抗高温纤维强化凝胶颗粒堵漏剂

井漏是钻井过程中常见的复杂难题,针对常用聚合物凝胶堵漏剂抗温性能差、承压封堵能力弱的问题,通过分子结构设计,以丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸为单体,柔性纤维为强化材料,过硫酸铵为引发剂,通过与自制大分子交联剂BWL聚合反应,制备了一种新型抗高温纤维强化凝胶堵漏剂。研究了柔性纤维对凝胶堵漏剂流变性能的影响,通过扫描电镜、热重、承压堵漏实验等对凝胶堵漏剂的微观结构、热稳定性、吸水膨胀性和承压堵漏性能进行了研究。结果表明:柔性纤维增强了凝胶堵漏剂的空间网架结构,使其韧性更强;凝胶堵漏剂颗粒具有良好的热稳定性和吸水膨胀性,通过“吸水膨胀、挤压充填”的堵漏原理对漏失通道进行封堵,在140℃下对高渗透性漏失层的封堵承压高于7 MPa,对宽裂缝漏失通道封堵后承压高于5 MPa,可满足高温高压漏失地层中堵漏目的。      

抗高温纤维强化凝胶颗粒堵漏剂

井漏是钻井过程中常见的复杂难题,针对常用聚合物凝胶堵漏剂抗温性能差、承压封堵能力弱的问题,通过分子结构设计,以丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸为单体,柔性纤维为强化材料,过硫酸铵为引发剂,通过与自制大分子交联剂BWL聚合反应,制备了一种新型抗高温纤维强化凝胶堵漏剂。研究了柔性纤维对凝胶堵漏剂流变性能的影响,通过扫描电镜、热重、承压堵漏实验等对凝胶堵漏剂的微观结构、热稳定性、吸水膨胀性和承压堵漏性能进行了研究。结果表明：柔性纤维增强了凝胶堵漏剂的空间网架结构,使其韧性更强;凝胶堵漏剂颗粒具有良好的热稳定性和吸水膨胀性,通过“吸水膨胀、挤压充填”的堵漏原理对漏失通道进行封堵,在140℃下对高渗透性漏失层的封堵承压高于7 MPa,对宽裂缝漏失通道封堵后承压高于5 MPa,可满足高温高压漏失地层中堵漏目的。     

南海西部高温高压井堵漏技术

南海西部莺歌海盆地高温高压井储层段黄流组温度达到200 ℃,地层压力系数达到2.27,钻井过程中频繁出现井漏,其中高温高压井堵漏作业还存在着抗高温堵漏材料少、高温高压井控风险高、高密度堵漏浆流变性难以调控、堵漏作业经验少等诸多问题。在分析高温高压井前期堵漏经验及漏失原因的基础上,利用高温高压动态堵漏仪优选抗高温高压堵漏材料及堵漏配方,承压能力达到20 MPa。现场结合随钻堵漏以及承压堵漏,并使用抗高温弹性堵漏剂FLEX 配合刚性堵漏剂BLN 及承压堵漏剂STRH,成功实施高温高压井堵漏作业。     

富集式堵漏材料的研究与应用

富集式堵漏剂是一种集合多种封堵机理的堵漏材料,具有封堵颗粒多样,粒径级配广的特点,针对不同尺寸的裂缝和孔隙,其组分能自动进行封堵.对于大干封堵材料尺寸的裂缝(洞),富集式堵漏剂中特有的富集网能改变漏失通道状态,富集封堵颗粒,解决漏层对堵漏材料的选择效应,达到止漏目的.通过室内实验优选和现场试验,优选出适用不同裂缝尺寸范围的富集式堵漏剂.现场应用表明,富集式防漏堵漏剂能成功应用于堵漏施工,提高钻遇地层的承压能力.     

毫米缝洞承压堵漏浆配方优化及现场试验

井漏是钻井作业中最为严重的复杂情况之一,导致钻井周期长,钻探成本高。文章以黄骅坳陷王官屯油田钻井过程中井漏为研究对象,开展了地质特征及井漏复杂情况分析,探讨了王官屯油田井漏原因：馆陶组以上地层发育胶结疏松的砂砾岩,易发生孔隙渗透性漏失;沙河街组发育生物灰岩,裂缝开度为1～4mm,易发生裂缝性漏失;现场堵漏材料类型少,封堵层结构稳定性及致密性差。针对馆陶组等渗透性严重漏失,研制了胶结固化堵漏剂,其由红泥废渣、石膏废料和高炉矿渣等工业废料组成,实现对工业废弃物料资源合理利用的同时,降低成本并保护环境,胶结固化堵漏剂与传统桥接堵漏剂复配,可形成高强度固结体,封堵2～4mm开度裂缝及直径为2mm孔隙模块,承压能力达到8MPa。针对沙河街组裂缝性漏失,优选了刚性颗粒、柔弹性颗粒和有机纤维材料等不同类型的堵漏材料,优化了1～4mm不同开度的裂缝堵漏配方,承压能力达8MPa。现场应用表明,胶结固化体系和裂缝堵漏体系提高了现场堵漏成功率和地层承压能力,为解决现场井漏复杂事故提供了技术支撑。     

适用于鄂尔多斯盆地天环塌陷西翼的体膨胀堵漏工艺

长庆油田鄂尔多斯盆地天环塌陷西翼主要漏失层为洛河层及刘家沟组地层,漏层缝隙发育良好,地层水活跃,漏失速率为20～100 m3/h,堵漏难度大。传统堵漏方法成功率低,难以有效封堵。针对大型漏失井,通过筛选堵漏材料,优选出体膨胀承压堵漏剂HSW-1,以此作为先导浆,在漏失层形成结构承压体,避免漏失点动水冲刷,后注入水泥塞达到堵漏目的。体膨胀承压堵漏剂遇水膨胀可达500～800倍,7 MPa压力下承压能力达11 MPa,耐温120℃,固化时间为2～6min。因HSW-1遇水膨胀和固化时间短的特征,研发出一种定点投送工具,以达到定点投送和定位候凝的目的,提高堵漏成功率。      

超分子化学堵漏技术研究与应用

采用目前国际上近年发展起来的超分子化学理论,研发了一种超分子堵漏新材料,其能够适应不同深度地层,在不同温度下形成不同强度和弹性的凝胶,具有广泛适应性。经过实验研究,分别研发出针对不同漏失情况的堵漏技术,解决了以前堵漏剂在漏层中停不住、易被水混合冲稀、难以滞留堆集在漏层入口附近、难以堵死漏失通道等技术难题。使用该超分子堵漏剂配制的堵漏浆在可控时间内在漏失层形成具有一定强度的凝胶颗粒（粒径为100～2 000 μm）,凝胶颗粒有弹性、易变形,可以进入地层孔隙或裂缝,封堵孔隙尺寸为0.15～1.5 mm的孔隙,承压达到7.5 MPa以上。采用该超分子堵漏材料,在准东区块克205井等3口井进行了应用。现场应用表明,该超分子堵漏材料结合常规堵漏材料,能够很好地解决钻进过程中存在的各类漏失,堵漏成功率高,对不同的漏失情况能够起到较好的堵漏效果,在后期作业过程中没有发生重复漏失的现象,有利于降低综合钻井成本。      

凝胶承压堵漏技术在普光地区的应用

普光地区承压堵漏技术存在裸眼段长、漏层及缝洞孔喉尺寸难、存在张开性裂缝和岩石骨架承压能力低等难点，桥塞堵漏的效果不理想。因此对桥塞堵漏剂进行改进，通过引入凝胶聚合物和胶结剂形成凝胶堵漏剂。性能评价结果表明，凝胶堵漏剂对不同漏失通道的适应性好，能与地层胶结成高强度的封堵层，对由5-20mm砂粒组成的砂床或10-30mgl石子模拟漏层均具有很好的封堵能力，封堵层的承压能力大于9MPa；该剂的弹性变形能力、膨胀堵塞和化学胶结作用能有效提高材料进入和驻留漏层的能力。凝胶堵漏技术在普光地区4口井中进行了试验，成功率为100％，取得了很好的承压堵漏效果，证实了该技术具有现场适应性好和堵漏程度高的标性。     

诱导性裂缝适应性防漏堵漏钻井液技术

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CDL-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CDL-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CDL-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303-54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。     

新型延迟膨胀堵漏剂特性实验研究

裂缝性地层严重井漏难题严重制约复杂地质条件油气高效钻探开发。目前常用桥接堵漏材料可变形性较差,而常见吸水树脂类堵漏材料的膨胀速度过快,导致上述堵漏材料难以在漏失通道中形成致密承压封堵层。为此,研制了一种新型延迟膨胀堵漏剂SDSAP,密度为1.52 g/cm3,粒径为0.425~3.35 mm,可根据漏失情况进行调节;具有良好的吸水膨胀性能以及抗压性能、抗盐性能;吸水膨胀后具有可变形性,适用漏失通道尺寸范围较宽;具有适度延迟膨胀效应,常温下膨胀速率较低;同时具有一定温度响应特性,在地层高温刺激下可快速膨胀,有利于降低封堵层形成时间,减少漏失量。基于延迟膨胀堵漏剂SDSAP,协同复配刚性、弹性及纤维等类型堵漏材料,实验优化得到了适用1~3 mm开度裂缝的致密承压堵漏工作液体系配方,承压能力达7 MPa以上,且漏失量较低,可用于较好解决复杂裂缝性地层井漏问题。      

塔河10区碳酸盐岩裂缝型储层承压堵漏技术

针对塔河油田10区奥陶系裂缝型储层裂隙发育、井漏多发的问题,设计了一种桥堵颗粒粒度级配方法,并通过酸溶性材料优选,研制了承压堵漏配方。粒度级配方法以裂缝尺寸为基础,采用漏失量为主要评价指标,借助曲面响应优化设计法确定了粒度级配。实验评价结果表明,采用该粒度级配混配的桥堵材料颗粒粒度分布曲线连续、跨度广,无论是封堵较大裂缝,还是封堵中等裂缝或小裂缝,都有充足的对应粒度的桥堵颗粒。以该粒度级配方法为基础,设计的3套针对不同裂缝宽度范围的承压堵漏体系,堵漏性能良好,承压大于8 MPa,3 mm裂缝漏失量低于200 mL,2 mm和1 mm裂缝漏失量低于50 mL。堵漏配方中堵漏材料酸溶率高,在99%以上,形成的封堵层酸溶率可达98.4%。      

裂缝性地层堵漏技术

针对裂缝性地层漏失的特征,研制出了一种由硬质刚性颗粒、柔性粒子、超细填充材料(超细碳酸钙)及特种膨胀聚合物(部分水溶的合成有机物)等组成的堵漏剂DLCM,其中的硬质刚性颗粒具有高强度、不水化、抗压、抗拉、不变形等特点,按粒径大小分为5个等级;柔性粒子由天然鳞片石墨经过插层处理、加热膨化后形成,具备高温稳定性、柔性、可压缩性、回弹性和韧性好的特点。采用长孔、立缝和异型3种模块分别模拟裂缝性、直缝性、长缝性漏层,测定了DLCM在上述3种漏层的堵漏效果,并探讨了堵漏材料协同封堵裂缝的作用机理。结果表明,该堵漏剂DLCM适用于不同密度的钻井液,且对钻井液流变性影响较小,能有效封堵1～6mm宽的裂缝,抗温、承压能力分别达150℃、7MPa。     

深层页岩气油基钻井液承压堵漏技术

随着涪陵页岩气向深层开发,钻井液密度达到1.75 g/cm3,固井水泥浆密度达到1.85～1.89 g/cm3,为了提高固井质量,防止水泥浆漏失,需要提高油基钻井液应用井段承压能力。国外新型油基堵漏材料在涪陵二期深层页岩气焦页XX井进行了应用。应用效果表明,该技术能够实行随钻封堵,对钻井液的流变性能没有副作用,在提承压作业过程中,对部分漏失层段进行承压作业,承压能力能够从1.75 g/cm3提至1.80 g/cm3。最后对全部漏失层段进行承压作业,采用国外油基堵漏剂和自研油基堵漏材料T150联合堵漏,承压能力提高至1.85 g/cm3。研究结果表明,该油基堵漏技术适用性强,配方简化,亲油性强,可操作性好,可以进行推广应用。      

高强度耐高温化学固结堵漏剂HDL1的研制及应用

为有效封堵裂缝性漏失层,避免由颗粒材料粒径级配误差造成的堵漏效果差的问题,研制了高强度耐高温化学固结堵漏剂。针对常用固结类堵漏材料耐温性差、密度不易调整的缺点,从滞留能力、固结时间、强度、密度等方面入手,通过优选正电黏结剂、化学凝固剂、流变性调控剂、引发剂和密度调节剂,并确定合理的比例关系,研制出化学固结堵漏剂HDL-1。用HDL-1配制的化学固结堵漏浆具有稠化时间可调（4~12 h）、密度可调（1.3~1.9 g/cm3）、承压能力较强（48 h强度可达17 MPa以上）的特点。该化学固结堵漏剂在SX2井的二叠系火成岩裂缝性漏失层进行了试验应用,应用后地层承压能力提高8.2 MPa,满足了正常钻井施工的需求。现场试验表明,HDL-1可有效封堵裂缝性漏失层,确保易漏地层安全钻进。      

高滤失承压堵漏技术

高滤失承压堵漏技术是以高滤失堵漏剂进行封堵漏层提高地层承压能力的堵漏技术,该技术在压差作用下堵漏浆迅速滤失,形成填塞层封堵漏失通道,钻井液在填塞层表面发生滤失形成致密的泥饼,达到提高地层承压能力的目的。研制了一种高滤失堵漏剂,对钻井液流变性没有影响,堵漏浆30 s内API滤失量达180 mL以上,用重晶石粉可加重堵漏浆密度至2.3 g/cm3。室内模拟封堵不同尺寸的缝隙性漏失,承压能力达到7 MPa。高滤失承压堵漏技术进行了7井次现场试验,结果表明:该技术堵漏一次成功率达71%,堵漏时间短3～4 h,为优质高效地钻井施工提供了技术保障。      

诱导性裂缝防漏堵漏钻井液研究

由于诱导性裂缝产生,华庆油田在钻井中发生了严重漏失。目前桥塞堵漏剂对孔隙、裂缝尺寸的适应性较差。本文通过对架桥材料、聚合物吸附材料和填充材料优选及颗粒级配,确定了架桥材料为不同粒径橡胶粒(粒径为0.6～1.0mm、1.1～1.5mm和1.6～2.0mm的分别占30%、30%和40%),聚合物吸附材料为CDL-1;填充材料由30%蛭石(粒径0.4～0.5mm)、5%～10%云母、5%～10%锯末、20%～25%桥塞堵漏剂QD-1、20%～30%桥塞堵漏剂QD-2和10%～20%单向压力封堵剂DF-A组成。通过正交实验确定在基浆(清水+0.3%PAM+4%膨润土)中加入2%橡胶颗粒、0.2%CDL-1和3%填充材料,得到适应性防漏堵漏钻井液。该钻井液黏度10mPa·s,动切力3 Pa,承压能力达到4MPa,最小封堵时间10min。现场试验证明防漏堵漏钻井液可在较短时间内有效封堵漏层,取得了良好的应用效果。     

HMXW 网状纤维承压堵漏实验

为提高复杂漏失地层的承压堵漏成功率,研究了HMXW 网状纤维的承压堵漏性能与堵漏机理。使用尺寸为3～6 mm 的滚珠和割缝钢块模拟大孔道和裂缝性漏失地层,研究了HMXW 在裂缝性漏失地层中的堵漏性能。实验结果表明:① HMXW 网状纤维加入现有承压堵漏体系后,能够在体系中形成独特的弹性网状结构,帮助承压堵漏剂快速失水,形成高强度的封堵层,阻断堵漏施工中的压力传递作用,加固漏失层近井带,提高承压强度;② 0.8% 的HMXW 网状纤维加入承压堵漏体系后,能够封堵3 mm 以下的裂缝性漏失地层;③ 1.6%HMXW 网状纤维加入承压堵漏体系后,能够封堵4～5 mm 的裂缝性漏失地层。HMXW 网状纤维堵漏技术的研究为承压堵漏技术提供了一个新的技术手段,有利于改进和提高现有承压堵漏体系在复杂漏失层中的承压堵漏强度和堵漏成功率。      

高温高压地层漏失控制技术研究与应用

针对南海乐东区块温度高、地层压力大、易发生井漏事故的问题,用复合堵漏剂、诱导剂、悬浮稳定剂配制了密度为2.4 g/cm3的Leakseal堵漏浆,研究了堵漏浆组分的承压强度,堵漏浆的流变性、悬浮稳定性及堵漏效果,并在乐东区块进行了现场应用。结果表明,复合堵漏剂和诱导剂的强度较好,在220℃、50 MPa压力下的破碎率小于25%。堵漏浆具有较好的流变性、高温悬浮稳定性和封堵效果。堵漏浆在180～220℃老化16 h后再静置24 h的沉降率小于10%,在0.69 MPa下在150 s内快速滤失。砂石粒径为4～10、10～20目时,堵漏剂侵入砂床百分比分别为65.6%和52.3%,可承压10 MPa;在缝宽为0.5、1、2 mm的楔形裂缝中注入堵漏浆后形成可承压10MPa的堵漏层,反向承压分别为7、6、6 MPa。堵漏浆在乐东区块某井成功应用,堵漏效果良好。图6表1参11     

北部湾盆地徐闻X3井抗高温承压堵漏技术

徐闻X3井是中石化在北部湾盆地部署的一口重点预探定向井,该井渐新统涠洲组下部地层裂缝孔隙较为发育、地层承压能力低、钻井液漏失严重且井下温度高达180 ℃,导致部分堵漏材料高温后失效,采用常规桥接堵漏和水泥浆堵漏效果不理想,需研发出抗高温承压堵漏技术。为此,通过实验室试验优选出抗高温架桥材料高强支撑剂GQJ、抗高温纤维材料SW,以SAN-2工程分布理论为指导,加入不同粒径的CaCO₃和云母作为片状填充材料,并配合高失水剂HH-1及无机盐CaO,形成了抗高温承压堵漏配方,室内模拟0.5～4 mm裂缝宽度承压能力高于12 MPa。现场采用分段逐级堵漏法注入配制好的堵漏浆进行承压堵漏作业,在地层复杂情况下将地层承压能力提升至4.5 MPa,徐闻X3井第三次开钻固井期间再未发生漏失。实践证明,所研发的抗高温承压堵漏技术能够满足该井的固井施工要求,取得了较好的应用效果。     

玛湖区块易漏地层防漏堵漏技术

通过玛湖区块易漏地层的漏失量、地层孔隙度和裂缝发育以及漏失压力剖面,分析玛湖区块漏失特征和漏失机理,采用形貌分析和粒径匹配方法,筛选防漏堵漏材料,评价和优化区域防漏堵漏体系。研究发现,玛湖区块二、三开漏失量大且复杂时率高,其中八道湾组、白碱滩组、克拉玛依组和乌尔禾组等地层孔隙和裂缝发育,承压能力差,为漏失多发地层;针对现场使用的防漏堵漏材料,提出了新的形貌优化组合以及微米级、毫米级的粒径匹配原则;所构建的SDSZ防漏体系砂床滤失深度较现场体系降低50%左右,SDDL堵漏体系的承压封堵能力可达7 MPa以上,且堵漏剂土酸酸溶率达60%以上。现场应用效果显著,漏失易发井的防漏成功率高达75%,堵漏作业一次堵漏成功率可达80%。研究结果表明,该防漏堵漏体系,可有效解决玛湖油田易漏地层的井漏问题。