非滲透封堵鉆井液技術(shù)系列化研究與應(yīng)用

李鵬程

（大慶鉆探工程公司，黑龍江 大慶 163000）

通過(guò)原理分析，結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選復(fù)合非滲透封堵劑的組成材料。通過(guò)研究，優(yōu)選由植物纖維和礦物纖維組成的復(fù)合纖維作為結(jié)構(gòu)材料，優(yōu)選超細(xì)碳酸鈣作為填充材料。再根據(jù)組成材料的不同細(xì)度，制作成三種不同型號(hào)的復(fù)合非滲透封堵劑。利用可視圓筒砂床堵漏儀，模擬不同滲透率孔隙大小的地層，完成地層孔隙匹配性實(shí)驗(yàn)。

1 復(fù)合非滲透封堵劑封堵原理分析

不同尺寸的纖維自身具有搭橋成網(wǎng)作用，配合不同級(jí)配固相顆粒的填充特性，形成纖維封堵體系。

1.1 “架橋”作用[1]

當(dāng)橋接堵漏材料通過(guò)孔隙通道時(shí)，首先在其凹凸不平的表面及狹窄部位（喉道）產(chǎn)生掛阻“架橋”，形成橋堵的基本“骨架”。研究表明，利用不同長(zhǎng)度尺寸的纖維進(jìn)行組合來(lái)形成橋堵骨架可以封堵一定開(kāi)度的孔隙通道，增加形成橋堵的機(jī)會(huì)。

1.2 充填和嵌入作用

纖維架橋作用后形成了阻塞孔隙通道的基本骨架，這時(shí)，體系中較細(xì)的顆粒材料對(duì)基本骨架中的微小孔道和地層中原有的小孔道進(jìn)行逐步充填和嵌入，在壓差的作用下慢慢壓實(shí)，形成堵塞隔墻，從而達(dá)到消除漏失、提高液柱承壓能力的目的。

1.3 滲濾與拉筋作用

纖維封堵體系在壓差的作用下失水形成濾餅，并被擠入漏失通道，而纖維材料被夾在濾餅中，起到強(qiáng)有力的拉筋作用[2]。這種含有拉筋的濾餅與基本骨架和充填嵌入材料共同在漏失通道中形成塞狀封堵墊層，增強(qiáng)了堵塞效果，提高了液柱承壓能力。

2 復(fù)合非滲透封堵劑成分優(yōu)選研究

2.1 填充材料優(yōu)選

復(fù)合非滲透封堵劑中可選填充材料主要有超細(xì)碳酸鈣和滑石粉兩種，對(duì)這兩種材料進(jìn)行了室內(nèi)分散、沉淀實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 超細(xì)碳酸鈣和滑石粉的分散沉淀數(shù)據(jù)

表1是在其他堵漏劑成分保持不變的條件下，隨著超細(xì)碳酸鈣和滑石粉的加量不同，分散、沉淀率的數(shù)據(jù)變化情況。由表中數(shù)據(jù)可以得出隨著超細(xì)碳酸鈣加量的增加，其分散率變小、沉淀率增大，但是變化率很?。浑S著滑石粉加量的增加，其分散率變小、沉淀率增大，且變化率較大，特別是在加量達(dá)到4%時(shí)，沉淀率增加了86.6%。因此，當(dāng)滑石粉作為封堵材料時(shí)，其一部分會(huì)沉入罐底，導(dǎo)致封堵劑利用率大大降低。由實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出超細(xì)碳酸鈣作為填充材料的首選。

2.2 結(jié)構(gòu)材料優(yōu)選

植物纖維屬于有機(jī)纖維，具有塑性大、脆性小等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是剛性不足，而礦物纖維有剛性大、脆性大等特點(diǎn)，二者以一定比例混合，可以彌補(bǔ)二者的不足，更好的形成結(jié)構(gòu)骨架。

為了證明該結(jié)論，選擇植物纖維、礦物纖維和二者的復(fù)合纖維進(jìn)行承壓對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選取120 目植物纖維、120目礦物纖維、二者復(fù)合纖維，加入同等量的超細(xì)碳酸鈣，配置膨潤(rùn)土漿。采用可視圓筒砂床堵漏儀，在40～60目石英砂床的孔隙環(huán)境下，不斷增加壓力，直至實(shí)驗(yàn)漿全失，比較壓力值。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 植物纖維、礦物纖維、復(fù)合纖維土漿全失實(shí)驗(yàn)

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，復(fù)合纖維承壓能力要強(qiáng)于植物纖維和礦物纖維，優(yōu)選復(fù)合纖維作為非滲透封堵劑的結(jié)構(gòu)材料。

3 隨鉆封堵配方優(yōu)選及配合比室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

原有的非滲透封堵劑（非滲透封堵劑Ⅰ型）尺寸適用于高滲地層，對(duì)小孔隙地層區(qū)塊封堵效果差。改進(jìn)非滲透封堵劑主體思路：在保持特殊聚合物含量不變的前提下，根據(jù)不同固體顆粒的粒徑尺寸和柔性纖維的長(zhǎng)度等因素，組成不同型號(hào)的非滲透封堵復(fù)合材料，針對(duì)不同石英砂床孔徑的條件進(jìn)行封堵實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選不同型號(hào)的非滲透封堵材料，使其能夠有效封堵不同孔隙大小的地層。具體非滲透封堵劑材料組成如表3所示。

表3 非滲透封堵劑型號(hào)及組成材料

配置膨潤(rùn)土基漿，并分成4 份，向其中的3 份膨潤(rùn)土基漿中分別加入2%的復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅰ型）、復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅱ型）、復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅲ型）。將配置好的4份實(shí)驗(yàn)漿做砂床模擬封堵實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用可視圓筒砂床堵漏儀。

（1）針對(duì)20～40目石英砂床的孔隙，做封堵模擬實(shí)驗(yàn)，壓力調(diào)至1.5MPa，穩(wěn)壓30min觀察實(shí)驗(yàn)情況。實(shí)驗(yàn)情況如圖1所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

圖1 20～40目石英砂床模擬封堵實(shí)驗(yàn)

20～40目石英砂床屬于模擬高滲地層，根據(jù)表4的數(shù)據(jù)可以看出，復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅰ型）砂床侵入深度最小，相比復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅱ型）和復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅲ型）封堵效果最好。

表4 20～40目石英砂床模擬封堵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

（2）針對(duì)40～60目石英砂床的孔隙，進(jìn)行模擬封堵實(shí)驗(yàn)，壓力調(diào)至1.5MPa，穩(wěn)壓30min觀察實(shí)驗(yàn)情況。實(shí)驗(yàn)情況如圖2所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示。

圖2 40～60目石英砂床模擬封堵實(shí)驗(yàn)

40～60目石英砂床屬于模擬中滲地層，根據(jù)表5的數(shù)據(jù)可以看出，復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅱ型）砂床侵入深度最小，相比復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅰ型）和復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅲ型）封堵效果最好。

表5 40～60目石英砂床模擬封堵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

（3）針對(duì)60目以上石英砂床的孔隙，進(jìn)行模擬封堵實(shí)驗(yàn)，壓力調(diào)至1.5MPa，穩(wěn)壓30min觀察實(shí)驗(yàn)情況。實(shí)驗(yàn)情況如圖3所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6所示。

圖3 60目以上石英砂床模擬封堵實(shí)驗(yàn)

60 目以上石英砂床屬于模擬低滲地層，根據(jù)表6的數(shù)據(jù)可以看出，復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅲ型）砂床侵入深度最小，相比復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅰ型）和復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅱ型）封堵效果最好。

表6 60目以上石英砂床模擬封堵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)滲透率不同的地層，選擇不同型號(hào)的復(fù)合非滲透封堵劑。復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅰ型）對(duì)高滲地層封堵效果最好，復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅱ型）對(duì)中滲地層封堵效果最好，復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅲ型）對(duì)低滲地層封堵效果最好。

4 非滲透封堵鉆井液技術(shù)系列化方案研究

4.1 區(qū)塊非滲透封堵劑選型方案

針對(duì)今年施工的鉆井區(qū)塊，結(jié)合地質(zhì)資料，根據(jù)區(qū)塊地層特點(diǎn)采用不同型號(hào)的非滲透封堵劑，形成非滲透封堵鉆井液技術(shù)系列化。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方案

現(xiàn)場(chǎng)非滲透封堵劑加量為每口井3t，使用層段為加重后至完鉆。具體加法為：在加重后調(diào)整好鉆井液性能，一次性加入非滲透封堵劑2t。為保持鉆井液內(nèi)封堵劑的有效含量，加重后在鉆進(jìn)中陸續(xù)進(jìn)行補(bǔ)充，完鉆前補(bǔ)充完1t非滲透封堵劑。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

截止10 月份，在公司共計(jì)應(yīng)用80 口井，其中采油一廠、采油二廠、采油三廠、采油六廠區(qū)塊共計(jì)應(yīng)用22口井，采油四廠、采油五廠、采油七廠、采油九廠區(qū)塊共計(jì)應(yīng)用52 口井，采油八廠、榆樹(shù)林區(qū)塊應(yīng)用6 口井。2020 年易漏區(qū)井漏共計(jì)6 口井，2021 年易漏區(qū)井漏共計(jì)3口井，易漏區(qū)井漏發(fā)生率降低50%。固井優(yōu)質(zhì)井段比例為97.05%，相較2020年91.77%提高了5.28%。

6 結(jié)論

（1）優(yōu)選超細(xì)碳酸鈣作為填充材料。在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，隨著超細(xì)碳酸鈣含量的增加，其分散率變小、沉淀率增大，但是變化率很小。

（2）優(yōu)選由植物纖維和礦物纖維混合形成的復(fù)合纖維作為結(jié)構(gòu)材料。復(fù)合纖維能克服植物纖維剛性小、礦物纖維脆性大的缺點(diǎn)，作用時(shí)能更好的建立強(qiáng)度大、塑性大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

（3）復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅰ型）對(duì)高滲（孔隙大小20～40 目）地層封堵效果最好，復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅱ型）對(duì)中滲（40～60目）地層封堵效果最好，復(fù)合非滲透封堵劑（Ⅲ型）對(duì)低滲（60目以上）地層封堵效果最好。

（4）針對(duì)孔隙大小不同的地層，選擇不同型號(hào)的復(fù)合非滲透封堵劑，形成非滲透封堵鉆井液技術(shù)系列化。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，井漏發(fā)生率較去年有明顯的下降，固井優(yōu)質(zhì)井段比例較去年有明顯的增加。