油基钻井液堵漏体系及材料研究进展

董云峰，韩 成

[1.中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司，广东湛江 524057；2.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524057]

油基钻井液在深井超深井、油页岩、水敏性极强等复杂地层水平井钻井中，井壁稳定表现巨大的优势。同时随着国内页岩油页岩气的快速开发，在页岩油页岩气水平井中大量使用油基钻井液，但是随着钻遇地层越来越复杂[1]，使油基钻井液容易出现漏失问题。相比于水基钻井液，油基钻井液更容易产生水力学劈裂，地层亲油通道表面阻力更小，一旦油基钻井液出现井漏，更不容易堵住。同时由于油基钻井液成本高，尤其是海上油气田钻井使用油基泥浆出现井漏问题，处理难度极大，造成巨大的经济损失。本文综述了目前油基钻井液堵漏思路及体系、堵漏材料研发进展等，为油基钻井液堵漏提供借鉴。

1 提高地层承压能力

无论采用哪种堵漏方式，最终目的都是提高油基钻井液钻井地层承压强度。地层承压能力主要由地质因素和工程因素决定。地质因素是内因，由地层本身物性、胶结物种类、裂缝发育程度、地层温度压力等决定；工程因素为外因，与油基钻井液的工艺、性能有关。目前提高地层承压能力方法主要有强化应力状态、封堵漏失通道、提高岩石强度以及建立水力阻断四种方法[2]。

1.1 强化应力状态

对于渗透率较低的泥页岩和砂岩以及高渗透率的裂缝性地层，主要通过强化应力状态提高地层承压能力，即通过刚性固相颗粒架桥和柔性封堵材料封堵裂缝，提高近井地带的周向应力，进而提高地层破裂压裂和裂缝重启压力，井周形成稳定的应力笼。这种方式尤其适用钻井作业中非储层段堵漏。

1.2 封堵漏失通道

针对渗透性地层和裂缝性地层，主要通过选择与地层孔喉大小尺寸匹配的粒子，在井壁形成屏蔽暂堵，或者使用胶质材料充填于裂缝，把地层裂缝的两面进行胶合，进行胶质黏结封堵。同样也适用于裂缝性、孔洞性地层堵漏，通过可酸溶或可降解的暂堵材料在近井壁实现快速封堵、适度侵入，提高地层双向承压，进行暂堵性堵漏，根据完井作业及后续生产的需要，再进行酸化解堵。

1.3 提高岩石强度

主要适用于渗透率地层，通过在油基钻井液中加入聚合物，注入地层漏失层位，在井下地层条件发生聚合反应形成一定强度的凝胶，凝胶充填于漏层可加固地层，以提高地层强度。

1.4 建立水力阻断

理论上针对各种裂缝性、渗透性地层等均能建立水力阻断，如能通过下套管并保证固井质量建立水力阻断，也可以通过膨胀管技术，即通过机械式或者液压式的方式使得套管管柱发生永久性变形以建立水力阻断来提高地层承压能力。

2 油基钻井液堵漏体系

2.1 架桥堵漏体系

目前油基钻井液堵漏体系主要是建立在架桥理论基础上，即根据地层孔喉大小与分布，调整油基钻井液中加入架桥粒子、变形粒子及充填粒子的大小与分布，在钻井液液柱正压差作用下，在井壁处形成“封堵墙”，架桥粒子在漏层缝隙中支撑架桥，为后续堵漏颗粒提供屏障；随后充填粒子在堵漏浆携带下，在漏层裂缝处挤压、充填、楔入，形成一道应力封堵墙；最后在变形粒子井底压差的作用下，继续在缝隙中进行充填和堆积，进一步加固封堵墙强度，整体概括为“颗粒架桥、楔入承压和封门加固”三个阶段。

中石油长城钻探通过调整油基纳米封堵剂粒度大小，合理级配，形成致密封堵层，有效应对了辽河油田油基钻井液在油页岩、泥页岩等地层出现的井漏问题[3]。

长江大学舒曼基于“刚柔并济，变形封堵，细粒充填及限制渗透”的堵漏原理基础上，优选弹性封堵剂、刚性堵漏剂、变形颗粒，配制油基钻井液堵漏体系，有效防止了焦石坝区块页岩气水平井水平段油基钻井液漏失问题，现场应用表明极大提高了堵漏成功率[4]。

中石化王晓亮同样采用“刚柔并济”堵漏思路，优化纳米封堵剂、液体沥青、超细碳酸钙等封堵材料，实现了纳米-微米广谱封堵，现场应用也证实了纳米-微米广谱封堵有效应对了宜昌地区页岩破碎带井漏问题[5]。

中石油川庆钻探针对新疆油田准噶尔南缘地区应用油基钻井液井漏问题突出难题，优选软化沥青、油基膨胀型、刚性颗粒、细纤维等材料复配油基钻井液堵漏体系，形成了不同漏速的油基膨胀型随钻防漏堵漏工艺，堵漏成功率达到70%[6]。

2.2 凝胶堵漏体系

油基钻井液凝胶堵漏原理为凝胶溶液中的高分子在一定压力、温度、浓度等条件下互相连接，形成空间三维网状结构弹性体，该弹性体具有较强的强度和成膜特性，在液柱压力作用下可实现对地层实施封堵。

纪卫军针对油基钻井液堵漏技术不足，研究了一种油基钻井液凝胶体系，通过室内实验可知该凝胶体系的抗压强度、配伍性均满足堵漏要求，同时现场施工时，使用一种既能提升密度又能增强强度的增强剂，可以将凝胶的密度调节至钻井液相同的密度。室内实验数据表明，当增强剂加量为20%时，凝胶强度可以增加到3.2 MPa，同时密度增至1.32 g/cm3，在焦页198-1HF 井页岩气堵漏作业中得到成功应用[7]。

渤海钻探王灿优选交联剂、凝胶剂、乳化剂等关键处理剂用于配制油基钻井液凝胶堵漏体系，同时利用正交试验得出了温度、剪切作用、pH 等对油基凝胶成胶性能的影响规律，根据影响规律优化得到的油基钻井液凝胶堵漏体系具有更强的堵漏能力，同时抗温能力超过120℃[8]。

中石化刘文堂研制出油基钻井液用的微纳米级可变形的球状凝胶，以及复合纤维等其他封堵材料，构建了油基钻井液球状凝胶复漏体系，室内石英砂床封堵承压能力提高到17 MPa，并在涪陵页岩气66口井中进行现场应用，有效解决了涪陵页岩气裂缝、层理发育导致的油基钻井液漏失严重的问题[9]。

中海油李炎军通过实验发现氢键凝胶固化后具有良好的黏滞性和韧性，能够有效停留在漏层裂缝内，在转为固体过程中，可以完全充填到漏层裂缝中，适应不同形态、大小的漏层裂缝，能最大程度地封堵缝隙，同时氢键凝胶抗油基钻井液污染能力强，抗油基钻井液污染能力达到30%，凝胶强度受温度影响较小，凝胶强度远高于大多数水凝胶，其强度可达20 N。水平井N2井钻进至4 757 m 发生井漏，漏速达到54 m³/h，现场采用氢键凝胶堵漏，侯凝12 h 后循环、钻井均为复漏发生[10]。

2.3 水泥浆堵漏体系

针对油基钻井液漏失严重且堵漏施工难度大的地层，如钻遇洞穴型或者高渗透大裂缝型地层发生漏失，进行架桥堵漏和凝胶堵漏无法有效提高地层承压能力，最有效的办法就是采用油基钻井液水泥浆堵漏体系。但是目前油基钻井液对水泥浆性能影响较大，尤其深井、大位移水平井油基钻井液环境中泵入水泥浆作业风险高，因此，油基钻井液水泥既要求与油基钻井液配伍性好，又要封堵堵漏性能好。

中石化崔云海采用混合淡水和柴油配制油基钻井液水泥浆，可以现场使用的油基钻井液按照任意比例进行混合，表现出良好的配伍性，配制的堵漏水泥浆体系的稠化时间、密度、强度可以按照要求进行调整，同时堵漏水泥浆的沉降稳定性良好，该油基钻井液堵漏水泥浆在焦石坝龙马溪组非常规页岩气水平井应用中，成功解决了多口井发生的大型漏失复杂情况[11]。

长江大学俞玲通过研究、优化和改进氯氧镁水泥，在氯氧镁生成518相稳定多元结晶相前提下，采用聚萘磺酸钠盐作为分散剂，多糖类和硼酸类复配作为缓凝剂，复配成一种适用于油基钻井液水泥浆堵漏体系。该堵漏体系稠化时间可控、流变性能良好、水泥石抗压强度大、抗油基钻井液污染能力强。最突出的优势是该水泥浆堵漏体系可以酸溶，彻底改变了普通水泥浆不能酸溶的堵漏缺陷，氯氧镁水泥堵漏体系为油基钻井液堵漏开辟了新思路[12]。

长江大学杨志城为解决水泥浆体系与油基钻井液配伍性较差的难题，通过稀释原油基钻井液，将原油基钻井液的固相含量控制在18%以内，然后在稀释油基钻井液的基础上再添加足够量的分散剂和表活剂，以提高油基钻井液与水泥浆的配伍性，焦页51-4HF 水平井三开发生失返性漏失，尝试常规堵漏浆后效果不好，使用该方法配制堵漏水泥浆体系，一次性成功堵漏，并且没有复漏，现场应用表明堵漏效果良好[13]。

3 油基钻井液堵漏新材料新技术

3.1 堵漏新技术

地沟油主要含有大量高级脂肪酸和甘油三酯等酯类有机物，长江大学潘永功利用地沟油中含有的酯类，与筛选出的适合堵漏作业的强碱性材料反应生成的皂碱，皂化反应缓慢，且所需的温度较高，因此在地面利用地沟油和强碱材料配制堵漏浆不至于堵住地面循环系统，当堵漏浆泵至地层漏失层位后，在地层温度的作用下，加快皂化反应，形成皂碱封堵漏失层。室内可以通过调节激活剂溶液的浓度，从而精准控制地沟油堵漏浆体系的稠化时间，来满足不同井深漏失封堵的需求。该堵漏新技术可以变废为宝，保护环境，同时为油基钻井液堵漏提供了新思路。

3.2 堵漏新材料

中国地质大学唐国旺合成一种新型油基钻井液弹性堵漏材料，能够在被高度压缩，同时当释放压力后能恢复膨胀并封堵地层，承压强度高，同时该弹性材料抗温能力超过150℃，在焦页195-1HF 井中与其他微细复合堵漏材料、刚性堵漏材料复配使用，得到较好的应用效果。中国地质大学刘瑞针为解决油基钻井液漏失处理困难的问题，研发了一种分散性能好、抗拉强度高、配伍性好、抗温超过200℃的改性矿物纤维随钻防漏堵漏材料，使用该纤维随钻防漏堵漏材料与弹性封堵剂、刚性堵漏剂复配，有效解决了果勒303H 井的漏失难题。

中石化吴军研制出了一种固化强度、固化时间可调的新型油基堵漏剂，即通过调整激活剂和固化剂的含量可以实现固化温度、时间、强度可调的特点，再结合传统架桥堵漏思路，在堵漏浆中加入了桥架粒子，形成可以在漏层有效停留且具有一定强度的固体填塞，显著提高了堵漏的成功率。同样为提高油基钻井液在漏层驻留能力，形成稳定的封堵层，中石化张县民研制一种亲油共混聚合物，该材料在挤压架桥及黏结的协同作用可在光滑的裂缝板上有效驻留，提高堵漏材料的作用效果，通过与刚性填充及柔性纤维材料复配，承压能力可以达7.5 MPa。

陕西延长石油研制了一种疏松多孔亲油高分子树脂类油基钻井液堵漏材料，该材料具有吸油膨胀性、良好的强度和弹性、良好的热稳定性，能够在压力作用下挤入裂缝进行交联固化。由于其疏松多孔性质，在与地层流体接触后膨胀，产生二次封堵作用，进一步挤压地层裂缝，形成较强的封堵墙。

4 结束语

提高地层承压能力是处理油基钻井液井漏问题的核心，目前提高地层承压能力的方法主要有强化应力状态、封堵漏失通道、提高岩石强度以及建立水力阻断四种方法。

目前油基钻井液堵漏体系有架桥堵漏体系、泥浆堵漏体系和水泥浆堵漏体系，但是油基钻井液堵漏主要是围绕架桥堵漏体系发展，通过弹性、刚性堵漏材料的复配优化油基钻井液的堵漏性能，架桥堵漏体系特别适用于渗透率漏失及微裂缝漏失。油基钻井液凝胶堵漏体系也朝着更高堵漏强度发展。水泥浆堵漏体系特别适用于大裂缝、洞穴型、破碎带等大漏失地层堵漏，但是要加强储层保护方面的研究。

随着油基钻井液技术的发展，出现了地沟油堵漏体系、固化交联体系、多孔亲油型树脂类堵漏材料，油基钻井液堵漏体系及堵漏材料朝着低成本、抗高温、抗高压的方向发展。