表层裂缝漏失凝胶随钻堵漏技术及应用

苏俊霖， 王雷雯， 刘禧元， 熊开俊

(1西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室 2中国石油吐哈油田分公司工程技术研究院)

近年来，因地层疏松、裂缝发育，多个油田或区块在表层频发漏失，这类漏失具有漏点多、位置不定、漏失量大、漏点随钻头不断下移而不断出现的特点[1-2]。因桥接堵漏材料无法在漏失通道中堆积、架桥形成有效封堵，现有材料与方法难以对这类漏失进行随钻堵漏，只能实施注水泥或其他堵漏材料+注水泥的停钻堵漏，并且还会因新漏层出现漏了就堵、堵了再漏，反复折腾的局面，给现场堵漏带来极大的困难，损失大量的时间与费用。

有充分清水保障下的清水强钻可节约时间并有进尺，但部分井出现漏水不漏砂，井筒沉砂严重容易导致卡钻[3]；气体钻井则会遇到表层出水、钻后后继作业地层失稳,甚至漏气的的问题[4]。基于此，本文针对性地开发了适合表层漏失的凝胶随钻堵漏技术，该技术具有凝胶强度高、可随钻堵漏的特点。

一、凝胶随钻堵漏机理

随钻堵漏材料主要由特种凝胶ZND系列、凝胶强度调节剂TD-1及常规随钻桥堵材料组成，各组分作用不同，协同增效。

1.凝胶ZND作用

凝胶ZND是一种在亲水主链上具有一定量疏水基团的水溶性疏水缔合高分子聚合物，分子间可通过疏水缔合作用形成布满流体空间的网络结构。由于疏水缔合是一种非化学交联的物理作用，所以形成的空间网状结构具有可逆性，这种特有的两亲结构使得ZND分子表现出有与其他聚合物不同的性能，如剪切稀释性、较强的黏弹性、抗冲稀性、较高的启动压力梯度等。使得凝胶ZND具有满足裂缝漏失堵漏的7种要求的性能：“流得进、冲不稀、停得住、排得净、充得满、隔得断、抗得住”[5-7]。

2.凝胶强度调节剂TD-1作用

凝胶强度调节剂TD-1是一种有机小分子，可以与凝胶ZND分子相互作用参与形成空间网状结构，相应地体系的黏度大幅增大。但它们之间的相互作用同样是非化学交联的物理作用，在流动剪切下很容易消除，图1为用MCR301型Anton Paar流变仪测量的ZND及ZND+TD-1体系在不同剪切速率下的黏度。

从图1可以看出：ZND及ZND+TD-1体系均具有良好的剪切稀释性，但剪切速率低于100 s-1时，ZND+TD-1体系的黏度远大于同浓度单纯的ZND体系。所以，TD-1与ZND的相互作用宏观表现在搅拌的泥浆池及井筒流动时体系的黏度与同浓度的ZND相同，而在裂缝漏失通道中体系黏度大于单纯的ZND凝胶。这样，就可以用低浓度的ZND+TD-1达到以前较高浓度ZND的堵漏效果，并且还具有更好的泵注性及流动性，从而使凝胶ZND随钻堵漏具有可能。

图1 TD-1+ZND体系在不同剪切速率下的黏度

3. 桥接材料的作用

对不同井深裂缝漏失通道进行封堵的凝胶段塞需要承受的压差不同，若兼顾随钻流动性的凝胶段塞强度或启动压力梯度不够时，则需要加入级配优化的桥接堵漏材料从而增强堵塞段的力学承压能力。在高流速剪切作用下，桥接随钻堵漏材料基本保持原有的粒度分布，可以对非裂缝漏失通道进行有效封堵；而在低流速剪切时，凝胶的包裹作用使得其多个颗粒聚集、粒度变大，可以对裂缝漏失通道进行架桥封堵。

三种材料的协同作用并配合现场工艺，使得原本只能停钻实施的隔断式凝胶段塞裂缝漏失堵漏可以对表层裂缝漏失进行随钻堵漏了，其中，利用凝胶ZND特殊的流变性有效解决了高漏速状态下堵漏剂在漏失通道入口附近停驻及冲稀状态下的滞留问题，利用TD-1解决了堵漏浆的泵注、流动及段塞强度与启动压力梯度问题，利用桥接材料进一步提高了堵漏段塞强度或启动压力梯度问题。

二、凝胶随钻堵漏钻井液性能评价

在吐哈油田某井表层所用井浆(ρ=1.06 g/cm3)中分别加入不同数量的特种凝胶ZND、强度调节剂TD-1和常规随钻综合堵漏剂(主要成分为单封、云母及核桃壳等),形成不同的凝胶随钻堵漏钻井液配方,然后分别对不同钻井液性能进行了评价(表1)。

由表1可以看出：①在用井浆中加入凝胶ZND后体系的表观黏度及动切力均增加；②凝胶强度调节剂TD-1对凝胶ZND随钻体系黏度影响较大，未加TD-1体系表观黏度与动切大幅上升，特别是动切力过大，会影响钻井液体系的正常钻进；加有TD-1的体系因其协同作用，在六速旋转黏度计的剪切速度下体系的黏度增加幅度较低，能够满足钻井过程的流变性的要求；③因为加入了一定量的随钻综合堵漏剂，钻井液体系的API滤失量降低，且对体系的流变性影响不大。

表1 凝胶随钻钻井液体系性能

这表明凝胶ZND随钻堵漏钻井液体系能够满足表层钻进对钻井液的性能要求。

三、堵漏效果评价实验

实验装置：高温高压动静态堵漏仪；模拟裂缝：缝长为30 cm、缝宽：3.5 cm、开度分别为4.0 mm×3.5 mm、3.0 mm×2.5mm等不同规格的金属楔形裂缝组合(前宽后窄)。

堵漏体系：选用表1中所示的可满足正常钻进性能需要的2#、5#与6#配方的钻井液体系。

实验方法：按配方配制好所需要的堵漏钻井液3 000 mL，将实验用裂缝装入高温高压动静态堵漏仪中。将堵漏浆倒入泥浆罐中盖好封盖，逐渐加压，若压力可在某数值保持稳定5 min，则继续加压，否则泄压结束实验，取出裂缝观察堵漏材料在缝内的封堵情况，实验期间记录堵漏浆的漏失情况。从承压能力、堵漏材料进入深度、漏失量等方面综合评价体系的不同宽度裂缝的封堵能力。

从表2可以看出，只添加有随钻综合桥塞堵漏剂的堵漏浆全漏失，承压能力接近为0，不能对较大裂缝进行封堵。而实验配方的凝胶ZND随钻堵漏钻井液因为ZND与TD-1的协同作用，一方面使得低剪切速度下的体系黏度迅速增大、凝胶强度快速大幅度升高，让随钻堵漏材料在裂缝中的运移速度大幅度降低，并且还直接参与形成封堵段塞；另一方面，将随钻桥塞堵漏材料包裹其中，粒度增大，可以在大裂缝中架桥、填充、堆积封堵。

表2 凝胶随钻钻井液体系对裂缝的封堵情况

因此可以对开度为4.0 mm×3.5 mm、3.0 mm×2.5 mm的大裂缝进行有效封堵，漏失量均小于100 mL，封堵位置均为裂缝长度的前半部分，即对裂缝进行的是“封腰”，且封堵段塞的承压能力最小为3.6 MPa，能够满足表层正常钻进的需要。

四、现场试验

吐哈油田玉北10-21井是位于玉北区块的一口开发井。由于地表疏松和天然裂缝的存在，该区块前期钻井出现一系列瓶颈难题，表层多次发生漏失，漏了就堵、堵了又漏，使单井钻井周期大幅度延误，决定采用凝胶随钻防漏堵漏技术。

堵漏浆配方为：基浆+0.6%ZND+0.2%TD-1+8%随钻综合堵漏剂。堵漏工艺与常规随钻堵漏工艺相同，仅需要保持泥浆罐开泵搅拌。

表3 凝胶ZND随钻堵漏应用对比

现场应用结果如表3所示，该井应用凝胶随钻堵漏技术后，对比邻井玉北11-20漏失量减少1 143 m3(84.5%)，钻井周期节约14 d(46.7%)，对比玉北6区块已钻井漏失量大幅减少1 642 m3(88.7%)，表层钻井周期节约20 d(55.6%)，表明凝胶ZND随钻堵漏技术对表层裂缝漏失堵漏效果明显。

五、结论

(1)利用凝胶ZND特殊的流变性可有效解决高漏速状态下堵漏剂在漏失通道入口附近停驻及冲稀状态下的滞留问题，利用TD-1可解决堵漏浆的泵注、流动及段塞强度问题，利用桥接材料可进一步提高堵漏段塞承压能力问题。

(2)体系中各组分协同作用，使凝胶ZND随钻堵漏钻井液既能满足表层钻进对钻井液的性能要求，又能满足裂缝漏失对堵漏浆的性能要求。

(3)现场应用表明，凝胶ZND随钻堵漏钻井液技术能有效解决表层裂缝漏失问题，值得推广应用。

[1]李韶利,郭子文. 可控胶凝堵漏剂的研究与应用[J]. 钻井液与完井液,2016，33(3):7-14.

[2]王广财,熊开俊,张荣志,等. 吐哈油田恶性井漏堵漏技术研究与应用[J]. 长江大学学报(自科版),2014，11(2):102-104.

[3]陈星星. 涪陵页岩气田防漏堵漏技术应用研究[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程),2015，42(3):11-14.

[4]李皋，孟英峰，刘厚彬，等.气体快速钻井井壁失稳研究[J]. 钻采工艺， 2013，36(4): 26-30.

[5]聂勋勇. 隔断式凝胶段塞堵漏机理及技术研究[D].成都：西南石油大学,2010.

[6]王平全,李再钧,聂勋勇,等. 用于钻井堵漏和封堵的特种凝胶抗冲稀性能[J]. 石油学报,2012，33(4):697-701.

[7]张新民,聂勋勇,王平全,等. 特种凝胶在钻井堵漏中的应用[J]. 钻井液与完井液,2007，24(5):83-84.