刁琪， 王沖敏， 陳緣博,王超群

（1. 中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)研究院，河北燕郊 065201; 2.天津中海油服化學(xué)有限公司，天津濱海 300450）

1 暫堵劑及其作用機理

1.1 井漏的產(chǎn)生及條件

廣義的井漏是指在石油、天然氣的勘探開發(fā)過程中，各種流體，包括鉆井液（俗稱泥漿）、完井液、水泥漿等其它工作液體在地層壓力作用下滲漏，進入地層的一種復(fù)雜情況。 通常情況下，我們所說的 “井漏” 是指在油氣勘探開發(fā)過程中，泥漿滲透，進入地層的一種常見的井下事故。 井漏現(xiàn)象產(chǎn)生需要具備如下的條件：1）地層中存在能使泥漿流動的滲漏通道，如：小的孔隙、大的裂縫等。 2）井筒與地層之間存在能使泥漿在滲漏通道中發(fā)生流動的壓力差。 要預(yù)防井漏現(xiàn)象的發(fā)生，可以提高地層的承壓能力。 地層特性對漏失壓力有著重要影響，一般可以用人工干預(yù)來堵住近井筒的滲漏通道，來增大泥漿進入漏失層的阻力來提高地層的抗壓能力。 對于孔隙-裂縫型漏失層，一般往往在泥漿中加入堵漏材料。 其會在地層壓力的作用下到達漏失層。 以封堵近井道的滲漏通道，來提高地層的抗壓能力，起到防漏作用。

1.2 堵漏的原理

堵漏的原理一般來說是在鉆井和完井工程中，若發(fā)生漏失，為了封堵漏失層，往往加入各種堵漏材料。 其可在距井筒很近的范圍的滲漏道路上形成一道堵塞隔墻， 來隔斷泥漿流動的通道。對堵漏材料的要求是，堵漏材料的物相、材料的形狀、尺寸大小、鉆井液的流變性能等都要適應(yīng)漏失通道的形態(tài)，這樣才能進入漏層。

1.3 堵漏的方法

常見的堵漏方法一般有以下幾種：1）調(diào)整泥漿性能與鉆井施工的措施， 一般降低泥漿密度、調(diào)整其流變參數(shù)和泵流量等方法，來減小井筒液柱壓力，減小井筒的壓力和環(huán)空壓力損耗，改變泥漿在滲漏通道的流動阻力，此方法可以用于堵住滲透性孔隙地層的滲漏。 2）靜止堵漏通常是指在發(fā)生完全或部分井漏的情況下，將鉆桿提到井漏井段或提至套管內(nèi)，靜置一段時間以后，井漏現(xiàn)象就會解除。 3）橋接材料堵漏法是指將不同形狀，例如：顆粒狀、片狀、纖維狀等和不同尺寸大小，可分為粗、中、細(xì)的惰性材料，將其按照不同的配方混合于泥漿中，直接注入漏失層。 采用橋接堵漏方法進行操作時，應(yīng)根據(jù)不同的漏失性能情況，選擇合適的堵漏材料進行顆粒級配和質(zhì)量配比。 4）高濾失鉆井液堵漏法，高濾失漿液堵漏法是將高濾失堵漏材料，用清水配制成泥漿，之后將泥漿泵入井內(nèi)進行封堵的一種方法。 在地層壓力的作用下，泥漿會迅速失水，形成具有一定厚度的濾餅，來堵住漏失通道。 該方法應(yīng)用范圍較廣，在滲透性漏失、部分漏失以及某些完全漏失的情況均可應(yīng)用。 但是通常需要在漏失位置確定的情況下應(yīng)用有更好效果。 5）暫堵法是指利用暫堵材料對漏失層進行堵漏， 在油氣井投產(chǎn)后，使用相應(yīng)的解堵劑進行解堵的一種封堵方法。 該法主要適用于封堵滲透性和微裂縫地層的滲漏，而且能有效地減少因漏失造成的油氣層的損害。

當(dāng)前酸溶性暫堵劑應(yīng)用，主要是不同粒徑的CARB 系列暫堵劑。 CARB 系列暫堵劑是一種白色自由流動粉末，在儲層孔隙中進行理想充填，實現(xiàn)高效封堵，具有良好的承壓能力。 CARB 系列暫堵劑可酸溶， 在油氣井投產(chǎn)以后采用相應(yīng)的解堵劑可進行有效的解堵，具有優(yōu)異的儲層保護效果。

CARB 的粒度分布對封堵性能產(chǎn)生較大的影響， 高效準(zhǔn)確的測定CARB 系列樣品的粒度分布， 對于室內(nèi)研發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用都有重要的意義。目前有很多種顆粒粒徑的測量方法，在其中激光散射是應(yīng)用最廣泛的一種，該方法具有測量范圍廣，可以達到0.02～3000μm，粒度分析快，重復(fù)性好，可進行在線數(shù)據(jù)測量等特點。 對于室內(nèi)研發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用粒徑控制都有較高的作用。 除此之外， 激光粒度儀可以得到多種粒度相關(guān)的數(shù)據(jù)，例如：平均粒徑、比表面積、區(qū)間粒度分布和累計粒度分布等。 現(xiàn)階段，粒度分析在材料工程、石油化工等領(lǐng)域具有非常重要的作用。 近年來，研究者們也發(fā)展了多種有關(guān)粒度分布的測試和測量方法，而激光粒度分析法測量速度快、精確度高級、準(zhǔn)確讀好等優(yōu)點被人們普遍使用。 本文使用馬爾文MS3000 激光粒度儀對CARB 系列樣品進行了系統(tǒng)全面的粒徑分析工作，對于測量條件進行了對比分析，從而篩選出更優(yōu)的測試條件。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

2.1.1 儀器

Malvern Mastersizer 3000 型激光粒度分析儀（英國馬爾文儀器有限公司），Hydro EV 全自動濕法進樣裝置，Aero S 全自動干法進樣裝置。

Malvern Mastersizer 3000 型激光粒度分析儀分析軟件是應(yīng)用Mie 理論開發(fā)的[1]，量程達到0.01～3500μm，在亞微米范圍內(nèi)具有超高的分辨率。 測量速度高達10000 次/s， 對于任何分布不規(guī)則的樣品均可達到極高的測量精度。 與Malvern Mastersizer 2000 相比，藍(lán)光功率大大增強，提高了小顆粒的分辨率， 輸出結(jié)果為連續(xù)的粒徑分布，操作簡單，重復(fù)性好[2]。

2.1.2 試劑

CARB 系列樣品（CARB-1、CARB-2、CARB-3、CARB-4）；蒸餾水，娃哈哈集團。

2.2 測試機理

Malvern Mastersizer 3000 型激光粒度分析儀，激光器發(fā)出的復(fù)色光束，通過空間濾波器和擴速濾鏡后，會得到了一個平行的單色光束，該光束照射到由分散系統(tǒng)傳輸過來的顆粒樣品后發(fā)生散射。 研究表明，散射光的角度和顆粒直徑成反比，散射光的強度隨散射角的增加對數(shù)衰減。 基于此，根據(jù)小角光衍射原理，當(dāng)光線照射到顆粒上時會發(fā)生衍射、散射現(xiàn)象。 其散射、衍射光的強度也與顆粒的大小有直接的關(guān)系。 顆粒尺寸不同，產(chǎn)生的衍射角不同，用非均勻交叉大面積補償三維立體檢測系統(tǒng)收集衍射光，其接收到的信號通過Mie 理論會轉(zhuǎn)化成粒度分布[3]。

2.3 測試前預(yù)處理

干法測試需要提前將樣品放入100℃烘箱干燥16h，防止樣品因潮濕結(jié)塊，影響顆粒的分散，從而影響測試結(jié)果。

濕法測試則不需要提前處理樣品，只需在測試開始時，進行消泡處理。 激光粒度儀可能會把待測液中的氣泡當(dāng)作待測樣品進行測量。 因此氣泡的存在會對測試結(jié)果有直接影響。 可以通過調(diào)節(jié)泵速等來消除氣泡。

2.4 測試步驟

干法測試：測試前確保儀器連接Aero S 附件。啟動自動運行SOP，測試背景完成后，系統(tǒng)會自動啟動振動，根據(jù)提示加入樣品，到遮光度達0.1%～10%。 樣品由文丘里管進入檢測器后，自動給出粒徑分布。

濕法測試：測試前確保儀器連接Hydro EV 附件。 在600mL 燒杯中加入500mL 去離子水，開啟儀器，啟動手動測量選項，系統(tǒng)會開始進行背景測量， 根據(jù)提示加入樣品， 到遮光度達到10%～30%，開始測量三次，儀器自動給出粒徑分布[4]。

3 結(jié)果與討論

3.1 濕法攪拌速度（泵轉(zhuǎn)速）對測試結(jié)果的影響

以CARB-1 樣品為例，將其加入到盛有500mL蒸餾水的燒杯中，在不同的攪拌速度（1000r/min、1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min、3500 r/min）下加入樣品，使遮光度為10%～30%，在超聲強度為50 的條件下攪拌1min，超聲結(jié)束后，穩(wěn)定30s 后，測定其粒徑及粒徑分布。

攪拌速度從1000 r/min 增加到3500 r/min，粒徑分布曲線的重疊程度較高， 但是依然有 差 異。 當(dāng) 攪 拌 速 度 達 到3500r/min 時， 攪 拌速度過大， 樣品和水向外溢出， 導(dǎo)致樣品不在測量的遮光范圍內(nèi)， 測量得到的顆粒粒徑偏小。 由表1 可以看出： 在攪拌速度為2500 r/min 時， 測 試 的 殘 差 是 最 小 的， 在 測 量CARB 的濕法測試中，2500 r/min 是最優(yōu)的攪拌速度。

表1 不同攪拌速度下，測試結(jié)果的殘差

3.2 超聲強度對測試結(jié)果的影響

以CARB-1 樣品為例，將其加入到盛有500mL蒸餾水的燒杯中， 在2500 r/min 的攪拌速度下加入樣品，使遮光度為10%～30%。 在超聲強度為0、25、50、100 的條件下分散60s 后， 超聲結(jié)束后穩(wěn)定30s 后，測定其粒徑及粒徑分布。 測試結(jié)果見圖2。

圖2 不同超聲強度下超聲60s，穩(wěn)定30s 的粒徑分布曲線圖

由表2 可知：這四組數(shù)據(jù)的殘差都小于2%，說明用儀器測得的值與理論值偏差較小，數(shù)據(jù)可信程度較高。 由圖2 可知：未超聲的樣品粒徑峰分布比較寬，大粒徑的顆粒較多，會產(chǎn)生團聚現(xiàn)象。 經(jīng)過超聲，粒徑分布峰變窄，團聚現(xiàn)象得到改善。 在不同的超聲強度下，粒徑分布曲線重現(xiàn)度較高，主要是由于暫堵劑顆粒顆粒不易被超聲擊碎，不會影響粒徑的測試。 結(jié)合表2 的殘差，超聲強度為50 的殘差最小，是最優(yōu)的超聲強度。

表2 超聲強度對樣品粒徑的影響

3.3 超聲時間對測試結(jié)果的影響

以CARB-1 樣品為例，將其加入到盛有500mL蒸餾水的燒杯中， 在2500r/min 的攪拌速度下加入樣品，使遮光度為10%～30%。在超聲強度為50 的條件下分散30s、60s、90s 后，超聲結(jié)束后穩(wěn)定30s 后，測定其粒徑及粒徑分布。 測試結(jié)果見圖3 和表3。

圖3 超聲時間對樣品粒徑的影響

表3 超聲時間對樣品粒徑的影響

從圖3 可以看出：在不同的超聲時間下，樣品粒徑分布曲線圖重疊度高，說明超聲時間對樣品的粒徑分布影響較小。 可能是由于CARB 是由不同粒徑的暫堵劑顆粒組成， 暫堵劑顆粒不容易被超聲擊碎， 超聲時間不會對其粒徑的測試產(chǎn)生影響。

3.4 干法和濕法測試結(jié)果的對比

分別以CARB-1、CARB-2、 CARB-3 樣品為例，對比干法和濕法測試方法對樣品測試結(jié)果的影響。 干法的測試條件設(shè)置為：分散劑為空氣，分散劑的折射率為1.00；進樣速率為50%；壓縮機的氣壓為2bar（0.2MPa）；遮光度在0.1%～10%的范圍內(nèi)。 濕法的測試條件設(shè)置為： 遮光度上限30%，下限10%，攪拌速度2500 rpm，開強度為50的超聲攪拌1min 后， 穩(wěn)定30s。 測試的結(jié)果見表4。 從測試的三個樣品對比發(fā)現(xiàn)：干法的測試結(jié)果比濕法的測試結(jié)果偏小。 可能是由于在目前的參數(shù)條件下，CARB 樣品在干法吹散的條件下，分散的更加徹底，而在濕法水溶液中，由于CARB 樣品顆粒周圍會吸附水分， 導(dǎo)致顆粒略微吸水膨脹，使粒徑的測試結(jié)果偏高。

表4 干法、濕法測試方法對樣品粒徑的影響

4 結(jié)語

不同的分散條件對于CARB 粒徑的測量結(jié)果有很大的影響， 本文考察了多種測試條件對CARB 粒徑測試結(jié)果的影響。 實驗表明超聲對于樣品的分散起到?jīng)Q定性的作用，超聲強度會決定樣品分散時間的長短和分散能力的優(yōu)劣，通過實驗總結(jié)出了測試CARB 粒徑的最佳濕法測試條件，該條件下測得的各數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好，準(zhǔn)確度高。干法和濕法對測試結(jié)果也有影響，主要是因為濕法中的水分會少量吸附在顆粒的表面，導(dǎo)致顆粒略微吸水膨脹，使粒徑的測試結(jié)果偏高。