诱导性裂缝适应性防漏堵漏钻井液技术.pdf

卵 仓 q 别 2 0 1 2年 7月 钻井液与完井液 DRI L LI NG FL UI D COMP LE TI ON F LUI D V_0 1 ． 2 9 NO ． 4 J ul y 2 0l 2 【 理论研究与应用技术 】 诱导性裂缝适应性防漏堵漏钻井液技术 赵巍 ， 林勇 ， 李波 ， 赵根太 ， 李会生 1 ． 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室 长庆油田油气工艺研究院，西安 ； 2 ． 川庆钻探工程公司钻采工艺研究院 ，西安 赵巍等 ． 诱导性裂缝适应性防漏堵漏钻井液技术 f J 1 ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 4 1 2 1 5 ． 摘要针对诱导性裂缝分布范围宽及常规桥接堵漏剂封堵范围窄的实际问题，优选出了由弹性堵漏材料橡胶颗 粒、胶束聚合物C DL 1 和混合填充材料组成的防漏堵漏剂，该防漏堵漏剂依靠橡胶颗粒对诱导性裂缝产生一定程度 的封堵，通过 C D L 一 1 胶束形成新的封堵层，利用混合填充材料进入封堵层的微孔隙进一步降低封堵层的渗透率，提 高对诱导性裂缝防漏堵漏的成功率。根据架桥理论和紧密堆积理论，考虑大裂缝和大孔喉对漏失的贡献，对橡胶 颗粒和混合填充材料的粒度级配进行 了优选，并对他们以及 C D L ． 1的最佳加量进行 了优选，评价了该防漏堵漏剂的 性能。在元 3 0 3 5 4井的现场试验证明，该防漏堵漏剂可在较短时间内有效封堵漏层，应用效果良好。 关键词 诱导性裂缝漏失 ； 随钻堵漏 ； 适应性堵漏钻井液 ； 弹性堵漏材料 ； 胶束聚合物 ； 填充材料 中图分类号 T E 2 8 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 20 4 0 0 1 2 ． 0 4 井漏问题一直是 困扰国内外石油勘探、开发的 重大工程技术难题 ，至今未能完全解决 口 】 。 目前应 用最广泛的桥接堵漏技术应用时需准确掌握地层孔 隙或裂缝尺寸 [ 】 。 】 ，但诱导性裂缝往往分布面积广 ， 裂缝尺寸很难准确掌握 ，导致封堵效果更不理想 。 针对诱导性裂缝变化及常规桥接堵漏剂封堵范围窄 的实际问题 ，研究出了由弹性堵漏材料 、胶束聚合 物和t 昆 合填充材料组成的防漏堵漏剂，其能对较宽 尺寸范围的裂缝产生有效 的封堵作用 ，在一定程度 上克服了传统桥接堵漏 剂对漏失通道尺寸 的依赖 ， 提高了对诱导性裂缝防漏堵漏的成功率。 1 重 内实验 实验材料 膨润土、烧碱、纯碱、米石、橡胶 粒 、核桃壳 、锯末 、桥塞堵漏剂 Q D系列 、聚丙烯 酰胺 P A M、羧甲基纤维素钠盐 H V - C MC 、聚丙烯 酸钾 K． P A M、 丙烯基聚合物 C D L 1 ， 长庆化工集团。 实验设备 J H B高温高压动态静态堵漏实验仪， 江汉石油科技开发公司生产 ； 六速旋转黏度计，青 岛海通达专用仪器厂生产。 实验岩心 人工模拟洛河砂岩地层砂柱 ，砂粒 配 比为 2 0 ％粒径 为 0 ． 4 5 40 ． 9 0 mm 的米石 7 0 ％ 粒径为 0 ． 2 8 ～0 ． 4 5 mm的米石 1 0 ％青铜峡钠化土。 孑 L 隙、裂缝宽度为 0 ． 5 ～3 ． 0 mm。基浆组成 为膨润 土浆 0 ． 3 ％P AM。 实验方法 将岩心置于出 口阀岩心座内 ，关 闭 出口阀，配制 4 0 0 0 mL钻井液倒入实验装置罐中 ， 旋紧罐盖，接通加压管线调节气压至 6 9 0 k P a； 设 定循环罐和夹持器温度为 4 0 c C，设 定钻井液流速 为0 ．5 rn ／ s 、工作压力为 4 MP a； 打开出口阀的同时 启动计时器 ，记录流出浆液 的体积和实现封堵的最 小时间。在 1 0 0 s 内将压力增至封堵失败 ，至筒内的 浆液流完为止， 记录压力和浆液流出的体积和时间。 2实验 结果及分 析 2 ． 1 架桥材料优选 几种架桥材料 的封堵效果实验结果见表 1 。从 基金项目 中国石油天然气集团公司重大专项 “ 长庆上产 5 0 0 0万吨关键技术” 2 0 0 8 E ． 1 3的子课题 “ 长庆低渗透油 田经济有效开发技术研究及试验” 2 0 0 8 B 一 0 9 0 5 o 第一作者简介 赵巍， 工程师， 1 9 8 0 年生， 2 0 0 7 年毕业于长江大学油气田开发专业， 现在从事钻完井液、 钻井工艺方面的研 究工作。 地址 陕西省西安市未央区明光路长庆油田油气工艺研究院； 邮政编码 7 1 0 0 2 1 ； E ma i l z h a o w e i 0 2 3 9 1 6 3 ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 9卷 第 4期 赵巍等 诱导性裂缝适应性防漏堵漏钻井液技术 1 3 表 1 可以看出，核桃壳与基浆的封堵时间和承压能 力相当 ，核桃壳虽然具备 良好的架桥能力 ，但是其 本身对填充没有贡献，钻井液仍能穿过孔隙进入岩 心 ； 沥青和锯末的封堵时间最短 ，能在较短 的时间 形成封堵层，承压能力也较好，但是随着实验压力 升高 ，流 出液体直线上升，说明封堵遭到破坏 ； 橡 胶颗粒实现封堵 的时间较长，但承压能力最高，实 验 中随着系统压力升高 ，液体流出体积没有大 的变 化 ，当压力高于 6 9 9 5 k P a时，液体流 出瞬间加快 ， 随后趋于平缓 。 表 1 几种架桥材料的封堵效果 注 架桥材料的加量均为 3 ％ ； 为 4 0 0 0 mL钻井液全 部流出的总时问 ； 使用 1 0 6 岩心 ，裂缝宽为 0 ． 6 mm。 实验说 明，弹性材料进入漏层后有扩张填充和 内部挤紧压实 的双重作用 ， 其具有一定的可变形性 ， 能够适应具有不同形状和尺寸的孔隙或裂缝，特别 是能适应诱导性裂缝的尺寸变化。在压差的作用下 ， 小于地层孔隙尺寸或裂缝宽度 的弹性颗粒进入孔 隙 后 ，架桥封堵 ； 略大于地层孔隙直径或裂缝宽度 的 弹性颗粒可通过被挤压变形进入孔隙 ，对孔 隙或裂 缝产生填充作用。 为了选择合适的尺寸，对几种尺寸橡胶颗粒进 行了动态评价，实验效果见表 2 ，其中 1 、2 、3 、 4 、5 、6 橡胶颗 粒 的尺寸分 别为 O ． 2 ～0 ． 5 mm， 0． 6～ 1 ． 0 mm ，1 ． 1～ 1 ． 5 mm ，1 ． 6～ 2． 0 l n n l ，2 ． 1～ 3 ． 0 I 1 1 I n ，3 ． 5 ～4 ． 0 mm。从 表 2可 以看 出，1 和 6 橡 胶颗粒 的封堵效果最差 ，其 中 6 尺寸过大 ，基本 没有起到封堵作用，说明 2 ／ 3 架桥理论对防漏仍具 有指导意义。2 、3 、 4 橡胶颗粒的效果较好，说 明它们的尺寸对裂缝尺寸主要集中在 0 ．9 ～3 ．0 mm 之间的实验岩心具有适应性。考虑到诱导性裂缝 的 缝宽范 围分布大，为满足大多数裂缝 的封堵效果 ， 对不同尺寸的橡胶颗粒进行了复配，由表 2 可知， 2 3 4 的封堵效果 最好 ，说 明掌握诱导性裂缝原 始尺寸和压力作用下的尺寸变化范围是选择堵漏材 料尺寸的关键。但是现场很难准确掌握压力差下诱 导性裂缝的变化情况，橡胶粒的优点在于即使诱导 性裂缝扩张， 积压填充的橡胶粒在弹性作用下恢复， 又可 以担 当架桥材料 ，适应性极好 。 表 2 橡胶颗粒几何尺寸优选实验 注 橡胶颗粒的加量均为 3 ％； 为 4 0 0 0 mL钻井液全 部流出的总时间 ； 使用 2 0 9 岩心，裂缝宽为 1 ． 0 mm。 2 ． 2 聚合物吸附材料优选 聚合物具备长的分子链 ，可以吸附部分岩屑， 并 附着在井壁上 ，对钻井液进入岩石孔隙或裂缝起 到阻碍作用。同时钻井液 中加入聚合物材料有利于 携带岩屑和其它堵漏材料 以及防卡。所 以有必要通 过动态 防漏堵漏评价实验对常用一些高分子量聚合 物进行堵漏评价 ，实验选用了分子量大于 3 0 0万 的 4种长链大分子 ，结果见表 3 。 表 3 聚合物材料封堵效果评价 注 为 4 0 0 0 mL钻井液全 部流出的总时 间，使 用 1 0 9 岩心，裂缝宽为 1 ． 2 mm。 从 表 3可 以看到 ，C DL 一 1的封 堵效 果相 对最 好。胶束聚合物加入到水基钻井液中后，能够在固 液界面迅速大量吸附，当达到临界浓度时，聚合物 在岩石表面发生缔合，形成胶束。随着其浓度的增 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 4 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 2年 7月 加，胶束聚合物在固液界面 井壁 上形成大量胶 束，胶束可依靠其界面吸力发展到胶束间缔合，从 而在岩石表面形成封堵层 ，封堵地层微孔 隙或微裂 缝 l3】 。为得到最佳胶束浓度，对不同C D L ． 1 加量的 防漏堵漏效果进行了评价 ，实验结果见表 4 。从表 4可 以看 出，当 C D L ． 1 加量大 于 O ． 2 ％ 时 ，最 大封 堵压力变化不大 ，说明 0 ． 2 ％ 的 C DL 一 1已经能够形 成胶束，起到护壁封堵作用。 表 4 不 同加量胶束聚合物封堵效果实验 注 使用 1 1 3 岩心，裂缝宽为 1 ． 8l n l ,i 1 。 2 ． 3 填充加固材料 在堵漏作 业过程 中，较 大尺寸 的弹性 颗粒材 料可先对孔 隙或裂缝产生一定程度 的封堵 ，在此基 础上胶束聚合物通过胶束形成新的封堵层 ，填充加 固剂通过填充作用进入由弹性材料和胶束聚合物形 成 的封堵层 的微孔隙 ，进一 步降低封堵层 的渗透 率 ，增强封堵层 的强度 [ 4 - 9 ] o对填充材料 的选择主 要根据裂缝尺寸和架桥材料 的尺寸进行 。长期的研 究和现场试验表明 [1 ] ，混合型的填充材料由于几何 外形不规则，可以互相弥补不足，有利于填充到缝 隙中。实验对几种尺寸的混合填充材料进行 了室 内 防漏堵漏评价 ，结果见表 5 。表 5中数据表明 ，不 同配方在低压差下的最小封堵压力差别不是很大 ， 封堵时间为 1 0 rai n左右 ； 在加大压差情况下 ，7 、 1 l 相对较差 ，8 、9 、1 相对较 好 ，承压均可 达 到 7 ． 5 MP a 左右 ， 以 5 0 0 m井深、 钻井液密度为 1 ． 0 1 g ／ e ra 计算 ，比不加防漏堵漏材料钻井液提高 2 ～3 MP a 。考虑到诱导性裂缝分布范围很宽 的问题 ，依 然对填充材料进行 了复配实验 ，发现复配 的效果 比 单纯 尺寸范 围的堵漏效果好 ，承压 达到 8 ． 5 MP a ， 承压时间达到 3 h以上。 根据架 桥理论 和 紧密堆 积理论 的最 新研 究成 果 ，考虑大裂缝和大孔喉对漏失的贡献 ，最终确定 防漏堵漏剂的组成为 膨 润 土 c Mc Na 0H F T ． 3 4 2 P AM橡 胶 颗 粒 3 O ％ 粒 径 为 0 ． 6 ～1 ． 0 ra i n，3 0 ％ 粒 径 为 1 ． 1 ～ 1 ． 5 mm 4 0 ％粒径为 1 ． 6 ～2 ． 0 n l lT 1 0 ． 2 ％～0 - 3 ％ C DL 一 1 复合填充堵 漏剂 3 0 ％蛭石 粒径 为 0 ． 1 2 ～ 0 ． 2 0 mm 3 0 ％蛭 石 粒径 为 0 ． 2 2 40 ． 3 0 mm 4 0 ％ 蛭 石粒径为 0 ． 3 2 ～0 ． 4 0 mm 表 5 混合填充材料尺寸优选实验 注 混合填充剂配方 蛭石云母锯末 Q D I Q D ． 2 DF A； 聚合物加量均为 3 ％ ； 为流出 4 0 0 0 mL试验液的 总时间 ； 使用 1 1 0 岩心 ， 裂缝宽为 2 ．4mi l l 。 3 防漏堵漏钻井液实验 在相 同的承压条件下 ，以表观黏度和漏失量为 考察 目标 ，利用正交实验法对 C DL 一 1 、橡胶颗粒和 混合填充材料的最佳加量进行 了优选 ，防漏堵漏钻 井液 的配方见表 6 ，其封堵效果和性能如表 7和表 8 所示 。由表 7和表 8可知， 1 7 、 1 8 、 1 9 、 2 0 配 方在工作压力为 4 MP a 下防漏效果好 ，其 中 2 0 最 好 。 考虑到快速钻井和成本因素的需要 ， 认为 l 7 加 量即可满足要求，因此确定 C D L 一 1 、混合填充材料 和橡胶材料的加量分别为 0 ． 2 ％、3 ％和 2 ％。 表 6 防漏堵漏钻井液的配方 配橡胶 ／填充材 C D L l ／ 配 橡胶 ／ 填充材 C D L ． 1 ／ 方 ％ 料 ／ ％ ％ 方 ％ 料 ／ ％ ％ 1 2 1 1 0 ． 1 1 7 2 3 0．2 1 3 2 2 0． 2 1 8 1 3 0． 1 1 4 3 3 0 ． 3 1 9 2 2 0 ． 3 1 5 1 2 0． 3 20 3 1 0． 2 1 6 3 1 0 ． 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 9 卷 第 4 期 赵巍等诱导性裂缝适应性防漏堵漏钻井液技术 1 5 表 7 不同实验配方防漏堵漏钻井液封堵效果 实验配方 1 2 1 3 l 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 未 加 压 不漏 不漏 不漏 不漏 不漏 不漏 不漏 不漏 不漏 不 同 1 ． 0 MP a 5 4 5 7 5 6 5 5 4 压 1 ． 5 MP a 2 5 0 1 2 0不漏 不漏不漏不漏 不漏不漏不漏 力 2 ．0 MP a 8 0 2 5 1 4 5 1 0 5不漏不漏 不漏不漏不漏 下 2 ．5 MP a 5 3 0 4 8 5 5 0 1 0 1 5 0不漏 不漏 不漏 不漏 的 漏 3 ．0 MP a 6 0 0 3 0 0 3 4 0 5 7 0 不漏6 0 不漏 不漏 失 3 ．5 MP a 5 5 0 2 8 0 2 5 0 3 2 0 7 5 6 5 不漏5 5 不漏 里 4 ．0 MP a 5 1 0 2 2 0 2 0 0 2 8 0 6 5 不漏 不漏 不漏 不漏 ／ mL 合计2 5 2 0 1 4 3 0 9 8 5 7 2 0 3 6 0 7 1 6 5 6 0 4 表 8 不 同实验配方 防漏堵漏钻井液性能 4现 场应 用 元 3 0 3 ． 5 4井是华 庆油 田的一 口采油 井 ，地层 存在微裂缝 ，二开钻进到井深 6 0 0 1 T I 、6 7 0 ～7 0 0 m、 7 1 7 m、7 2 7 m、7 3 7 m处时，多次反复发生有进失 返性 的严重 漏失 ，漏 速 为 4 0 m ／ h 。3 d内经 多次 将由棉桃和锯末、桥塞堵漏剂等配成的 2 4 0 11 1 3 堵 漏浆及水泥浆 5 t 4 2 5 号水泥，水泥浆平均密度为 1 ． 4 5 g ／ c m。 注入井底堵漏 ，钻井液仍然失返。通过 静止探液面，加入弹性堵漏材料橡胶颗粒、混合填 充剂和胶束聚合物 C D L 一 1 ，配制密度为 1 ．0 3 g ／ c m 、 黏度为 3 5 s 的堵漏浆 6 0 m ，关 闭防喷器进行地层 承压堵漏，立管压力升至 3 MP a ，静止 3 0 mi n ，立 管压力稳定 ，恢复钻进 ，井 口返出钻井液 。通过采 用防漏堵漏钻井液，2 h内有效封堵漏层，缩短建 井周期降低钻井成本。 5 结论 1 ．优选 出了以弹性堵漏材料橡胶颗粒 、填充 剂、胶束聚合物 C DL ． 1 为主要成分 的防漏堵漏剂 ， 弹性材料对诱导性裂缝产生封堵 ，胶束聚合物形成 胶束进一步封堵层，填充材料增强封堵层强度。 2 ．该防漏堵漏剂对裂缝宽度为 O ． 5 ～3 mm 的 裂缝具有强适应性 ，可在较短时间内封堵漏层 ，克 服 了桥塞堵漏剂 的依赖性 。 参 考 文 献 [ 1 ] 徐同台． 钻井防漏堵漏技术 [ M] ． 北京 石油工业出版社， 1 9 9 7 7 0 8 6 ． [ 2 ] 蒲晓林 ． 用屏蔽桥堵技术提高长庆油田洛河组漏层的承 压能力 [ D] ． 西南石油学院学报，1 9 9 5 ，5 ． [ 3 ]3 孙金生，苏义脑，罗平亚，等．超低渗透钻井液提高 地层承压能力机理研究 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 5 ，2 2 5 1 - 3 ． 【 4 ] 刘金华 ，王治法，常连玉 ，等 ． 复合堵漏剂 DL ． 1 封堵 裂缝的室内研究 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 8 ， 2 5 1 5 0 ． 5 2 ． [ 5 ]5 李家学， 黄进军 ， 罗平亚， 等． 随钻防漏堵漏技术研究 [ J ] ． 钻井 液与完井 液 ，2 0 0 8 ，2 5 3 2 5 ． 2 8 ． [ 6 ] 黄进军， 罗平亚， 李家学 ， 等． 提高地层承压能力技术 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 9 ，2 6 2 6 9 7 2 ． [ 7 ] 郭明红，贾东民，左凤江，等 ． 二连油田老区调整井防 漏堵漏技术研究 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 0 ，2 7 3 41 43． [ 8 ] 魏宏超，唐志进 ，张凌 ． 裂隙型储桥堵剂配方优选实 验 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 1 0 ，2 7 3 3 8 ． 4 0 ． 【 9 ] 许成元，康毅力， 李大奇 ，等 ． 提高地层承压能力研究 新进展 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 1 1 ，2 8 5 8 1 ． 8 5 ． 收稿 日期2 0 1 1 - 1 1 - 2 9 ；HG F 1 2 0 4 W7 ；编辑 汪桂娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m