蘇俊霖， 王雷雯， 劉禧元， 熊開俊

(1西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室 2中國石油吐哈油田分公司工程技術(shù)研究院)

近年來，因地層疏松、裂縫發(fā)育，多個油田或區(qū)塊在表層頻發(fā)漏失，這類漏失具有漏點多、位置不定、漏失量大、漏點隨鉆頭不斷下移而不斷出現(xiàn)的特點[1-2]。因橋接堵漏材料無法在漏失通道中堆積、架橋形成有效封堵，現(xiàn)有材料與方法難以對這類漏失進行隨鉆堵漏，只能實施注水泥或其他堵漏材料+注水泥的停鉆堵漏，并且還會因新漏層出現(xiàn)漏了就堵、堵了再漏，反復折騰的局面，給現(xiàn)場堵漏帶來極大的困難，損失大量的時間與費用。

有充分清水保障下的清水強鉆可節(jié)約時間并有進尺，但部分井出現(xiàn)漏水不漏砂，井筒沉砂嚴重容易導致卡鉆[3]；氣體鉆井則會遇到表層出水、鉆后后繼作業(yè)地層失穩(wěn),甚至漏氣的的問題[4]。基于此，本文針對性地開發(fā)了適合表層漏失的凝膠隨鉆堵漏技術(shù)，該技術(shù)具有凝膠強度高、可隨鉆堵漏的特點。

一、凝膠隨鉆堵漏機理

隨鉆堵漏材料主要由特種凝膠ZND系列、凝膠強度調(diào)節(jié)劑TD-1及常規(guī)隨鉆橋堵材料組成，各組分作用不同，協(xié)同增效。

1.凝膠ZND作用

凝膠ZND是一種在親水主鏈上具有一定量疏水基團的水溶性疏水締合高分子聚合物，分子間可通過疏水締合作用形成布滿流體空間的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。由于疏水締合是一種非化學交聯(lián)的物理作用，所以形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有可逆性，這種特有的兩親結(jié)構(gòu)使得ZND分子表現(xiàn)出有與其他聚合物不同的性能，如剪切稀釋性、較強的黏彈性、抗沖稀性、較高的啟動壓力梯度等。使得凝膠ZND具有滿足裂縫漏失堵漏的7種要求的性能：“流得進、沖不稀、停得住、排得凈、充得滿、隔得斷、抗得住”[5-7]。

2.凝膠強度調(diào)節(jié)劑TD-1作用

凝膠強度調(diào)節(jié)劑TD-1是一種有機小分子，可以與凝膠ZND分子相互作用參與形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，相應地體系的黏度大幅增大。但它們之間的相互作用同樣是非化學交聯(lián)的物理作用，在流動剪切下很容易消除，圖1為用MCR301型Anton Paar流變儀測量的ZND及ZND+TD-1體系在不同剪切速率下的黏度。

從圖1可以看出：ZND及ZND+TD-1體系均具有良好的剪切稀釋性，但剪切速率低于100 s-1時，ZND+TD-1體系的黏度遠大于同濃度單純的ZND體系。所以，TD-1與ZND的相互作用宏觀表現(xiàn)在攪拌的泥漿池及井筒流動時體系的黏度與同濃度的ZND相同，而在裂縫漏失通道中體系黏度大于單純的ZND凝膠。這樣，就可以用低濃度的ZND+TD-1達到以前較高濃度ZND的堵漏效果，并且還具有更好的泵注性及流動性，從而使凝膠ZND隨鉆堵漏具有可能。

圖1 TD-1+ZND體系在不同剪切速率下的黏度

3. 橋接材料的作用

對不同井深裂縫漏失通道進行封堵的凝膠段塞需要承受的壓差不同，若兼顧隨鉆流動性的凝膠段塞強度或啟動壓力梯度不夠時，則需要加入級配優(yōu)化的橋接堵漏材料從而增強堵塞段的力學承壓能力。在高流速剪切作用下，橋接隨鉆堵漏材料基本保持原有的粒度分布，可以對非裂縫漏失通道進行有效封堵；而在低流速剪切時，凝膠的包裹作用使得其多個顆粒聚集、粒度變大，可以對裂縫漏失通道進行架橋封堵。

三種材料的協(xié)同作用并配合現(xiàn)場工藝，使得原本只能停鉆實施的隔斷式凝膠段塞裂縫漏失堵漏可以對表層裂縫漏失進行隨鉆堵漏了，其中，利用凝膠ZND特殊的流變性有效解決了高漏速狀態(tài)下堵漏劑在漏失通道入口附近停駐及沖稀狀態(tài)下的滯留問題，利用TD-1解決了堵漏漿的泵注、流動及段塞強度與啟動壓力梯度問題，利用橋接材料進一步提高了堵漏段塞強度或啟動壓力梯度問題。

二、凝膠隨鉆堵漏鉆井液性能評價

在吐哈油田某井表層所用井漿(ρ=1.06 g/cm3)中分別加入不同數(shù)量的特種凝膠ZND、強度調(diào)節(jié)劑TD-1和常規(guī)隨鉆綜合堵漏劑(主要成分為單封、云母及核桃殼等),形成不同的凝膠隨鉆堵漏鉆井液配方,然后分別對不同鉆井液性能進行了評價(表1)。

由表1可以看出：①在用井漿中加入凝膠ZND后體系的表觀黏度及動切力均增加；②凝膠強度調(diào)節(jié)劑TD-1對凝膠ZND隨鉆體系黏度影響較大，未加TD-1體系表觀黏度與動切大幅上升，特別是動切力過大，會影響鉆井液體系的正常鉆進；加有TD-1的體系因其協(xié)同作用，在六速旋轉(zhuǎn)黏度計的剪切速度下體系的黏度增加幅度較低，能夠滿足鉆井過程的流變性的要求；③因為加入了一定量的隨鉆綜合堵漏劑，鉆井液體系的API濾失量降低，且對體系的流變性影響不大。

表1 凝膠隨鉆鉆井液體系性能

這表明凝膠ZND隨鉆堵漏鉆井液體系能夠滿足表層鉆進對鉆井液的性能要求。

三、堵漏效果評價實驗

實驗裝置：高溫高壓動靜態(tài)堵漏儀；模擬裂縫：縫長為30 cm、縫寬：3.5 cm、開度分別為4.0 mm×3.5 mm、3.0 mm×2.5mm等不同規(guī)格的金屬楔形裂縫組合(前寬后窄)。

堵漏體系：選用表1中所示的可滿足正常鉆進性能需要的2#、5#與6#配方的鉆井液體系。

實驗方法：按配方配制好所需要的堵漏鉆井液3 000 mL，將實驗用裂縫裝入高溫高壓動靜態(tài)堵漏儀中。將堵漏漿倒入泥漿罐中蓋好封蓋，逐漸加壓，若壓力可在某數(shù)值保持穩(wěn)定5 min，則繼續(xù)加壓，否則泄壓結(jié)束實驗，取出裂縫觀察堵漏材料在縫內(nèi)的封堵情況，實驗期間記錄堵漏漿的漏失情況。從承壓能力、堵漏材料進入深度、漏失量等方面綜合評價體系的不同寬度裂縫的封堵能力。

從表2可以看出，只添加有隨鉆綜合橋塞堵漏劑的堵漏漿全漏失，承壓能力接近為0，不能對較大裂縫進行封堵。而實驗配方的凝膠ZND隨鉆堵漏鉆井液因為ZND與TD-1的協(xié)同作用，一方面使得低剪切速度下的體系黏度迅速增大、凝膠強度快速大幅度升高，讓隨鉆堵漏材料在裂縫中的運移速度大幅度降低，并且還直接參與形成封堵段塞；另一方面，將隨鉆橋塞堵漏材料包裹其中，粒度增大，可以在大裂縫中架橋、填充、堆積封堵。

表2 凝膠隨鉆鉆井液體系對裂縫的封堵情況

因此可以對開度為4.0 mm×3.5 mm、3.0 mm×2.5 mm的大裂縫進行有效封堵，漏失量均小于100 mL，封堵位置均為裂縫長度的前半部分，即對裂縫進行的是“封腰”，且封堵段塞的承壓能力最小為3.6 MPa，能夠滿足表層正常鉆進的需要。

四、現(xiàn)場試驗

吐哈油田玉北10-21井是位于玉北區(qū)塊的一口開發(fā)井。由于地表疏松和天然裂縫的存在，該區(qū)塊前期鉆井出現(xiàn)一系列瓶頸難題，表層多次發(fā)生漏失，漏了就堵、堵了又漏，使單井鉆井周期大幅度延誤，決定采用凝膠隨鉆防漏堵漏技術(shù)。

堵漏漿配方為：基漿+0.6%ZND+0.2%TD-1+8%隨鉆綜合堵漏劑。堵漏工藝與常規(guī)隨鉆堵漏工藝相同，僅需要保持泥漿罐開泵攪拌。

表3 凝膠ZND隨鉆堵漏應用對比

現(xiàn)場應用結(jié)果如表3所示，該井應用凝膠隨鉆堵漏技術(shù)后，對比鄰井玉北11-20漏失量減少1 143 m3(84.5%)，鉆井周期節(jié)約14 d(46.7%)，對比玉北6區(qū)塊已鉆井漏失量大幅減少1 642 m3(88.7%)，表層鉆井周期節(jié)約20 d(55.6%)，表明凝膠ZND隨鉆堵漏技術(shù)對表層裂縫漏失堵漏效果明顯。

五、結(jié)論

(1)利用凝膠ZND特殊的流變性可有效解決高漏速狀態(tài)下堵漏劑在漏失通道入口附近停駐及沖稀狀態(tài)下的滯留問題，利用TD-1可解決堵漏漿的泵注、流動及段塞強度問題，利用橋接材料可進一步提高堵漏段塞承壓能力問題。

(2)體系中各組分協(xié)同作用，使凝膠ZND隨鉆堵漏鉆井液既能滿足表層鉆進對鉆井液的性能要求，又能滿足裂縫漏失對堵漏漿的性能要求。

(3)現(xiàn)場應用表明，凝膠ZND隨鉆堵漏鉆井液技術(shù)能有效解決表層裂縫漏失問題，值得推廣應用。

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[3]陳星星. 涪陵頁巖氣田防漏堵漏技術(shù)應用研究[J]. 探礦工程(巖土鉆掘工程),2015，42(3):11-14.

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[5]聶勛勇. 隔斷式凝膠段塞堵漏機理及技術(shù)研究[D].成都：西南石油大學,2010.

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