某油田南部地区钻井液防漏堵漏技术优化

何 斌

（中海油田服务股份有限公司油田化学事业部，天津 300450）

1 井漏复杂情况分析

井漏是钻井过程中常见的现象，会给钻井过程造成很多危害，每年全球因井漏事故造成的石油行业经济损失超过十亿美元[1-2]。井漏可发生在钻井、固井、测井、修井等作业过程中[3]，在某油田南部地区，井漏复杂情况多发生在正常钻进过程中，约占井漏总数的73.9%，主要为沙河街组生物灰岩、孔店组玄武岩地层[4]，总体约占75%以上。油田南部地区常用的钻井液堵漏材料为复合堵漏剂FDJ、可膨胀堵漏剂BZ-SPA、单封DF-1、刚性堵漏剂BZ-RPA、果壳等。现场钻井液防漏堵漏配方无法在裂缝内部形成致密承压封堵层，其中刚性堵漏剂、复合堵漏剂FDJ的封堵颗粒粒径偏小，无法形成架桥封堵；而可膨胀堵漏剂BZ-SPA中的大颗粒无法进入裂缝内部，造成“封门现象”，在重新建立循环或活动钻具过程中，极易破坏已形成的封堵层，造成重复性漏失。因此需在现场钻井液防漏堵漏配方的基础上进行优化，提高现场堵漏作业成功率。

2 裂缝性封堵性能评价实验方法

2.1 堵漏评价实验装置

利用高温高压（HTHP）堵漏模拟实验装置评价油田南部地区钻井液防漏堵漏配方的裂缝封堵性能。高温高压堵漏模拟实验装置是由岩心夹持器、堵漏釜、加压系统、控温系统和搅拌系统组成，主要模拟不同温度、压力条件下堵漏剂对裂缝模块的封堵效果。压差模拟可由裂缝模块两端的压力差来实现。裂缝模块下端由阀杆直接和大气连通，上端由氮气瓶向釜体内提供压力。堵漏模拟实验装置实物照片如图1所示。

图1 高温高压（HTHP）堵漏模拟实验装置

生物灰岩、玄武岩等地层漏失通道（裂缝）尺寸难以确定，堵漏材料粒度难以准确匹配，现场往往采用“经验方法”确定钻井液防漏堵漏配方。根据致密承压封堵作用机理及前期研选的致密承压封堵材料，开展不同开度楔形裂缝（1 mm×0.5 mm、2 mm×1 mm、3 mm×2 mm、4mm×3 mm）的钻井液防漏堵漏配方优化，为油田南部地区钻井施工，提供可靠的钻井液防漏堵漏技术支撑及物质保障。

2.2 堵漏评价实验步骤

高温高压堵漏模拟实验的操作步骤具体为：①把裂缝模块装入夹持器，把夹持器装到堵漏釜体上，通过液压泵给夹持器加围压，在夹持器正下方放置一量程合适的量筒；②将堵漏浆倒入到堵漏釜体中，然后拧紧釜盖堵头，将釜盖堵头上的加压接头与氮气瓶相连；③打开电源，使堵漏釜体内的温度升高至120 ℃，并保持恒定；调节电机转速，开始动态堵漏模拟实验；④调节氮气瓶阀门，使堵漏釜体内压力缓慢增加至1 MPa后，开始计时，10 min后，记录下量筒内浆体的体积；⑤重复上述实验步骤，直至压力加至8 MPa为止；⑥实验完毕，打开放空阀门，泄压；⑦将加持器的围压泄掉后，取下夹持器，放掉釜体内剩余的堵漏浆；⑧取出夹持器内的裂缝模块，观察封堵层的位置及其致密程度；⑨采用封堵层相对位置、承压能力、累计漏失量等作为评价指标，评价钻井液防漏堵漏配方的作用效果，并调整优化配方，重复实验。

3 钻井液防漏堵漏配方优化

3.1 “强力链网络”致密承压封堵层原理

油田南部地区现场常用的钻井液防漏堵漏配方无法有效封堵易漏失地层，防漏堵漏材料单一，防漏堵漏工艺措施缺乏针对性，现场堵漏施工成功率较低。借鉴微观颗粒物质力学“强力链”基本原理[6]，即通过合理的颗粒类型、粒度级配与浓度控制，刚性颗粒、弹性颗粒、纤维材料等协同封堵裂缝，可形成具有“强力链网络”的致密承压封堵层，显著提高地层承压能力[7]。

本文采用了纤维复合堵漏剂QDJ-2，其为不同长短的纤维复合材料，该类纤维材料物理机械性能好，弹性模量高，抗拉强度大，抗温达120 ℃，能快速、均匀、完全的分散于水中，可有效地捕捉堵漏材料，加入很少的量，就能成倍提高堵漏浆对堵漏材料的携带能力，具有化学惰性，不与水基、油基和其他合成基钻井液反应，对钻井液体系性能影响较小，具有良好的配伍性。

本文还选择了粉末状纤维的随钻堵漏剂QDJ-1、细目碳酸钙两种堵漏材料，其加到体系中配合其他堵漏材料，主要起到密封作用，进一步充填微小的空间，降低漏失量。

3.2 防漏堵漏配方优化

1×0.5 mm开度楔形裂缝室内评价（表1），通过比较各配方漏失量发现，随着刚性颗粒含量的增大，漏失量逐渐减小，配方4漏失量仅为5 mL，且形成的封堵层长、完整且致密，为该裂缝开度下的优选配方，优选配方如下：0.3%CMC-HV + 2.5%QDJ-1 + 5%细目钙 + 5%GDJ-2 + 5%GDJ-3。

表1 1 mm×0.5 mm楔形裂缝堵漏配方实验评价结果

表2 4 mm×3 mm楔形裂缝堵漏配方实验评价结果

4 mm×3 mm开度下堵漏配方优选结果如表6所示。随着纤维复合堵漏剂QDJ-2浓度的增大，均能在裂缝内部形成致密承压封堵层，但封堵层位置有明显差别，浓度越大，则封堵层越靠近裂缝尖端，而纤维复合堵漏剂QDJ-2浓度为3.5%时，在裂缝中部形成致密承压封堵层（理想的封堵层位置），承压能力达到8 MPa，漏失量小，因此4×3 mm楔形裂缝优选配方为：0.3%CMC-HV + 2.7%QDJ-2 + 5%细目碳酸钙 + 4%SDS-1（6～10目）+ 7%GDJ-1 + 5%GDJ-2 +3%GDJ-3 + 2%GDJ-4。

4 结论

结合油田南部地区易漏地层性质、主要漏失原因与井眼漏失机理，针对不同开度的楔形裂缝，借鉴微观颗粒物质力学“强力链”基本原理，研选了刚性颗粒（GDJ-1、GDJ-2、GDJ-3、GDJ-4）、纤维类强化堵漏剂（QDJ-1、QDJ-2）、果壳等不同类型防漏堵漏材料，优化形成了强化致密承压封堵钻井液配方。