自膠結(jié)堵漏技術(shù)研究與應(yīng)用

王　燦，侯士立，齊　奔，黃達(dá)全，李廣環(huán)，劉光艷，肖　潔

（1.渤海鉆探泥漿技術(shù)服務(wù)分公司，天津300280；2.渤海鉆探第二固井分公司，天津300280）

自膠結(jié)堵漏技術(shù)研究與應(yīng)用

王燦1，侯士立1，齊奔2，黃達(dá)全1，李廣環(huán)1，劉光艷1，肖潔1

（1.渤海鉆探泥漿技術(shù)服務(wù)分公司，天津300280；2.渤海鉆探第二固井分公司，天津300280）

王燦等.自膠結(jié)堵漏技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2016，33（5）：63-66.

為了解決裂縫性、縫洞性地層產(chǎn)生的惡性鉆井液漏失問題，對這類漏失的堵漏開展了專項(xiàng)研究，形成了自膠結(jié)堵漏技術(shù)。該技術(shù)以膠結(jié)劑和膨潤土為原料，采用“雙液注漿法”的施工工藝，使堵漏漿滯留在漏失通道內(nèi)，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成具有一定強(qiáng)度的固結(jié)體。室內(nèi)研究結(jié)果表明，該堵漏漿具有密度低、黏度高的特點(diǎn)，在80 ℃下24 h抗壓強(qiáng)度不超過11 MPa，有利于鉆塞，固結(jié)時(shí)間可通過添加劑調(diào)節(jié)。針對裂縫性、縫洞性的惡性漏失，現(xiàn)場試驗(yàn)堵漏效果顯著，為優(yōu)質(zhì)高效地進(jìn)行鉆井施工提供技術(shù)保障。

井漏；惡性漏失；堵漏；自膠結(jié)

隨著國內(nèi)外油氣勘探開發(fā)的不斷深入，鉆井過程中遇到的地層越來越復(fù)雜，尤其是在鉆進(jìn)壓力衰竭地層、破碎或弱膠結(jié)地層、裂縫發(fā)育地層及多套壓力層系等地層時(shí)，井漏問題非常突出，一旦鉆井過程中發(fā)生裂縫性、縫洞性等惡性漏失會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失［1-2］。對于這類惡性漏失，目前主要采用化學(xué)堵漏劑進(jìn)行堵漏，包括水泥和樹脂2類。水泥漿堵漏有3個(gè)缺點(diǎn)：①水泥漿密度大，不易滯留在漏失通道中，常因漏入地層深處而導(dǎo)致堵漏失敗；②水泥漿易被地層水稀釋，稠化時(shí)間增長，甚至不凝固，導(dǎo)致堵漏失敗；③水泥漿凝固后，抗壓強(qiáng)度非常大，鉆塞中易出現(xiàn)新井眼，再次發(fā)生漏失［3-4］。樹脂堵漏成本高［5-7］。為解決由于裂縫性、 縫洞性地層產(chǎn)生的惡性漏失井漏問題， 對這類漏失的堵漏開展了專項(xiàng)研究， 形成了自膠結(jié)堵漏技術(shù)。該技術(shù)對安全快速鉆井、 保障固井施工安全具有重要意義。

1　自膠結(jié)堵漏機(jī)理

自膠結(jié)堵漏技術(shù)采用“雙液注漿法”施工工藝，將膠結(jié)劑漿與膨潤土漿在鉆具內(nèi)混合，并加入必要的輔助材料，在壓力的作用下使其進(jìn)入漏失地層，并在地層環(huán)境溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其生成物封堵漏失通道。

1.1滯留堵塞作用

膠結(jié)劑漿與膨潤土漿混合后的堵漏漿非常黏稠，與漏失通道壁面間有很高的黏滯阻力，滯留在漏失通道中，充填漏失通道空間，形成堵塞隔墻，以達(dá)到堵漏的目的。

1.2化學(xué)膠結(jié)作用

堵漏漿在地層溫度作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成具有一定強(qiáng)度的固體，達(dá)到堵漏的目的［8-10］。另外，堵漏漿可以將破碎、裂縫地層膠結(jié)成一體，從而增強(qiáng)井壁的抗破能力。

由于自膠結(jié)堵漏技術(shù)的反應(yīng)生成物是在漏失通道中形成的，其形狀可以因漏失通道的不同而不同，并與漏失地層膠結(jié)在一起，具有一定的強(qiáng)度，所以其可以達(dá)到完全封堵漏層的效果。

2　實(shí)驗(yàn)材料、儀器與方法

2.1實(shí)驗(yàn)材料與儀器

實(shí)驗(yàn)用膠結(jié)劑MCA，在常溫、干燥條件下，膠結(jié)劑為松散顆粒，顆粒之間不發(fā)生反應(yīng)；鉆井用膨潤土；膠結(jié)時(shí)間調(diào)節(jié)劑BXR。

實(shí)驗(yàn)用儀器包括鉆井液密度計(jì)、水泥凈漿流動(dòng)度試模、高溫高壓稠化儀、抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)儀。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

膠結(jié)劑漿的配制：將膠結(jié)劑和水按不同的質(zhì)量比加入高攪杯中，高速攪拌30 s。

膨潤土漿的配制：在水中加入不同質(zhì)量的膨潤土，高速攪拌20 min，室溫養(yǎng)護(hù)4 h。

堵漏漿的配制：將膠結(jié)劑漿和膨潤土漿按照不同的體積比，加入高攪杯中，高速攪拌30 s。

3　自膠結(jié)堵漏性能評價(jià)

3.1堵漏漿密度

將不同含量的膠結(jié)劑漿與15%（w/w）膨潤土漿按照一定體積比混合，測量其密度，結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，隨著膠結(jié)劑漿與膨潤土漿體積比增大，堵漏漿密度基本成線性增大。如果膠結(jié)劑含量大，則堵漏漿密度高。

圖1　堵漏漿密度與膠結(jié)劑漿、膨潤土漿配比的關(guān)系

3.2堵漏漿流動(dòng)性

為了評價(jià)堵漏漿的流動(dòng)性，將不同質(zhì)量比的膠結(jié)劑漿、膨潤土漿按照膠結(jié)劑漿與膨潤土漿體積比為2.0混合，測其流動(dòng)度，其結(jié)果如圖2所示。

圖2　膠結(jié)劑/水與流動(dòng)度的關(guān)系

由圖2可以看出，膠結(jié)劑與水的質(zhì)量比越大，堵漏漿流動(dòng)性越差。堵漏漿流動(dòng)度控制在13～18 cm，具有可泵性，膠結(jié)劑漿配制可以按照膠結(jié)劑與水的質(zhì)量比為1.4～2.2的比例。

3.3堵漏漿固化后抗壓強(qiáng)度

用不同的膠結(jié)劑漿與膨潤土漿按照一定體積比混合，在80 ℃下養(yǎng)護(hù)24 h，測試其抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見表1。從表1可以看出，膠結(jié)劑漿中膠結(jié)劑用量對堵漏漿固化后的抗壓強(qiáng)度影響較大；膠結(jié)劑用量一定，膨潤土含量、混合體積比對堵漏漿固化后的抗壓強(qiáng)度影響不大；堵漏漿在80 ℃下養(yǎng)護(hù)24 h后，固化后的抗壓強(qiáng)度不超過11 MPa，鉆塞中不易出現(xiàn)新井眼。

3.4膨潤土水化時(shí)間對堵漏漿流動(dòng)性影響

使用膠結(jié)劑與水的質(zhì)量比為2.0的膠結(jié)劑漿與不同水化時(shí)間的膨潤土漿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，膨潤土水化時(shí)間越長，堵漏漿流動(dòng)性越差，水化時(shí)間最好控制在4～8 h。

表1　各種漿體在80 ℃養(yǎng)護(hù)24 h后的抗壓強(qiáng)度

圖3　膨潤土水化時(shí)間與流動(dòng)度的關(guān)系

3.5添加劑對堵漏漿膠結(jié)時(shí)間的影響

利用水泥稠化儀測試堵漏漿的稠化時(shí)間，來評價(jià)堵漏漿的膠結(jié)時(shí)間。選用膠結(jié)劑與水的質(zhì)量比為2.0的膠結(jié)劑漿與15%膨潤土漿，按照膠結(jié)劑漿與膨潤土漿的體積比為2.0的比例混合，外加劑選用BXR，測試不同溫度下的稠化時(shí)間，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4　添加劑與稠化時(shí)間的關(guān)系

從圖4可以看出，沒有加添加劑BXR時(shí)，80 ℃時(shí)稠化時(shí)間為2 h；100 ℃和120 ℃時(shí)，稠化時(shí)間均小于1.5 h；建議80 ℃時(shí)添加劑加量控制在0～0.25%，100 ℃時(shí)添加劑加量控制在0.5%～1.0%，120 ℃時(shí)添加劑控制在2.0%～2.5%。在現(xiàn)場施工時(shí)，需根據(jù)井深溫度在室內(nèi)驗(yàn)證堵漏漿的稠化時(shí)間，以保證堵漏施工安全。

4　堵漏措施

4.1施工前準(zhǔn)備

為了堵漏施工安全，需要配光鉆桿鉆具，拆去循環(huán)系統(tǒng)中過濾裝置；下鉆前檢查泥漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常，調(diào)整排量；根據(jù)井深溫度考慮添加劑用量，做稠化實(shí)驗(yàn)；選擇配漿罐，檢查攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)正常、閥門靈活好用，泵入清水。

4.2施工工藝

下光鉆桿至漏層上部20～30 m。注前置液1～2 m3，用水泥車和泥漿泵（或2臺水泥車）同時(shí)分別注入膠結(jié)劑漿和膨潤土漿，在注堵漏漿過程中要密切注意觀察鉆井液返出情況，根據(jù)具體情況調(diào)整下步施工程序。替漿前，注入后置液1～2 m3后再進(jìn)行替漿；如果注、替漿期間未發(fā)生漏失或漏失量小，用鉆井液頂替至漏層，起鉆至安全井段，關(guān)井憋堵，將2/3體積的堵漏漿擠入漏層；如果注、替漿期間漏失量大或失返，則替漿量依據(jù)壓力平衡原理進(jìn)行計(jì)算，使堵漏漿自動(dòng)進(jìn)入漏層，起鉆至安全井段，關(guān)井候凝，期間禁止灌鉆井液。候凝24 h，下鉆具探塞。

5　現(xiàn)場試驗(yàn)

大吉XX井是山西煤層氣大吉區(qū)塊一口水平井，該井鉆至井深83 m時(shí)井口突然失返，立即起鉆至導(dǎo)管內(nèi)，起鉆過程中連續(xù)灌漿，井口觀察，距離井口10 m處可見液面。漏失層位為表層及延長組上部，表層巖性為灰黃色亞黏土夾黃褐色、淺棕色砂質(zhì)黏土及礫石層，地層滲透性強(qiáng)，承壓能力低。該井先后采用7次常規(guī)堵漏、3次水泥漿堵漏，強(qiáng)穿至215 m，漏失鉆井液4 500 m3。其中3次水泥堵漏均沒有探到塞面，可能是巖石骨架疏松，造成裂縫開放，水泥漿密度較高，注入后水泥漿發(fā)生漏失，不能封堵漏層，所以使用自膠結(jié)堵漏技術(shù)進(jìn)行堵漏。

在開始堵漏施工前3 h配制12%膨潤土漿，充分?jǐn)嚢?。配制膠結(jié)劑與水的質(zhì)量比為1.8的膠結(jié)劑漿，由于漏失井段井溫較低，不需要添加劑。下光鉆桿至60 m，按照膠結(jié)劑漿與膨潤土漿體積比為2.0的比例，用水泥車和泥漿泵同時(shí)注入膠結(jié)劑漿和膨潤土漿，共計(jì)注入30 m3，最后注入0.5 m3清水將鉆具中堵漏漿替出，替漿后立即起鉆，候凝24 h后，下鉆探塞，塞面36 m，鉆塞至原井深，循環(huán)無漏失，堵漏成功。

6　結(jié)論與建議

1. 自膠結(jié)堵漏技術(shù)具有密度低、黏度高、固化后強(qiáng)度低、固化時(shí)間可控等特點(diǎn)，還可以加入纖維類的堵漏材料，而且采用“雙液注漿法”施工工藝，操作方便。

2. 對于疏松、破碎地層發(fā)生的井漏，自膠結(jié)堵漏技術(shù)可將漏失通道膠結(jié)為一體；形成的固體塞強(qiáng)度低，鉆塞中不易出現(xiàn)新井眼，避免再次發(fā)生漏失。

3. 與水泥漿堵漏相比，自膠結(jié)堵漏技術(shù)形成的固體塞可鉆性好，堵漏效果顯著，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

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Study and Application of Self-Cementation Lost Circulation Control Method

WANG Can1， HOU Shili1， QI Ben2， HUANG Daquan1， LI Guanghuan1， LIU Guangyan1， XIAO Jie1
（1. Mud Service Company，BHDC， Dagang， Tianjin 300280； 2. No. 2 Cementing Company，BHDC， Tianjin 300280）

A series of studies have been conducted on lost circulation control to deal with severe mud losses into fractures and vugs. A self-cementation lost circulation control method is the product of the studies. This method uses cementation agents and bentonite as the raw materials in the “bi-slurry grouting method”， to stay the lost circulation material （LCM） slurries in place in the mud loss channels. Chemical reactions take place in the LCM slurries and set LCMs are formed， plugging the channels. The LCM slurries have low density and high viscosity. The set LCM， after aging for 24 h at 80 ℃， has compressive strength that is less than 11 MPa， and is easy to drill out. The time required for the LCM slurries to set is controlled by the concentration of an additive. This technology has been applied in field operation， and severe mud losses into fractures and vugs of different sizes were successfully stopped， ensuring high quality and efficient drilling operation.

Lost circulation； Severe mud loss； Mud loss control； Self-cementationt

TE282

A

1001-5620（2016）05-0063-04

10.3696/j.issn.1001-5620.2016.05.0013

王燦，高級工程師，博士，1971年生，主要從事油氣井工程研究工作。地址：天津市大港油田紅旗路東段渤海鉆探泥漿技術(shù)服務(wù)分公司；郵政編碼300280；電話 （022）25922201。

（2016-5-10；HGF=1605M9；編輯馬倩蕓）