周井紅 王先兵 徐興海 曹世平 陳正橋

1.四川長寧天然氣開發(fā)有限責任公司 2.中國石油西南油氣田公司工程技術處 3.四川寶石花鑫盛油氣運營服務有限公司 4.四川華順通能源技術開發(fā)有限公司 5.中國石油川慶鉆探有限公司鉆采工程技術研究院

長寧頁巖氣區(qū)塊因地層風化剝蝕和裂縫發(fā)育等因素導致表層井漏頻發(fā)。其中，須家河、雷口坡、嘉陵江組易漏，經(jīng)常鉆遇斷層或溶洞，且地下水充沛，易發(fā)生惡性漏失。漏失量大，堵漏困難，傳統(tǒng)橋堵和注水泥漿很難解決。目前，國內(nèi)外針對斷層和大溶洞還沒有比較好的處理方法，主要措施是采用清水強行鉆進，鉆過斷層和溶洞，下技術套管固井封隔漏層；或者直接注入水泥漿封堵，開窗側鉆。不僅工程量大、鉆井周期長、成本高，還容易造成井壁失穩(wěn)垮塌、填埋工具等重大鉆井事故。通過對長寧區(qū)塊地質情況分析及井下成像觀察，表層漏失通道主要以裂縫和溶洞為主，漏失層段地下水含量豐富。根據(jù)此特點，采用遇水即發(fā)生反應的環(huán)保型堵漏劑AT-SPS進行堵漏，將其注入漏失層段，遇水發(fā)生反應，迅速稠化失去流動性，并能產(chǎn)生數(shù)倍的體積膨脹，最終形成堅硬的固化體以封住漏層和水層。

1 表層惡性漏失難題與堵漏機理

1.1 表層惡性漏失難題

長寧頁巖氣區(qū)塊因地層風化剝蝕和裂縫發(fā)育等因素導致表層井漏頻發(fā)，表層地質疏松，常出現(xiàn)井壁不穩(wěn)定，掉塊掉砂等情況，因無法建立循環(huán)，不能將掉塊掉砂循環(huán)出來，導致現(xiàn)場無法強鉆，停鉆撈砂會花費大量的時間，嚴重影響鉆井效率。

1.2 環(huán)保型遇水膨脹堵漏劑作用機理

堵漏劑AT-SPS是一種以聚氨基甲酸酯基團為主體結構的有機高分子化合物，它的預聚體為低黏度液體，分子鏈兩端含有活潑的異氰酸基(—N=C=O)，該基團具有可反應的雙鍵，非?；顫姡瑵{液在不遇水或密閉狀態(tài)下是穩(wěn)定的。堵漏劑AT-SPS被注入地層遇水后，快速發(fā)生分子之間的擴氣、脫氣、支化與交聯(lián)等化學反應(見式(Ⅰ))，在裂縫和孔隙間形成不溶于水的固結體，實現(xiàn)堵塞漏失通道的功能[1]。

環(huán)保型遇水膨脹堵漏劑AT-SPS呈液態(tài)狀，流動性好，能進入不同類型的通道；堵漏劑發(fā)生化學反應產(chǎn)生的氣體推動堵漏劑進入漏失通道；堵漏劑發(fā)生反應后體積膨脹5～10倍，能有效充填漏失通道，同時隔離水層；反應完成后漏失通道被填充，形成隔離墻，從而封堵漏層及水層[2]。

2 環(huán)保型堵漏劑AT-SPS性能評價

2.1 基本性能

環(huán)保型堵漏劑AT-SPS基本性能指標見表1。

表1 環(huán)保型堵漏劑AT-SPS基本性能指標項目指標外觀棕黃色透明液體密度/(g·cm-3)1.02～1.12黏度(20 ℃)/(mPa·s)50～150凝固時間(可調范圍)/s5～1 200抗壓強度/MPa12～24抗?jié)B強度/MPa≥0.8

2.2 固化后封堵評價

為評價堵漏劑的封堵承壓能力，將10 mL樣品加入到長15 cm、兩端有絲扣的砂管內(nèi)；加入2 mL水，用玻璃棒攪拌均勻，將鋼管兩端用絲堵密封，放入40 ℃ 水浴鍋中固化4 h；將固化后的樣品鋼管兩端絲堵取下，連接到手液壓泵，緩慢加壓至5 MPa；停止加壓并開始計時，觀察30 min內(nèi)壓降值，即為固化后封堵劑的承壓能力；重新計時，繼續(xù)緩慢加壓直至壓力突降，該突降值，即為固化后封堵劑的突破壓力，見圖1。實驗結果見表2和表3。

表2 封堵承壓壓力變化值時間/min05152535455565壓力/MPa05.0 5.0 5.04.94.94.94.8

表3 封堵突破壓力值時間/min01234567壓力/MPa4.85.5 6.0 6.57.0 7.58.0 3.2

從表2和表3可知，在緩慢加壓至5.0 MPa，停止加壓后，30 min內(nèi)壓降0.2 MPa，壓力降低了4%，表明堵漏劑形成的固結塞非常致密，能夠承受住5.0 MPa的壓力而不被破壞；繼續(xù)緩慢加壓，當壓力達到8.0 MPa以后突然降低，說明固結塞被液壓擊穿，開始滲漏，說明堵漏劑封堵突破壓力可達8.0 MPa。實驗表明，堵漏劑遇水膨脹后形成的固結塞封堵承壓能力強，能達到現(xiàn)場堵漏承壓要求。

2.3 AT-SPS抗污染能力評價

為適應現(xiàn)場不同的反應介質，采用KCl、NaCl、NaOH分別配制成10%(w，下同)的液體與油田污水及聚合物膠液進行AT-SPS抗污染能力測試(見圖2)，觀察反應時間及初凝時間是否會因為反應介質的改變導致其性能受到影響[3]。堵劑起泡體積膨脹的時間為反應時間，堵劑膨脹后開始失去流動性的時間為初凝時間。

取300 mL蒸餾水3份倒至燒杯中，在低速攪拌下分別加入KCl、NaCl、NaOH，配制成10%的溶液，稱取50 g AT-SPS及0.3%(w，下同)的催化劑，在靜止狀態(tài)下加入，觀察反應時間及初凝時間。

取300 mL油田污水、天然海水及聚合物膠液各1份，稱取50 g AT-SPS及0.3%的催化劑，在靜止狀態(tài)下加入，觀察反應時間及初凝時間。

圖2表明，堵漏劑AT-SPS對K+、Na+、Cl-、油田污水中的污質、聚合物等均有很強的抗污染能力。因為堵漏劑分子含有活躍的親水基團，遇水即可快速發(fā)生化學反應，其他成分對反應影響很小。

2.4 環(huán)保性評價(生物毒性評價)

將固結體取樣20 g浸泡在100 mL清水中，在150 ℃下熱滾24 h，取熱滾后的水樣做生物毒性評價，評價結果見表4。

表4 生物毒性評價依據(jù)標準參數(shù)檢測結果EC50 /(mg·L-1)毒性分級SY/T 6787-2010生物毒性5.6×105無毒

表4表明，堵漏劑AT-SPS無生物毒性，對環(huán)境友好，屬于環(huán)保型堵漏劑，符合現(xiàn)場應用環(huán)保要求。

3 AT-SPS的應用工藝

3.1 堵漏劑注入工具

輸送堵漏劑AT-SPS工具主要由閥體部件、蓄料部件、釋放蓄料部件3部分組成。該工具用泥漿泵提供壓力作動力源，通過泥漿泵加壓打開啟動閥。帶壓泥漿通過啟動閥進入蓄料總成處，繼續(xù)加壓，從而打開下閥體通道，堵漏劑通過下閥體釋放至泄漏部位堵漏。堵漏完畢后，再打開泥漿泄放口將泥漿壓力卸掉。輸送工具工作原理見圖3。

3.2 施工工藝

堵漏劑AT-SPS現(xiàn)場施工工藝為：首先下入堵漏工具至漏點或者漏層，再根據(jù)施工要求泵入堵漏劑至漏點或者漏層，然后起鉆候凝。施工示意圖如圖4所示。

堵漏劑用量一般為2～4 m3(根據(jù)現(xiàn)場漏失情況確定加量)，工具長度由堵漏劑加量決定，容量為0.4 m3/10 m。

4 AT-SPS現(xiàn)場應用情況

環(huán)保型膨脹堵漏劑AT-SPS在長寧頁巖區(qū)塊應用了4井次，均用于表層惡性井漏，成功3次。另外一次未完全堵漏成功，但能建立循環(huán)，后期清水強鉆至一開完鉆井深，成功率75%，有效率100%。與常規(guī)堵漏劑相比，該產(chǎn)品堵漏成功率高，封堵范圍廣且封堵速度快，施工簡便，效率高。

以某典型井為例，該井一開設計200 m，鉆進至79 m發(fā)生嚴重漏失，砂面63.86 m，液面43.86 m，通過3次水泥漿堵漏未能成功，改用橋堵漿堵漏也失敗，常規(guī)堵漏劑已不能滿足該井堵漏需求，故采用環(huán)保型遇水膨脹堵漏劑AT-SPS進行堵漏。將2 t環(huán)保型遇水膨脹堵漏劑裝入專用設備，用鉆桿將堵漏工具輸送至57 m，啟動泥漿泵，加壓至25 MPa，剪斷安全閥，堵漏漿釋放，頂替2 m3清水，起鉆至井口，每隔30 min灌漿一次，3 h后灌滿，井口循環(huán)無漏失，下鉆掃塞至井底，循環(huán)無漏失，堵漏成功，恢復鉆進。

5 結論

(1) 環(huán)保型遇水膨脹堵漏劑AT-SPS是由起泡劑、勻泡劑、催化劑及填充料組成的一種化學類堵漏劑，遇水后體積快速膨脹，發(fā)生交聯(lián)反應，形成結構。

(2) AT-SPS產(chǎn)生的氣體推動堵漏劑進入漏失通道形成固結體，實現(xiàn)封堵漏失的功能，達到堵漏目的。

(3) AT-SPS抗污染能力強，能抗10%的K+、Na+、Cl-等污染，無生物毒性，對環(huán)境友好。

(4) AT-SPS采用專用輸送工具施工，在長寧頁巖氣區(qū)塊現(xiàn)場實施應用，達到了堵漏效果。