隨鉆防漏劑VMD的研制與應(yīng)用

劉昱彤

中原石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院，河南濮陽(yáng) 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(yán)重影響了安全快速鉆進(jìn)。新疆三塘湖盆地、準(zhǔn)葛爾盆地、烏夏地區(qū)和小拐地區(qū)的二疊系儲(chǔ)層地層孔隙類型較多，以粒內(nèi)溶孔、剩余粒間孔最為發(fā)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(jù)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(xiàn)場(chǎng)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(guò)大，僅在裂縫口形成“封門”，只能緩解一時(shí)漏失，經(jīng)循環(huán)后，漏失繼續(xù)發(fā)生且更為復(fù)雜，不能深入地層孔隙和裂縫內(nèi)。二疊系鉆進(jìn)日均鉆井液消耗量高達(dá)50 m3。同時(shí)，該地區(qū)鉆井安全密度窗口窄，裸眼段長(zhǎng)，井壁易失穩(wěn)，鉆井液大量滲漏又進(jìn)一步惡化了井壁穩(wěn)定。為解決二疊系滲透性漏失與井壁失穩(wěn)難題，筆者從提高鉆井液的封堵能力出發(fā)，優(yōu)選出柔性材料、剛性粒子、片狀材料及纖維并進(jìn)行合理粒徑級(jí)配，研制出隨鉆防漏劑VMD，室內(nèi)進(jìn)行了配伍性及封堵性能評(píng)價(jià)，并在新疆二疊系進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

1 隨鉆防漏劑VMD的研制

1.1 VMD配方組成及粒徑級(jí)配

室內(nèi)采用250～380 μm砂床模擬二疊系微孔隙，依據(jù)1/3～2/3架橋原理和裂縫地層隨鉆剛性顆粒封堵機(jī)理與估算模型，計(jì)算出所形成的最大孔隙尺寸為90～128 μm，一級(jí)架橋粒子的最大尺寸約為85 μm，二級(jí)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(diǎn)

1)橋塞封堵。防漏劑VMD采用多種材料復(fù)配、逐級(jí)架橋填充并合理粒徑級(jí)配的方式，即通過(guò)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(xié)同作用，填充孔隙形成致密封堵，從而實(shí)現(xiàn)降低鉆井液滲漏量的目的。

2)改善泥餅質(zhì)量，強(qiáng)化井壁。具有適用于封堵新疆二疊系地層的粒徑尺寸及級(jí)配的VMD可參與濾餅形成，在鉆進(jìn)過(guò)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(dǎo)效應(yīng)，避免地層微裂縫發(fā)生水力尖劈，保證井壁穩(wěn)定。

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

2 防漏劑VMD性能評(píng)價(jià)

2.1 泥餅及砂床滲透率評(píng)價(jià)

高溫高壓泥餅滲透率測(cè)定：在高溫高壓濾失量測(cè)試結(jié)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(cè)30 min失水量，每5 min記錄一次，取出儀器內(nèi)泥餅，用熱風(fēng)機(jī)將泥餅烘吹，再用針入度儀測(cè)其厚度，每個(gè)泥餅選測(cè)5個(gè)點(diǎn)，取其平均值為泥餅厚度。計(jì)算泥餅的平均滲透率K。

高溫高壓砂床濾失量測(cè)定：用250～380 μm數(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)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(cè)定：測(cè)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(cè)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(yǎng)護(hù)條件為180 ℃/h下，測(cè)定高溫高壓失水量，泥餅厚度，評(píng)價(jià)VMD降低泥餅滲透率及改善泥餅質(zhì)量的能力，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 泥餅滲透率評(píng)價(jià)

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(guò)程中，封堵劑進(jìn)入泥餅孔隙進(jìn)行封堵，改善泥餅質(zhì)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(yǎng)護(hù)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(yàn)結(jié)果見表3。

表3 砂床滲透率評(píng)價(jià)

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(yàn)完畢后，拆開罐體，基漿形成的封堵層無(wú)強(qiáng)度，倒出呈散沙狀，清水全漏失；而當(dāng)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(qiáng)度的密實(shí)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(píng)價(jià)結(jié)果可知，加入VMD后，可密實(shí)封堵層，改善了泥餅質(zhì)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(píng)價(jià)

利用驅(qū)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(jié)果見圖1。

圖1 5%加量VMD承壓評(píng)價(jià)

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(qiáng)，當(dāng)擠注量為140 mL，砂床的承壓能力達(dá)到10 MPa。試驗(yàn)結(jié)束后卸開模擬層發(fā)現(xiàn)，在模擬層上部封堵材料與石英砂相互膠結(jié)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(duì)比基漿承壓實(shí)驗(yàn)，加壓即漏。試驗(yàn)結(jié)果表明，VMD能顯著降低滲透性漏失量。

2.3 懸浮性評(píng)價(jià)

二疊系所處井段裸眼長(zhǎng)達(dá)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(wěn)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(cè)量量筒上部10 mL和底部10 mL的密度試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 懸浮性能評(píng)價(jià)

由表4可知，漿體上下密度差極小，僅0.001 g/cm3，說(shuō)明VMD在鉆井液中懸浮穩(wěn)定性較好，能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

2.4 鉆井液配伍性評(píng)價(jià)

以4%坂土漿+0.1%XC-1為基漿，考察VMD與基漿的配伍性，結(jié)果見表5。鉆井液配伍試驗(yàn)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(píng)價(jià)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)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(fā)井。設(shè)計(jì)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(xiàn)象頻發(fā)(鄰井YJ3-1井共發(fā)生5次井漏、YJ3-3井共發(fā)生10次井漏)。

針對(duì)二疊系滲漏嚴(yán)重的問題，目前現(xiàn)場(chǎng)施工多采用密度控制和隨鉆封堵的措施，但由于現(xiàn)場(chǎng)所用堵漏劑材料粒徑級(jí)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(tǒng)計(jì)見表6。

表6 新疆二疊系漏失情況統(tǒng)計(jì)

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

1)YJ3-6H井鉆進(jìn)入二疊系前50 m，調(diào)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(bǔ)充膠液時(shí)也添加足量的防漏劑VMD。

2)鉆至4 737 m進(jìn)入二疊系后，不過(guò)振動(dòng)篩鉆進(jìn)，勤放錐形罐，在鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)補(bǔ)充VMD，另加入SQD-98(中粗)6 t、SQD-98(細(xì))5 t、FDL-1 4 t、核桃殼(中粗)2 t、核桃殼(細(xì))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(jié)束后，及時(shí)更換高目數(shù)振動(dòng)篩，并對(duì)1#、2#循環(huán)罐清罐，盡快清潔泥漿。

現(xiàn)場(chǎng)施工結(jié)果表明，日鉆井液消耗量由原來(lái)的30～40 m3逐步降低到20 m3左右，再降到10 m3以下，充分驗(yàn)證了VMD防漏劑的降漏失性能。

4 結(jié)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(xié)同作用封堵，孔縫防漏效果顯著。

2)VMD能夠改善泥餅質(zhì)量，降低泥餅滲透率55%以上，同時(shí)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(jù)新疆二疊系微孔微裂縫地層物性要求，合理粒徑級(jí)配，在孔縫發(fā)育地層形成有效封堵層，實(shí)現(xiàn)降低滲透性漏失的目的。經(jīng)YJ3-6H井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，VMD防漏劑降低鉆井液消耗量50%～80%。