一種承壓堵漏新方法的實(shí)驗(yàn)研究

于 娟，吳 強(qiáng)，王理國

（1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065；2.南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210061）

一種承壓堵漏新方法的實(shí)驗(yàn)研究

于 娟1，吳 強(qiáng)2，王理國1

（1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065；2.南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210061）

鉆井過程中會遇到一些微裂縫地層，這往往要引起井漏。輕微的井漏可能只是耗費(fèi)處理時(shí)間及成本，而嚴(yán)重井漏則可能會誘發(fā)諸如井塌、卡鉆、井噴等一系列復(fù)雜情況或者事故，這將不僅影響鉆井工作的效率，還帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，堵漏是鉆井過程中必須經(jīng)常面對的問題，能夠低成本地實(shí)現(xiàn)承壓堵漏對于鉆井井漏的處理就顯得格外重要。使用新的材料/方法來提高地層的承壓能力，即在抗高溫聚磺鉆井液中加入礦渣（KZ），并在激活劑處理液中培養(yǎng)，配制出新型的堵漏鉆井液體系。經(jīng)過試驗(yàn)證明，加入KZ對鉆井液常規(guī)性能的影響不大，不但能大幅度提高地層的承壓能力，同時(shí)證明了激活劑對于激活KZ活性的可行性。對于抗高溫聚磺鉆井液，當(dāng)KZ加量為30%、并且激活劑加量為30%時(shí)，試樣的承壓能力達(dá)到最大。此方法在一定程度上提高了微裂縫地層的承壓能力。

鉆井液；承壓堵漏；礦渣；實(shí)驗(yàn)研究

隨著世界石油與天然氣勘探開發(fā)向更加廣闊領(lǐng)域發(fā)展，必然要面對更多的鉆井復(fù)雜情況，對井漏的預(yù)防及處理也不例外。由于地層情況千變?nèi)f化，引起井漏的原因、嚴(yán)重程度以及鉆井工藝技術(shù)等條件差別很大，從而使得井漏問題錯綜復(fù)雜，不易解決。其中，承壓能力不夠往往成為處理井漏的一個瓶頸因素[1-4]。

目前，世界各國都將防治井漏作為鉆井工藝和泥漿技術(shù)上的一個重要課題進(jìn)行研究和試驗(yàn)。提高地層承壓能力是解決井漏問題的重要基礎(chǔ)與手段，同時(shí)，提高地層承壓能力也可以擴(kuò)大泥漿密度窗口及有助于簡化井身結(jié)構(gòu)，對改善正常的鉆井操作環(huán)境有利[3-5]。

本項(xiàng)承壓堵漏研究試圖利用較為簡單的方法和較經(jīng)濟(jì)的配方來克服承壓堵漏時(shí)的一些缺點(diǎn)，做到有效地封堵微裂縫漏失通道，提高地層的承壓強(qiáng)度，較大幅度地降低堵漏成本[6,7]。

1 實(shí)驗(yàn)分析

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

XAN-RC智能HTHP封堵模擬試驗(yàn)儀，主要用于承壓強(qiáng)度分析，試驗(yàn)流程見圖1。

圖1 XAN-RC智能HTHP封堵模擬試驗(yàn)儀試驗(yàn)流程圖1. 手動泵；2. 壓力表；3. 六通閥；4. 巖心夾持器；5. 壓力表；6. 六通閥；7. 中間容器；8. 平流泵

1.2 試驗(yàn)樣品制作及其承壓強(qiáng)度測定

1.2.1 承壓堵漏試驗(yàn)樣品制備方法

所制作的承壓堵漏試驗(yàn)樣品主要用來模擬進(jìn)行承壓堵漏配套技術(shù)對于封堵微裂縫漏失通道、提高地層承壓強(qiáng)度的能力測定。

取9根鋼管，鋼管長度為8.05 cm、外徑為2.50 cm、內(nèi)徑為1.90 cm，把鋼管內(nèi)部用砂紙打磨光滑并用水清洗干凈，然后晾干。

稱取預(yù)先配好的相應(yīng)鉆井液樣品30 g，10～16目和16～30目的細(xì)砂各35 g，混合在一起，攪拌均勻。然后把剛攪拌好的試樣擠入鋼管中并填滿，上下振動，使鋼管內(nèi)的樣品密實(shí)均勻。然后再用正反方向5 MPa的壓力壓實(shí)，標(biāo)上號碼，放入裝有鉆井液處理液的容器中浸泡（容器放入75 ℃恒溫水浴鍋中養(yǎng)護(hù)）2 d后取出，待測水力承壓強(qiáng)度。

1.2.2 承壓強(qiáng)度測定

（1）取出養(yǎng)護(hù)好的鋼管試模，把鋼管試模放入高壓巖心夾持器中，夾緊；

（2）關(guān)環(huán)壓閥、柱壓閥、注水閥，吸水，然后打開注水閥和環(huán)壓閥，加環(huán)壓至20 MPa；

（3）當(dāng)環(huán)壓穩(wěn)定后，關(guān)掉環(huán)壓閥，將壓力降為零，打開柱壓閥；

（4）加壓，等到出第一滴水的時(shí)候讀數(shù)，該讀數(shù)就為承壓強(qiáng)度，記錄其值。

1.2.3 基漿配制

抗高溫聚磺鉆井液：聚合物鉆井液基漿+2%腐植酸鉀+2%SMP-3+0.3%復(fù)配表面活性劑（SP-80/ OP-10/APG）+2%重鉻酸鉀。

1.3 鉆井液性能測定

（1）摻渣料鉆井液/鉆井液樣品的密度測定（渣料包括礦渣與激活劑）；

（2）摻渣料鉆井液/鉆井液樣品塑性黏度和表觀黏度以及動切力的測定；

（3）用試紙進(jìn)行樣品pH值的測定；

（4）用失水測量儀測量樣品失水量；

（5）泥餅厚度測量，測定完失水后，用鋼尺垂直插在泥餅上，讀出泥餅厚度。

1.4 實(shí)驗(yàn)材料

（1）膨潤土，是水基鉆井液的重要配漿材料；

（2）聚丙烯酸鉀K-PAM，用作鉆井液處理劑；

（3）JT-888，新型兩性離子聚合物降濾失劑，它是一種集強(qiáng)抑制性、優(yōu)良抗鹽抗鈣和抗高溫性能于一體的兩性離子共聚物；

（4）PAC，是指各種復(fù)合離子型的聚丙烯酸鹽聚合物；

（5）CMC（低黏），是鈉羧甲基纖維素的簡稱，它是以天然纖維素為基本原料經(jīng)化學(xué)改性得到的一種水溶性的離子型醚；

（6）腐植酸鉀，腐殖酸主要來源于褐煤。腐殖酸的主要官能團(tuán)有羧基、酚羥基、醇羥基、醌基、甲氧基等；

（7）重鉻酸鉀，又稱紅礬鉀，分子式為K2Cr2O72-。在抗高溫深井鉆井液中，常加入少量重鉻酸鉀鹽以提高鉆井液的熱穩(wěn)定性，有時(shí)也用做防腐劑；

（8）SMP-3，是一種抗高溫降濾失劑；

（9）復(fù)配表面活性劑（SP-80/OP-10/APG）；

（10）KZ，是冶金工業(yè)主要的廢渣；

（11）GSN（激活劑），可以激活礦渣的活性，使礦渣玻璃體結(jié)構(gòu)破壞，促進(jìn)礦渣在常溫下進(jìn)行水化反應(yīng)，有利于穩(wěn)定水化物和水化物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。

2 承壓堵漏基本實(shí)驗(yàn)方案與摻渣料鉆井液/鉆井液的性能測定

2.1 基本實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了兩種實(shí)驗(yàn)方案，一種是在配制好的基漿抗高溫聚磺鉆井液中分別加入不同量的礦渣（表1），另一種是在配制好的基漿抗高溫聚磺鉆井液加入不同量激活劑（表2），用以測定礦渣和激活劑對抗高溫聚磺鉆井液性能的影響。

2.2 摻渣料鉆井液/鉆井液基液的性能測定

對表1及表2實(shí)驗(yàn)方案中的7個配方進(jìn)行密度、表觀黏度、塑性黏度等測定，結(jié)果如表3、表4所示。

表1 鉆井液摻加礦渣的方案

表2 鉆井液摻加激活劑的方案

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 KZ和激活劑對抗高溫聚磺鉆井液性能的影響

表3結(jié)合圖2可以看出：隨著KZ加量增多，抗高溫聚磺鉆井液的密度有所增加，表觀黏度和塑性黏度增幅很大，動切力先增大再降低，KZ加量為20%時(shí)動切力最小，API濾失量明顯降低，泥餅厚度有所增加，pH值增加。

表4結(jié)合圖3可以看出：隨著激活劑加量的增加，聚合物鉆井液的密度略微增加，表觀黏度增大，塑性黏度先降低再增大，激活劑加量為30%時(shí)塑性黏度最小，動切力降低，API濾失量顯著增大，泥餅厚度有所變小，pH值不變。

表3 加礦渣的鉆井液及基液性能參數(shù)（60 ℃）

圖2 KZ加量對抗高溫聚磺鉆井液性能的影響

表4 摻加激活劑的鉆井液性能參數(shù)（60 ℃）

圖3 激活劑對抗高溫聚磺鉆井液性能的影響

3.2 堵漏鉆井液中KZ與激活劑的復(fù)配方案對地層承壓能力的影響分析

3.2.1 同一KZ加量的抗高溫聚磺鉆井液在激活劑不同加量時(shí)的地層承壓能力變化

完成由以上1、2、3、4號與a、b、c號方案所構(gòu)成的正交試驗(yàn)，記錄相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：同一KZ加量的抗高溫聚磺鉆井液，隨著激活劑加量的增加鉆井液的承壓能顯著增加。圖4 為4號摻加礦渣鉆井液復(fù)配不同加量激活劑后承壓試驗(yàn)的承壓能力變化。

圖4 4號鉆井液在不同處理液中培養(yǎng)后其承壓能力的變化

3.2.2 不同KZ加量的抗高溫聚磺鉆井液在激活劑同一加量時(shí)的地層承壓能力變化

同樣，根據(jù)以上正交試驗(yàn)，也可以觀察到在保持激活劑加量不變時(shí)，隨著KZ加量的增加，采用復(fù)合堵漏鉆井液后承壓試驗(yàn)的承壓能力首先明顯增高至高點(diǎn)，然后又從高點(diǎn)下降。當(dāng)KZ加量為20%時(shí)，承壓試驗(yàn)的承壓能力達(dá)到最大。圖5為不同KZ加量與30%激活劑復(fù)配后承壓試驗(yàn)的承壓能力變化。

圖5 不同KZ加量的抗高溫聚磺鉆井液在b號中培養(yǎng)后其承壓能力的變化

4 結(jié) 論

通過實(shí)驗(yàn)分析可以得出：

（1）在抗高溫聚磺鉆井液中加入礦渣（KZ）使得鉆井液的密度有所增加、使得鉆井液的流變性稍微變差、API濾失量大為減小、泥餅厚度增加，承壓能力顯著增加。

（2）加入激活劑也對抗高溫聚磺鉆井液性能產(chǎn)生影響，使得鉆井液的密度有所增加、表觀黏度增大、塑性黏度先降低再升高。激活劑加量為30%時(shí)塑性黏度最低、動切力降低、API濾失量顯著增大、泥餅厚度有所變小、pH值不變。

（3）若保持KZ加量不變，當(dāng)KZ加量為30%時(shí)，與30%加量的激活劑復(fù)配，承壓試驗(yàn)的承壓能力達(dá)到最大，為0.52 MPa，效果最好；若維持激活劑加量不變，同時(shí)在抗高溫聚磺鉆井液中加入礦渣的量為20%時(shí)，地層承壓能力最大。

（4）根據(jù)以上的試驗(yàn)、分析結(jié)果，提出相應(yīng)建議：在使用抗高溫聚磺鉆井液時(shí)，應(yīng)該加入30%的礦渣與30%的激活劑復(fù)配使用，這樣，能夠使得堵漏鉆井液的承壓能力達(dá)到最大。同時(shí)鉆井液的表觀黏度、塑性黏度、動切力也相應(yīng)有所提高，堵漏鉆井液的穩(wěn)定性也就有所提高，滿足堵漏作業(yè)的需求。

[1] 吳應(yīng)凱，石曉兵，陳平，等．低壓易漏地層防漏堵漏機(jī)理探討及現(xiàn)場應(yīng)用[J]．天然氣工業(yè)，2004，24（3）：81-83．

[2] Bugbbe J M. Lost Circulation–A Major Problem in Exploration and Development[C]//paper presented at the spring meeting of the Southwestern District, Division of production, Forth Worth, Texas. March 1953.

[3] Mahcypob P X．不提升鉆柱的堵漏作業(yè)[J]．丁方維，譯．國外鉆井技術(shù)，1994，9（4）：60-61．

[4] Irain C A, Easterly R A. Transporting Mobility Control Agents to Thief Zones[C]. SPE27701, Permian Basin Oil and Gas Recovery Conference, 16-18 March 1994, Midland, Texas.

[5] 徐同臺，趙忠舉，徐云英．國內(nèi)外鉆井液技術(shù)新進(jìn)展及對21世紀(jì)的展望（Ⅱ）[J]．鉆井液與完井液，2001，18（1）：30-40．

[6] 孫金聲，蘇義腦，羅平亞，等．超低滲透鉆井液提高地層承壓能力機(jī)理研究[J]．鉆井液與完井液，2005，22（4）：21-26.

[7] 劉四海，崔慶東，李衛(wèi)國．川東北地區(qū)井漏特點(diǎn)及承壓堵漏技術(shù)難點(diǎn)與對策[J]．石油鉆探技術(shù)，2008，36（3）：20-23．

Experimental Study on New Method for Pressurized Lost Circulation

YU Juan1, WU Qiang2, WANG Liguo1

（1. Xi'an Shiyou University, Xi'an Shanxi 710065, China; 2. Nanjing Julong Steel Pipe Co., Ltd., Nanjing Jiangsu 210061, China）

Some fractured reservoirs might be penetrated during well drilling, resulting in lost circulation. If serious lost circulation occurs, complex conditions and accidents such as borehole collapse, pipe sticking and well blowout might occur, not only infuencing the well drilling effciency, but also causing great economic losses. Therefore, it is essential to plug the fractured lost channel with pressurized lost circulation method. By using new method, namely adding the gangue (KZ) in the anti-high temperature sulphoantion drilling fuid, and raising in the activator processing fuid, the new drilling fuid system can be developed, which can improve the compressive strength of the formation. The experimental results have demonstrated that adding KZ can enhance the drilling fuid performance effectively, and improve the compressive strength of the formation, but also had proven feasibility of the activator can activates the KZ activeness. Regarding anti-high temperature sulphoantion drilling fuid, when the KZ is 30% and the activator is 30%, compressive strength of the formation achieves in a big way. This method can be very good to deal with the pressurized lost circulation of fractured reservoirs.

grilling fuid; pressurized lost circulation; gangue; experimental study

TE254.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2013.04.092

1008-2336（2013）04-0092-04

2013-04-17；改回日期：2013-09-22

于娟，女，1982年生，在讀研究生，油氣田開發(fā)工程。E-mail：583091493@qq.com。