惡性漏失地層堵漏技術(shù)研究

李錦峰

(中石化江漢石油工程公司鉆井二公司，湖北 潛江 433100)

0 引言

在油氣井勘探與開(kāi)發(fā)中，井漏問(wèn)題是困擾世界的技術(shù)性難題[1]。全球發(fā)生井漏的數(shù)量占總量的20%～25%，惡性漏失導(dǎo)致的損失更是占據(jù)了50%[2]。全世界每年因?yàn)榫┰斐傻膿p失高達(dá)數(shù)億美元，給油氣井開(kāi)發(fā)帶來(lái)了不可估量的損失[3]。各種油氣井中漏失類型各種各樣，主要分為窄安全密度窗口問(wèn)題、裂縫型漏失問(wèn)題、失返型漏失問(wèn)題、溶洞型漏失問(wèn)題。因?yàn)槿芏葱月┦г斐傻膼盒月┦?wèn)題，更是制約了油氣井的勘探開(kāi)發(fā)；目前國(guó)內(nèi)外仍舊沒(méi)有很好的封堵技術(shù)。最終可能導(dǎo)致的結(jié)果是埋鉆，井塌等問(wèn)題，甚至成為報(bào)廢井[4-8]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞惡性漏失堵漏問(wèn)題研發(fā)了多種堵漏材料，主要包括聚合物凝膠堵漏材料、聚合物膨脹樹脂堵漏材料、化學(xué)堵漏材料、復(fù)合堵漏材料、速凝水泥堵漏材料等鉆井液堵漏材料[9-12]，同時(shí)開(kāi)展了一系列相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，但尚未形成有效的堵漏配套技術(shù)措施，一次堵漏成功率低，只有部分惡性漏失井可以見(jiàn)到成效[13-16]。針對(duì)上述問(wèn)題，應(yīng)圍繞提高惡性漏失堵漏成功率，從漏失機(jī)理、堵漏機(jī)理、溶洞型惡性漏失堵漏材料、堵漏工藝等方面開(kāi)展研究。

1 國(guó)內(nèi)外堵漏技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 20世紀(jì)70年代國(guó)內(nèi)外堵漏技術(shù)現(xiàn)狀

基于傳統(tǒng)堵漏技術(shù)，在扔煤球，扔磚塊等處理惡性漏失堵漏技術(shù)的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)展了大量的研究。最早具有化學(xué)堵漏概念的，當(dāng)屬于1973年四川省地質(zhì)局科學(xué)研究所等單位提出的脲醛樹脂堵漏技術(shù)[17]。下面就國(guó)內(nèi)的幾種堵漏技術(shù)進(jìn)行介紹。

(1)脲醛樹脂堵漏技術(shù)。脲醛樹脂呈膠液狀，能溶于水，在常溫下以酸作固化劑能進(jìn)一步發(fā)生縮聚反應(yīng)而成凝膠，最后固化成不溶的固體物質(zhì)(塑料)，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)2～3 MPa。調(diào)節(jié)固化劑的加入量和濃度，可人為地控制樹脂的膠凝時(shí)間，從幾秒鐘至數(shù)小時(shí)，在水和泥漿介質(zhì)中仍可實(shí)現(xiàn)膠凝作用。但是酸容易腐蝕套管，同時(shí)對(duì)施工人員帶來(lái)安全威脅。

(2)速凝水泥堵漏技術(shù)?！?11”型水泥速凝劑中“711”是由礬土、純堿、石灰等材料，經(jīng)煅燒、磨細(xì)而成的一種灰白色粉狀物。“711”作為一種外加劑，適量加入水泥中，可以調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)硬化時(shí)間?！?11”加得多，初凝時(shí)間縮短，凝結(jié)物強(qiáng)度低。反之，“711”加得少，凝結(jié)時(shí)間變長(zhǎng)，但凝結(jié)物強(qiáng)度提高。分別在兩個(gè)礦區(qū)對(duì)20多個(gè)漏失鉆孔用“711”水泥進(jìn)行了堵漏。除了ZK26號(hào)孔因水泥部分失效而堵漏失敗外，其余都獲得成功。但是速凝水泥也存在凝固時(shí)間短，容易卡鉆桿等問(wèn)題，導(dǎo)致施工風(fēng)險(xiǎn)增加[18]。

(3)聚酯護(hù)壁堵漏技術(shù)。301聚酯固化前系半透明液體，無(wú)毒，可長(zhǎng)期存放，它主要有以下優(yōu)點(diǎn)：凝固時(shí)間可控，粘結(jié)性較好，強(qiáng)度高，滲透性可控，凝固物體無(wú)變形。但是凝固后，可鉆性較低，與2級(jí)頁(yè)巖相仿，高強(qiáng)度將導(dǎo)致鉆出新井眼等系列問(wèn)題[19]。其主要分子式如圖1所示。

圖1 301聚酯的結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structure of 301 polyester

(4)聚丙烯酰胺泥漿護(hù)孔堵漏技術(shù)。用PAM配制低固相泥漿，必須使用部份水解的聚丙烯酞胺即PAM與NaOH起水解反應(yīng)得PHPA。聚丙烯酰胺泥漿護(hù)孔堵漏技術(shù)在小至中等漏失層中效果較明顯，在全孔漏失時(shí)效果差。分析其主要原因是：堵漏物強(qiáng)度不夠，大裂隙易流失[20]。但是該技術(shù)首次將聚丙烯酰胺應(yīng)用到堵漏技術(shù)中，后期很多學(xué)者也是在此技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷研究創(chuàng)新。

20世紀(jì)70年代各堵漏技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)：(1)脲醛樹脂成膠液狀，在水和泥漿介質(zhì)中膠凝作用仍可實(shí)現(xiàn)，同時(shí)固化成不溶的固體物質(zhì)，抗壓強(qiáng)度較高。但是脲醛樹脂以酸做固化劑，酸會(huì)腐蝕套管。(2)速凝水泥，施工工藝簡(jiǎn)單，見(jiàn)效快，但是凝固時(shí)間短施工風(fēng)險(xiǎn)高。(3)聚酯粘結(jié)性好，強(qiáng)度高，但是凝固后可鉆性差。(4)聚丙烯酰胺在中小型漏失中效果好，但是強(qiáng)度不夠，所以大裂隙漏失效果不好。

1.2 20世紀(jì)80年代國(guó)內(nèi)外堵漏技術(shù)現(xiàn)狀

(1)PMN凝膠堵漏技術(shù)。PMN凝膠堵漏技術(shù)由PMN、CMC、初凝交聯(lián)劑和終凝交聯(lián)劑等組成，優(yōu)點(diǎn)是成膠時(shí)間可控，成膠強(qiáng)度可調(diào)；缺點(diǎn)是是沒(méi)有進(jìn)行中試生產(chǎn)，應(yīng)用較少[21]。但是在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中采用PAN代替PMM取得了很好地應(yīng)用效果，同時(shí)PMN抗污染效果好，特別是抗鹽污染達(dá)到20%。

(2)高吸水性樹脂(PAN-HAK)堵漏技術(shù)。高吸水性樹脂(PAN-HAK)堵漏劑的優(yōu)點(diǎn)是：①具有很強(qiáng)的吸水能力；②有適應(yīng)鉆井泥漿要求的PH值；③物理和化學(xué)性能較穩(wěn)定。PAN-HAK在結(jié)構(gòu)上是由一定交聯(lián)度的聚丙烯腈、腐植酸所組成的。其大分子結(jié)構(gòu)中含有羧基、羥基、酞胺基、次甲磺酸基等親水基團(tuán)，聚合物是按一個(gè)聚丙烯腈單元與一分子腐植酸的比例形成氫鍵并沿聚丙烯腈共聚物主鍵構(gòu)成側(cè)鍵，或兩者以離子吸附產(chǎn)生分子交聯(lián)。結(jié)構(gòu)式如圖2所示[22]。

圖2 PAN-HAK的結(jié)構(gòu)式Fig.2 Structure of PAN-HAK

20世紀(jì)80年代堵漏技術(shù)取得一定進(jìn)展，主要是高吸水性樹脂堵漏技術(shù)，吸水性樹脂堵漏技術(shù)為膨脹性堵漏技術(shù)提供了研究方向。同時(shí)他們不再是簡(jiǎn)單的幾種產(chǎn)品的復(fù)配，而是通過(guò)合成來(lái)制備新的產(chǎn)品。

1.3 20世紀(jì)90年代國(guó)內(nèi)外堵漏技術(shù)現(xiàn)狀

(1)清水強(qiáng)鉆解決惡性漏失技術(shù)。清水強(qiáng)鉆法既經(jīng)濟(jì)又高效，但是清水強(qiáng)鉆過(guò)程中需要具備3個(gè)條件：其一，井眼必須穩(wěn)定；其二，已鉆和需鉆井段無(wú)油氣進(jìn)入井內(nèi)；其三，鉆頭破碎的巖屑能全部進(jìn)入漏層[23]。同時(shí)鉆井過(guò)程中要注意2個(gè)問(wèn)題：首先要具有提高井壁穩(wěn)定性的方法和措施；其次要做好預(yù)防工作，防止沉砂卡鉆。

(2)DTR堵漏技術(shù)。DTR主要由硅藻土、軟質(zhì)懸浮纖維、助濾劑及酸溶性材料等粉狀材料組成。DTR通過(guò)與其他堵漏材料按比例復(fù)配均勻后，便會(huì)形成一種具有良好流變性、懸浮性、快失水性、聚縮性和可泵性的堵漏漿液。通過(guò)在漏失通道形成機(jī)械強(qiáng)度高的堵塞物進(jìn)行堵漏[24-26]。與當(dāng)今使用的復(fù)合堵漏劑有異曲同工之妙。DTR堵漏技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，施工見(jiàn)效快，對(duì)工期影響不大，但是該技術(shù)具有局限性，與裂縫匹配度要求較高。

(3)波紋管堵漏技術(shù)。該技術(shù)是在漏層井段下入壁厚為3 mm的波紋管，通過(guò)打壓脹管，使波紋管脹圓貼合在井壁上，以達(dá)到封堵漏層的目的[27]。該技術(shù)對(duì)于處理惡性井漏效果顯著，不會(huì)出現(xiàn)二次復(fù)漏，但是該技術(shù)成本較高，如果惡性漏失地層溶洞較多時(shí)處理起來(lái)十分復(fù)雜。

20世紀(jì)90年代惡性漏失堵漏技術(shù)，不再單純的停留在產(chǎn)品的研發(fā)，而是從工藝上完善了惡性漏失的處理措施，提出了清水強(qiáng)鉆工藝，該方法解決了部分惡性漏失問(wèn)題，但是清水強(qiáng)鉆技術(shù)對(duì)地層的要求較高，具有一定的局限性。波紋管堵漏技術(shù)解決惡性漏失效果顯著，但是成本較高。

1.4 21世紀(jì)初期(2000-2010年)國(guó)內(nèi)外堵漏技術(shù)現(xiàn)狀

(1)泡沫鉆井液處理惡性漏失技術(shù)。泡沫鉆井液處理惡性漏失可謂是清水強(qiáng)鉆的升級(jí)版，并且取得了良好的應(yīng)用效果。泡沫鉆井液的基本組成包括：含膨潤(rùn)土4%～6%的原漿+0.1%～0.2%CMC+0.1%～0.2%KPAM+0.1%～0.2%CD-1等成分。從實(shí)際應(yīng)用的情況來(lái)看，泡沫鉆井液安全，能滿足大井眼漏失層段的鉆進(jìn)，同時(shí)具有下列優(yōu)點(diǎn)：①泡沫鉆井液鉆進(jìn)能充分地降低液柱壓力，減少井漏；②泡沫鉆井液攜砂能力強(qiáng)，漏速相對(duì)較小，即使不能把鉆屑帶出井筒，也可能把它帶到漏砂層漏掉；③泡沫鉆井液鉆進(jìn)速度快，能減少鉆進(jìn)時(shí)間[28]。相比于清水鉆井液，泡沫鉆井液更加安全高效。

(2)MTC復(fù)合堵漏技術(shù)。MTC典型配方：鉆井液+礦渣+40%鐵礦粉+6%MDH+2%G205+0.5%MDC。特點(diǎn)是快速封堵，MTC橋漿稠化時(shí)間易調(diào)，有一定的觸變性，漿體凝結(jié)快，這有利于快速封堵漏失通道，阻止繼續(xù)漏失，減少了鉆出新井眼的可能性。MTC橋漿有適中的抗壓強(qiáng)度，不會(huì)形成高強(qiáng)度的水泥塞[29]。

(3)可膨脹高效承壓劑堵漏技術(shù)。2006年黃達(dá)全等[30]制備了可膨脹高效承壓劑。該劑包含大量帶有-COO-、-NH2吸水基團(tuán)的有機(jī)物，進(jìn)入孔喉或微裂隙中1～5 h 后，能夠吸水膨脹到自身體積的3～25倍。復(fù)合材料中包含大量有機(jī)物，有機(jī)物中含有大量的-COO-、-NH2吸水基團(tuán)，此基團(tuán)的比例不同，其膨脹的倍數(shù)和速度不同。由于-COO-、-NH2基團(tuán)的氫鍵力、范德華力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于泥砂對(duì)水的氫鍵力、范德華力，當(dāng)水進(jìn)入地層時(shí)，水首先被這些基團(tuán)吸收。它吸水后變成粘彈性膨脹體而充滿孔喉，阻止鉆井液進(jìn)一步漏向地層內(nèi)。該劑和可膨脹型樹脂最大的不同就是該劑從微觀上研究了吸水原理，可膨脹型樹脂從宏觀上研究了吸水原理。

(4)化學(xué)堵漏劑堵漏技術(shù)?；瘜W(xué)堵漏劑堵漏技術(shù)解決了現(xiàn)場(chǎng)超復(fù)雜漏失問(wèn)題?；瘜W(xué)堵漏劑是一種由多種功能材料加工而成的產(chǎn)品。在配制堵漏劑時(shí)，以水和化學(xué)填充物為連續(xù)相，化學(xué)交聯(lián)劑為分散相，在攪拌或流動(dòng)狀態(tài)下，化學(xué)交聯(lián)劑均勻地分散于連續(xù)相中，具有較好的流動(dòng)性能；當(dāng)靜止后，化學(xué)交聯(lián)劑快速形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有很好的滯流作用，對(duì)封堵漏層極為有利?；瘜W(xué)交聯(lián)劑形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，大量無(wú)機(jī)活性劑與有機(jī)高分子量聚合物中的離子基團(tuán)結(jié)合，充分充填網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)空間，在一定時(shí)間內(nèi)，無(wú)機(jī)活性物質(zhì)相互間產(chǎn)生離子化學(xué)反應(yīng)，形成較堅(jiān)硬的骨架結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了有機(jī)高分子交聯(lián)體的整體強(qiáng)度?；瘜W(xué)堵漏劑施工需要滿足堵漏三要素，即：①堵漏劑能順利進(jìn)入漏層；②能在漏層保持滯流，有效隔斷漏層通道；③在一定條件下發(fā)生化學(xué)固結(jié)，提高強(qiáng)度，有效封堵漏層，提高地層承壓能力[31]。

自新中國(guó)成立以來(lái)，國(guó)內(nèi)的堵漏技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，但是很多技術(shù)大同小異，將前期的堵漏技術(shù)進(jìn)行概括，大致可以分為以下幾種方式：(1)水泥堵漏技術(shù)(包括各種不同的水泥堵漏技術(shù)，但是總體以水泥為主劑)。(2)聚合物堵漏技術(shù)，主要指有機(jī)物類的材料制成，通過(guò)對(duì)單體縮聚或者改性等一系列方式進(jìn)行制備得來(lái)。(3)化學(xué)堵漏技術(shù)，無(wú)機(jī)材料作為主劑制備的，但是和水泥又有很大的區(qū)別，施工安全，效果好。(4)清水強(qiáng)鉆，使用清水進(jìn)行強(qiáng)行鉆探。(5)泡沫鉆井液處理惡性漏失技術(shù)。(6)MTC復(fù)合堵漏技術(shù)(復(fù)合堵漏技術(shù)，即將各種堵漏材料復(fù)配到一起)。

1.5 21世紀(jì)初期(2010-2017年)國(guó)內(nèi)外溶洞型漏失堵漏技術(shù)現(xiàn)狀匯總

前期雖然出現(xiàn)了很多堵漏技術(shù)，但是處理溶洞型漏失主要技術(shù)還是可以概括為三大類：其一是聚合物凝膠堵漏劑的研究，習(xí)俗稱為聚合物凝膠或吸水膨脹聚合物堵漏劑，包括地下交聯(lián)聚合物凝膠和吸水性交聯(lián)聚合物凝膠(吸水樹脂)。聚合物凝膠和其他材料配合，能夠很好的解決鉆井過(guò)程中的惡性漏失問(wèn)題[32]。其二是化學(xué)堵漏技術(shù)的研究，主要是一些有機(jī)成份和無(wú)機(jī)成份的合成，也有其他成份。其三是水泥堵漏技術(shù)，該技術(shù)最初鉆探的時(shí)候就已經(jīng)在使用，最近幾十年得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，主要還是處理劑方面的改進(jìn)。

1.5.1 聚合物凝膠堵漏技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

(1)聚合物凝膠堵漏劑堵漏技術(shù)。聚合物凝膠堵漏劑主要配方為：聚丙烯酰胺+紅礬鈉+ Na2S2O3+SDS。聚合物凝膠堵漏劑的堵漏原理主要是以聚合物為體系內(nèi)主材料，經(jīng)水溶解后，向所得混合物中添加交聯(lián)劑，經(jīng)成膠后的堵漏劑各性能十分良好，尤其會(huì)具有較高的粘彈性，增大裂縫在運(yùn)移過(guò)程中產(chǎn)生的阻力，從而對(duì)漏層進(jìn)行封堵[33-34]。

(2)GCY-X 體膨型堵漏劑堵漏技術(shù)。該技術(shù)雖然沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，但是同類技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了應(yīng)用。該劑的研制以丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)為主要反應(yīng)單體，在其中加入交聯(lián)劑，采用水溶液聚合法制備出一種凝膠狀聚合產(chǎn)物。將凝膠聚合產(chǎn)物在105 ℃下烘干，粉碎后即得到GCY-X 體膨型堵漏劑產(chǎn)品。GCY-X 的吸液性能良好，GCY-X 與鉆井液的配伍性好，形成的GCY-X 產(chǎn)品封堵性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法可行有效，彌補(bǔ)了目前針對(duì)體膨型堵漏劑封堵性能評(píng)價(jià)方法存在的不足[35-38]。

(3)特種凝膠堵漏技術(shù)。特種凝膠是一種處理鉆井惡性漏失的堵漏劑，它必須不與(或難與)地層水混合而被沖稀才能滿足解決裂縫性及破碎性地層惡性漏失的要求。通過(guò)實(shí)驗(yàn)考察少量凝膠混入聚合物、聚磺和KCl 鉆井液體系后，鉆井液體系的流變性、失水量造壁性的變化情況，凝膠與這3 種鉆井液的配伍性良好，凝膠具有改善失水造壁性，提高鉆井液粘度切力的作用。同時(shí)該凝膠抗溫達(dá)150 ℃[39-40]。

通過(guò)前期不斷的研究發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)聚合物凝膠堵漏技術(shù)大體分為3類：其一是具有高粘彈性但是強(qiáng)度不是特別高的聚合物凝膠；其二是吸水膨脹性凝膠；其三是成膠后粘彈性不高但是強(qiáng)度較高的聚合物凝膠。這三種凝膠是目前國(guó)內(nèi)在堵漏方向研究較多的堵漏技術(shù)。

1.5.2 化學(xué)堵漏技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

(1)可固化堵漏工作液堵漏技術(shù)。該技術(shù)對(duì)解決惡性漏失具有一定的作用。固化堵漏工作液主要組成為懸浮穩(wěn)定劑GYW-301、羥乙基纖維素類降失水劑GYW-401、提高觸變性能的粘土類物質(zhì)TRT、激活劑JHQ、激活劑JHT、促凝劑GYW-601、固化劑GHJ、密度調(diào)節(jié)劑(漂珠和重晶石)、緩凝劑GYW-701、惰性堵漏材料WTD-300。堵漏液的作用原理為：堵漏漿體進(jìn)入漏失地層后，由于其具有較強(qiáng)的觸變性能，所以漿體在漏層流動(dòng)的阻力增大；同時(shí)惰性堵漏材料在漏失位置的縫口起到了充填堆積的作用，將裂縫進(jìn)行了暫堵，阻止了裸眼內(nèi)漿體進(jìn)一步向漏層的流失，也阻止了進(jìn)入漏層的堵漏液進(jìn)一步向地層深處流失，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行候凝，進(jìn)入漏層的堵漏液在一定時(shí)間內(nèi)固化產(chǎn)生強(qiáng)度，將地層很好地膠結(jié)在一起，提高了地層的承壓能力，鉆開(kāi)環(huán)空固化塞后再進(jìn)行鉆井液循環(huán)時(shí)，在井筒堆積的堵漏材料可能會(huì)被循環(huán)帶走，但是漏層已被堵漏液完全充填固化，封堵住漏失地層[41]。

(2)化學(xué)觸變堵漏技術(shù)?；瘜W(xué)觸變堵漏技術(shù)主要由HSN-1 凝膠和膨脹化學(xué)固結(jié)堵漏漿HDL-1 組成。其中，HSN-1 是由β-D- 甘露糖醛酸鹽(M)和α-L- 古洛糖醛酸鹽(G)連接而成的高分子，既存在GG 本身連接形成的線性結(jié)構(gòu)，也存在GM 和MM 連接形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)觸變堵漏技術(shù)最高抗壓強(qiáng)度可達(dá)18 MPa；HSN-1和HDL-1配合使用時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行可控觸變實(shí)驗(yàn)，因?yàn)镠DL-1 與HSN-1 接觸后，HSN-1的凝膠粘度有一定的增加[42]。

回家后，張凌云在原先斗虎動(dòng)作的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大膽創(chuàng)新，借用老虎的抓、撲、咬、剪、沖、躍、拍等動(dòng)作編排了一整套斗虎舞蹈動(dòng)作。斗虎舞表演時(shí)，先由一人持釣魚鞭在鑼鼓聲中打出一個(gè)直徑約50米的圓場(chǎng)，名曰“開(kāi)場(chǎng)子”，接著四名斗虎英雄引領(lǐng)“老虎”在場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行舞蹈表演，四只“老虎”跑跳翻滾，搖頭擺尾，千姿百態(tài)，斗虎英雄或赤手空拳、或手握木棒，引逗“老虎”，在鑼鼓聲中，做各種舞蹈動(dòng)作。中間穿插滑稽高蹺、旱船、衙司觀虎等表演項(xiàng)目。每逢春節(jié)、元宵節(jié)，村內(nèi)的斗虎隊(duì)便自發(fā)組織起來(lái)在本村和周邊村進(jìn)行串演，受到當(dāng)?shù)厝罕姷膹V泛贊譽(yù)。

(3)高強(qiáng)度耐高溫化學(xué)固結(jié)堵漏劑堵漏技術(shù)。詹俊陽(yáng)等[43]提出了高強(qiáng)度耐高溫化學(xué)固結(jié)堵漏劑(HDL-1)堵漏技術(shù)。HLD-1配制的化學(xué)固結(jié)堵漏漿具有稠化時(shí)間可調(diào)(4～12 h)、密度可調(diào)(1.3～1.9 g/cm3)、承壓能力較強(qiáng)(48 h強(qiáng)度可達(dá)17 MPa以上)的特點(diǎn)。配方為：正電粘結(jié)劑、流變性調(diào)控劑、化學(xué)凝固劑、引發(fā)劑和密度調(diào)節(jié)劑。

(4)自膠結(jié)堵漏技術(shù)。該技術(shù)以膠結(jié)劑和膨潤(rùn)土為原料，采用“雙液注漿法”的施工工藝，使堵漏漿滯留在漏失通道內(nèi)，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成具有一定強(qiáng)度的固結(jié)體。膠結(jié)劑漿與膨潤(rùn)土漿混合后的堵漏漿非常粘稠，與漏失通道壁面間有很高的粘滯阻力，滯留在漏失通道中，充填漏失通道空間，形成堵塞隔墻，以達(dá)到堵漏的目的。該堵漏漿具有密度低、粘度高的特點(diǎn)，在80 ℃下24 h 抗壓強(qiáng)度不超過(guò)11 MPa，有利于鉆塞，固結(jié)時(shí)間可通過(guò)添加劑調(diào)節(jié)[44]。

化學(xué)堵漏技術(shù)種類比較多，產(chǎn)品也比較豐富。主要優(yōu)勢(shì)在于他們不像水泥密度高易漏失、強(qiáng)度高不易掃塞，化學(xué)堵漏技術(shù)具有密度可調(diào)，強(qiáng)度適中，容易進(jìn)入漏層，進(jìn)入漏層后駐留性好等特點(diǎn)，因此現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果十分顯著。

1.5.3 水泥堵漏技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

水泥很早就被用于堵漏，變化最大的就是圍繞水泥處理劑的研發(fā)，針對(duì)處理劑的研發(fā)來(lái)改善水泥的各項(xiàng)性能參數(shù)，通過(guò)處理劑可以改善水泥的密度、強(qiáng)度、流變性、凝固時(shí)間、失水量等等主要參數(shù)。

(1)膠質(zhì)水泥堵漏技術(shù)。該技術(shù)用高濃度膨潤(rùn)土漿代替鉆井液，與水泥漿按一定比例混合配成膠質(zhì)水泥漿，降低水泥漿密度及凝固強(qiáng)度，提高堵漏成功率。在高濃度膨潤(rùn)土漿中加入氯化鈣,以調(diào)節(jié)膠質(zhì)水泥漿稠化時(shí)間。膠質(zhì)水泥漿配方比例及氯化鈣加入量通過(guò)水泥漿試驗(yàn)確定。膠質(zhì)水泥漿密度為1.75～1.80 g/cm3；高濃度膨潤(rùn)土漿為17%氯化鈣+45%～50%膨潤(rùn)土；膠質(zhì)水泥漿配方比例：水泥原漿∶氯化鈣膨潤(rùn)土漿=1∶1～1∶1.5。膠質(zhì)水泥漿性能(試驗(yàn)溫度42 ℃)：密度為1.47～1.54 g/cm3，初凝時(shí)間為1.5～2 h，流動(dòng)度為15～23 cm,稠化時(shí)間為2～4 h[45]。

(2)PAM-水泥-泥漿堵漏技術(shù)。PAM-水泥-泥漿堵漏技術(shù)主要配方為：甲液為PAM-水泥漿，水∶水泥=(0.8～1)∶1(水灰比)，水泥可用普通水泥或超早強(qiáng)水泥，水中含非水解聚丙烯酰胺(PAM)分子量500 萬(wàn)左右，0.2%～0.4%；乙液為普通泥漿，膨潤(rùn)土15%～20%，堿加量為粘土質(zhì)量的5%。施工工藝為：注漿時(shí)，甲乙兩液的體積比大致按1∶1。兩液混合后立即形成不流動(dòng)的絮凝物，絮凝物進(jìn)入裂隙內(nèi)，因其粘滯性，流動(dòng)阻力大，不易被稀釋，封堵范圍大，又因絮凝物隨時(shí)間而增長(zhǎng)強(qiáng)度，因此具有很高的堵漏成功率[46]。

2 化學(xué)凝膠和智能凝膠堵漏技術(shù)

針對(duì)上述3種堵塌技術(shù)的發(fā)展，考慮到水泥漿堵漏技術(shù)已經(jīng)比較成熟，本團(tuán)隊(duì)研制了一種化學(xué)凝膠堵漏劑和智能凝膠堵漏劑。

2.1 化學(xué)凝膠堵漏技術(shù)

2.1.1 化學(xué)凝膠的機(jī)理

2.1.2 化學(xué)凝膠的性能評(píng)價(jià)

室內(nèi)對(duì)化學(xué)凝膠堵劑體系進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果為：(1)流變性良好；(2)成膠時(shí)間可控(1～10 h)；(3)成膠強(qiáng)度可調(diào)(2～10 MPa)；(4)抗50%的油基泥漿體系污染；(5)抗30%的復(fù)合鹽水的污染；(6)抗30%酸性氣體污染(H2S)；(7)抗溫可達(dá)160 ℃；(8)抗30%聚合物體系鉆井液、聚磺鉆井液體系。

2.1.3 化學(xué)凝膠堵劑在鄂陽(yáng)頁(yè)1HF井的應(yīng)用

2.1.3.1 漏失簡(jiǎn)介

鄂陽(yáng)頁(yè)1HF井在轉(zhuǎn)換油基鉆井液之后，對(duì)裸眼段進(jìn)行復(fù)測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)漏失，由于井內(nèi)有旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器，顆粒不能超過(guò)1 mm，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用隨鉆堵漏效果不佳，決定對(duì)其進(jìn)行承壓堵漏作業(yè)。

2.1.3.2 漏失分析

根據(jù)前期的鉆井液設(shè)計(jì)顯示，鄂陽(yáng)頁(yè)1HF井最大承受密度為1.40 g/cm3，井漿密度1.20 g/cm3，當(dāng)量密度為0.25 g/cm3時(shí)立壓應(yīng)為6.6 MPa。為保證后期施工效果，假設(shè)最大密度1.45 g/cm3，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)承壓8 MPa，實(shí)際承壓9.5 MPa，立壓瞬間為0 MPa。

2.1.3.3 施工方案

下鉆至2706 m(漏點(diǎn)2696 m)，泵入10 m3化學(xué)堵劑，替油基泥漿22 m3。隨后起鉆至2300 m。關(guān)防噴器，將化學(xué)凝膠擠入地層3～4 m3。圖3、4是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中化學(xué)凝膠成膠前后照片。

圖3 化學(xué)凝膠成膠前照片F(xiàn)ig.3 Chemical gel before gelation

圖4 化學(xué)凝膠成交后照片F(xiàn)ig.4 Chemical gel after gelation

2.1.3.4 堵漏效果

靜止20 h，泵沖從50 MPa開(kāi)始循環(huán)，逐步提升泵沖至90 MPa。未出現(xiàn)漏失。做承壓試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)最高承壓8 MPa，最后穩(wěn)壓在7.6 MPa。堵漏成功。

2.1.4 小結(jié)

化學(xué)凝膠因?yàn)槭覂?nèi)評(píng)價(jià)性能優(yōu)異，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用很成功，累積施工了數(shù)十口井，其中主要包括、鄂陽(yáng)頁(yè)2HF井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，焦頁(yè)197-6井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，晉中3井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，焦頁(yè)193-2井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等。使用的區(qū)塊也各不相同，說(shuō)明化學(xué)凝膠具有廣譜性。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用顯示，化學(xué)凝膠可以解決窄安全密度窗口問(wèn)題、裂縫性漏失問(wèn)題、失返性漏失問(wèn)題(有液面不返漿)等復(fù)雜問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)使用成功率100%。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)口惡性漏失井(溶洞性漏失)的應(yīng)用，加上室內(nèi)試驗(yàn)的不斷優(yōu)化，研制的化學(xué)凝膠堵劑已經(jīng)非常成熟，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果非常好，目前已經(jīng)在國(guó)內(nèi)很多地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，總的成功率達(dá)到98%以上。

2.2 智能凝膠堵漏技術(shù)

2.2.1 智能凝膠的機(jī)理

智能凝膠以天然大分子纖維素為骨架，接枝共聚水溶性丙烯酰胺單體的凝膠，通過(guò)加入交聯(lián)劑、催化劑控制合理的成膠時(shí)間，以達(dá)到便于施工注入的目的。凝膠具有較好的抗污性能，對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高礦化度鹽水以及原油污染能保持較強(qiáng)的穩(wěn)定性，交聯(lián)之后具有較高的強(qiáng)度，在修井作業(yè)、惡性漏失、封堵出水層等方面具有較好的應(yīng)用效果。凝膠在施工結(jié)束后破膠為流體，可通過(guò)連續(xù)油管或者泥漿泵循環(huán)出井筒，較傳統(tǒng)機(jī)械封堵，及水泥塞封堵有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.2.2 智能凝膠的性能評(píng)價(jià)

室內(nèi)對(duì)智能凝膠體系進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果為：(1)流變性良好；(2)成膠時(shí)間可控(50～600 min)；(3)成膠強(qiáng)度可調(diào)(1.5 MPa/0.6 m)；(4)可破膠；(5)抗10%的原油污染；(6)抗10%的復(fù)合鹽水的污染；(7)抗酸堿；(8)抗溫可達(dá)150 ℃；(9)抗10%聚合物體系鉆井液、聚磺鉆井液體系；(10)抗酸性氣體污染(H2S、CO2)。圖5、6為智能凝膠的成膠前后圖片。

2.2.3 智能凝膠在晉中3井的應(yīng)用

2.2.3.1 漏失簡(jiǎn)介

晉中3井鉆至井深2778 m出現(xiàn)放空現(xiàn)象，下探至井深2778.36 m開(kāi)始起壓(放空井段2778～2778.36 m，段長(zhǎng)0.36 m，判斷為溶洞漏失)。

2.2.3.2 堵漏效果

堵漏完成10h后開(kāi)始循環(huán)驗(yàn)漏，環(huán)空灌漿5.4m3

圖5 成膠前照片F(xiàn)ig.5 Intelligent gels before gelation

圖6 成膠后照片F(xiàn)ig.6 Intelligent gels after gelation

開(kāi)始返漿，下光鉆桿至2726 m在漏層以上開(kāi)始鉆桿內(nèi)灌漿，泵入2 m3時(shí)開(kāi)始起壓，4 m3時(shí)開(kāi)始返漿，并且立壓不斷上升，泵入7.5 m3時(shí)測(cè)出漏速為零。間歇性的提升泵沖，立壓不斷上升，最終立壓達(dá)到15 MPa(如表1所示)。

表1 雙液法堵漏驗(yàn)漏具體情況Table 1 Leakage checking and plugging with double-liquid method

晉中3井鉆遇馬家溝組期間，在復(fù)合凝膠堵漏成功的前提下，保持補(bǔ)加隨鉆堵漏劑，使堵漏劑的濃度維持在15%，起鉆前配一罐封閉漿，泵入下馬家溝組井段對(duì)地層進(jìn)行封堵。封閉漿配方：10%膨潤(rùn)土漿+7%DF-2+8%FD。在鉆進(jìn)下馬家溝組期間，晉中3井只有正常的滲漏消耗，滲漏消耗速度<2 m3/h，整個(gè)下馬家溝井段未發(fā)生漏失，安全鉆達(dá)了下一個(gè)地層。智能凝膠在晉中3井應(yīng)用成功，從根本上解決了晉中地區(qū)下馬溝組地層的井漏問(wèn)題，大大節(jié)約了鉆井成本，有望在晉中地區(qū)推廣應(yīng)用。

3 結(jié)語(yǔ)

進(jìn)入21世紀(jì)以后堵漏技術(shù)主要可以分為3類：一是聚合物凝膠堵漏技術(shù)，該技術(shù)具有較好的韌性、粘彈性、吸水膨脹性等優(yōu)勢(shì)，但是普遍強(qiáng)度不是很高；二是化學(xué)堵漏技術(shù)，該技術(shù)具有密度可調(diào)，強(qiáng)度適中，容易進(jìn)入漏層，進(jìn)入漏層后駐留性好等特點(diǎn)，因此現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果十分顯著；三是水泥堵漏技術(shù)，因其粘滯性，流動(dòng)阻力大，不易被稀釋，封堵范圍大，又因絮凝物隨時(shí)間而增長(zhǎng)強(qiáng)度，因此具有很高的堵漏成功率。

研制的化學(xué)凝膠和智能凝膠堵漏劑，室內(nèi)評(píng)價(jià)顯示，流變性良好、成膠時(shí)間可控、成膠強(qiáng)度可調(diào)，可以抗40%油污染，抗30%H2S氣體污染，抗30%復(fù)合鹽水污染，抗10%酸堿污染。經(jīng)生產(chǎn)井試驗(yàn)應(yīng)用，取得了良好的效果，有望進(jìn)一步推廣應(yīng)用。