潘元雙，夏宏南，楊 軍，張 楊

（油氣鉆井技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室防漏堵漏研究室，長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢430100）

油基鉆井液堵漏劑性能試驗(yàn)與評價研究

潘元雙，夏宏南，楊 軍，張 楊

（油氣鉆井技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室防漏堵漏研究室，長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢430100）

眾所周知，在進(jìn)行鉆井的過程中，經(jīng)常會遇到低壓或者壓力衰竭的高滲透地層，這樣會導(dǎo)致出現(xiàn)較為嚴(yán)重的井漏現(xiàn)象，此時就需要用堵漏劑和灌注水泥進(jìn)行防止井漏?；诖?，本文簡要分析了油基鉆井液堵漏劑的性能試驗(yàn)研究以及其評價機(jī)制，從國內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行描述引出鉆井液的試驗(yàn)過程以及現(xiàn)象施工的相關(guān)注意事項(xiàng)，最后提出了鉆井液在發(fā)展過程中所遇到的一些問題，以期對實(shí)際工程具有一定的指導(dǎo)意義。

油基鉆井液；堵漏劑；性能試驗(yàn)

眾所周知，通常在進(jìn)行油氣鉆井的過程中會遇到井漏現(xiàn)象，鉆井液的泄露會對人體造成較大的危害，因此，工作人員需要對鉆井液進(jìn)行及時處理，實(shí)行堵漏技術(shù)的前提是如何高效使用堵液材料。堵漏材料是油基鉆井過程發(fā)生井漏現(xiàn)象必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)，根據(jù)物理機(jī)理來看，堵漏材料主要分為橋接堵漏材料、高失水堵漏材料、暫堵材料、化學(xué)堵漏材料、無機(jī)膠堵漏材料以及軟塞類堵漏材料等6種。其中橋接堵漏材料在目前的實(shí)際應(yīng)用最為廣泛的材料之一，其又可稱為惰性材料，盡管目前化學(xué)堵漏材料以及其他各種類型的堵漏材料發(fā)展較為迅速，但是橋接堵漏材料的地位仍然不可撼動。堵漏材料的使用必須滿足與鉆井液不混合、材料本身具有一定的強(qiáng)度、材料便于加工耐腐蝕以及價格低廉四大特點(diǎn)。近些年，國內(nèi)外對于水基鉆井液堵漏劑的研究與開發(fā)做了大量的工作，但是對于油基鉆井液堵漏劑的研究較為稀疏，本文主要對油基鉆井液堵漏劑進(jìn)行試驗(yàn)分析研究并得出優(yōu)化結(jié)果，便于今后工程參考。

1 國內(nèi)外發(fā)展概述

隨著海上世界的序幕逐漸拉開，各國已經(jīng)瞄準(zhǔn)海洋市場，我國也正在大力發(fā)展海洋深層開采技術(shù)，為了滿足復(fù)雜的地質(zhì)條件，對于鉆井技術(shù)的要求越來越嚴(yán)格，保障技術(shù)工藝得以實(shí)現(xiàn)的基本前提就是選用優(yōu)良的堵漏劑，近些年國內(nèi)外對鉆井液處理劑進(jìn)行了大量的研究并得出了一系列的成果，下面分別對國內(nèi)以及國外的鉆井液處理劑進(jìn)行簡要的介紹。

1.1 國內(nèi)鉆井液處理劑發(fā)展

國內(nèi)鉆井液處理劑的發(fā)展簡言之可以分為起步、完善以及提高3個部分，當(dāng)鉆井液處理劑技術(shù)在迅猛發(fā)展起來后才使得鉆井液處理劑從分散逐步變?yōu)榧胁⒉粩嗟玫酵晟?，這3個發(fā)展過程之間相互聯(lián)系，相輔相成。在起步階段，我國的鉆井液處理劑完成了從自然造漿向分散鉆井液體系的轉(zhuǎn)型過程，當(dāng)時由于儀器設(shè)備以及自然環(huán)境的制約加之人員經(jīng)驗(yàn)不足等因素，導(dǎo)致鉆井液處理劑仍然處于設(shè)計(jì)階段沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用，在起步階段，處理劑使用的主要是纖維素以及腐植酸能，由于技術(shù)問題當(dāng)時的處理劑普遍質(zhì)量低下。到了二十世紀(jì)80年代，鉆井液處理劑技術(shù)隨著石油化工的崛起得到快速發(fā)展，在完善階段鉆井液處理劑的體系逐步得到改進(jìn)，此階段由SMP、SMC以及SMT組成的3S體系已經(jīng)逐漸走向成熟，并在各大油田得到廣泛的應(yīng)用。這一發(fā)展有效地降低了鉆深井漏液的難度，同時還解決了固相和黏土含量控制的問題大大保障了處理液的清潔程度。

進(jìn)入到二十一世紀(jì)后，隨著國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，我國的鉆井液處理劑的技術(shù)水平和操作人員的綜合素質(zhì)都有了飛速的發(fā)展。近幾年，隨著油氣田的開采油基鉆井液技術(shù)得到了長足發(fā)展，這一階段大力使用AMPS聚合物這使得鉆井液技術(shù)得到快速的提升，由于AMPS在耐腐蝕、耐高溫等惡劣條件下的明顯優(yōu)勢，目前在市場內(nèi)備受關(guān)注。

1.2 國外鉆井液處理劑發(fā)展

在國外最早應(yīng)用的鉆井液處理劑是橋接型堵漏劑，橋接型堵漏劑的主要原理是利用內(nèi)部顆粒狀的橋架內(nèi)對微小通道進(jìn)行抑制作用，進(jìn)而發(fā)揮其堵漏作用。在1990年，法國最早提出利用不添加交聯(lián)劑的可膠凝聚物可以有效進(jìn)行堵漏的理念，此外國外的專家學(xué)者還建立了剛性顆粒封堵裂縫的理論模型并發(fā)現(xiàn)了有效的堵漏材料。另一方面，在高失水材料堵漏劑的研究領(lǐng)域內(nèi)，國外菲利普斯公司研制了一種由石棉粉、海泡石、水泥等材料按照一定比例混合而成的復(fù)合材料，該材料的研制使用較為便捷，同時成功率也較高，在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用。而對于暫堵型堵漏劑方面，國外的專家學(xué)者研制出了一種能夠快速變得粘稠的聚合物，該聚合物主要由烷基磷酸鹽酸脂以及有機(jī)胺兩種材料構(gòu)成。

2 鉆井液試驗(yàn)及現(xiàn)場施工

2.1 試驗(yàn)材料、儀器、方法及結(jié)果

在筆者所參與的鉆井液試驗(yàn)過程中，主要用到的材料為堵漏材料和配漿材料。其中堵漏材料主要以固相材料為主，按照物理形態(tài)堵漏劑分為纖維狀、片狀以及顆粒狀堵漏劑3種形態(tài)。該試驗(yàn)過程中所采用的材料以市場上的主流產(chǎn)品為主，主要有棉籽殼、單向封壓力劑、吸水膨脹聚合物和木屑、玻璃紙等復(fù)合而成的制劑。配漿材料主要是聚丙烯酰胺、抗溫抗鹽降濾失劑以及加重劑等。試驗(yàn)過程中采用的主要配方為：（1）17.5%水+17.5%0#柴油+1%OP=10+65%硅酸鹽水泥+0.5%RET-M緩凝劑（密度為1.70g·cm-3）。（2）：20%水+20%0#柴油+1%OP-10+60%硅酸鹽水泥+0.3%RET-M緩凝劑（密度為1.60g·cm-3）。試驗(yàn)過程采用的儀器主要是DL-2靜態(tài)堵漏儀、多功能壓力試驗(yàn)機(jī)、恒速攪拌器、常壓稠化器以及水浴鍋等。

在試驗(yàn)中采用的方法為：將試驗(yàn)提前預(yù)備好的填充床放置在規(guī)定的位置，將配比好的堵漏劑放入堵漏存貯罐中，然后進(jìn)行加溫加壓至設(shè)定值，在壓力以及溫度的作用下，堵液劑會被擠入到漏失測試通道中。若試驗(yàn)進(jìn)行的順利，則會形成堵塞現(xiàn)象，繼續(xù)進(jìn)行加壓至額定壓力就可以利用測試儀器進(jìn)行性能測試。在試驗(yàn)結(jié)束后，需要對于模擬裝置進(jìn)行卸載并觀察其封堵現(xiàn)象。鉆井液封堵現(xiàn)象評價見表1。

表1 鉆井液封堵現(xiàn)象評價表Tab.1 Phenomenon of drilling fluid plugging evaluation

在進(jìn)行油基鉆井的過程中，人們經(jīng)常會使用尼龍以及丙綸作為防堵材料，利用這兩種材料作為防堵劑的主要優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)久耐用，使用周期長防水性能好，最大程度的降低了滲透率。由表1可知，在縫寬較小時，利用較大的纖維能夠較好的進(jìn)行防堵，同時合成纖維對于鉆井液的流動性能影響較小。在進(jìn)行現(xiàn)場施工時，由于垂深不盡相同，所以一般情況下，地層內(nèi)的溫度也會存在差異。為了保證堵漏液性能的安全穩(wěn)定性，在室內(nèi)進(jìn)行不同溫度下的試驗(yàn)確保其流動以及稠化性能均能滿足實(shí)際需求，不同溫度下鉆井液稠化時間變化關(guān)系見表2。

表2 溫度變化與鉆井液稠化時間變化關(guān)系Tab.2 Temperature change and the mud thickening time relationship

2.2 現(xiàn)場施工工藝

在進(jìn)行油基鉆井的過程中應(yīng)該注意鉆井時發(fā)生泄漏的現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，應(yīng)該及時根據(jù)泄漏量進(jìn)行調(diào)整油基鉆井液的用量；同時，還應(yīng)該注意工作環(huán)境所適用的鉆井液。當(dāng)漏速較?。]有達(dá)到10m3·h-1），且不影響正常的鉆井過程時，可以考慮加入少量的超細(xì)黏合材料防止泄漏；當(dāng)漏速處于10~40m3·h-1時，應(yīng)該立刻停止鉆井操作，并根據(jù)現(xiàn)場施工情況進(jìn)行及時的補(bǔ)漏；當(dāng)漏速大于40m3· h-1時，應(yīng)該在立即停止油基鉆井的進(jìn)行，同時加入大量堵漏劑以避免大量的井噴現(xiàn)象；當(dāng)加入堵漏劑無效的時候，應(yīng)該及時加入混凝土或其他膠質(zhì)類的材料進(jìn)行堵漏。

2.3 現(xiàn)場施工注意事項(xiàng)

在進(jìn)行現(xiàn)場施工時應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：（1）在進(jìn)行油基鉆井液的灌入時，應(yīng)該采用小型的連接器械進(jìn)行灌注，在進(jìn)行注入前應(yīng)該精準(zhǔn)地確認(rèn)泄漏的位置；（2）在進(jìn)行堵漏劑試驗(yàn)時，應(yīng)該準(zhǔn)備一個大型的貯液罐以確保試劑能夠充分進(jìn)行混合；（3）試劑配比時，應(yīng)該先加入油水以及所需藥品，再加入水泥等材料，確保其性能發(fā)揮至最優(yōu)；（4）在現(xiàn)場施工前，應(yīng)該提前勘測地質(zhì)條件以及對地層溫度的采集，以確保施工的安全性。

3 鉆井液處理劑發(fā)展面臨的主要問題

鉆井液在發(fā)展的過程中由無到有，取得了長足的發(fā)展，在經(jīng)過大量的試驗(yàn)以及應(yīng)用的過程后，國內(nèi)鉆井液技術(shù)已經(jīng)得到飛速的提升，但是在發(fā)展的同時也應(yīng)該看到目前所存在的問題，總結(jié)起來主要是技術(shù)、管理以及處理劑質(zhì)量等3方面的問題，下面筆者對其進(jìn)行一一說明。

3.1 技術(shù)方面的問題

鉆井液雖然已經(jīng)在國內(nèi)應(yīng)用的已經(jīng)較為廣泛，但是在新的歷史條件下對于油基鉆井液又提出了新的要求，因此，需要我們與時俱進(jìn)，在技術(shù)上要及時進(jìn)行跟進(jìn)。研發(fā)人員應(yīng)該考慮鉆井液如何保證綠色環(huán)保低碳的要求，同時還應(yīng)該切實(shí)解決目前在井眼處循環(huán)消耗過大的問題。雖然鉆井液技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)取得了一定的進(jìn)步，但是跟國外相比還存在較大的差距，這就要求我們應(yīng)該站在新的歷史起點(diǎn)著力于技術(shù)的研發(fā)以及技術(shù)的革新，大力發(fā)展新型鉆井液的研制工作，善于總結(jié)歷史經(jīng)驗(yàn)，巧于利用借鑒國外先進(jìn)的技術(shù)，以確保鉆井液技術(shù)能夠跟上時代的步伐。

3.2 管理方面的問題

鉆井液的管理方面存在較大的漏洞，首先就是鉆井液的命名不規(guī)范，沒有按照國際統(tǒng)一的規(guī)則進(jìn)行命名，諸多千奇百怪的命名現(xiàn)象，直接影響了鉆井液的發(fā)展，同時還影響了行業(yè)的長足進(jìn)步。在國內(nèi)，使用鉆井液經(jīng)常被看作是節(jié)約成本的一種行為，能夠節(jié)省施工方的成本，但是在節(jié)省開支的同時難以到安全問題；同時，對于鉆井液的管理上也存在較大的漏洞，一般情況下，只要未出現(xiàn)安全事故，管理方就不會重視起來，缺少安全責(zé)任意識，在進(jìn)行管理時執(zhí)行力度不夠嚴(yán)格，長此以往若遇到突發(fā)事故，人們則會缺少應(yīng)急處理方案，造成不必要的人員、物力的損失。

3.3 處理劑質(zhì)量

鉆井液的處理劑根據(jù)其作用效果不同大致可以分為降濾失劑、降粘劑、加重劑、外加劑、頁巖抑制劑、增粘劑以及土粉7種。在進(jìn)行抽檢的過程中，可以發(fā)現(xiàn)多數(shù)處理劑質(zhì)量存在較大的問題，合格率較低，分析其原因主要是由于鉆井液的制定標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。目前，我國有些地區(qū)采用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是已經(jīng)廢止的標(biāo)準(zhǔn)，但是這些標(biāo)準(zhǔn)仍然在使用，因此，造成了在抽檢過程中處理劑質(zhì)量相對較差，影響后期的使用效果。

4 結(jié)語

綜上所述，配比的試劑在室內(nèi)試驗(yàn)以及現(xiàn)場運(yùn)用均取得了較好的成果，這一結(jié)論證實(shí)了試驗(yàn)過程中所采用的材料以及配比合理科學(xué)，具有較強(qiáng)的現(xiàn)場適應(yīng)性以及防堵性能。同時，在現(xiàn)場施工的過程中，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行及時的調(diào)整以便于更好的試驗(yàn)。另外，在進(jìn)行試驗(yàn)時，應(yīng)該及時進(jìn)行數(shù)據(jù)以及漏點(diǎn)的記錄，在最有可能出現(xiàn)漏液的管段進(jìn)行標(biāo)記并及時做好系列預(yù)案，操作人員應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場情況總結(jié)出不同條件下油基鉆井液的適用范圍并做好記錄便于后續(xù)分析。

［1］徐同臺,劉玉杰,申威,等.鉆井工程防漏堵漏技術(shù)［M］.北京:石油工業(yè)版社,1997:1-104.

［2］鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)［M］.山東東營:石油大學(xué)出版社,2001: 146-148.

［3］蒲曉林,羅向東,羅平亞.用屏蔽橋堵技術(shù)提高長慶油田洛河組漏層的承壓能力［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報,1995,17（2）:78-84.

Test and evaluation research of oil-base drilling fluid plugging agent performance

PAN Yuan-shuang，XIA Hong-nan，YANG Jun，ZHANG Yang
（Leakage Protection&Sealing Technology Laboratory,Oil And Gas Drilling National Engineering Laboratory,Institute of Petroleum Engineering,Yangtze University,Wuhan 430100,China）

As is known to all,in the process of drilling,often low or high permeability formation pressure failure,this will lead to more severe lost circulation phenomenon,where you need to use cement to prevent lost circulation plugging agent and infusion.Based on this,this article briefly analyzes the oil-base drilling fluid performance test research of plugging agent and its evaluation mechanism,from the described domestic and foreign research progress of drilling fluid considerations related to the construction of the test process and phenomenon,finally proposed the drilling fluid in some problems encountered in the process of development,in order to has a certain guiding significance to practical engineering.

oil-base drilling fluid；plugging agent；performance test

TE254.4

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20161254

2016-07-05

潘元雙（1990-），男，在讀碩士研究生，研究方向：鉆井工藝技術(shù)的。

導(dǎo)師簡介：夏宏南（1962-），長江大學(xué)教授，博導(dǎo)，從事石油鉆井工藝技術(shù)研究。