閆許峰

(中海油田服務(wù)股份有限公司油化事業(yè)部深圳作業(yè)公司，廣東 深圳 518000)

井漏是指在石油鉆井過程中經(jīng)常遇到的井下復雜問題，井漏普遍存在、對建井危害極大，一直是石油工程專業(yè)中普遍關(guān)注的問題[1-2]。鉆井過程中發(fā)生漏失的井或下套管過程中有漏失的井，固井質(zhì)量一般都難以保證，對于存在潛在漏失或漏失的地層，雖然經(jīng)過鉆井泥漿性能的調(diào)整和實施堵漏措施，獲得了成功鉆進，在固井中當井筒泥漿替換為水泥漿時，由于水泥漿的循環(huán)當量密度比泥漿密度大，固井中的漏失是可能發(fā)生的，因而堵漏防漏成為許多井安全固井所必需采取的措施[3-7]。國內(nèi)外的學者對固井堵漏的材料和相關(guān)評價方法進行了相應(yīng)的研究，并在現(xiàn)場進行了多次應(yīng)用，取得了一定的效果[8-10]，但這些研究大部分是通過靜態(tài)的堵漏方法來進行的模擬評價和研究，具有一定的片面性，不能有效的反映地層裂縫在開合的狀態(tài)。

1 動態(tài)裂縫堵漏的評價方法

行業(yè)內(nèi)評價水泥漿堵漏性能的儀器，都是基于靜態(tài)的堵漏，裂縫或孔洞的大小相對不發(fā)生變化，不能模擬地層漏失的真實狀態(tài)，實驗結(jié)果偏頗較大，難以有效指導現(xiàn)場漏失井固井作業(yè)。而在井下的真實狀況是，當鉆完井液的液柱壓力超過地層的破裂壓力時，就可能會產(chǎn)生裂縫，或超過原始裂縫的抗張強度時，裂縫變大，直到裂縫的張開程度超過鉆完井液固相顆粒的直徑，并且聯(lián)通地下的漏層，從而會導致漏失現(xiàn)象的發(fā)生。在裂縫形成后，橋堵顆粒和泥餅迅速的封堵在裂縫口。擠注壓力通過裂縫口作用在井壁上，因此增加了井壁的周應(yīng)力，而且裂縫口加寬，井眼強度提高。當壓力再一次超過井壁地層破裂壓力時，又會產(chǎn)生裂縫，水泥漿繼續(xù)向地層漏失，產(chǎn)生封堵，提高承壓能力。這種情況可能會有多次的重復發(fā)生。所以，需要嘗試摸索創(chuàng)立一個井筒壓力能夠影響井壁的裂縫的大小的測試裝置，當井的筒內(nèi)壓力增加時，裂縫會變大，導致漏失發(fā)生，進而導致壓力放出；壓力放出之后，裂縫也隨之閉合；閉合后裂縫又會因為上端的壓力變化繼續(xù)傳遞到裂縫的地方，讓裂縫再次打開，進而導致漏失再發(fā)生。在這個往復過程中，具有封堵能力的材料不斷在裂縫處聚集，使能夠打開裂縫的壓力不斷提高，最終使裂縫不再能夠被打開。

基于以上的這個基本理論，摸索創(chuàng)建的這套動態(tài)堵漏儀具有下面的模擬功能：打開孔隙、關(guān)閉孔隙的時候，動態(tài)堵漏儀會不斷地下壓堵漏的添加劑，如果堵漏的添加劑沒有很好的壓實，那么就會有可能掉落，從而導致前面已經(jīng)堵好的地方再次出現(xiàn)掉落的情況，讓孔隙的寬度達到之前最厲害的狀態(tài)，進而使得堵漏的效果完全失效。模擬原理見圖1。

圖1 動態(tài)裂縫堵漏儀原理圖Fig.1 Principle diagram of dynamic crack plugging instrument

基于動態(tài)裂縫堵漏評價儀，建立了固井液動態(tài)裂縫堵漏評價的方法，發(fā)布了相應(yīng)的企業(yè)標準一項。根據(jù)發(fā)生完全漏失前的裂縫間隙和堵漏承壓能力，評判堵漏漿的堵漏能力，制定適合的評價手段：當孔隙A≥0.70 mm，承壓能力P≥3.5 MPa時，定義堵漏能力為優(yōu)秀；當孔隙A=0.55 mm，承壓能力P≥3.5 MPa時，定義堵漏能力為良好；當孔隙A=0.30 mm，承壓能力P≥3.5 MPa時，定義堵漏能力為一般；當孔隙A= 0.30 mm，承壓能力P<0.5 MPa時，定義為封堵能力缺失。

2 堵漏材料的優(yōu)選以及漏失效果評價

建筑工程中經(jīng)常會出現(xiàn)漏水的問題，面對突如其來的漏水事故必須要有緊急有效的防漏措施。處理這些漏水事故的常用方法是堵漏，即用那種可以在短時間內(nèi)凝固的材料來堵住漏水處，從而達到堵漏的目的。由于工程建設(shè)中出現(xiàn)的漏水事故漏水的具體情況不同，用到的堵漏材料也有所差別，常見的工程漏水事故主要表現(xiàn)為點狀漏水、線狀漏水和面狀漏水，而且漏水的快慢也不同。目前市場上的堵漏材料按照性狀主要可以分為劑狀堵漏材料和粉狀堵漏材料兩大類。首先我們先來說說劑狀的堵漏材料。目前常用劑狀堵漏材料是聚氨酯堵漏劑，它主要是由單液聚氨酯和一定量的添加劑制成，該產(chǎn)品堵漏的原理是通過與水作用后迅速固化，從而達到堵漏的目的。固井現(xiàn)場常用的堵漏材料有PC-B62S和PC-B66S兩種，PC-B62S這種堵漏材料是一種由不同纖維混合而成的物質(zhì)，主要用來提高水泥漿的堵漏的能力水平。由于它是混合物，不同粒徑的物質(zhì)，通過橋堵結(jié)構(gòu)的形成，從而能夠起到抑制井下面漏失現(xiàn)象；PC-B66S則與PC-B62S不同，它是由不同粒度的剛性粒珠組成，可以與其余的漏失材料搭配協(xié)同使用，也能夠作為單一的堵漏材料在水泥漿中使用。由于PC-B66S粒徑較粗，加入水泥漿中的時候剛開始容易導致沉淀，但是隨著攪拌時間的延長或者溫度的上升，PC-B66S顆粒則會慢慢溶解，使得它也能表現(xiàn)出一定的堵漏效果。

在南海東部常用的水泥漿配方中，有時候搭配加入PC-B62S和PC-B66S兩種漏失材料，通過兩者的堵漏協(xié)同功能，產(chǎn)生合力，形成良好的堵漏的效果。筆者通過動態(tài)堵漏儀在室內(nèi)開展了1.88 sg和2.10 sg的堵漏水泥漿配方的堵漏性能摸索試驗，試驗數(shù)據(jù)見表1和表2。

表1 1.88 sg堵漏性能實驗數(shù)據(jù)Table 1 1.88 sg experimental data of plugging performance

表2 2.10 sg堵漏性能實驗數(shù)據(jù)Table 2 2.10 sg experimental data of plugging performance

通過表1和表2可以得出，堵漏水泥漿的密度如果不同，對于0.7 mm大小的孔隙，堵漏承壓能力結(jié)果都是能夠大于6 MPa，表現(xiàn)出了較為優(yōu)秀的堵漏能力，因此在水泥漿配方中，搭配使用PC-B62S和PC-B66S兩種漏失材料是比較好的一個選擇項。

3 化學凝膠堵漏水泥漿實驗評價

隨著國內(nèi)外堵漏技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)出現(xiàn)了不同類型和功能各異的堵漏性能類材料，但是實踐證明，對于漏失嚴重的井段，這些堵漏材料還是沒有展現(xiàn)很好的堵漏性能?；诖?，筆者對化學類的凝膠堵漏材料進行了摸索，并取得了比較好的室內(nèi)效果?；瘜W類的凝膠堵漏材料引入了多種堵漏劑防止聚合物溶液向地層的濾失的可能性，同時也可以加入到水泥漿中，實現(xiàn)更好的堵漏效果。

3.1 化學類的凝膠堵漏材料水泥漿配制

化學類的凝膠堵漏材料B65SE加入1.9 sg水泥漿的加量以1%～3% BWOC為宜，加入太多的話，容易使水泥漿明顯增稠，加入太少的話，則達不到良好的堵漏效果。水泥漿中加入化學類的凝膠堵漏材料之后，通過恒速攪拌器來進行配漿，配漿轉(zhuǎn)速以4000 rpm為宜，不能高速攪拌，高速攪拌的話，則會使得水泥漿失去堵漏效果。

3.2 加入凝膠堵漏材料B65ES后水泥漿常規(guī)性能

加入1% BWOC化學類的凝膠堵漏材料B65SE到1.9 sg水泥漿配方中，水泥漿性能變化如表3、表4所示。

表3 不加B65SE漿體性能Table 3 No add B65SE slurry performance

表4 加1% B65SE漿體性能Table 4 Add 1% B65SE slurry performance

通過表3、表4可以得出，加入1% BWOC化學類的凝膠堵漏材料B65SE之后，水泥漿流變性能沒有明顯變化，失水性能得到了有效改善，自由液依然也是零，因此化學類的凝膠堵漏材料B65SE與水泥漿相容性良好。

3.3 加入凝膠堵漏材料B65ES后水泥漿堵漏性能

加入1% BWOC化學類的凝膠堵漏材料B65SE到1.9 sg水泥漿配方中，性能變化如表5所示。

表5 B65SE對漏失性能影響Table 5 Effect of B65SE on leakage performance

通過表5實驗結(jié)果表明：水泥漿中加入1% BWOC化學類的凝膠堵漏材料B65SE之后，水泥漿從封堵能力缺失提升至了封堵能力一般。

3.4 不同加量的凝膠堵漏材料B65ES后水泥漿堵漏性能對比

水泥漿中分別加入1%、2%、3%、4% BWOC的化學類的凝膠堵漏材料B65SE到1.9 sg水泥漿配方中，水泥漿堵漏性能變化如表6所示。

表6 不同 B65SE加量對漏失性能影響Table 6 Influence of different B65SE dosage on leakage performance

通過表6實驗結(jié)果表明：水泥漿中隨著化學類的凝膠堵漏材料B65SE加量逐漸從1%增加至2%，水泥漿的堵漏性能從一般提升至良好；水泥漿中隨著化學類的凝膠堵漏材料B65SE加量逐漸從2%增加至3%，水泥漿的堵漏性能從良好提升至優(yōu)秀；隨著化學類的凝膠堵漏材料B65SE加量逐漸增加至4%，水泥漿不能配漿，喪失了流動性，因此1.90 sg水泥漿配方中化學類的凝膠堵漏材料B65SE加量以1%～3% BWOC為宜。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

隨著石油開采逐步向深水挺進，面臨的復雜井、漏失井的幾率也隨之增加，加入1%～3% BWOC的化學類的凝膠堵漏材料B65SE的水泥漿在南海東部多次使用，有效解決了窄壓力窗口遭遇的固井漏失和裂縫性漏失等復雜井況?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，加入了化學類的凝膠堵漏材料B65SE的水泥漿具備優(yōu)良的防漏功能。

5 結(jié) 語

(1)動態(tài)裂縫堵漏儀能夠有效的模擬地層動態(tài)孔隙漏失的現(xiàn)象，孔隙的寬度會隨著壓差的浮動而變化；

(2)化學類的凝膠堵漏材料B65SE與水泥漿、鉆井液具有良好的相容性，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好；

(3)水泥漿配方中化學類的凝膠堵漏材料B65SE加量以1%～3% BWOC為宜。