探討地質(zhì)鉆探堵漏新技術

李昊

摘 ? ?要：針對地質(zhì)鉆探中的漏失現(xiàn)象，在介紹漏失地層分類和主要特點的基礎上，提出高強度快失水堵漏、高強度化學觸變堵漏、溶脹型隨鉆堵漏、成膜鉆井液四種新型堵漏技術、材料，為地質(zhì)鉆探堵漏技術不斷發(fā)展提供參考借鑒，不斷提高地質(zhì)鉆探堵漏技術水平。

關鍵詞：地質(zhì)鉆探;漏失;鉆探堵漏

中圖分類號：TE28 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1004-7344（2019）03-0161-02

在地質(zhì)、石油、天然氣和地熱鉆探工作中，時常會出現(xiàn)地層漏失問題。根據(jù)相關統(tǒng)計可知，井漏實際發(fā)生率可以達到鉆井總數(shù)20%以上，是現(xiàn)在鉆井過程中最常遇到，而且最難解決的實際問題，導致鉆井成本大幅度提高，造成巨大經(jīng)濟損失。雖然目前還沒有對地質(zhì)鉆探進行全面的統(tǒng)計，但漏失依然是影響鉆探效率逐步提高的關鍵問題。其唯一的解決方法就是探討全新地質(zhì)鉆探堵漏技術。

1 ?漏失地層的分類和主要特點

1.1 ?滲透性漏失

因滲透性較強的砂巖或礫巖類地層造成的漏失現(xiàn)象就屬于滲透性漏失。受井內(nèi)壓差作用后，鉆井液通過巖層孔隙漏出，但由于泥餅的存在會發(fā)揮一定阻止與減弱作用，所以該漏失實際速率不大，通常小于10m3/h，池中鉆井液平面緩慢降低[1]。

1.2 ?裂縫性漏失

可將其分成地層上的自然裂縫與因為鉆井液壓力作用而產(chǎn)生的裂縫。當在有自然裂縫的地層當中進行鉆井時，均會產(chǎn)生一定成都的漏失現(xiàn)象。如果在破碎帶進行鉆進，則會在鉆速突然加快等進程中產(chǎn)生井漏。因為地層破裂造成的漏失，通常發(fā)生于自然裂縫數(shù)量較少，且滲透性一般的地層當中，其中可將漏失壓力稱作破裂壓力。這種漏失的速度變化很大，通常在20～100m3/h范圍內(nèi)變化，池中鉆井液平面快速降低。

1.3 ?溶洞性漏失

因地層中溶洞導致在鉆進過程中產(chǎn)生漏失，該漏失現(xiàn)象多發(fā)生于灰?guī)r地層。如果鉆進過程中遇到溶洞，則會產(chǎn)生鉆具放空，深度可以達到4～5m，之后將產(chǎn)生循環(huán)失靈，沒有鉆井液流出。其漏失的速度可以超過100m3/h，而且漏失以后還會產(chǎn)生一系列事故，如井塌卡鉆和井噴，是最為嚴重的一種井漏。

2 ?地質(zhì)鉆探堵漏新技術

2.1 ?高強度快失水堵漏

該技術基本原理為：堵漏液受到孔隙中的壓力發(fā)生快速失水，促使堵漏材料形成高強度堆積物，對孔隙進行封堵，實現(xiàn)對漏失進行快速封堵的目標。這項技術適用于縫寬小于5mm的裂縫及孔隙。

對于堵漏劑，其研制方法為：將拉筋、架橋材料及助濾劑等作為原材料，采用正交試驗的方法進行配方優(yōu)選，然后進行活化處理，以此制得專門的堵漏劑。其性能包括：①懸浮穩(wěn)定性為96%;②失水速度為248mL/min;③濾餅的厚度為23mm;④當縫隙板厚度為1mm時，封堵時間僅需2s;⑤有效封堵漏失梁為0.4L;⑥可承受7MPa的強度。為增加其封堵范圍，保證封堵后有較強的承壓能力，可在試劑的配制過程中采用形狀及粒度有所不同的材料。

2.2 ?高強度化學觸變堵漏

該技術基本原理為：采用具有很強剪切稀釋能力的粘稠溶液，使其進入孔隙中后，將通道中含有的水驅(qū)趕出去。觸變劑和無機觸變材料接觸后，將生成不溶凝膠，不再發(fā)生流動。充分利用以上特性，先向地層中注入觸變劑，再添加無機觸變劑，促使聚合物體系長時間逗留于通道中，進而達到快速和廣譜堵漏等根本目標。此外，還能充分結(jié)合架橋等其它技術，增加其堵漏作用范圍，保證堵漏以后地層具有更高的承壓強度。這項技術適用于尺寸相對較大的漏失現(xiàn)象，尤其是失返性漏失[2]。

該技術的關鍵內(nèi)容包括：①對化學觸變劑進行研制，它是一種能實現(xiàn)交聯(lián)反應的聚合物;②對無機觸變材料進行研制，其本質(zhì)為交聯(lián)劑，在與聚合物體系接觸后，將產(chǎn)生交聯(lián)固化。由膨脹劑、無機材料和促凝劑制成;③通過實驗室評價選擇適宜的技術參數(shù);④實際操作中，首先，確定發(fā)生漏失現(xiàn)象孔段的長度與深度，然后對需要的觸變材料數(shù)量進行計算，并開始配制專用的觸變劑;將觸變劑灌入孔隙后，在鉆管內(nèi)關注充足的隔離液，以此避免鉆桿中有無機觸變劑大量固結(jié)。

2.3 ?溶脹型隨鉆堵漏

就目前而言，將具有延遲性膨脹這一特征的材料用在鉆探堵漏領域還很少見。該材料進入通道以后，可在吸水后大幅膨脹，滯留于通道當中，提高抗壓強度，彌補孔壁承壓能力，并因為吸水體積不斷增加，應用范圍明顯增加。

該材料采用兩種基本原理，分別為自由基聚合與交聯(lián)反應。單體聚合過程中，注入一定量交聯(lián)反應劑，使聚合物連接產(chǎn)生網(wǎng)狀控制。采用交聯(lián)度控制以及填充材料使用，能對膨脹土實際強度、時間與膨脹率進行有效控制。

將填料作為一種支撐劑，能有效提高材料韌性及強度，擠壓時會發(fā)生受壓與拉伸現(xiàn)象。拉伸時，受氫鍵作用，分子鏈將產(chǎn)生延展，但不會斷裂，提高韌性;受壓時，粒狀與片狀的物質(zhì)能起到一定緩沖及支撐作用，分子鏈受到壓力作用后不會產(chǎn)生太大的變形，進而保證產(chǎn)品整體強度。

對該技術的性能進行評價時，需要考慮以下因素：①分析試樣中添加泥漿后對其性能造成的影響;②對實際的堵漏效果進行分析考察?；诖耍鑼⒁韵伦鳛橹攸c評價參數(shù)：粘度（包括表觀與塑性粘度）、漏失量、封閉的漏失量和時間、承壓強度。溶脹型隨鉆堵漏材料和801堵漏劑及單向封堵劑之間的參數(shù)對比如表1所示[3]。

從表1數(shù)據(jù)對比可以看出，新材料在各項參數(shù)上都比另外兩種小，但承壓強度卻高于其它兩種材料，表現(xiàn)出良好的綜合性能。

2.4 ?成膜鉆井液

即使鉆井液具備如同半透膜一樣的性能，可在井壁表面產(chǎn)生致密結(jié)實的隔離膜，對地層上的裂隙進行封堵，避免地層膨脹和井壁坍塌，為油氣層提供有效保護。盡管僅作為一種防塌劑，但能發(fā)揮很好的堵漏作用。

制備成膜劑時，主要采用以下反應機理：改性淀粉和聚乙烯醇反應生成水溶性硅油與成膜劑。對成膜劑的性能進行分析評價時，需要采用以下方法：根據(jù)二次濾失量對成膜效應進行評價，然后根據(jù)抑制粘土造漿率和巖屑的回收率對抑制性能進行評價。通過測試可知，該成膜劑具有良好性能：①純基漿：表觀粘度為42MPa·s;一、二次濾失量分別為5.0mL和10.2mL;巖屑回收率為10.3%。②在純基漿中加入1%成膜劑后，表觀粘度減小至11MPa·s，一次濾失量不變，二次濾失量減小至3.4mL，造漿降低率為73.5%，巖屑回收率增加至93.8%。

此外，還應制備成膜潤滑劑，將石蠟作為原材料，對其進行乳化改性，同時輔以載體材料，制得固體狀態(tài)的潤滑劑。

將以上成膜劑和潤滑劑作為鉆井添加劑，充分利用其具有的成膜作用與粘接作用，并輔以超細狀材料和纖維狀材料，通過對配方的優(yōu)化和調(diào)整，能研制出滲透性極低且速度極快的新型鉆井液體系。

3 ?結(jié)束語

綜上所述，對地質(zhì)鉆探工作而言，堵漏是一項國際難題。所以必須加強對新技術和新材料的開發(fā)，對鉆探中出現(xiàn)的復雜多變的漏失問題，研究并采用有針對性的堵漏技術和方案。

參考文獻

[1]呂彥軍.地質(zhì)鉆探堵漏新技術的應用及效果分析[J].中國建材科技，2018，27（03）：79+69.

[2]張承飛.地質(zhì)鉆探堵漏新技術的應用及效果分析[J].低碳世界，2017（32）：99～100.

[3]陶士先，劉四海，胡繼良.地質(zhì)鉆探堵漏新技術的初步研究[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2012，39（11）：13～16.

收稿日期：2018-12-4