一种承压堵漏新方法的实验研究

于 娟，吴 强，王理国

（1.西安石油大学，陕西西安 710065；2.南京巨龙钢管有限公司，江苏南京 210061）

一种承压堵漏新方法的实验研究

于 娟1，吴 强2，王理国1

（1.西安石油大学，陕西西安 710065；2.南京巨龙钢管有限公司，江苏南京 210061）

钻井过程中会遇到一些微裂缝地层，这往往要引起井漏。轻微的井漏可能只是耗费处理时间及成本，而严重井漏则可能会诱发诸如井塌、卡钻、井喷等一系列复杂情况或者事故，这将不仅影响钻井工作的效率，还带来巨大的经济损失。所以，堵漏是钻井过程中必须经常面对的问题，能够低成本地实现承压堵漏对于钻井井漏的处理就显得格外重要。使用新的材料/方法来提高地层的承压能力，即在抗高温聚磺钻井液中加入矿渣（KZ），并在激活剂处理液中培养，配制出新型的堵漏钻井液体系。经过试验证明，加入KZ对钻井液常规性能的影响不大，不但能大幅度提高地层的承压能力，同时证明了激活剂对于激活KZ活性的可行性。对于抗高温聚磺钻井液，当KZ加量为30%、并且激活剂加量为30%时，试样的承压能力达到最大。此方法在一定程度上提高了微裂缝地层的承压能力。

钻井液；承压堵漏；矿渣；实验研究

随着世界石油与天然气勘探开发向更加广阔领域发展，必然要面对更多的钻井复杂情况，对井漏的预防及处理也不例外。由于地层情况千变万化，引起井漏的原因、严重程度以及钻井工艺技术等条件差别很大，从而使得井漏问题错综复杂，不易解决。其中，承压能力不够往往成为处理井漏的一个瓶颈因素[1-4]。

目前，世界各国都将防治井漏作为钻井工艺和泥浆技术上的一个重要课题进行研究和试验。提高地层承压能力是解决井漏问题的重要基础与手段，同时，提高地层承压能力也可以扩大泥浆密度窗口及有助于简化井身结构，对改善正常的钻井操作环境有利[3-5]。

本项承压堵漏研究试图利用较为简单的方法和较经济的配方来克服承压堵漏时的一些缺点，做到有效地封堵微裂缝漏失通道，提高地层的承压强度，较大幅度地降低堵漏成本[6,7]。

1 实验分析

1.1 实验仪器

XAN-RC智能HTHP封堵模拟试验仪，主要用于承压强度分析，试验流程见图1。

图1 XAN-RC智能HTHP封堵模拟试验仪试验流程图1. 手动泵；2. 压力表；3. 六通阀；4. 岩心夹持器；5. 压力表；6. 六通阀；7. 中间容器；8. 平流泵

1.2 试验样品制作及其承压强度测定

1.2.1 承压堵漏试验样品制备方法

所制作的承压堵漏试验样品主要用来模拟进行承压堵漏配套技术对于封堵微裂缝漏失通道、提高地层承压强度的能力测定。

取9根钢管，钢管长度为8.05 cm、外径为2.50 cm、内径为1.90 cm，把钢管内部用砂纸打磨光滑并用水清洗干净，然后晾干。

称取预先配好的相应钻井液样品30 g，10～16目和16～30目的细砂各35 g，混合在一起，搅拌均匀。然后把刚搅拌好的试样挤入钢管中并填满，上下振动，使钢管内的样品密实均匀。然后再用正反方向5 MPa的压力压实，标上号码，放入装有钻井液处理液的容器中浸泡（容器放入75 ℃恒温水浴锅中养护）2 d后取出，待测水力承压强度。

1.2.2 承压强度测定

（1）取出养护好的钢管试模，把钢管试模放入高压岩心夹持器中，夹紧；

（2）关环压阀、柱压阀、注水阀，吸水，然后打开注水阀和环压阀，加环压至20 MPa；

（3）当环压稳定后，关掉环压阀，将压力降为零，打开柱压阀；

（4）加压，等到出第一滴水的时候读数，该读数就为承压强度，记录其值。

1.2.3 基浆配制

抗高温聚磺钻井液：聚合物钻井液基浆+2%腐植酸钾+2%SMP-3+0.3%复配表面活性剂（SP-80/ OP-10/APG）+2%重铬酸钾。

1.3 钻井液性能测定

（1）掺渣料钻井液/钻井液样品的密度测定（渣料包括矿渣与激活剂）；

（2）掺渣料钻井液/钻井液样品塑性黏度和表观黏度以及动切力的测定；

（3）用试纸进行样品pH值的测定；

（4）用失水测量仪测量样品失水量；

（5）泥饼厚度测量，测定完失水后，用钢尺垂直插在泥饼上，读出泥饼厚度。

1.4 实验材料

（1）膨润土，是水基钻井液的重要配浆材料；

（2）聚丙烯酸钾K-PAM，用作钻井液处理剂；

（3）JT-888，新型两性离子聚合物降滤失剂，它是一种集强抑制性、优良抗盐抗钙和抗高温性能于一体的两性离子共聚物；

（4）PAC，是指各种复合离子型的聚丙烯酸盐聚合物；

（5）CMC（低黏），是钠羧甲基纤维素的简称，它是以天然纤维素为基本原料经化学改性得到的一种水溶性的离子型醚；

（6）腐植酸钾，腐殖酸主要来源于褐煤。腐殖酸的主要官能团有羧基、酚羟基、醇羟基、醌基、甲氧基等；

（7）重铬酸钾，又称红矾钾，分子式为K2Cr2O72-。在抗高温深井钻井液中，常加入少量重铬酸钾盐以提高钻井液的热稳定性，有时也用做防腐剂；

（8）SMP-3，是一种抗高温降滤失剂；

（9）复配表面活性剂（SP-80/OP-10/APG）；

（10）KZ，是冶金工业主要的废渣；

（11）GSN（激活剂），可以激活矿渣的活性，使矿渣玻璃体结构破坏，促进矿渣在常温下进行水化反应，有利于稳定水化物和水化物网络结构的形成。

2 承压堵漏基本实验方案与掺渣料钻井液/钻井液的性能测定

2.1 基本实验方案设计

本实验设计了两种实验方案，一种是在配制好的基浆抗高温聚磺钻井液中分别加入不同量的矿渣（表1），另一种是在配制好的基浆抗高温聚磺钻井液加入不同量激活剂（表2），用以测定矿渣和激活剂对抗高温聚磺钻井液性能的影响。

2.2 掺渣料钻井液/钻井液基液的性能测定

对表1及表2实验方案中的7个配方进行密度、表观黏度、塑性黏度等测定，结果如表3、表4所示。

表1 钻井液掺加矿渣的方案

表2 钻井液掺加激活剂的方案

3 试验结果分析

3.1 KZ和激活剂对抗高温聚磺钻井液性能的影响

表3结合图2可以看出：随着KZ加量增多，抗高温聚磺钻井液的密度有所增加，表观黏度和塑性黏度增幅很大，动切力先增大再降低，KZ加量为20%时动切力最小，API滤失量明显降低，泥饼厚度有所增加，pH值增加。

表4结合图3可以看出：随着激活剂加量的增加，聚合物钻井液的密度略微增加，表观黏度增大，塑性黏度先降低再增大，激活剂加量为30%时塑性黏度最小，动切力降低，API滤失量显著增大，泥饼厚度有所变小，pH值不变。

表3 加矿渣的钻井液及基液性能参数（60 ℃）

图2 KZ加量对抗高温聚磺钻井液性能的影响

表4 掺加激活剂的钻井液性能参数（60 ℃）

图3 激活剂对抗高温聚磺钻井液性能的影响

3.2 堵漏钻井液中KZ与激活剂的复配方案对地层承压能力的影响分析

3.2.1 同一KZ加量的抗高温聚磺钻井液在激活剂不同加量时的地层承压能力变化

完成由以上1、2、3、4号与a、b、c号方案所构成的正交试验，记录相关实验数据，由实验数据可知：同一KZ加量的抗高温聚磺钻井液，随着激活剂加量的增加钻井液的承压能显著增加。图4 为4号掺加矿渣钻井液复配不同加量激活剂后承压试验的承压能力变化。

图4 4号钻井液在不同处理液中培养后其承压能力的变化

3.2.2 不同KZ加量的抗高温聚磺钻井液在激活剂同一加量时的地层承压能力变化

同样，根据以上正交试验，也可以观察到在保持激活剂加量不变时，随着KZ加量的增加，采用复合堵漏钻井液后承压试验的承压能力首先明显增高至高点，然后又从高点下降。当KZ加量为20%时，承压试验的承压能力达到最大。图5为不同KZ加量与30%激活剂复配后承压试验的承压能力变化。

图5 不同KZ加量的抗高温聚磺钻井液在b号中培养后其承压能力的变化

4 结 论

通过实验分析可以得出：

（1）在抗高温聚磺钻井液中加入矿渣（KZ）使得钻井液的密度有所增加、使得钻井液的流变性稍微变差、API滤失量大为减小、泥饼厚度增加，承压能力显著增加。

（2）加入激活剂也对抗高温聚磺钻井液性能产生影响，使得钻井液的密度有所增加、表观黏度增大、塑性黏度先降低再升高。激活剂加量为30%时塑性黏度最低、动切力降低、API滤失量显著增大、泥饼厚度有所变小、pH值不变。

（3）若保持KZ加量不变，当KZ加量为30%时，与30%加量的激活剂复配，承压试验的承压能力达到最大，为0.52 MPa，效果最好；若维持激活剂加量不变，同时在抗高温聚磺钻井液中加入矿渣的量为20%时，地层承压能力最大。

（4）根据以上的试验、分析结果，提出相应建议：在使用抗高温聚磺钻井液时，应该加入30%的矿渣与30%的激活剂复配使用，这样，能够使得堵漏钻井液的承压能力达到最大。同时钻井液的表观黏度、塑性黏度、动切力也相应有所提高，堵漏钻井液的稳定性也就有所提高，满足堵漏作业的需求。

[1] 吴应凯，石晓兵，陈平，等．低压易漏地层防漏堵漏机理探讨及现场应用[J]．天然气工业，2004，24（3）：81-83．

[2] Bugbbe J M. Lost Circulation–A Major Problem in Exploration and Development[C]//paper presented at the spring meeting of the Southwestern District, Division of production, Forth Worth, Texas. March 1953.

[3] Mahcypob P X．不提升钻柱的堵漏作业[J]．丁方维，译．国外钻井技术，1994，9（4）：60-61．

[4] Irain C A, Easterly R A. Transporting Mobility Control Agents to Thief Zones[C]. SPE27701, Permian Basin Oil and Gas Recovery Conference, 16-18 March 1994, Midland, Texas.

[5] 徐同台，赵忠举，徐云英．国内外钻井液技术新进展及对21世纪的展望（Ⅱ）[J]．钻井液与完井液，2001，18（1）：30-40．

[6] 孙金声，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，2005，22（4）：21-26.

[7] 刘四海，崔庆东，李卫国．川东北地区井漏特点及承压堵漏技术难点与对策[J]．石油钻探技术，2008，36（3）：20-23．

Experimental Study on New Method for Pressurized Lost Circulation

YU Juan1, WU Qiang2, WANG Liguo1

（1. Xi'an Shiyou University, Xi'an Shanxi 710065, China; 2. Nanjing Julong Steel Pipe Co., Ltd., Nanjing Jiangsu 210061, China）

Some fractured reservoirs might be penetrated during well drilling, resulting in lost circulation. If serious lost circulation occurs, complex conditions and accidents such as borehole collapse, pipe sticking and well blowout might occur, not only infuencing the well drilling effciency, but also causing great economic losses. Therefore, it is essential to plug the fractured lost channel with pressurized lost circulation method. By using new method, namely adding the gangue (KZ) in the anti-high temperature sulphoantion drilling fuid, and raising in the activator processing fuid, the new drilling fuid system can be developed, which can improve the compressive strength of the formation. The experimental results have demonstrated that adding KZ can enhance the drilling fuid performance effectively, and improve the compressive strength of the formation, but also had proven feasibility of the activator can activates the KZ activeness. Regarding anti-high temperature sulphoantion drilling fuid, when the KZ is 30% and the activator is 30%, compressive strength of the formation achieves in a big way. This method can be very good to deal with the pressurized lost circulation of fractured reservoirs.

grilling fuid; pressurized lost circulation; gangue; experimental study

TE254.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2013.04.092

1008-2336（2013）04-0092-04

2013-04-17；改回日期：2013-09-22

于娟，女，1982年生，在读研究生，油气田开发工程。E-mail：583091493@qq.com。