成 挺, 梁大川，馮澤遠

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特種凝膠堵漏技術在元壩204-2井的應用

成 挺1，2, 梁大川2，馮澤遠3

（1. 四川光亞聚合物化工有限公司，四川 成都 610500；2. 西南石油大學，四川 成都 610500； 3. 浙江仁智股份有限公司，浙江 溫州 325000）

針對元壩204-2井高壓水層與漏失層同層的特點，在多次采用正反注常規(guī)堵漏方法無效的情況下，采用先注特種凝膠ZND-2，跟注水泥漿的堵漏技術。介紹了特種凝膠ZND-2的室內評價和現(xiàn)場應用情況。結果表明，在元壩氣田，特種凝膠堵漏技術滿足復雜井況，尤其是噴漏同層的要求下，成功封住了高壓水層與漏失層。該智能凝膠使用范圍廣，用量小，效果好，具有很好的應用推廣前景。

井漏；凝膠；元壩氣田

1 特種凝膠堵漏技術的原理與特點

1.1 特種凝膠堵漏技術的原理

特種凝膠ZND-2是通過在大分子鏈上引入特種功能基而合成的一種水溶性高分子聚合物堵漏凝膠，進入漏失層或者水層能自動停止流動形成可逆的非交聯(lián)空間網(wǎng)狀凝膠結構。該結構充滿漏失裂縫或溶洞空間，形成能隔斷地層內部流體與井筒流體的“凝膠段塞”。當該“凝膠段塞”能夠移動時所需要的最低壓差(啟動壓差)大于鉆井液液柱壓力與地層流體壓力差(漏失壓差)時即可達到堵漏目的；當啟動壓差小于漏失壓差時(多發(fā)生在噴漏同層)，配合水泥漿或橋塞實施復合堵漏:凝膠能排走地層流體占據(jù)漏層附近空間，隔斷堵漏漿與地層流體的聯(lián)系，從而防止堵漏漿被地層流體稀釋，堵漏漿在漏層停留、及時堆積、凝結固化或形成“架橋” 創(chuàng)造條件；凝膠在此過程中發(fā)揮“助堵”功能。

1.2 特種凝膠ZND-2的特點

（1）良好的剪切稀釋性。在高速梯(如300～500 s-1)下有低的粘度100～200 mPa·s;在低速梯下(7.34 s-1,相當于在地層中的滲流)，粘度達(5～10)×104mPa·s或更高。因此在管柱和環(huán)空中容易流動，而在漏層中粘度迅速增加、流動阻力增大，具有很強的粘彈性且可占據(jù)漏層附近的漏失空間。

（2） 靜置后自動形成的可逆超高分子網(wǎng)狀凝膠結構強度隨時間而增強，具有很強的靜切力和彈性模量，可以在通過喉道后發(fā)生膨脹以堵塞流體通道;而要使其移動必須克服足夠大的彈性阻力或靜切力。

（3）隔離地層流體效果好。特種凝膠難以與地層流體混合而被稀釋， 自身會保持成獨立的一相,具有很高的內聚力，油氣水混入其中很難移動。

（4）堵漏工藝適用范圍廣。不受傳統(tǒng)堵漏材料顆粒大小影響井下工具的使用；與如橋塞粒子、水泥、 膨潤土等固體材料相容性好而不影響其上述特性;對鉆井液、完井液、固井水泥漿和修井液等無明顯性能損害[1-5]。

2 特種凝膠室內實驗

（1）根據(jù)元壩204-2井情況，進行了4種凝膠的篩選，分別用清水配制1.2%濃度的特種凝膠ZND-2溶液和相同濃度市場上其他三種凝膠A，凝膠B，凝膠C溶液，待其溶解完全后，在常溫下用六速旋轉粘度計測試其流變性。結果如下表1。

表1 特種凝膠ZND-2與其他幾種凝膠六速讀數(shù)

實驗結果表明，在同一剪切速率下，特種凝膠ZND-2比其他幾種凝膠具有更高的流動阻力，而且隨著剪切速率的增加而更加明顯，這說明ZND-2的結構要比其他幾種凝膠更強，破壞特種凝膠結構，克服靜切力的外力要比其他幾種更大，說明特種凝膠ZND-2作為堵漏劑，其強度更高，更適合做堵漏劑。

（2）根據(jù)元壩204-2井現(xiàn)場情況，分別在室內配制清水+1%特種凝膠，清水+1.2%特種凝膠，清水+1.5%特種凝膠ZND-2，分別用六速旋轉粘度計測試其常溫流變性如下圖表。

表2 凝膠溶液流變性

圖2 凝膠含量與切力關系

室內實驗結果表明：①機攪（520 r·min-1）10 min測性能，有很少的顆粒溶解不很好，放置4 h明顯增稠，1.5%濃度的比較明顯；②不同濃度的凝膠都有較好的流動性，能滿足現(xiàn)場泥漿泵與水泥車的施工作業(yè)要求；③1.2%含量的凝膠溶液粘切介于1%和1.5%之間。

（3）把配制好的1.2﹪ZND-2凝膠與水泥漿相混，發(fā)現(xiàn)在不攪拌的情況下兩項不會互溶，出現(xiàn)分層現(xiàn)象，凝膠ZND-2在上，水泥漿在下，過渡帶沒有出現(xiàn)沉淀、結塊。

綜合考慮現(xiàn)場及施工情況及后續(xù)注水泥施工，選擇濃度為1.2%用于堵漏作業(yè)。

3 元壩204-2井現(xiàn)場應用

3.1 元壩204-2井概況及漏失地層特點

元壩204-2井是中石化西南分公司布置在川東北巴中低緩構造的一口開發(fā)井，為五開制直井，設計井深6 720 m，以長興組頂部礁蓋(頂)儲層為主要目的層。該井于2014年12月15日15:00四開開鉆，2015年1月25日10:00鉆進至井深6391.14 m發(fā)生地層出水，層位為飛仙關二段，巖性為灰色灰?guī)r、含泥灰?guī)r。壓井施工過程中發(fā)生嚴重井漏。

鄰井元壩204井直線距離406.66 m、元壩204-1H井直線距離380.64 m，元壩204井測井解釋飛二段不含水層，元壩204-1H井在飛二段鉆進過程中未見明顯地層出水；同時本井地質預測該層位亦無水層，但本井在采用泥漿密度2.10 g/cm3鉆進時卻發(fā)生地層出水、井漏復雜情況，實屬地質異常情況；且采用常規(guī)橋漿堵漏、橋漿+DTR堵漏均無效，最終采用凝膠+水泥漿承壓堵漏的方式堵住漏層同時也封住水層。

3.2 常規(guī)堵漏

3.2.1 第一次正注堵漏

配制密度2.15 g/cm3，濃度20%堵漏漿100 m3（4%LF-1+4%FD-2+4%ZD-A+4%ZD-B+2%ZD-C+2%SRD-2）。正循環(huán)方式有效泵入堵漏漿59 m3、井漿75 m3（堵漏漿稀釋后注入），共計134 m3，排量8.96 L/s，套壓5.5 MPa↗7.2MPa，注堵漏漿過程中立壓出現(xiàn)波動4.5MPa↘2.0MPa↗3.2MPa。注入量在64.7 m3時堵漏漿出鉆頭，在堵漏漿進入地層過程中立壓未見明顯上升，說明地層承壓情況未能有效改善，為避免堵漏材料堵塞鉆具水眼，采用持續(xù)替漿的方式將全部堵漏漿替入地層，堵漏無效。井底漏失明顯，說明漏失通道發(fā)育良好，受到鉆具條件限制，堵漏漿配方（堵漏材料顆粒大小、濃度等）暫時不能更加優(yōu)化。

3.2.2 第二次環(huán)空堵漏

配制密度2.22 g/cm3，濃度35%堵漏漿110 m3（8%GD-1+5%ZD-A+5%ZD-B+3%FRD-2+2%橡膠粒+5%貝殼+2%SRD-3+2%核桃殼（2-3目）+3%核桃殼（5-7目）。環(huán)空平推堵漏漿80 m3，堵漏漿進入地層未見壓力波動。堵漏漿在地層內未起到預期效果，停泵后環(huán)空液面32 m左右基本穩(wěn)定，分析地層通道發(fā)育較好，常規(guī)堵漏方式無法有效實現(xiàn)封堵效果。正循環(huán)擠堵5 m3，立壓4 MPa，套壓為0，擠堵過程中未見壓力波動。關井觀察，中途分三次從環(huán)空擠注泥漿共計26.5 m3，期間連續(xù)監(jiān)測環(huán)空液面高度，未見堵漏效果。

3.2.3 第三次正注堵漏

配制密度2.20 g/cm3，濃度38%的堵漏漿100 m3（配方：5%DTR +2%棉籽殼（纖維狀7%）+5%貝殼+2%云母片（片狀7%）+1%核桃殼2～3目（大顆粒不規(guī)則狀1%）+3%SRD-5+4%SRD-3+4%FRD-2+1%皮革粉（可膨脹）+2%核桃殼5～7目+2%核桃殼7～12目+2%核桃殼12～20目+2%橡膠粒（可變形）+1%花生殼粉+2%LF-1（顆粒狀））。注入密度2.20 g/cm3濃度38%的堵漏漿71 m3；初期開井注漿，出口未見泥漿返出，注堵漏漿至55 m3時關井，注堵漏漿過程監(jiān)測環(huán)空液面高度穩(wěn)定在35 m左右；替入密度2.25 g/cm3泥漿39 m3，替漿過程套壓為0，未見立壓升高，但出現(xiàn)緩慢下降（頂替漿密度比堵漏漿密度高0.05 g/cm3），此時堵漏漿進入地層量為21 m3；替漿過程監(jiān)測環(huán)空液面高度穩(wěn)定在35 m左右小排量間歇擠注堵漏漿，1.2~1.8 m3/次，累計注入25 m3，擠堵過程中套壓為0，未見立壓有明顯變化，擠堵過程監(jiān)測環(huán)空液面高度穩(wěn)定在35 m左右，堵漏無效；

3.2.4 第四次正注DTR+橋漿堵漏

現(xiàn)場配制密度2.25 g/cm3，濃度25%的橋漿40 m3（配方:8%GD-1+3%貝殼+2%云母片+2%核桃殼3～5目+2%核桃殼5～7目+2%SRD-3+3%ZD-A +3%ZD-B），密度2.25 g/cm3，濃度30%的DTR橋漿60 m3（配方:清水+25%DTR+2%核桃殼5～7目+2%GD-1+1%ZD-A+BaSO4；注:漿/水=1/3，基漿密度1.21 g/cm3加重配制），鉆具內先正注濃度25%橋漿20 m3，再注濃度30%DTR橋漿30 m3，注堵漏漿過程中環(huán)空液面高度距離鉆臺面15 m左右；鉆具內替井漿69 m3，此時橋堵漏漿全部進漏層，DTR堵漏漿進入漏層10 m3，替漿過程中井口未返漿，泵壓4 MPa無變化，環(huán)空液面高度距離鉆臺面15~12 m；分4次間斷擠堵，泵壓穩(wěn)定1.5 MPa，每次替入密度2.25 g/cm3泥漿5 m3，共擠20 m3，井口未返漿，環(huán)空液面空高12~11 m，堵漏無效。

3.3 特種凝膠堵漏施工情況

施工現(xiàn)場凝膠配制及準備工作：在泥漿罐將1~2臺螺桿泵放入罐內，出口端放置在加凝膠的加料口處，讓水在罐內循環(huán)。計算好凝膠加量，打開罐上攪拌器，打開螺桿泵或潛水泵，讓出口端在加料口處，進行罐內水循環(huán)；將凝膠干粉倒在螺桿泵的出口端的水柱上，均勻加料，加入速度根據(jù)的原則：每罐配制總時間15~25 min，根據(jù)總包數(shù)/總時間=每包加的時間，在加料過程中注意觀察，如果起了團塊，則速度適當放慢。加料完成后，保持螺桿泵或潛水泵繼續(xù)罐內循環(huán)，直至它們的排量很小時關閉螺桿泵或潛水泵；攪拌時間由肉眼觀察凝膠內無小“魚眼”，凝膠從攪拌杯傾斜一定角度往外倒（凝膠舌頭長10 cm左右），然后迅速把杯子立正，凝膠彈回杯內為依據(jù)；罐上留人觀察設備運行情況，以便出現(xiàn)問題及時整改。根據(jù)凝膠配制步驟,元壩204-2井配制完成密度:1.01 g/cm3，濃度1.2%凝膠100 m3；水泥車、壓裂車進場對各高壓連接管線、管匯試壓70 MPa，試壓合格。

元壩204-2井現(xiàn)場具體施工步驟如下：第一步，關井狀態(tài)下排量0.5~1.8 m3/min壓裂車正注密度1.03 g/cm3注凝膠70 m3，泵壓69~12 MPa，套壓3.1 MPa↘1.2MPa↗4.8MPa；第二步關井狀態(tài)下排量0.5~1.2 m3/min壓裂車正注密度2.21 g/cm3水泥漿68 m3，泵壓68~14 MPa，套壓4.8 MPa↗14 MPa↘8.5 MPa；第三步，關井狀態(tài)下排量0.4 m3/min水泥車正注密度2.25 g/cm3加重隔離液5 m3，泵壓14~11 MPa，套壓8.5↗10 MPa；第四步關井狀態(tài)下排量1.7 m3/min壓裂車正注密度2.18~2.20g/cm3井漿70 m3，泵壓27~19 MPa，套壓10 MPa↘3.0 MPa；第五步，關井狀態(tài)下排量0.5~1 m3/min泥漿泵環(huán)空反注密度2.18~2.20 g/cm3泥漿10 m3，泵壓10~5.0 MPa，套壓3.0 MPa↗5.0 MPa↘2.2 MPa，作業(yè)結束，關井候凝。

驗證堵漏結果：候凝結束后，掃水泥塞井段6 200~6 391 m，掃塞至井深6 343 m對全裸眼井段做當量密度為2.35 g/cm3地層承壓試驗合格。開始鉆進，井段6 391.14~6 402 m，鉆時40~50 min/m，每進尺1 m上提鉆具劃眼觀察泥漿液面變化，井深6393 m時返出鮞?；?guī)r巖屑比例約70%，驗證本次堵漏作業(yè)成功。

4 結 論

（1） 跟其他常規(guī)堵漏材料相比較，特種凝膠具有配制簡單，施工方便，用量少等特點；

（2） 特種凝膠能夠有效解決元壩氣田的井漏問題，而且一次性堵漏成功率高，效果好，具有很高的經(jīng)濟效應；

（3） 特種凝膠與其他堵漏漿或者水泥漿配合能更好的發(fā)揮更好的堵漏效果，尤其是針對噴漏同層、失返、大漏等復雜情況。

[1] 張新民，聶勛勇，王平全，等. 特種凝膠在鉆井堵漏中的應用[J].鉆井液與完井液，2007，24(5): 83-84.

[2] 王平全，聶勛勇，張新民，等． 特種凝膠在處理 “井漏井噴” 中的應用［J］. 天然氣工業(yè)，2008，28(6): 81-82．

[3] 王中華．聚合物凝膠堵漏劑的研究與應用進展［J］．精細與專用化學品，2011，19(4): 16-20．

[4] 魏鳳娟，梁大川，侯德舉．特種凝膠鉆井堵漏及其解堵研究［J］．長江大學學報（自然科學版）理工，2012，9(1): 74-76.

[5] 錢志偉，王平全，白楊．鉆井堵漏用特種凝膠的適用性［J］．鉆井液與完井液，2012，29 (2): 51-54．

The Special Gel Technology for Mud Loss Control in Well Yuanba 204-2

1,2,2,3

（1. Sichuan Guangya Polymer Chemical Co., Ltd., Sichuan Chengdu 610500，China; 2. Southwest Petroleum University, Sichuan Chengdu 610500，China; 3.Zhejiang Renzhi Co.,Ltd., Zhejiang Wenzhou 325000，China）

In view of the characteristics that the high pressure aquifer was in the same layer of leakage zone of Well Yuanba 204-2, and because positive and negative injecting conventional plugging methods were ineffective, the plugging technology with injecting special gel of ZND-2 and injecting cement paste was used in Well Yuanba 204-2. In this paper, the laboratory evaluationand field application of the special gel ZND-2 were introduced. The results show that the application of special gel mud technology for mud loss control in Well Yuanba 204-2 can meet the complex well conditions of Yuanba gas field, specifically under the condition of coexistence of blowout and mud loss in the same interval. This method can successfully seal the high pressure aquifer and the leakage zone. The intelligent gel with characteristics of small consumption and good effect has great prospect of application and promotion.

lost circulation; special gel; Yuanba gas field

2017-03-14

成挺（1987-），男，助理工程師，四川廣安人，2011年畢業(yè)于西南石油大學應用化學專業(yè)，研究方向：從事鉆完井液技術工作。

TE 357

A

1004-0935（2017）05-0455-04