側(cè)鉆井破碎性地層鉆井液封堵性研究

李建峰 郭良 李濤

摘要：文章主要是分析了國內(nèi)外油田相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀，同時(shí)也講解了側(cè)鉆井液封堵性能的相關(guān)要求，望能為有關(guān)人員提供到一定的參考和幫助。

關(guān)鍵詞：側(cè)鉆井;油田;要求

1、 前言

近年來，我國側(cè)鉆井的數(shù)量不斷上升，而側(cè)鉆井與常規(guī)井相比較的話更容易發(fā)生井漏事故。在側(cè)鉆井發(fā)生滲漏的情況時(shí)采用到隨鉆技術(shù)井下能夠恢復(fù)正常鉆進(jìn)，而中大型的漏失情況才用到橋塞漏堵的方式也能有效降低的漏失的速率，但會(huì)造成側(cè)鉆井劃眼開泵的困難，導(dǎo)致后期無法正常施工。

2、國內(nèi)外油田相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀

針對目前油田側(cè)鉆井復(fù)雜問題，對國內(nèi)外聚合物液體凝膠技術(shù)進(jìn)行調(diào)研。聚合物凝膠是指聚合物在交聯(lián)劑、緩釋劑等添加劑的作用下，形成具有一定強(qiáng)度的膠狀物質(zhì)。其在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)成膠時(shí)間、破膠時(shí)間可控，能滿足不同的施工情況。聚合物凝膠液體膠塞技術(shù)通過聚合物與交聯(lián)劑交聯(lián)形成具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的一種化學(xué)膠體，成膠前被泵入至井筒，成膠后在井筒中具備一定的強(qiáng)度，利用聚合物凝膠的黏性實(shí)現(xiàn)具備一定的承壓能力，能夠密封井筒油氣，它在井筒中形成一段強(qiáng)度很高的膠段塞，并能保持靜止，將上部鉆井液或其他流體與待保護(hù)儲(chǔ)層進(jìn)行有效隔離，阻止上部流體進(jìn)入地層，同時(shí)阻止地層中的流體向外溢出，以利于安全的起下鉆，保護(hù)儲(chǔ)層或者油氣生產(chǎn)過程中的分段壓裂等其他作業(yè);在施工結(jié)束后凍膠閥可通過高溫降解或者通過注入破膠液或鉆頭高壓噴射實(shí)現(xiàn)破膠液化，從而實(shí)現(xiàn)殘液的全部返排。破碎性地層特點(diǎn)：①由斷面填充物和派生裂縫組成;②多屬于裂縫-孔隙性漏失;③具有一定的漏失通道;④漏失程度一般為中型或失返性漏失。常規(guī)橋堵技術(shù)不易形成承壓封堵帶，難以提高地層承壓能力。

3、側(cè)鉆井鉆井液封堵性能要求

通過側(cè)鉆井破碎性復(fù)雜地層研究，要求側(cè)鉆井鉆井液封堵性能必須具備以下幾點(diǎn)要求：①堵劑粒徑與漏失層孔徑相匹配;②具有流動(dòng)性的化學(xué)交聯(lián)材料，而且能夠在地層形成一定厚度的滯留層;③能承受一定的壓力;④配方與井筒內(nèi)鉆井液配伍性好，易于返排。

3.1凝膠堵劑研究思路。借鑒凝膠在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用啟示，利用凝膠具有的成膠時(shí)間可控、成膠前堵劑可流動(dòng)，成膠后能滯留、在成膠過程中具有可塑性，能嵌入地層孔縫中等特性;根據(jù)側(cè)鉆井井筒溫度，井身結(jié)構(gòu)以及注入可能需要的時(shí)間等，設(shè)計(jì)成膠時(shí)間;實(shí)驗(yàn)考察聚合物基液濃度、交聯(lián)劑和催化劑加量、溫度對成膠時(shí)間、成膠強(qiáng)度的影響規(guī)律;配加適量封堵材料（剛性粒子、柔性粒子/纖維聚合物等），篩選符合要求的凝膠堵漏劑體配方;通過封堵效果評價(jià)，確立凝膠堵漏體系配方。

3.2凝膠堵劑配制。（1）配制濃度為10%聚合物基液，粘度較大不方便注入，根據(jù)需要使用清水稀釋到3%～4%（直接加水稀釋攪拌）。（2）使用量筒量取0.5%～6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）交聯(lián)劑。（3）用天秤稱量0～0.6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）催化劑。（4）實(shí)驗(yàn)程中先用燒杯量取一定量的聚合物基液，按照不同交聯(lián)比，依次加入交聯(lián)劑，催化劑。攪拌均勻后，密封好放入烘箱或水浴鍋中等待成膠，每15min打開觀察一次。（5）成膠時(shí)間判斷，實(shí)驗(yàn)過程中以傾斜燒杯，凝膠可從杯壁流出長舌狀凝膠為標(biāo)志的時(shí)間。

4、凝膠堵劑體系配方實(shí)驗(yàn)研究

4.1催化劑對成膠時(shí)間的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)采用恒溫水浴鍋?zhàn)鳛楸毓ぞ?，按下表中的?shí)驗(yàn)配方用時(shí)。可以看出，凝膠的成膠時(shí)間制備好的凝膠試樣，分別配制在150ml試樣瓶中，攪拌均勻后，受基液濃度的影響不大，但對凝膠強(qiáng)度有影響，在催化劑和交放置在恒溫于50℃的水浴鍋中，每隔15min拿出試樣瓶，分別聯(lián)劑的濃都相同情況下，凝膠彈性隨著基液濃度的增加而增翻轉(zhuǎn)觀察，是否呈帶舌長凝膠，記錄觀察時(shí)間，計(jì)算成膠用強(qiáng)。，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，凝膠的成膠時(shí)間受催化劑濃度的影響大，在溫度、基液和交聯(lián)劑濃度都相同的情況下，成膠時(shí)間隨著催化劑加量的增加而縮短;不加催化劑，膠液在8h內(nèi)未成膠。

4.2溫度對成膠時(shí)間的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)采用恒溫水浴鍋?zhàn)鳛楸毓ぞ?，按下表中的?shí)驗(yàn)配方制備好的凝膠試樣，分別配制在150ml試樣瓶中，攪拌均勻后，分別放置在恒溫于50℃、55℃、60℃、65℃、70℃的水浴鍋中，每隔15min拿出試樣瓶，分別翻轉(zhuǎn)觀察，是否呈帶舌長凝膠，記錄觀察時(shí)間，計(jì)算成膠用時(shí)。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，凝膠的成膠時(shí)間受溫度的影響大，在基液、催化劑、交聯(lián)劑的濃度都相同情況下，成膠時(shí)間隨著溫度的升高而縮短。

4.3基液濃度對成膠時(shí)間及強(qiáng)度影響規(guī)律。浴鍋?zhàn)鳛楸毓ぞ撸瑢?shí)驗(yàn)配凝膠試樣，分別配制在150ml試樣瓶中，攪拌均勻的水浴鍋中，每隔15min拿出試樣瓶，是否呈帶舌長凝膠，記錄觀察時(shí)間，計(jì)算成膠用時(shí)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，凝膠的成膠時(shí)間的影響不大，但對凝膠強(qiáng)度有影響，在催化劑和交都相同情況下，凝膠彈性隨著基液濃度的增加而增強(qiáng)。根據(jù)上述系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以成膠時(shí)間1h～2h確定初步配方是：4%-5%基液+5%-6%交聯(lián)劑+0.4%-0.6%催化劑+0.5%聚合物纖維+0.1%單封+0.1%般土+0.2%QS。

4.4凝膠堵劑成膠穩(wěn)定性評價(jià)。實(shí)驗(yàn)將成膠后的凝膠放置常溫中，觀察放置10天、30天、60天、90天情況，分別翻轉(zhuǎn)觀察，是否呈舌長凝膠，判斷其成膠穩(wěn)定性。

4.5凝膠堵劑配伍性評價(jià)。實(shí)驗(yàn)評價(jià)凝膠堵劑與鉆井液混合之后，測試鉆井液前后的流變性能以及封堵性能?，F(xiàn)場取樣（側(cè)馬5-18A），測試樣品性能，加入20%的凝膠堵劑，攪拌20min，觀察現(xiàn)象，凝膠堵劑破膠。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，樣品粘度有所上升，API濾失量降低，不會(huì)影響鉆井施工及固井中鉆井液頂替問題。

4.6凝膠堵劑封堵效果評價(jià)。實(shí)驗(yàn)采用PPT封堵儀進(jìn)行凝膠堵漏劑封堵效果評價(jià)實(shí)驗(yàn)。（1）配制堵劑：按成膠時(shí)間1h～2h擬定的初步體系配方進(jìn)行凝膠液配制。首先在200ml燒杯中配制4%聚合物基液100ml，用量筒量取相應(yīng)比例的交聯(lián)劑，用天秤稱取相應(yīng)比例的催化劑和聚合物纖維，依次倒入100ml基液中，用玻璃棒攪拌均勻。（2）將配制好的凝膠堵劑倒入PPT封堵儀的樣品筒中，再倒入清水至樣品刻度線位置（樣品總體約350ml），在樣品筒上端裝上400mD砂盤（模擬漏層），安裝上緊安全頂蓋，連接好各種管線。（3）在配制凝膠堵劑的同時(shí)，打開PPT封堵儀上加熱開關(guān)，設(shè)定加熱溫度是55℃，加熱至55℃后，再進(jìn)行裝樣、安裝、候凝以及后續(xù)打壓實(shí)驗(yàn)過程中溫度均保持在55℃。

5、結(jié)束語

由上可知，在油田開發(fā)的后期勘探開發(fā)能有效降低到了其的投入成本，從而有效實(shí)現(xiàn)到了分層采油以及分層測試。通過內(nèi)室封堵性能的評價(jià)得知，凝膠堵漏技術(shù)可以充分滿足到對側(cè)鉆井破碎性地層承壓封堵的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張順.水平井水基鉆井液性能分析及優(yōu)化實(shí)驗(yàn)[J].清洗世界，2020.

[2]劉浩冰，趙素娟，陳長元，等.頁巖水平段水基鉆井液技術(shù)[J].遼寧化工，2020.

（作者單位：中石化勝利石油工程有限公司黃河鉆井總公司）