑BZ-SPA中的大顆粒無法進入裂縫內部，造成“封門現象”，在重新建立循環或活動鉆具過程中，極易破壞已形成的封堵層，造成重復性漏失。因此需在現場鉆井液防漏堵漏配方的基礎上進行優化，提高現場堵漏作業成功率。

2 裂縫性封堵性能評價實驗方法

2.1 堵漏評價實驗裝置

利用高溫高壓（HTHP）堵漏模擬實驗裝置評價油田南部地區鉆井液防漏堵漏配方的裂縫封堵性能。高溫高壓堵漏模擬實驗裝置是由巖心夾持器、堵漏釜、加壓系統、控溫系統和攪拌系統組成，主要模擬不同溫度、壓力條件下堵漏劑對裂縫模塊的封堵效果。壓差模擬可由裂縫模塊兩端的壓力差來實現。裂縫模塊下端由閥桿直接和大氣連通，上端由氮氣瓶向釜體內提供壓力。堵漏模擬實驗裝置實物照片如圖1所示。

圖1 高溫高壓（HTHP）堵漏模擬實驗裝置

生物灰巖、玄武巖等地層漏失通道（裂縫）尺寸難以確定，堵漏材料粒度難以準確匹配，現場往往采用“經驗方法”確定鉆井液防漏堵漏配方。根據致密承壓封堵作用機理及前期研選的致密承壓封堵材料，開展不同開度楔形裂縫（1 mm×0.5 mm、2 mm×1 mm、3 mm×2 mm、4mm×3 mm）的鉆井液防漏堵漏配方優化，為油田南部地區鉆井施工，提供可靠的鉆井液防漏堵漏技術支撐及物質保障。

2.2 堵漏評價實驗步驟

高溫高壓堵漏模擬實驗的操作步驟具體為：①把裂縫模塊裝入夾持器，把夾持器裝到堵漏釜體上，通過液壓泵給夾持器加圍壓，在夾持器正下方放置一量程合適的量筒；②將堵漏漿倒入到堵漏釜體中，然后擰緊釜蓋堵頭，將釜蓋堵頭上的加壓接頭與氮氣瓶相連；③打開電源，使堵漏釜體內的溫度升高至120 ℃，并保持恒定；調節電機轉速，開始動態堵漏模擬實驗；④調節氮氣瓶閥門，使堵漏釜體內壓力緩慢增加至1 MPa后，開始計時，10 min后，記錄下量筒內漿體的體積；⑤重復上述實驗步驟，直至壓力加至8 MPa為止；⑥實驗完畢，打開放空閥門，泄壓；⑦將加持器的圍壓泄掉后，取下夾持器，放掉釜體內剩余的堵漏漿；⑧取出夾持器內的裂縫模塊，觀察封堵層的位置及其致密程度；⑨采用封堵層相對位置、承壓能力、累計漏失量等作為評價指標，評價鉆井液防漏堵漏配方的作用效果，并調整優化配方，重復實驗。

3 鉆井液防漏堵漏配方優化

3.1 “強力鏈網絡”致密承壓封堵層原理

油田南部地區現場常用的鉆井液防漏堵漏配方無法有效封堵易漏失地層，防漏堵漏材料單一，防漏堵漏工藝措施缺乏針對性，現場堵漏施工成功率較低。借鑒微觀顆粒物質力學“強力鏈”基本原理[6]，即通過合理的顆粒類型、粒度級配與濃度控制，剛性顆粒、彈性顆粒、纖維材料等協同封堵裂縫，可形成具有“強力鏈網絡”的致密承壓封堵層，顯著提高地層承壓能力[7]。

本文采用了纖維復合堵漏劑QDJ-2，其為不同長短的纖維復合材料，該類纖維材料物理機械性能好，彈性模量高，抗拉強度大，抗溫達120 ℃，能快速、均勻、完全的分散于水中，可有效地捕捉堵漏材料，加入很少的量，就能成倍提高堵漏漿對堵漏材料的攜帶能力，具有化學惰性，不與水基、油基和其他合成基鉆井液反應，對鉆井液體系性能影響較小，具有良好的配伍性。

本文還選擇了粉末狀纖維的隨鉆堵漏劑QDJ-1、細目碳酸鈣兩種堵漏材料，其加到體系中配合其他堵漏材料，主要起到密封作用，進一步充填微小的空間，降低漏失量。

3.2 防漏堵漏配方優化

1×0.5 mm開度楔形裂縫室內評價（表1），通過比較各配方漏失量發現，隨著剛性顆粒含量的增大，漏失量逐漸減小，配方4漏失量僅為5 mL，且形成的封堵層長、完整且致密，為該裂縫開度下的優選配方，優選配方如下：0.3%CMC-HV + 2.5%QDJ-1 + 5%細目鈣 + 5%GDJ-2 + 5%GDJ-3。

表1 1 mm×0.5 mm楔形裂縫堵漏配方實驗評價結果

表2 4 mm×3 mm楔形裂縫堵漏配方實驗評價結果

4 mm×3 mm開度下堵漏配方優選結果如表6所示。隨著纖維復合堵漏劑QDJ-2濃度的增大，均能在裂縫內部形成致密承壓封堵層，但封堵層位置有明顯差別，濃度越大，則封堵層越靠近裂縫尖端，而纖維復合堵漏劑QDJ-2濃度為3.5%時，在裂縫中部形成致密承壓封堵層（理想的封堵層位置），承壓能力達到8 MPa，漏失量小，因此4×3 mm楔形裂縫優選配方為：0.3%CMC-HV + 2.7%QDJ-2 + 5%細目碳酸鈣 + 4%SDS-1（6～10目）+ 7%GDJ-1 + 5%GDJ-2 +3%GDJ-3 + 2%GDJ-4。

4 結論

結合油田南部地區易漏地層性質、主要漏失原因與井眼漏失機理，針對不同開度的楔形裂縫，借鑒微觀顆粒物質力學“強力鏈”基本原理，研選了剛性顆粒（GDJ-1、GDJ-2、GDJ-3、GDJ-4）、纖維類強化堵漏劑（QDJ-1、QDJ-2）、果殼等不同類型防漏堵漏材料，優化形成了強化致密承壓封堵鉆井液配方。