新型油氣井承壓堵漏材料研究與應(yīng)用

趙 凱，孟青山，紀 經(jīng)，劉地雄

（中海油服油田化學事業(yè)部湛江作業(yè)公司，廣東 湛江 524051）

隨著油氣田勘探開發(fā)的進行，油氣井漏失情況越來越多。在裂縫性地層、薄弱性地層等特殊地層，漏失情況嚴重。技術(shù)人員要針對性地研究堵漏措施，保障油氣田安全、高效開發(fā)。近幾年，渤海每年都會多次發(fā)生裂縫性漏失、斷層漏失和薄弱砂巖層漏失等復(fù)雜情況，部分漏失嚴重的井采取鉆井液堵漏、水泥漿堵漏等措施，效果不能保證，嚴重影響鉆井作業(yè)效率和井筒質(zhì)量安全。為了提高水泥漿堵漏成功率，施工期間通常需要加入堵漏材料。大部分堵漏材料會影響水泥漿的性能，造成水泥漿增稠、下灰困難、稠化時間不可控和現(xiàn)場不好施工等。因此，要研究高效堵漏材料并將其應(yīng)用于固井水泥漿中，實現(xiàn)井下漏失封堵。

1 堵漏材料研究

1.1 新型高抗壓微晶片

對于存在較大漏失的油氣井，纖維堵漏材料不足以起到架橋和有效封堵作用。片狀堵漏材料在漏失層位容易形成封堵，但是片材對水泥漿流變性影響較大，水泥漿中有效含量不能太高。這種油氣井優(yōu)先使用高抗壓微晶片C-L72S，如圖1所示，其采用獨特的工藝加工出鱗片狀灰色薄片絕緣體，微晶片結(jié)構(gòu)中存在氧原子最密集的排列，它們的空隙中分布有正電離子-硅酸鹽四面體，頂點處具有氧原子，進而形成二維鏈和三維鏈。在硅酸鋁鍵中，核心是鋁原子和硅原子的定期置換。其交聯(lián)出無機多維分子結(jié)構(gòu)，這使得微晶片結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。在封堵地層漏失過程中，其片狀結(jié)構(gòu)能夠起到很好的扦插、嫁接作用，可有效封堵鉆完井過程中遇到的裂縫性漏失和滲透性漏失。該產(chǎn)品與堵漏纖維配合使用，可形成特有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

圖1 高抗壓微晶片C-L72S

1.2 新型承壓堵漏劑

承壓堵漏劑C-L73S 是以樹脂為主要原料，輔配其他惰性材料，經(jīng)高溫、高壓加工制造的具有彈性變形的顆粒狀橋接劑和無機封堵劑，其具有多種顆粒類型和粒徑分布，如圖2所示。

圖2 承壓堵漏劑C-L73S 及作用機理

這種新型承壓堵漏劑適用于裂縫、孔洞型漏失層堵漏和承壓，具有良好的應(yīng)用性能：能有效地封堵裂縫、微裂縫、松軟地層、高孔高滲地層和壓力虧空地層；在弱酸和堿性環(huán)境下呈惰性，無毒害；對水泥石抗壓強度及水泥漿性能影響?。徊粫s短水泥漿稠化時間而產(chǎn)生作業(yè)安全風險；與水泥漿有良好的配伍性。

2 堵漏材料室內(nèi)評價

2.1 高抗壓微晶片C-L72S 室內(nèi)堵漏試驗

高抗壓微晶片C-L72S 應(yīng)用于密度1.5 g/cm和1.90 g/cm的水泥漿中，能在2 ～5 MPa 壓力范圍內(nèi)有效封堵0.25 mm 裂縫和0.75 mm 裂縫，對水泥漿常規(guī)漿體性能無不良影響。對于漏失較大的油氣井，片狀堵漏材料架橋能力強，在漏失層位更容易形成有效封堵作用。但是，片狀堵漏材料對水泥漿流變性影響較大，必須控制其在水泥漿體系中的有效含量。高抗壓微晶片C-L72S 可與堵漏纖維配合使用，形成特有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。井下流體流經(jīng)漏失層位時，其于漏失層位逐漸富集、疊加，可以形成具有一定力學特性的致密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有效封堵漏失。高抗壓微晶片C-L72S 可與堵漏纖維C-XW6 配合使用，其在水泥漿中的堵漏性能如表1所示。

表1 堵漏性能

堵漏材料添加與否對水泥漿性能的影響如表2、表3所示。

表2 堵漏材料添加與否對水泥漿流變性能的影響

表3 堵漏材料添加與否對水泥漿稠化時間和抗壓強度的影響

基本配方如下：800 g G 級油井水泥+312 g 淡水+0.4 g 緩凝劑C-H21L+2.4 g 消泡劑C-X60L+24 g 降失水劑C-G80L+32 g 防竄增強劑C-GS12L+4.8 g 分散劑C-F45L，水泥漿密度為1.90 g/cm。從表1、表2 和表3 試驗結(jié)果可以看出，高抗壓微晶片C-L72S自身的堵漏效果不足以封堵大裂縫；高抗壓微晶片C-L72S 加入少量堵漏纖維，可以有效提升裂縫封堵能力，其對水泥漿幾乎無不良影響。

2.2 承壓堵漏劑C-L73S 室內(nèi)堵漏試驗

承壓堵漏劑C-L73S（加量3%～5%）應(yīng)用于常規(guī)密度水泥漿中，能在2 ～4 MPa 壓力范圍內(nèi)有效封堵0.25 mm 裂縫和2.00 mm 裂縫，對水泥漿常規(guī)漿體性能無不良影響。

2.2.1 承壓堵漏劑C-L73S 在低密度水泥漿中的應(yīng)用效果

不同低密度水泥漿的性能對比如表4所示。

表4 不同低密度水泥漿的性能對比

在65 ℃的試驗條件下，承壓堵漏劑C-L73S（3%）應(yīng)用于低密度水泥漿體系中。試驗結(jié)果表明，承壓堵漏劑C-L73S 不影響低密度水泥漿的稠化時間和抗壓強度；受承壓堵漏劑C-L73S 粒徑影響，六速旋轉(zhuǎn)黏度計在高轉(zhuǎn)速下可能卡定子，不易讀數(shù)，但是漿體流動性良好，從稠化曲線來看，初始稠度為13 Bc。

2.2.2 承壓堵漏劑C-L73S 在常規(guī)密度水泥漿中的應(yīng)用效果

不同常規(guī)密度水泥漿的性能對比如表5所示。在65 ℃的試驗條件下，承壓堵漏劑C-L73S（3%）應(yīng)用于常規(guī)密度水泥漿體系中。試驗結(jié)果表明，承壓堵漏劑C-L73S 不影響常規(guī)密度水泥漿的稠化時間和抗壓強度；受承壓堵漏劑C-L73S 粒徑影響，六速旋轉(zhuǎn)黏度計在高轉(zhuǎn)速下可能卡定子，不易讀數(shù)，但是漿體流動性良好，從稠化曲線來看，初始稠度為19 Bc。

表5 不同常規(guī)密度水泥漿的性能對比

3 新型水泥漿堵漏材料現(xiàn)場應(yīng)用

新型堵漏材料高抗壓微晶片C-L72S 和承壓堵漏劑C-L73S 在室內(nèi)水泥漿體系中的評價效果良好，而且堵漏效果明顯，目前已經(jīng)在多個漏失井中得到應(yīng)用，達到了預(yù)期目的。針對墾利16-1A 區(qū)塊“新優(yōu)快”試點項目漏失井的固井作業(yè)，1.90 g/m膠乳水泥漿體系使用新型微晶堵漏材料，該區(qū)塊A1、A14、A22 井鉆井過程中發(fā)生漏失，固井作業(yè)中成功應(yīng)用高抗壓微晶片堵漏水泥漿體系，相關(guān)數(shù)據(jù)如表6所示。該體系的性能滿足現(xiàn)場施工要求，固井質(zhì)量檢測的聲波幅度測井結(jié)果全優(yōu)，滿足后續(xù)完井作業(yè)要求。

表6 墾利16-1A 區(qū)塊漏失井作業(yè)對比

該區(qū)塊的3 口漏失井中，2 口固井前都存在不同程度的漏失，固井施工過程中存在漏封風險。固井時均采用高抗壓微晶片堵漏水泥漿體系，固井排量根據(jù)完鉆后循環(huán)排量的環(huán)空返速反推確認（A1 井為0.8 m/min；A14 井為1.1 m/min；A22 井為1.6 m/min）。固井過程中，全程返出正常，固井結(jié)束后，聲波幅度測井（CBL）結(jié)果顯示，各返高都成功封固漏層，基本符合固井設(shè)計返高要求，成功封固所有顯示層位，固井質(zhì)量全優(yōu)。

4 結(jié)論

高抗壓微晶片C-L72S 和承壓堵漏劑C-L73S 在低密度和常規(guī)密度水泥漿體系中都能實現(xiàn)堵漏效果，對水泥漿體系無不良影響。受通道效應(yīng)影響，小粒徑堵漏顆粒及纖維會在天然縫隙處全部流失，而高抗壓微晶片C-L72S 和承壓堵漏劑C-L73S 可以填入縫隙有效架橋。作為新型堵漏材料，高抗壓微晶片C-L72S和承壓堵漏劑C-L73S 能夠在水泥漿體系中干混作業(yè)，現(xiàn)場操作方便，能夠預(yù)防水泥漿的漏失，確保水泥漿的返高達標。