中国海上固井堵漏技术应用及研究进展

闫许峰

(中海油田服务股份有限公司油化事业部深圳作业公司，广东 深圳 518000)

井漏是指在石油钻井过程中经常遇到的井下复杂问题，井漏普遍存在、对建井危害极大，一直是石油工程专业中普遍关注的问题[1-2]。钻井过程中发生漏失的井或下套管过程中有漏失的井，固井质量一般都难以保证，对于存在潜在漏失或漏失的地层，虽然经过钻井泥浆性能的调整和实施堵漏措施，获得了成功钻进，在固井中当井筒泥浆替换为水泥浆时，由于水泥浆的循环当量密度比泥浆密度大，固井中的漏失是可能发生的，因而堵漏防漏成为许多井安全固井所必需采取的措施[3-7]。国内外的学者对固井堵漏的材料和相关评价方法进行了相应的研究，并在现场进行了多次应用，取得了一定的效果[8-10]，但这些研究大部分是通过静态的堵漏方法来进行的模拟评价和研究，具有一定的片面性，不能有效的反映地层裂缝在开合的状态。

1 动态裂缝堵漏的评价方法

行业内评价水泥浆堵漏性能的仪器，都是基于静态的堵漏，裂缝或孔洞的大小相对不发生变化，不能模拟地层漏失的真实状态，实验结果偏颇较大，难以有效指导现场漏失井固井作业。而在井下的真实状况是，当钻完井液的液柱压力超过地层的破裂压力时，就可能会产生裂缝，或超过原始裂缝的抗张强度时，裂缝变大，直到裂缝的张开程度超过钻完井液固相颗粒的直径，并且联通地下的漏层，从而会导致漏失现象的发生。在裂缝形成后，桥堵颗粒和泥饼迅速的封堵在裂缝口。挤注压力通过裂缝口作用在井壁上，因此增加了井壁的周应力，而且裂缝口加宽，井眼强度提高。当压力再一次超过井壁地层破裂压力时，又会产生裂缝，水泥浆继续向地层漏失，产生封堵，提高承压能力。这种情况可能会有多次的重复发生。所以，需要尝试摸索创立一个井筒压力能够影响井壁的裂缝的大小的测试装置，当井的筒内压力增加时，裂缝会变大，导致漏失发生，进而导致压力放出；压力放出之后，裂缝也随之闭合；闭合后裂缝又会因为上端的压力变化继续传递到裂缝的地方，让裂缝再次打开，进而导致漏失再发生。在这个往复过程中，具有封堵能力的材料不断在裂缝处聚集，使能够打开裂缝的压力不断提高，最终使裂缝不再能够被打开。

基于以上的这个基本理论，摸索创建的这套动态堵漏仪具有下面的模拟功能：打开孔隙、关闭孔隙的时候，动态堵漏仪会不断地下压堵漏的添加剂，如果堵漏的添加剂没有很好的压实，那么就会有可能掉落，从而导致前面已经堵好的地方再次出现掉落的情况，让孔隙的宽度达到之前最厉害的状态，进而使得堵漏的效果完全失效。模拟原理见图1。

图1 动态裂缝堵漏仪原理图Fig.1 Principle diagram of dynamic crack plugging instrument

基于动态裂缝堵漏评价仪，建立了固井液动态裂缝堵漏评价的方法，发布了相应的企业标准一项。根据发生完全漏失前的裂缝间隙和堵漏承压能力，评判堵漏浆的堵漏能力，制定适合的评价手段：当孔隙A≥0.70 mm，承压能力P≥3.5 MPa时，定义堵漏能力为优秀；当孔隙A=0.55 mm，承压能力P≥3.5 MPa时，定义堵漏能力为良好；当孔隙A=0.30 mm，承压能力P≥3.5 MPa时，定义堵漏能力为一般；当孔隙A= 0.30 mm，承压能力P<0.5 MPa时，定义为封堵能力缺失。

2 堵漏材料的优选以及漏失效果评价

建筑工程中经常会出现漏水的问题，面对突如其来的漏水事故必须要有紧急有效的防漏措施。处理这些漏水事故的常用方法是堵漏，即用那种可以在短时间内凝固的材料来堵住漏水处，从而达到堵漏的目的。由于工程建设中出现的漏水事故漏水的具体情况不同，用到的堵漏材料也有所差别，常见的工程漏水事故主要表现为点状漏水、线状漏水和面状漏水，而且漏水的快慢也不同。目前市场上的堵漏材料按照性状主要可以分为剂状堵漏材料和粉状堵漏材料两大类。首先我们先来说说剂状的堵漏材料。目前常用剂状堵漏材料是聚氨酯堵漏剂，它主要是由单液聚氨酯和一定量的添加剂制成，该产品堵漏的原理是通过与水作用后迅速固化，从而达到堵漏的目的。固井现场常用的堵漏材料有PC-B62S和PC-B66S两种，PC-B62S这种堵漏材料是一种由不同纤维混合而成的物质，主要用来提高水泥浆的堵漏的能力水平。由于它是混合物，不同粒径的物质，通过桥堵结构的形成，从而能够起到抑制井下面漏失现象；PC-B66S则与PC-B62S不同，它是由不同粒度的刚性粒珠组成，可以与其余的漏失材料搭配协同使用，也能够作为单一的堵漏材料在水泥浆中使用。由于PC-B66S粒径较粗，加入水泥浆中的时候刚开始容易导致沉淀，但是随着搅拌时间的延长或者温度的上升，PC-B66S颗粒则会慢慢溶解，使得它也能表现出一定的堵漏效果。

在南海东部常用的水泥浆配方中，有时候搭配加入PC-B62S和PC-B66S两种漏失材料，通过两者的堵漏协同功能，产生合力，形成良好的堵漏的效果。笔者通过动态堵漏仪在室内开展了1.88 sg和2.10 sg的堵漏水泥浆配方的堵漏性能摸索试验，试验数据见表1和表2。

表1 1.88 sg堵漏性能实验数据Table 1 1.88 sg experimental data of plugging performance

表2 2.10 sg堵漏性能实验数据Table 2 2.10 sg experimental data of plugging performance

通过表1和表2可以得出，堵漏水泥浆的密度如果不同，对于0.7 mm大小的孔隙，堵漏承压能力结果都是能够大于6 MPa，表现出了较为优秀的堵漏能力，因此在水泥浆配方中，搭配使用PC-B62S和PC-B66S两种漏失材料是比较好的一个选择项。

3 化学凝胶堵漏水泥浆实验评价

随着国内外堵漏技术的发展，目前已经出现了不同类型和功能各异的堵漏性能类材料，但是实践证明，对于漏失严重的井段，这些堵漏材料还是没有展现很好的堵漏性能。基于此，笔者对化学类的凝胶堵漏材料进行了摸索，并取得了比较好的室内效果。化学类的凝胶堵漏材料引入了多种堵漏剂防止聚合物溶液向地层的滤失的可能性，同时也可以加入到水泥浆中，实现更好的堵漏效果。

3.1 化学类的凝胶堵漏材料水泥浆配制

化学类的凝胶堵漏材料B65SE加入1.9 sg水泥浆的加量以1%～3% BWOC为宜，加入太多的话，容易使水泥浆明显增稠，加入太少的话，则达不到良好的堵漏效果。水泥浆中加入化学类的凝胶堵漏材料之后，通过恒速搅拌器来进行配浆，配浆转速以4000 rpm为宜，不能高速搅拌，高速搅拌的话，则会使得水泥浆失去堵漏效果。

3.2 加入凝胶堵漏材料B65ES后水泥浆常规性能

加入1% BWOC化学类的凝胶堵漏材料B65SE到1.9 sg水泥浆配方中，水泥浆性能变化如表3、表4所示。

表3 不加B65SE浆体性能Table 3 No add B65SE slurry performance

表4 加1% B65SE浆体性能Table 4 Add 1% B65SE slurry performance

通过表3、表4可以得出，加入1% BWOC化学类的凝胶堵漏材料B65SE之后，水泥浆流变性能没有明显变化，失水性能得到了有效改善，自由液依然也是零，因此化学类的凝胶堵漏材料B65SE与水泥浆相容性良好。

3.3 加入凝胶堵漏材料B65ES后水泥浆堵漏性能

加入1% BWOC化学类的凝胶堵漏材料B65SE到1.9 sg水泥浆配方中，性能变化如表5所示。

表5 B65SE对漏失性能影响Table 5 Effect of B65SE on leakage performance

通过表5实验结果表明：水泥浆中加入1% BWOC化学类的凝胶堵漏材料B65SE之后，水泥浆从封堵能力缺失提升至了封堵能力一般。

3.4 不同加量的凝胶堵漏材料B65ES后水泥浆堵漏性能对比

水泥浆中分别加入1%、2%、3%、4% BWOC的化学类的凝胶堵漏材料B65SE到1.9 sg水泥浆配方中，水泥浆堵漏性能变化如表6所示。

表6 不同 B65SE加量对漏失性能影响Table 6 Influence of different B65SE dosage on leakage performance

通过表6实验结果表明：水泥浆中随着化学类的凝胶堵漏材料B65SE加量逐渐从1%增加至2%，水泥浆的堵漏性能从一般提升至良好；水泥浆中随着化学类的凝胶堵漏材料B65SE加量逐渐从2%增加至3%，水泥浆的堵漏性能从良好提升至优秀；随着化学类的凝胶堵漏材料B65SE加量逐渐增加至4%，水泥浆不能配浆，丧失了流动性，因此1.90 sg水泥浆配方中化学类的凝胶堵漏材料B65SE加量以1%～3% BWOC为宜。

4 现场应用

随着石油开采逐步向深水挺进，面临的复杂井、漏失井的几率也随之增加，加入1%～3% BWOC的化学类的凝胶堵漏材料B65SE的水泥浆在南海东部多次使用，有效解决了窄压力窗口遭遇的固井漏失和裂缝性漏失等复杂井况。现场应用表明，加入了化学类的凝胶堵漏材料B65SE的水泥浆具备优良的防漏功能。

5 结 语

(1)动态裂缝堵漏仪能够有效的模拟地层动态孔隙漏失的现象，孔隙的宽度会随着压差的浮动而变化；

(2)化学类的凝胶堵漏材料B65SE与水泥浆、钻井液具有良好的相容性，现场应用效果良好；

(3)水泥浆配方中化学类的凝胶堵漏材料B65SE加量以1%～3% BWOC为宜。