李錦峰

(中石化江漢石油工程公司鉆井二公司，湖北 潛江 433100)

0 引言

在油氣井勘探與開發(fā)中，井漏問題是困擾世界的技術性難題[1]。全球發(fā)生井漏的數(shù)量占總量的20%～25%，惡性漏失導致的損失更是占據(jù)了50%[2]。全世界每年因為井漏造成的損失高達數(shù)億美元，給油氣井開發(fā)帶來了不可估量的損失[3]。各種油氣井中漏失類型各種各樣，主要分為窄安全密度窗口問題、裂縫型漏失問題、失返型漏失問題、溶洞型漏失問題。因為溶洞性漏失造成的惡性漏失問題，更是制約了油氣井的勘探開發(fā)；目前國內(nèi)外仍舊沒有很好的封堵技術。最終可能導致的結果是埋鉆，井塌等問題，甚至成為報廢井[4-8]。

國內(nèi)外學者圍繞惡性漏失堵漏問題研發(fā)了多種堵漏材料，主要包括聚合物凝膠堵漏材料、聚合物膨脹樹脂堵漏材料、化學堵漏材料、復合堵漏材料、速凝水泥堵漏材料等鉆井液堵漏材料[9-12]，同時開展了一系列相關現(xiàn)場試驗，但尚未形成有效的堵漏配套技術措施，一次堵漏成功率低，只有部分惡性漏失井可以見到成效[13-16]。針對上述問題，應圍繞提高惡性漏失堵漏成功率，從漏失機理、堵漏機理、溶洞型惡性漏失堵漏材料、堵漏工藝等方面開展研究。

1 國內(nèi)外堵漏技術的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 20世紀70年代國內(nèi)外堵漏技術現(xiàn)狀

基于傳統(tǒng)堵漏技術，在扔煤球，扔磚塊等處理惡性漏失堵漏技術的基礎上，國內(nèi)學者開展了大量的研究。最早具有化學堵漏概念的，當屬于1973年四川省地質(zhì)局科學研究所等單位提出的脲醛樹脂堵漏技術[17]。下面就國內(nèi)的幾種堵漏技術進行介紹。

(1)脲醛樹脂堵漏技術。脲醛樹脂呈膠液狀，能溶于水，在常溫下以酸作固化劑能進一步發(fā)生縮聚反應而成凝膠，最后固化成不溶的固體物質(zhì)(塑料)，其抗壓強度可達2～3 MPa。調(diào)節(jié)固化劑的加入量和濃度，可人為地控制樹脂的膠凝時間，從幾秒鐘至數(shù)小時，在水和泥漿介質(zhì)中仍可實現(xiàn)膠凝作用。但是酸容易腐蝕套管，同時對施工人員帶來安全威脅。

(2)速凝水泥堵漏技術?！?11”型水泥速凝劑中“711”是由礬土、純堿、石灰等材料，經(jīng)煅燒、磨細而成的一種灰白色粉狀物?！?11”作為一種外加劑，適量加入水泥中，可以調(diào)節(jié)水泥的凝結硬化時間?！?11”加得多，初凝時間縮短，凝結物強度低。反之，“711”加得少，凝結時間變長，但凝結物強度提高。分別在兩個礦區(qū)對20多個漏失鉆孔用“711”水泥進行了堵漏。除了ZK26號孔因水泥部分失效而堵漏失敗外，其余都獲得成功。但是速凝水泥也存在凝固時間短，容易卡鉆桿等問題，導致施工風險增加[18]。

(3)聚酯護壁堵漏技術。301聚酯固化前系半透明液體，無毒，可長期存放，它主要有以下優(yōu)點：凝固時間可控，粘結性較好，強度高，滲透性可控，凝固物體無變形。但是凝固后，可鉆性較低，與2級頁巖相仿，高強度將導致鉆出新井眼等系列問題[19]。其主要分子式如圖1所示。

圖1 301聚酯的結構式Fig.1 Structure of 301 polyester

(4)聚丙烯酰胺泥漿護孔堵漏技術。用PAM配制低固相泥漿，必須使用部份水解的聚丙烯酞胺即PAM與NaOH起水解反應得PHPA。聚丙烯酰胺泥漿護孔堵漏技術在小至中等漏失層中效果較明顯，在全孔漏失時效果差。分析其主要原因是：堵漏物強度不夠，大裂隙易流失[20]。但是該技術首次將聚丙烯酰胺應用到堵漏技術中，后期很多學者也是在此技術的基礎上不斷研究創(chuàng)新。

20世紀70年代各堵漏技術的優(yōu)缺點：(1)脲醛樹脂成膠液狀，在水和泥漿介質(zhì)中膠凝作用仍可實現(xiàn)，同時固化成不溶的固體物質(zhì)，抗壓強度較高。但是脲醛樹脂以酸做固化劑，酸會腐蝕套管。(2)速凝水泥，施工工藝簡單，見效快，但是凝固時間短施工風險高。(3)聚酯粘結性好，強度高，但是凝固后可鉆性差。(4)聚丙烯酰胺在中小型漏失中效果好，但是強度不夠，所以大裂隙漏失效果不好。

1.2 20世紀80年代國內(nèi)外堵漏技術現(xiàn)狀

(1)PMN凝膠堵漏技術。PMN凝膠堵漏技術由PMN、CMC、初凝交聯(lián)劑和終凝交聯(lián)劑等組成，優(yōu)點是成膠時間可控，成膠強度可調(diào)；缺點是是沒有進行中試生產(chǎn)，應用較少[21]。但是在現(xiàn)場應用中采用PAN代替PMM取得了很好地應用效果，同時PMN抗污染效果好，特別是抗鹽污染達到20%。

(2)高吸水性樹脂(PAN-HAK)堵漏技術。高吸水性樹脂(PAN-HAK)堵漏劑的優(yōu)點是：①具有很強的吸水能力；②有適應鉆井泥漿要求的PH值；③物理和化學性能較穩(wěn)定。PAN-HAK在結構上是由一定交聯(lián)度的聚丙烯腈、腐植酸所組成的。其大分子結構中含有羧基、羥基、酞胺基、次甲磺酸基等親水基團，聚合物是按一個聚丙烯腈單元與一分子腐植酸的比例形成氫鍵并沿聚丙烯腈共聚物主鍵構成側鍵，或兩者以離子吸附產(chǎn)生分子交聯(lián)。結構式如圖2所示[22]。

圖2 PAN-HAK的結構式Fig.2 Structure of PAN-HAK

20世紀80年代堵漏技術取得一定進展，主要是高吸水性樹脂堵漏技術，吸水性樹脂堵漏技術為膨脹性堵漏技術提供了研究方向。同時他們不再是簡單的幾種產(chǎn)品的復配，而是通過合成來制備新的產(chǎn)品。

1.3 20世紀90年代國內(nèi)外堵漏技術現(xiàn)狀

(1)清水強鉆解決惡性漏失技術。清水強鉆法既經(jīng)濟又高效，但是清水強鉆過程中需要具備3個條件：其一，井眼必須穩(wěn)定；其二，已鉆和需鉆井段無油氣進入井內(nèi)；其三，鉆頭破碎的巖屑能全部進入漏層[23]。同時鉆井過程中要注意2個問題：首先要具有提高井壁穩(wěn)定性的方法和措施；其次要做好預防工作，防止沉砂卡鉆。

(2)DTR堵漏技術。DTR主要由硅藻土、軟質(zhì)懸浮纖維、助濾劑及酸溶性材料等粉狀材料組成。DTR通過與其他堵漏材料按比例復配均勻后，便會形成一種具有良好流變性、懸浮性、快失水性、聚縮性和可泵性的堵漏漿液。通過在漏失通道形成機械強度高的堵塞物進行堵漏[24-26]。與當今使用的復合堵漏劑有異曲同工之妙。DTR堵漏技術優(yōu)點是工藝簡單，施工見效快，對工期影響不大，但是該技術具有局限性，與裂縫匹配度要求較高。

(3)波紋管堵漏技術。該技術是在漏層井段下入壁厚為3 mm的波紋管，通過打壓脹管，使波紋管脹圓貼合在井壁上，以達到封堵漏層的目的[27]。該技術對于處理惡性井漏效果顯著，不會出現(xiàn)二次復漏，但是該技術成本較高，如果惡性漏失地層溶洞較多時處理起來十分復雜。

20世紀90年代惡性漏失堵漏技術，不再單純的停留在產(chǎn)品的研發(fā)，而是從工藝上完善了惡性漏失的處理措施，提出了清水強鉆工藝，該方法解決了部分惡性漏失問題，但是清水強鉆技術對地層的要求較高，具有一定的局限性。波紋管堵漏技術解決惡性漏失效果顯著，但是成本較高。

1.4 21世紀初期(2000-2010年)國內(nèi)外堵漏技術現(xiàn)狀

(1)泡沫鉆井液處理惡性漏失技術。泡沫鉆井液處理惡性漏失可謂是清水強鉆的升級版，并且取得了良好的應用效果。泡沫鉆井液的基本組成包括：含膨潤土4%～6%的原漿+0.1%～0.2%CMC+0.1%～0.2%KPAM+0.1%～0.2%CD-1等成分。從實際應用的情況來看，泡沫鉆井液安全，能滿足大井眼漏失層段的鉆進，同時具有下列優(yōu)點：①泡沫鉆井液鉆進能充分地降低液柱壓力，減少井漏；②泡沫鉆井液攜砂能力強，漏速相對較小，即使不能把鉆屑帶出井筒，也可能把它帶到漏砂層漏掉；③泡沫鉆井液鉆進速度快，能減少鉆進時間[28]。相比于清水鉆井液，泡沫鉆井液更加安全高效。

(2)MTC復合堵漏技術。MTC典型配方：鉆井液+礦渣+40%鐵礦粉+6%MDH+2%G205+0.5%MDC。特點是快速封堵，MTC橋漿稠化時間易調(diào)，有一定的觸變性，漿體凝結快，這有利于快速封堵漏失通道，阻止繼續(xù)漏失，減少了鉆出新井眼的可能性。MTC橋漿有適中的抗壓強度，不會形成高強度的水泥塞[29]。

(3)可膨脹高效承壓劑堵漏技術。2006年黃達全等[30]制備了可膨脹高效承壓劑。該劑包含大量帶有-COO-、-NH2吸水基團的有機物，進入孔喉或微裂隙中1～5 h 后，能夠吸水膨脹到自身體積的3～25倍。復合材料中包含大量有機物，有機物中含有大量的-COO-、-NH2吸水基團，此基團的比例不同，其膨脹的倍數(shù)和速度不同。由于-COO-、-NH2基團的氫鍵力、范德華力遠遠大于泥砂對水的氫鍵力、范德華力，當水進入地層時，水首先被這些基團吸收。它吸水后變成粘彈性膨脹體而充滿孔喉，阻止鉆井液進一步漏向地層內(nèi)。該劑和可膨脹型樹脂最大的不同就是該劑從微觀上研究了吸水原理，可膨脹型樹脂從宏觀上研究了吸水原理。

(4)化學堵漏劑堵漏技術?；瘜W堵漏劑堵漏技術解決了現(xiàn)場超復雜漏失問題?；瘜W堵漏劑是一種由多種功能材料加工而成的產(chǎn)品。在配制堵漏劑時，以水和化學填充物為連續(xù)相，化學交聯(lián)劑為分散相，在攪拌或流動狀態(tài)下，化學交聯(lián)劑均勻地分散于連續(xù)相中，具有較好的流動性能；當靜止后，化學交聯(lián)劑快速形成立體網(wǎng)狀結構，具有很好的滯流作用，對封堵漏層極為有利?；瘜W交聯(lián)劑形成網(wǎng)狀結構的過程中，大量無機活性劑與有機高分子量聚合物中的離子基團結合，充分充填網(wǎng)狀結構空間，在一定時間內(nèi)，無機活性物質(zhì)相互間產(chǎn)生離子化學反應，形成較堅硬的骨架結構，增強了有機高分子交聯(lián)體的整體強度?；瘜W堵漏劑施工需要滿足堵漏三要素，即：①堵漏劑能順利進入漏層；②能在漏層保持滯流，有效隔斷漏層通道；③在一定條件下發(fā)生化學固結，提高強度，有效封堵漏層，提高地層承壓能力[31]。

自新中國成立以來，國內(nèi)的堵漏技術取得了很大的進步，但是很多技術大同小異，將前期的堵漏技術進行概括，大致可以分為以下幾種方式：(1)水泥堵漏技術(包括各種不同的水泥堵漏技術，但是總體以水泥為主劑)。(2)聚合物堵漏技術，主要指有機物類的材料制成，通過對單體縮聚或者改性等一系列方式進行制備得來。(3)化學堵漏技術，無機材料作為主劑制備的，但是和水泥又有很大的區(qū)別，施工安全，效果好。(4)清水強鉆，使用清水進行強行鉆探。(5)泡沫鉆井液處理惡性漏失技術。(6)MTC復合堵漏技術(復合堵漏技術，即將各種堵漏材料復配到一起)。

1.5 21世紀初期(2010-2017年)國內(nèi)外溶洞型漏失堵漏技術現(xiàn)狀匯總

前期雖然出現(xiàn)了很多堵漏技術，但是處理溶洞型漏失主要技術還是可以概括為三大類：其一是聚合物凝膠堵漏劑的研究，習俗稱為聚合物凝膠或吸水膨脹聚合物堵漏劑，包括地下交聯(lián)聚合物凝膠和吸水性交聯(lián)聚合物凝膠(吸水樹脂)。聚合物凝膠和其他材料配合，能夠很好的解決鉆井過程中的惡性漏失問題[32]。其二是化學堵漏技術的研究，主要是一些有機成份和無機成份的合成，也有其他成份。其三是水泥堵漏技術，該技術最初鉆探的時候就已經(jīng)在使用，最近幾十年得到了長足的發(fā)展，主要還是處理劑方面的改進。

1.5.1 聚合物凝膠堵漏技術發(fā)展現(xiàn)狀

(1)聚合物凝膠堵漏劑堵漏技術。聚合物凝膠堵漏劑主要配方為：聚丙烯酰胺+紅礬鈉+ Na2S2O3+SDS。聚合物凝膠堵漏劑的堵漏原理主要是以聚合物為體系內(nèi)主材料，經(jīng)水溶解后，向所得混合物中添加交聯(lián)劑，經(jīng)成膠后的堵漏劑各性能十分良好，尤其會具有較高的粘彈性，增大裂縫在運移過程中產(chǎn)生的阻力，從而對漏層進行封堵[33-34]。

(2)GCY-X 體膨型堵漏劑堵漏技術。該技術雖然沒有現(xiàn)場應用，但是同類技術已經(jīng)在現(xiàn)場進行了應用。該劑的研制以丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)為主要反應單體，在其中加入交聯(lián)劑，采用水溶液聚合法制備出一種凝膠狀聚合產(chǎn)物。將凝膠聚合產(chǎn)物在105 ℃下烘干，粉碎后即得到GCY-X 體膨型堵漏劑產(chǎn)品。GCY-X 的吸液性能良好，GCY-X 與鉆井液的配伍性好，形成的GCY-X 產(chǎn)品封堵性能評價實驗方法可行有效，彌補了目前針對體膨型堵漏劑封堵性能評價方法存在的不足[35-38]。

(3)特種凝膠堵漏技術。特種凝膠是一種處理鉆井惡性漏失的堵漏劑，它必須不與(或難與)地層水混合而被沖稀才能滿足解決裂縫性及破碎性地層惡性漏失的要求。通過實驗考察少量凝膠混入聚合物、聚磺和KCl 鉆井液體系后，鉆井液體系的流變性、失水量造壁性的變化情況，凝膠與這3 種鉆井液的配伍性良好，凝膠具有改善失水造壁性，提高鉆井液粘度切力的作用。同時該凝膠抗溫達150 ℃[39-40]。

通過前期不斷的研究發(fā)展，目前國內(nèi)聚合物凝膠堵漏技術大體分為3類：其一是具有高粘彈性但是強度不是特別高的聚合物凝膠；其二是吸水膨脹性凝膠；其三是成膠后粘彈性不高但是強度較高的聚合物凝膠。這三種凝膠是目前國內(nèi)在堵漏方向研究較多的堵漏技術。

1.5.2 化學堵漏技術發(fā)展現(xiàn)狀

(1)可固化堵漏工作液堵漏技術。該技術對解決惡性漏失具有一定的作用。固化堵漏工作液主要組成為懸浮穩(wěn)定劑GYW-301、羥乙基纖維素類降失水劑GYW-401、提高觸變性能的粘土類物質(zhì)TRT、激活劑JHQ、激活劑JHT、促凝劑GYW-601、固化劑GHJ、密度調(diào)節(jié)劑(漂珠和重晶石)、緩凝劑GYW-701、惰性堵漏材料WTD-300。堵漏液的作用原理為：堵漏漿體進入漏失地層后，由于其具有較強的觸變性能，所以漿體在漏層流動的阻力增大；同時惰性堵漏材料在漏失位置的縫口起到了充填堆積的作用，將裂縫進行了暫堵，阻止了裸眼內(nèi)漿體進一步向漏層的流失，也阻止了進入漏層的堵漏液進一步向地層深處流失，根據(jù)實際情況進行候凝，進入漏層的堵漏液在一定時間內(nèi)固化產(chǎn)生強度，將地層很好地膠結在一起，提高了地層的承壓能力，鉆開環(huán)空固化塞后再進行鉆井液循環(huán)時，在井筒堆積的堵漏材料可能會被循環(huán)帶走，但是漏層已被堵漏液完全充填固化，封堵住漏失地層[41]。

(2)化學觸變堵漏技術?；瘜W觸變堵漏技術主要由HSN-1 凝膠和膨脹化學固結堵漏漿HDL-1 組成。其中，HSN-1 是由β-D- 甘露糖醛酸鹽(M)和α-L- 古洛糖醛酸鹽(G)連接而成的高分子，既存在GG 本身連接形成的線性結構，也存在GM 和MM 連接形成的網(wǎng)狀結構?；瘜W觸變堵漏技術最高抗壓強度可達18 MPa；HSN-1和HDL-1配合使用時，必須對其進行可控觸變實驗，因為HDL-1 與HSN-1 接觸后，HSN-1的凝膠粘度有一定的增加[42]。

回家后，張凌云在原先斗虎動作的基礎上進行了大膽創(chuàng)新，借用老虎的抓、撲、咬、剪、沖、躍、拍等動作編排了一整套斗虎舞蹈動作。斗虎舞表演時，先由一人持釣魚鞭在鑼鼓聲中打出一個直徑約50米的圓場，名曰“開場子”，接著四名斗虎英雄引領“老虎”在場內(nèi)進行舞蹈表演，四只“老虎”跑跳翻滾，搖頭擺尾，千姿百態(tài)，斗虎英雄或赤手空拳、或手握木棒，引逗“老虎”，在鑼鼓聲中，做各種舞蹈動作。中間穿插滑稽高蹺、旱船、衙司觀虎等表演項目。每逢春節(jié)、元宵節(jié)，村內(nèi)的斗虎隊便自發(fā)組織起來在本村和周邊村進行串演，受到當?shù)厝罕姷膹V泛贊譽。

(3)高強度耐高溫化學固結堵漏劑堵漏技術。詹俊陽等[43]提出了高強度耐高溫化學固結堵漏劑(HDL-1)堵漏技術。HLD-1配制的化學固結堵漏漿具有稠化時間可調(diào)(4～12 h)、密度可調(diào)(1.3～1.9 g/cm3)、承壓能力較強(48 h強度可達17 MPa以上)的特點。配方為：正電粘結劑、流變性調(diào)控劑、化學凝固劑、引發(fā)劑和密度調(diào)節(jié)劑。

(4)自膠結堵漏技術。該技術以膠結劑和膨潤土為原料，采用“雙液注漿法”的施工工藝，使堵漏漿滯留在漏失通道內(nèi)，并發(fā)生化學反應，形成具有一定強度的固結體。膠結劑漿與膨潤土漿混合后的堵漏漿非常粘稠，與漏失通道壁面間有很高的粘滯阻力，滯留在漏失通道中，充填漏失通道空間，形成堵塞隔墻，以達到堵漏的目的。該堵漏漿具有密度低、粘度高的特點，在80 ℃下24 h 抗壓強度不超過11 MPa，有利于鉆塞，固結時間可通過添加劑調(diào)節(jié)[44]。

化學堵漏技術種類比較多，產(chǎn)品也比較豐富。主要優(yōu)勢在于他們不像水泥密度高易漏失、強度高不易掃塞，化學堵漏技術具有密度可調(diào)，強度適中，容易進入漏層，進入漏層后駐留性好等特點，因此現(xiàn)場應用效果十分顯著。

1.5.3 水泥堵漏技術發(fā)展現(xiàn)狀

水泥很早就被用于堵漏，變化最大的就是圍繞水泥處理劑的研發(fā)，針對處理劑的研發(fā)來改善水泥的各項性能參數(shù)，通過處理劑可以改善水泥的密度、強度、流變性、凝固時間、失水量等等主要參數(shù)。

(1)膠質(zhì)水泥堵漏技術。該技術用高濃度膨潤土漿代替鉆井液，與水泥漿按一定比例混合配成膠質(zhì)水泥漿，降低水泥漿密度及凝固強度，提高堵漏成功率。在高濃度膨潤土漿中加入氯化鈣,以調(diào)節(jié)膠質(zhì)水泥漿稠化時間。膠質(zhì)水泥漿配方比例及氯化鈣加入量通過水泥漿試驗確定。膠質(zhì)水泥漿密度為1.75～1.80 g/cm3；高濃度膨潤土漿為17%氯化鈣+45%～50%膨潤土；膠質(zhì)水泥漿配方比例：水泥原漿∶氯化鈣膨潤土漿=1∶1～1∶1.5。膠質(zhì)水泥漿性能(試驗溫度42 ℃)：密度為1.47～1.54 g/cm3，初凝時間為1.5～2 h，流動度為15～23 cm,稠化時間為2～4 h[45]。

(2)PAM-水泥-泥漿堵漏技術。PAM-水泥-泥漿堵漏技術主要配方為：甲液為PAM-水泥漿，水∶水泥=(0.8～1)∶1(水灰比)，水泥可用普通水泥或超早強水泥，水中含非水解聚丙烯酰胺(PAM)分子量500 萬左右，0.2%～0.4%；乙液為普通泥漿，膨潤土15%～20%，堿加量為粘土質(zhì)量的5%。施工工藝為：注漿時，甲乙兩液的體積比大致按1∶1。兩液混合后立即形成不流動的絮凝物，絮凝物進入裂隙內(nèi)，因其粘滯性，流動阻力大，不易被稀釋，封堵范圍大，又因絮凝物隨時間而增長強度，因此具有很高的堵漏成功率[46]。

2 化學凝膠和智能凝膠堵漏技術

針對上述3種堵塌技術的發(fā)展，考慮到水泥漿堵漏技術已經(jīng)比較成熟，本團隊研制了一種化學凝膠堵漏劑和智能凝膠堵漏劑。

2.1 化學凝膠堵漏技術

2.1.1 化學凝膠的機理

2.1.2 化學凝膠的性能評價

室內(nèi)對化學凝膠堵劑體系進行了性能評價，評價結果為：(1)流變性良好；(2)成膠時間可控(1～10 h)；(3)成膠強度可調(diào)(2～10 MPa)；(4)抗50%的油基泥漿體系污染；(5)抗30%的復合鹽水的污染；(6)抗30%酸性氣體污染(H2S)；(7)抗溫可達160 ℃；(8)抗30%聚合物體系鉆井液、聚磺鉆井液體系。

2.1.3 化學凝膠堵劑在鄂陽頁1HF井的應用

2.1.3.1 漏失簡介

鄂陽頁1HF井在轉換油基鉆井液之后，對裸眼段進行復測過程中，發(fā)現(xiàn)漏失，由于井內(nèi)有旋轉導向儀器，顆粒不能超過1 mm，現(xiàn)場應用隨鉆堵漏效果不佳，決定對其進行承壓堵漏作業(yè)。

2.1.3.2 漏失分析

根據(jù)前期的鉆井液設計顯示，鄂陽頁1HF井最大承受密度為1.40 g/cm3，井漿密度1.20 g/cm3，當量密度為0.25 g/cm3時立壓應為6.6 MPa。為保證后期施工效果，假設最大密度1.45 g/cm3，現(xiàn)場設計承壓8 MPa，實際承壓9.5 MPa，立壓瞬間為0 MPa。

2.1.3.3 施工方案

下鉆至2706 m(漏點2696 m)，泵入10 m3化學堵劑，替油基泥漿22 m3。隨后起鉆至2300 m。關防噴器，將化學凝膠擠入地層3～4 m3。圖3、4是現(xiàn)場試驗中化學凝膠成膠前后照片。

圖3 化學凝膠成膠前照片F(xiàn)ig.3 Chemical gel before gelation

圖4 化學凝膠成交后照片F(xiàn)ig.4 Chemical gel after gelation

2.1.3.4 堵漏效果

靜止20 h，泵沖從50 MPa開始循環(huán)，逐步提升泵沖至90 MPa。未出現(xiàn)漏失。做承壓試驗，現(xiàn)場最高承壓8 MPa，最后穩(wěn)壓在7.6 MPa。堵漏成功。

2.1.4 小結

化學凝膠因為室內(nèi)評價性能優(yōu)異，現(xiàn)場應用很成功，累積施工了數(shù)十口井，其中主要包括、鄂陽頁2HF井的現(xiàn)場應用，焦頁197-6井的現(xiàn)場應用，晉中3井的現(xiàn)場應用，焦頁193-2井的現(xiàn)場應用等。使用的區(qū)塊也各不相同，說明化學凝膠具有廣譜性。

通過現(xiàn)場應用顯示，化學凝膠可以解決窄安全密度窗口問題、裂縫性漏失問題、失返性漏失問題(有液面不返漿)等復雜問題?，F(xiàn)場使用成功率100%。

通過現(xiàn)場數(shù)口惡性漏失井(溶洞性漏失)的應用，加上室內(nèi)試驗的不斷優(yōu)化，研制的化學凝膠堵劑已經(jīng)非常成熟，現(xiàn)場應用效果非常好，目前已經(jīng)在國內(nèi)很多地區(qū)得到了廣泛應用，總的成功率達到98%以上。

2.2 智能凝膠堵漏技術

2.2.1 智能凝膠的機理

智能凝膠以天然大分子纖維素為骨架，接枝共聚水溶性丙烯酰胺單體的凝膠，通過加入交聯(lián)劑、催化劑控制合理的成膠時間，以達到便于施工注入的目的。凝膠具有較好的抗污性能，對強酸、強堿、高礦化度鹽水以及原油污染能保持較強的穩(wěn)定性，交聯(lián)之后具有較高的強度，在修井作業(yè)、惡性漏失、封堵出水層等方面具有較好的應用效果。凝膠在施工結束后破膠為流體，可通過連續(xù)油管或者泥漿泵循環(huán)出井筒，較傳統(tǒng)機械封堵，及水泥塞封堵有比較明顯的優(yōu)勢。

2.2.2 智能凝膠的性能評價

室內(nèi)對智能凝膠體系進行了性能評價，評價結果為：(1)流變性良好；(2)成膠時間可控(50～600 min)；(3)成膠強度可調(diào)(1.5 MPa/0.6 m)；(4)可破膠；(5)抗10%的原油污染；(6)抗10%的復合鹽水的污染；(7)抗酸堿；(8)抗溫可達150 ℃；(9)抗10%聚合物體系鉆井液、聚磺鉆井液體系；(10)抗酸性氣體污染(H2S、CO2)。圖5、6為智能凝膠的成膠前后圖片。

2.2.3 智能凝膠在晉中3井的應用

2.2.3.1 漏失簡介

晉中3井鉆至井深2778 m出現(xiàn)放空現(xiàn)象，下探至井深2778.36 m開始起壓(放空井段2778～2778.36 m，段長0.36 m，判斷為溶洞漏失)。

2.2.3.2 堵漏效果

堵漏完成10h后開始循環(huán)驗漏，環(huán)空灌漿5.4m3

圖5 成膠前照片F(xiàn)ig.5 Intelligent gels before gelation

圖6 成膠后照片F(xiàn)ig.6 Intelligent gels after gelation

開始返漿，下光鉆桿至2726 m在漏層以上開始鉆桿內(nèi)灌漿，泵入2 m3時開始起壓，4 m3時開始返漿，并且立壓不斷上升，泵入7.5 m3時測出漏速為零。間歇性的提升泵沖，立壓不斷上升，最終立壓達到15 MPa(如表1所示)。

表1 雙液法堵漏驗漏具體情況Table 1 Leakage checking and plugging with double-liquid method

晉中3井鉆遇馬家溝組期間，在復合凝膠堵漏成功的前提下，保持補加隨鉆堵漏劑，使堵漏劑的濃度維持在15%，起鉆前配一罐封閉漿，泵入下馬家溝組井段對地層進行封堵。封閉漿配方：10%膨潤土漿+7%DF-2+8%FD。在鉆進下馬家溝組期間，晉中3井只有正常的滲漏消耗，滲漏消耗速度<2 m3/h，整個下馬家溝井段未發(fā)生漏失，安全鉆達了下一個地層。智能凝膠在晉中3井應用成功，從根本上解決了晉中地區(qū)下馬溝組地層的井漏問題，大大節(jié)約了鉆井成本，有望在晉中地區(qū)推廣應用。

3 結語

進入21世紀以后堵漏技術主要可以分為3類：一是聚合物凝膠堵漏技術，該技術具有較好的韌性、粘彈性、吸水膨脹性等優(yōu)勢，但是普遍強度不是很高；二是化學堵漏技術，該技術具有密度可調(diào)，強度適中，容易進入漏層，進入漏層后駐留性好等特點，因此現(xiàn)場應用效果十分顯著；三是水泥堵漏技術，因其粘滯性，流動阻力大，不易被稀釋，封堵范圍大，又因絮凝物隨時間而增長強度，因此具有很高的堵漏成功率。

研制的化學凝膠和智能凝膠堵漏劑，室內(nèi)評價顯示，流變性良好、成膠時間可控、成膠強度可調(diào)，可以抗40%油污染，抗30%H2S氣體污染，抗30%復合鹽水污染，抗10%酸堿污染。經(jīng)生產(chǎn)井試驗應用，取得了良好的效果，有望進一步推廣應用。