可控膠凝堵漏劑的研究與應(yīng)用

李韶利，郭子文

（中石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮陽(yáng)457000）

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可控膠凝堵漏劑的研究與應(yīng)用

李韶利，郭子文

（中石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮陽(yáng)457000）

李韶利等.可控膠凝堵漏劑的研究與應(yīng)用[J].鉆井液與完井液，2016，33（3）：7-14.

摘要針對(duì)重慶涪陵焦石壩區(qū)塊頁(yè)巖氣開發(fā)過程中，從鉆表層至完鉆頻繁發(fā)生溶洞、裂縫性惡性漏失，且堵漏成功率低的難題。中原固井公司通過對(duì)堵漏膠凝材料、觸變劑、纖維增韌劑、膨脹劑、微膠囊及表面調(diào)節(jié)劑等材料的研究，研制出一種可控膠凝堵漏劑，并在室內(nèi)對(duì)其堵漏性能、機(jī)理進(jìn)行了評(píng)價(jià)、分析?？煽啬z凝劑對(duì)滲透性、大孔道、裂縫性和溶洞性漏失地層具有很好的堵漏效果。該堵劑適應(yīng)溫度為30～80 ℃，凝結(jié)時(shí)間可調(diào)，固化體強(qiáng)度常壓4 h可達(dá)到5.0 MPa，8 h強(qiáng)度達(dá)到10 MPa以上，承壓強(qiáng)度大于14 MPa，并具有抗水侵能力和強(qiáng)觸留能力。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的45口井，堵漏成功率達(dá)到了80%以上。可控膠凝堵漏劑為溶洞、裂縫性漏失堵漏的探索作出了積極的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞頁(yè)巖氣井；惡性漏失；可控膠凝堵漏劑；堵漏；焦石壩

0　引言

西南地區(qū)海相頁(yè)巖氣目前探明區(qū)域主要集中在重慶涪陵和四川宜賓地區(qū)。涪陵焦石壩地區(qū)頁(yè)巖氣田地處重慶市涪陵區(qū)，構(gòu)造位置處于川東褶皺帶，主體位于萬(wàn)縣復(fù)向斜，是中石化第1個(gè)頁(yè)巖氣田，也是中國(guó)第1個(gè)頁(yè)巖氣產(chǎn)能建設(shè)示范區(qū)[1]。中國(guó)石油在宜賓的長(zhǎng)寧、筠連、珙縣、威遠(yuǎn)也進(jìn)行了大規(guī)模的頁(yè)巖氣勘探和開發(fā)。這些地區(qū)鉆井過程中普遍存在的共同特點(diǎn)是：地質(zhì)條件復(fù)雜，在導(dǎo)管、表層套管、技術(shù)套管、生產(chǎn)套管鉆進(jìn)過程中均發(fā)生惡性漏失，鉆井施工時(shí)鉆井液只進(jìn)不出，漏失量一般大于1000 m3，嚴(yán)重者在10 000 m3以上，例如：烏江南岸的61-1HF井在雷口坡-嘉陵江-飛仙關(guān)組地層漏失鉆井液達(dá)21533 m3，焦頁(yè)53-4HF井在五峰組和龍馬溪組地層漏失油基鉆井液481m3。從2014年焦石壩地區(qū)鉆井漏失統(tǒng)計(jì)中看出：漏失井段在32～858 m，主要集中在32～174 m井段，漏失量在60～19 953 m3之間，漏失速度為0.3 m3/h至鉆井液失返，漏失原因主要是裂縫性漏失，也有失返性的溶洞漏失。針對(duì)該地區(qū)的惡性漏失，中國(guó)相關(guān)科研機(jī)構(gòu)及院校開展了大量的堵漏技術(shù)研究及應(yīng)用[2-3]，但總體效果不理想，堵漏一次成功率低，如川西須家河地層堵漏一次成功率僅為20%，川東北陸相地層堵漏一次成功率僅為25%，尤其是溶洞和裂縫性漏失的堵漏效率低，快速封堵仍然沒有根本解決[4]。如在焦頁(yè)59-1井鉆進(jìn)至井深1601m時(shí)發(fā)生嚴(yán)重粉碎性裂縫漏失，向井底投入15 m3鵝卵石和石塊，利用反向凝膠堵漏也未成功，最終漏失鉆井液1505 m3，該井最后采用側(cè)鉆處理。該區(qū)塊的惡性漏失已經(jīng)成為制約油氣鉆探及開發(fā)的瓶頸，解決好鉆井過程的漏失已經(jīng)成為了刻不容緩的問題。

針對(duì)以上情況，中原固井公司研究開發(fā)了一種具有觸變性的堵漏材料——可控膠凝堵漏劑。該堵漏劑適應(yīng)溫度廣，膠凝時(shí)間可調(diào)；常壓4 h強(qiáng)度可達(dá)到5.0 MPa，常壓8 h強(qiáng)度達(dá)到10 MPa以上；能封堵該區(qū)塊上部地層裂縫、溶洞性漏失，保證易漏地層安全鉆進(jìn)。

1　可控膠凝堵漏劑的研制

1.1膠凝材料［5-7］

以硫鋁酸鹽材料加入適量的膨潤(rùn)土和含有羥基（—OH）、羧基（—COO-）和磺酸基的表面改性劑為基本水硬性膠凝材料，控制其堿度系數(shù)為0.95～0.98，鋁硫比小于3.80，鋁硅比大于3。硫鋁酸鹽材料中的硫酸鈣與硫酸鋁均能夠反應(yīng)生成鈣鋁釩，促進(jìn)顆粒之間較大的自然結(jié)合，從而形成網(wǎng)狀或凝膠結(jié)構(gòu)。當(dāng)攪拌時(shí)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)很容易被破壞，堵漏漿又轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w狀態(tài)，硫酸鈣半水化合物使堵漏漿具有一定觸變性以及很好的抗硫酸鹽性；改性劑對(duì)膠凝材料顆粒表面進(jìn)行分散，達(dá)到減水效果的同時(shí)提高膠凝效率。加入0.2%～0.4%十二烷基磺酸鈉可調(diào)配適應(yīng)不同溫度的膠凝材料，控制鋁硫比為1.8～3.0，鋁硅比為6～9，加入0.3%十二烷基磺酸鈉加工成膠凝材料RS，RS的性能特點(diǎn)如表1所示。從表1看出，膠凝材料RS具有凝結(jié)時(shí)間快，強(qiáng)度發(fā)展快且高，不受水侵影響等特性，是比較理想的膠凝材料。

表1　膠凝材料RS的性能

1.2膠凝觸變劑CBJ-1［8］

1.2.1合成與機(jī)理

為了使膠凝材料具有更強(qiáng)的觸變性，研究了一種有機(jī)觸變劑CBJ-1，即膠凝觸變劑，它是由丙烯酰胺單體中加入觸變輔劑、引發(fā)劑進(jìn)行聚合反應(yīng)而成的。CBJ-1能夠使材料生成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高黏聚合物，改善材料的觸變性能。觸變劑CBJ-1改善膠凝材料觸變性的機(jī)理為：CBJ-1能夠與膠凝材料中的C3A發(fā)生反應(yīng)，生成鈣鋁釩晶體，從而促使材料中顆粒之間較大的自然結(jié)合，形成網(wǎng)狀或凝膠結(jié)構(gòu)，攪拌時(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)很容易被破壞，水泥漿又轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w狀態(tài)。膠凝材料中的觸變成分和觸變劑發(fā)生反應(yīng)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，膠粒發(fā)生締合，受到剪切，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞，膠凝材料恢復(fù)流動(dòng)性，剪切停止，重新形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1.2.2加量及觸變性評(píng)價(jià)

選用靜切力法作為觸變性評(píng)價(jià)方法。采用特殊形狀葉片，在剪切速率接近零時(shí)（約1s-1）測(cè)定水泥漿靜止1min 和10 min時(shí)，漿體開始流動(dòng)的靜切力τ1和τ10，用其差值△τ表示漿體的觸變性。漿體為膠凝材料和蒸餾水，在膠凝材料RS中加入CBJ-1，水固比為0.73∶1，分別考察常溫、常壓下未養(yǎng)護(hù)和70 ℃常壓養(yǎng)護(hù)下，其加量對(duì)膠凝漿體流變性和觸變性的影響，結(jié)果見表2和表3。由表2可知，當(dāng)CBJ-1加量為2.0%時(shí)，膠凝漿體觸變性最強(qiáng)，但流變性較差；同時(shí)隨著其加量增加，漿體n值減小，K值增大，△τ值先減小，當(dāng)加量為2.0%時(shí)，△τ增加至4.17 Pa，這說(shuō)明加量為2.0%時(shí)是一重要的拐點(diǎn)，因此，確定CBJ-1在膠凝材料中的加量不超過2.0%。由表3可知，隨著觸變劑CBJ-1加量增加，漿體觸變能力增強(qiáng)，說(shuō)明該漿體具有較強(qiáng)的觸變性，其觸變能力比在25 ℃下更強(qiáng)。

表2　CBJ-1加量對(duì)膠凝漿觸變性和流變性的影響（常溫、0.1MPa）

表3　CBJ-1加量對(duì)膠凝漿觸變性和流變性的影響（70 ℃、0.1MPa）

1.3纖維增韌劑

1）纖維增韌劑的優(yōu)選。在膠凝材料RS中加入纖維增韌劑和膨脹劑，可提高材料的堵漏能力。通過對(duì)目前市場(chǎng)上各種纖維進(jìn)行價(jià)格、性能等方面的比較（各種纖維性能參數(shù)見表4），優(yōu)選出適合裂縫溶洞性堵漏的纖維材料，即聚丙烯纖維[9]與KW碳纖維。

2）纖維增韌劑的確定及加量。在膠凝材料RS中加入一定比例的聚丙烯纖維與KW碳纖維，評(píng)價(jià)他們對(duì)抗壓強(qiáng)度和破型情況的影響，確定其復(fù)合比例，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5?？梢钥闯?，在膠凝漿中加入0.1%聚丙烯纖維和0.5%KW碳纖維，即可少量提高強(qiáng)度且韌性明顯增加，其他比例情況下要不降低強(qiáng)度，要不韌性降低。因此確定纖維增韌劑由0.1%聚丙烯纖維和0.5%KW碳纖維復(fù)合而成，代號(hào)為ZSJ-1。

表4　各類纖維性能參數(shù)

表5　不同纖維加量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響（35 ℃、0.1MPa、4 h）

3）ZSJ-1加量對(duì)膠凝材料RS性能的影響。如表6所示，隨著復(fù)合纖維ZSJ-1加量增加，對(duì)稠化時(shí)間及過渡時(shí)間的影響不大，但漿體稠度明顯增加，因此ZSJ-1加量控制為0.1%～0.3%。

4）ZSJ-1加量對(duì)膠凝材料RS抗壓強(qiáng)度及膠結(jié)強(qiáng)度的影響。如表7所示，將不同加量的ZSJ-1加入膠凝材料RS中，利用膠結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置評(píng)價(jià)膠結(jié)強(qiáng)度，界面為水潤(rùn)濕，同時(shí)測(cè)試抗壓強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)條件為35 ℃、常壓、4 h。

表6　復(fù)合纖維ZSJ-1加量對(duì)稠化時(shí)間的影響

表7　復(fù)合纖維ZSJ-1加量對(duì)膠凝材料強(qiáng)度的影響

由表7可以看出，隨著ZSJ-1加量的增加，膠結(jié)強(qiáng)度增加；當(dāng)加量為0.3%時(shí)，膠結(jié)強(qiáng)度提高了127.2%，抗壓強(qiáng)度僅降低了6.28%，在可接受范圍之內(nèi)；加量為0.5%時(shí)，抗壓強(qiáng)度降低了50.7%。再次確定復(fù)合纖維ZSJ-1在膠凝材料RS中的加量為0.1%～0.3%。

1.4膨脹劑[10]

1）膨脹劑的優(yōu)選。膨脹劑按類型來(lái)講有剛性膨脹和彈性膨脹2類，前者包括各類無(wú)機(jī)物膨脹劑，后者包括橡膠粉、樹脂等彈性材料。以丙烯酰胺/丙烯腈共聚樹脂為膨脹劑，樹脂膨脹劑是高分子材料吸水劑，遇水能吸收相當(dāng)于自身質(zhì)量幾百倍甚至上千倍的水而發(fā)生體積膨脹，加壓后仍能保留75%～80%的水分。該材料封堵漏層時(shí)，不需要嚴(yán)格要求其顆粒與漏失通道匹配，而是利用顆粒就位后的膨脹特性達(dá)到堵漏的目的。圖1為樹脂膨脹劑作用機(jī)理示意圖。

圖1　樹脂膨脹劑在漏層中的作用機(jī)理示意圖

2）膨脹劑微膠囊處理[11]。選擇的樹脂膨脹劑是分子中包含極性基團(tuán)，并具有輕度交聯(lián)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能高分子材料。遇水前呈固態(tài)網(wǎng)束狀，遇水后在滲透壓的作用下產(chǎn)生吸水現(xiàn)象，當(dāng)滲透壓與彈性收縮力相當(dāng)時(shí)，吸水達(dá)到飽和。若將吸水樹脂直接與膠凝堵漏材料混配用于堵漏作業(yè)中，膠凝材料水化時(shí)，它就會(huì)吸收水分，體積迅速膨脹，還未運(yùn)送到漏層位置就極有可能達(dá)到吸水飽和，造成稠化時(shí)間的不可控。所以將微膠囊技術(shù)應(yīng)用到吸水樹脂中，使用成膜材料將高吸水樹脂包裹起來(lái)，使其與液體隔絕，從而控制吸水速度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，囊與囊芯的最佳投料比控制在3∶1，微膠囊膨脹劑代號(hào)為PA-1。

3）微膠囊膨脹劑PA-1在膠凝材料中的加量?？疾觳煌恿课⒛z囊膨脹劑PA-1在膠凝材料中的膨脹率及對(duì)膠凝時(shí)間的影響，以確定其合理加量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表8。由表8可以看出，隨著微膠囊膨脹劑加量的增大，膠凝材料的膨脹率大幅度提高，但漿體增稠，稠化時(shí)間縮短。因此，其合理加量控制在0.1%～0.5%。

表8　微膠囊樹脂膨脹劑PA-1性能

1.5緩凝劑

為了提高堵漏材料的溫度適應(yīng)性，需通過緩凝劑調(diào)節(jié)稠化時(shí)間，該緩凝劑應(yīng)既能有效延長(zhǎng)稠化時(shí)間，又不能大幅度降低膠凝強(qiáng)度，可水混和干混。表9為對(duì)3種緩凝劑的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)。從表9看出，在稠化時(shí)間相差不大的情況下，2#、3#緩凝劑加量比1#雖少得多，特別是3#緩凝劑的加量比1#少近50%，但2#、3#緩凝劑卻大幅度降低強(qiáng)度，甚至于8 h都未形成強(qiáng)度。因此將1#緩凝劑作為調(diào)節(jié)膠凝時(shí)間的最佳選擇。

表9　緩凝劑的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

1.6配方的組成

經(jīng)過以上研究，確定可控膠凝堵漏劑組成為：膠凝材料RS+（0.5%～2.0%）觸變劑CBJ-1+ （0.1%～0.3%）纖維增韌劑ZSJ-1+（0.1%～0.5%）微膠囊膨脹劑PA-1，代號(hào)為CTJ。以淡水或現(xiàn)場(chǎng)水為配漿水，按照GB 10238—2012《油井水泥》中相關(guān)規(guī)定及方法可配制成1.40～1.70 g/cm3的可控膠凝堵漏漿，改變緩凝劑的加量可滿足低溫和中溫條件下的堵漏時(shí)間要求。

2　可控膠凝堵漏劑的固化性能

實(shí)驗(yàn)用可控膠凝堵漏劑CTJ-A基本組成為：膠凝材料RS+1.0%觸變劑CBJ-1+0.1%纖維增韌劑ZRJ-1+0.2%微膠囊膨脹劑PA-1。在劑CTJ-A中加入一定量1#緩凝劑調(diào)節(jié)不同溫度下的稠化時(shí)間，評(píng)價(jià)了可控膠凝堵劑CTJ-A的基本性能，結(jié)果見表10、表11和表12。

表10　在可控膠凝堵漏劑CTJ-A中加入1#緩凝劑的稠化時(shí)間(L/S為0.73)

表11　不同密度可控膠凝堵漏劑CTJ-A的稠化時(shí)間變化

表12　可控膠凝堵漏劑CTJ-A強(qiáng)度（L/S為0.73）

從表10看出，可控膠凝堵劑CTJ-A的稠化時(shí)間可調(diào)；1#緩凝劑加量在0.8%～3.0%時(shí)可以改善膠凝材料的稠化時(shí)間，滿足30～80 ℃堵漏膠凝時(shí)間（15～240 min）的要求。從表11可知：在同一溫度下，增加液固比，對(duì)CTJ-A稠化時(shí)間的影響較小。從表12可知：膠凝堵漏劑強(qiáng)度發(fā)展快而高，2 h抗壓強(qiáng)度大于4 MPa，4 h抗壓強(qiáng)度大于5 MPa，8 h抗壓強(qiáng)度大于10 MPa；在35～50 ℃范圍內(nèi)，強(qiáng)度隨溫度增加而增加，50～80 ℃范圍內(nèi)，緩凝劑加量在1.6%～3.0%時(shí)，隨著其加量的增加強(qiáng)度降低，但仍能保持8 h強(qiáng)度大于10 MPa。

3　可控膠凝堵漏劑的性能評(píng)價(jià)

3.1堵漏性能

利用API鉆井液橋接堵漏材料實(shí)驗(yàn)裝置，并配合滲透性模塊和裂縫性模塊（堵漏測(cè)試模塊參數(shù)見表13），模擬滲透性和裂縫性地層的漏失，采用動(dòng)態(tài)測(cè)試法，將制備好的可控膠凝劑380 mL倒入失水筒內(nèi)，并在可控膠凝劑上部放入活塞，啟動(dòng)計(jì)時(shí)，以2 MPa/min的升壓速率升壓至3.5 MPa（0.1MPa/3 s，共84 s），記錄20 min流出的漿體體積。通過動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)可控膠凝劑部分漏失后，可形成有效的網(wǎng)架堵漏結(jié)構(gòu)，無(wú)論是滲透性模塊還是裂縫性模塊，封堵情況均無(wú)漏失，漏失量均為0。

表13　堵漏測(cè)試模塊參數(shù)

3.2承壓能力

進(jìn)行砂床實(shí)驗(yàn)，將粒徑為10～30 mm石子和粒徑為5～20 mm砂粒分別制成模擬的地層砂床，分別選用可控膠凝劑和常規(guī)橋堵劑進(jìn)行對(duì)比，測(cè)試其堵漏后堵漏強(qiáng)度和承壓能力，結(jié)果見表14和表15。

表14　不同堵漏劑在模擬漏層的堵漏強(qiáng)度評(píng)價(jià)（8 h）

表15　模擬漏層封堵承壓能力評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，可控膠凝劑CTJ-A進(jìn)入漏層后，微膠囊膨脹樹脂中囊水化后，具有一定的彈性和韌性，在壓力作用下，擠壓變形進(jìn)入裂縫孔道，與裂縫孔隙匹配、擠壓充實(shí)。

3.3強(qiáng)駐留作用

可控膠凝堵劑配成堵漿后自身能夠形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在漿體靜止不動(dòng)時(shí)水泥漿發(fā)生膠凝，一經(jīng)攪動(dòng)或搖動(dòng)，已經(jīng)膠凝的漿體又重新獲得流動(dòng)性，若再靜止又重新凝固，從而具有較強(qiáng)的駐留作用，見圖2。

圖2　膠凝前、膠凝體與固化體

3.4抗水侵性能

堵漿與地層水按照不同比例混合，在一定溫度條件下評(píng)價(jià)堵劑性能的變化。圖3 a）為1.60 g/cm3可控膠凝堵漿在28 min凝固，24 h強(qiáng)度為25.0 MPa，48 h強(qiáng)度為32.0 MPa。圖3 b）為可控膠凝堵漏漿與地層水1∶1（體積比）混合，凝結(jié)時(shí)間為35 min，24 h強(qiáng)度為20.5 MPa，48 h強(qiáng)度為28.2 MPa。

圖3　可控膠凝堵漿在不同條件下的性能

3.5酸溶性

為了防止頁(yè)巖氣井酸壓求產(chǎn)時(shí)，留在產(chǎn)層裂縫中的堵漏水泥石堵塞壓裂孔縫，要求堵漏水泥石具有較強(qiáng)的酸溶性[12-13]。實(shí)驗(yàn)室將堵漏劑試塊脫模后，放入60 ℃烘箱中干燥至恒重，記錄試塊的重量，然后將試塊放入15%鹽酸溶液中，室溫浸泡1h后取出剩余的試塊并用清水沖洗干凈，然后將其放入60 ℃烘箱中干燥至恒重，記錄剩余試塊的重量。堵劑酸溶前后的形狀見圖4，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表16。

圖4　試塊酸溶前（左）后（右）的形狀

表16　酸溶性試驗(yàn)結(jié)果

可控膠凝劑CTJ-A固化后形成的堵漏模塊在15%HCl中的溶解度明顯高于G級(jí)油井水泥，且溶解后殘酸酸液為黃色透明液體，期間較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生氣泡，而G級(jí)油井水泥很快消失。在清洗酸化后的殘留固化體的過程中發(fā)現(xiàn)，可控膠凝劑CTJ-A固化體表面的鈍化層易脫落。

4　可控膠凝堵漏劑施工控制

為了確保施工安全，研究采用了“灌、推、擠”的方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工[14-15]，具體操作步驟如下。

1）在可控膠凝劑堵漏施工中，針對(duì)應(yīng)力效應(yīng)較小的裂縫、孔隙性漏失應(yīng)采用平衡法堵漏，具備擠堵條件的，應(yīng)當(dāng)在鉆具到達(dá)安全位置后，對(duì)可控膠凝劑進(jìn)行施加外力的擠堵，提高堵漏成功率。

2）在嚴(yán)重漏失井眼中，應(yīng)首先測(cè)取靜液面，求取漏層壓力，保證80%注入的可控膠凝劑留在井眼內(nèi)，起鉆至安全井段，準(zhǔn)備后續(xù)作業(yè)。待可控膠凝劑駐留后，小排量間斷性推擠。

3）對(duì)于溶洞性漏失應(yīng)根據(jù)放空井段長(zhǎng)度和可控膠凝劑的可控時(shí)間多次灌注，每次的注入量控制在150 m井眼容積內(nèi)。

4）擠注壓力的大小在堵漏施工中是至關(guān)重要的問題，對(duì)于部分漏失，堵漏作業(yè)時(shí)鉆井液返出井口，擠注時(shí)采用關(guān)井?dāng)D注的方式，確定最大擠注壓力時(shí)應(yīng)充分考慮地層破裂壓力系數(shù)，防止新的漏失發(fā)生。

5　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

可控膠凝劑在重慶礁石壩、四川蜀南等地區(qū)應(yīng)用45井次，堵漏一次成功率達(dá)86.5%，成功地解決了裂縫性地層鉆井過程中發(fā)生的惡性漏失。應(yīng)用實(shí)例如下。

1）焦頁(yè)59-2HF井。該井表層用φ444 mm鉆頭鉆進(jìn)，鉆至井深200 m發(fā)生井漏，鉆井液失返，井筒液面離井口80 m，地質(zhì)解釋為裂縫和溶洞性漏失。注入20 m3可控膠凝劑，4 h后下鉆，鉆進(jìn)正常，返出鉆井液。

2）焦頁(yè)65-2HF井。該井二開鉆進(jìn)即發(fā)生漏失，漏速為50 m3/h，當(dāng)鉆進(jìn)至井深869 m時(shí)發(fā)生惡性漏失，鉆井液失返，漏速達(dá)到260 m3/h。期間3次采用固壁承壓封堵劑、2次采用凝膠加水泥堵漏、2次采用隨鉆堵漏漿堵漏均未成功。于是采用可控膠凝堵漏劑堵漏施工，經(jīng)2次施工作業(yè)，堵漏成功。

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1.可控膠凝堵漏劑是一種復(fù)合堵漏劑，其中的膠凝材料和觸變材料為主要成分，能使堵漏劑形成具有觸變性的膠凝網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。適應(yīng)溫度為30～80 ℃，凝結(jié)時(shí)間可調(diào)；固化體強(qiáng)度常壓4 h可達(dá)到5.0 MPa，8 h達(dá)10.0 MPa以上；并具有抗水侵和強(qiáng)觸留性能，能在漏失通道中快速橋接、凝固，達(dá)到良好的堵漏效果。

2.可控膠凝堵漏劑現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，在復(fù)雜漏失井治理中，堵漏成功率達(dá)80%以上，大大高于常規(guī)堵劑，能明顯減少堵漏材料用量和減少鉆井液漏失，縮短堵漏時(shí)間。

3.可控膠凝堵漏劑對(duì)不同大小的漏失通道適應(yīng)性好，堵漏材料與地層膠結(jié)成高強(qiáng)度的封堵層，能適用于裂縫、孔隙復(fù)雜漏失井的堵漏和長(zhǎng)裸眼井段的承壓堵漏。

4.可控膠凝劑具有較強(qiáng)的酸溶性，不會(huì)對(duì)頁(yè)巖氣井后期酸壓求產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)面影響。

5.可控膠凝堵漏劑強(qiáng)度發(fā)展快，對(duì)施工安全要求高，特別是較深井的堵漏，因此在操作規(guī)程及工藝上需進(jìn)一步加大研究，以確保套管串的安全。

參考文獻(xiàn)

[1]曾義金.頁(yè)巖氣開發(fā)的地質(zhì)與工程一體化技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2014，42（1）：1-6. ZENG Yijin. Shale gas development of geological and engineering integration technology[J].Petroluem Drilling Techniques，2014，42（1）：1-6.

[2]王悅堅(jiān). 塔河油田惡性漏失堵漏與大幅度提高地層承壓技術(shù)[J]. 鉆井液與完井液，2013，30（4）： 33-36. WANG Yuejian. Technology on mud lost control of severe lost circulation and improving formation pressure containment in Tahe oilfield[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid，2013，30（4）：33-36.

[3]盧小川，趙雄虎，王洪偉，等.固化承壓堵漏劑在渤海油田斷層破碎帶的應(yīng)用[J]. 鉆井液與完井液，2014，31（4）： 47-49. LU Xiaochuan，ZHAO Xionghu，WANG Hongwei，et al. Application of pressure-bearing solidifying LCM for mud loss control in fault zones in bohai oilfield [J]. Drilling Fluid & Completion Fluid，2014，31（4）： 47-49.

[4]王中華. 復(fù)雜漏失地層堵漏技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].中外能源，2014，19（1）：39-47. WANG Zhonghua. The status and development direction of plugging technology for complex formation lost circulation[J]. Sino-Global Energy，2014，19（1）：39-47.

[5]李旭東，郭建華，王依建，等.凝膠承壓堵漏技術(shù)在普光地區(qū)的應(yīng)用[J].鉆井液與完井液，2008，25（1）：53-56. LI Xudong，GUO Jianhua，WANG Yijian，et al. The application of mud loss control under pressures with gelled LCM in Puguang area[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid，2008，25（1）：53-56.

[6]陳福明，田峰，李伯芬，等. 納米級(jí)封堵劑及其應(yīng)用[J].鉆井液與完井液，2014，31（4）：71-74. CHEN Fuming，TIAN Feng，LI Bofen，et al. Application of nano-meter plugging agent [J]. Drilling Fluid & Completion Fluid，2014，31（4）： 71-74.

[7]王景然.水泥超膠凝化理論及技術(shù)研究[D]. 武漢理工大學(xué)，2014. WANG Jingran. Research of cement gel theory and technology[D]. Wuhan University of Technology Press，2014.

[8]步玉環(huán)，尤軍，姜林林，等.觸變水泥漿體系研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].石油鉆探技術(shù)，2009，37（4）：110-114. BU Yuhuan，YOU Jun，JIANG Linlin，et al. Research and application of thixotropic cement slurry[J]. Petroleum Drilling Techniques，2009，37（4）：110-114.

[9]張成金，冷永紅，李美平，等.聚丙烯纖維水泥漿體系防漏增韌性能研究與應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2008，28（1）：91-93. ZHANG Chengjin，LENG Yonghong，LI Meiping，et al. The advancement of density window of safe drilling fluid for deep and ultra-deep wells[J]. Natural Gas Industry，2008，28（1）：91-93.

[10]賴小林，王中華，郭建華，等. 吸水材料在石油鉆井堵漏中的應(yīng)用[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展，2010，11（2）：17-21. LAI Xiaolin，WANG Zhonghua，GUO Jianhua，et al.Applicrstion of water-absorbent material in petroleum drilling loss control[J]. Advances in Fine Petrochemicals，2010，11（2）：17-21.

[11]薛玉志，唐代緒，劉振東，等.可控膨脹堵漏劑包覆工藝技術(shù)研究[J].鉆井液與完井液，2008，25（5）：23-25. XUE Yuzhi，TANG Daixu，LIU Zhendong，et al. Research of controlled inflation plugging agent coating technology[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid，2008，25（5）：23-25.

[12]趙志強(qiáng)，苗海龍，李自立，等.一種高摩阻凝膠暫堵劑的開發(fā)[J].鉆井液與完井液，2014，31（1）：50-53. ZHAO Zhiqiang，MIAO Hailong，LI Zili，et al. Development and research of high friction gelation temporary plugging agent[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid，2014，31（1）：50-53.

[13]王先洲，夏景剛，左洪國(guó)，等.新型FM超級(jí)凝膠復(fù)合堵漏技術(shù)[J].鉆井液與完井液，2015，32（6）：50-53. WANG Xianzhou，XIA Jinggang，ZUO Hongguo，et al.A novel compound lost circulation material FM super gel[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid，2015，32（6）：50-53.

[14]謝彬強(qiáng)，鄭力會(huì).基于疏水締合聚合物的新型鉆井液封堵劑[J].石油鉆采工藝，2015，37（5）：41-45. XIE Binqiang，ZHENG Lihui.A new type plugging agent for drilling lfuid based on hydrophobic associative polymer[J].Oil Drilling & Production Technology，2015，37（5）：41-45.

[15]劉宇凡，劉濱，吳林龍.水泥漿堵漏技術(shù)探討[J]. 鉆采工藝，2014，37（4）：110-112. LIU Yufan，LIU Bin，WU Linlong.Discussion on cement slurry plugging technology[J].Drilling & Production Technology，2014，37（4）：110-112.

Study and Application of Gel-time Controllable Lost Circulation Material

LI Shaoli, GUO Ziwen
(Cementing Branch of Zhongyuan Petroleum Engineering Ltd., Sinopec, Puyang, Henan 457000)

AbstractIn the development of theshale gas in Jiaoshiba, Fuling, Chongqing, mud losses into solution cavities or fractureshave occurred frequently during the whole drilling process，and the mud losses were very diffcult to be stopped. A gel-time controllable lost circulation material (LCM) has been developed for use in this area to try to control the severe mud losses. This LCM is formulated with gel materials，thixotropic agents，fbers，swelling agents，microcapsules and surfactants. The performance and mechanism of this LCM in mud loss control have been evaluated and analyzed. This gel-time controllable LCM is suitable for controlling mud losses into formations with high permeability, large-sized pores, fractures, or solution cavities. This LCM works in a temperature range of 30-80 ℃，and has adjustable gel time. When solidifed，the LCM has compressive strength of 5.0 MPa (4 h) and 10 MPa (8 h). Pressure bearing capacity of the set LCM is 14 MPa. The set LCM is striongly resistant to water corrosion and has strong thixotropy. 80% of mud losses in 45 wells have been successfully brought under control. This gel-time controllable LCM has played a great role in controlling mud losses into solution cavity and fracture.

Key wordsShale gas well; Severe mud losses; Gel-time controllable LCM; Lost circulation control; Jiaoshiba

中圖分類號(hào)：TE282

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5620（2016）03-0007-08

doi:10.3696/j.issn.1001-5620.2016.03.002

基金項(xiàng)目：中石化中原石油工程有限公司科研項(xiàng)目“復(fù)雜地層防漏堵漏技術(shù)”子課題“焦石壩上層縫洞堵漏技術(shù)研究”（2015203）。

第一作者簡(jiǎn)介：李韶利，高級(jí)工程師，1977年生，2002年畢業(yè)于重慶大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)從事固井水泥漿體系研究。電話 13938336850；E-mail：lslhh@sina.com。

收稿日期（2016-3-17；HGF=1603N9；編輯王小娜）