强封堵油基钻井液技术的应用与推广

强封堵油基钻井液技术的应用与推广

夏 辉

中石化江汉石油工程有限公司钻井一公司， 湖北省 潜江市 433121

摘要：随着汉江页岩气向深层开发，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汉江某深层页岩气工程中进行了应用。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，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。

关键词：页岩气井；深井；油基钻井液；承压堵漏

引言

汉江某深层页岩气工程水平井钻井过程中水平段井眼垮塌十分严重，极易出现掉块和破碎性垮塌，导致卡钻、埋钻等井下复杂情况，严重影响钻井周期、完井固井质量和压裂施工效果。井眼失稳严重时甚至会导致井眼报废，造成巨大的经济损失，直接影响页岩气开发成效，亟需研制适应于汉江深层页岩气工程页岩地层的油基钻井液体系来解决上述问题。

1、新型国外油基堵漏技术

采用湖北XX石油科技有限公司自主研制的CDL- Ⅲ型高温高压动静态堵漏试验仪，对新型国外油基堵漏技术进行堵漏材料性能评价，模拟漏失地层温度110 ℃和堵漏时的压差5 MPa，并建立模拟不同漏失地层的物理模块，模块采用梯形缝块，

外形尺寸为φ38 mm×500 mm，进出口缝宽分别为：8～5 mm、5～3 mm、5～2 mm、4～2 mm、3～1mm、2～0.5 mm 等。实验结果见表1。

表1　油基堵漏浆堵漏实验结果

从表1 可以看出：2 种油基堵漏浆配方均能够堵住1 mm 裂缝，承压能力达到7 MPa ；对于2mm 裂缝，不能够有效封堵，在承压能力1 MPa 时候，就全部漏完。因此，这2 种堵漏浆配方，只能够封堵1 mm 裂缝以及以下的微小裂缝。

该新型国外油基承压堵漏材料共由4 种材料组成，FIT、SEAL、FIRST STRIKE、BLOCKADE，每种材料的特点和作用机理如下。① FIT 是一种由纤维、碎片和颗粒混合而成的钻井密封剂，用于增强地层完整性，尤其是裂隙岩层和衰竭砂层。该产品可用于水基、油基钻井液以及修井液。提供了含可变形性和可压缩性的颗粒的组合材料，以增强钻井液的粒度分布，改善裂隙、多孔和或衰竭地层的密封效果。② SEAL 是一种由颗粒、碎片、纤维和聚合物混合而成的钻井密封剂。这些可变形、可压缩的颗粒，在水基、油基钻井液和合成的流体中，对地层的孔

道和裂缝形成桥堵和堵塞，避免地层漏失。该密封剂能够单独作为一种产品，或者与其它性质的堵漏产品配合使用防止漏失。这些密封剂也可用在波及转向中，或者泵入井下实现永久封堵。③ FIRSTSTRIKE 是一种由纤维、碎片和颗粒混合而成的钻井密封剂，是防止钻井液流失的第一道防线。该产品可用于水基、油基钻井液以及修井液。其是一种含可变形性和可压缩性的颗粒的组合材料，以增

强钻井液的粒度分布，改善裂隙、多孔和或衰竭地层中的密封效果；能够在裂隙地层中形成应力笼，因此对增加井筒环箍强度特别有用，当裂缝闭合应力增加时，该过程实际上可以增加地层完整性和抗断裂性。④ BLOCKADE 为独有的混合型封堵剂，在各种类型的水基、油基钻井液中形成一种稳定的、高固相、高滤失量的钻井液堵漏剂，该产品同漏失层接触后，加有该堵漏剂的钻井液能够快速失水或者失油，在裂缝、孔隙、孔穴空间内形成一个可钻的水泥塞，当采用较低的挤注压力时，封堵效果更好。该水泥塞易于钻除，不会产生井下复杂情况。残留堵漏剂仍可作为高质量的钻井液滤饼存在。

以上4 种堵漏材料由于抗温能力强，均大于180 ℃，不会发生在高温条件下糊化、降解、变质、堵漏效果持久性差的问题；另外，由于亲油性适度，对油基钻井液的破乳电压不会造成下降甚至破乳的危害，与油基钻井液体系的配伍性良好，在随钻堵漏浆钻进时或者筛除堵漏材料后，不会对流变性造成增稠，发生黏度变化大的问题。如表2 所示：该新型国外堵漏材料对钻井液流变性影响不大，过筛

后钻井液体系中的堵漏材料可以被筛除，整个钻井液仍然拥有很好的流变性。

表2　该新型国外堵漏材料对油基钻井液性能影响

2　自主研发油基提承压堵漏材料

2.1 自研产品特点

目前现场油基承压堵漏材料只能封堵1 mm 及以下的微小裂缝，为此开发了一种简化配方的新型油基堵漏剂，该堵漏剂仅由一种类型的堵漏材料组成，且是经过特殊工艺加工成5 mm 以下不同颗粒级配的堵漏材料混合而成，材料代号为T150。在油基钻井液中，随着时间和温度的变化，该堵漏剂产生一个弹性体，能够阻止钻井液向地层漏失。该堵漏剂一旦在井壁周围形成封堵墙，会降低漏失压力，封堵剂颗粒会释放蓄积弹性能量，进一步变形，占领在仓促建立封堵墙时未能及时占据的其它自由空间，并通过颗粒之间的远程范德华力和“纤维手”之间的桥接力提高封堵剂颗粒间的联结力，进一步提高封堵墙强度。即使正压差降至很低，也不会被地层反吐出来。所以，该堵漏剂具有自我调整“进留颗粒粒径”的能力。

该产品有3种型号：T150-Ⅰ、T150-Ⅱ、T150-Ⅲ，其中T150-Ⅰ适用于微裂缝、 小裂缝的随钻堵漏，颗粒级配为1 mm 以下不同尺度的材料；T150- Ⅱ适用于小到中型漏失，颗粒级配为3 mm 以下不同尺度的材料；T150- Ⅲ适用于中到大型漏失的堵漏，颗粒级配为5 mm 以下不同尺度的材料。

2.2　自研产品堵漏性能评价

在4 L 取自现场的油基钻井液中加入T150 油基堵漏材料， 搅拌均匀， 针对1～4 mm 不同宽度裂缝做承压堵漏实验，结果见表3。

表3　1～4 mm 裂缝堵漏实验数据

实验结论：自主研制开发的T 150 堵漏材料在油基钻井液中，能够封堵1～3 mm 的裂缝，具有很高的承压能力，最高达到7 MPa，可以作为目前汉江工区油基钻井液的主要防漏堵漏材料，提高地层承压能力。

3、现场应用

3.1　 XX井工程概况

XX 井是部署在潜江地区川东高陡褶皱带平桥断背斜上的一口开发井。目的层为上奥陶统五峰组- 下志留统龙马溪组下部页岩气层，完钻层位为志留系龙马溪组，钻至B 靶点留口袋完钻。其邻井YY 井在钻进至4 685.74 m 出现渗漏，采用随钻堵漏恢复正常。继续钻进至井深4 728.72m 漏速达到20 m³/h，采用单封、随钻堵漏剂、复合Ⅰ型堵漏剂、高效复合堵漏剂、核桃壳、纳米封堵剂、油基封堵剂、云母片等，堵漏材料总浓度达到36%，经过2 次堵漏无效。根据邻井岩心分析：

该层段页岩岩心笔石化石发育程度低，构造缝发育，共发育36 条裂缝，多交织呈网状，层间缝较发育，岩心呈千层饼形状。

3.2　承压堵漏施工

XX 井在钻至井深4 205 m 时，为了提高钻井液密度时候防止漏失，加入随钻堵漏剂，将钻井液密度从1.70 提高至1.75 g/cm³。由于井下气侵较严重，接单根后效大，且地层承压能低，造成密度窗口极低，结合国外防漏堵漏技术进行随钻承压堵漏作业。

第1 阶段配制清扫浆20 m³（分别加入FIT、BLOCKADE、DRILL-SEA），待配制好堵漏浆后，钻进至井深5 121.00 m 开始注入清扫浆2.4 m³，随后钻进期间每15 min 加入“FIT”一袋，缓慢提升堵漏材料含量，每钻进1 个立柱再次泵入1.6 m³清扫浆至井筒内循环，直到全井钻井液的FIT 浓度达到1.5%。第2 阶段再次配制清扫塞20 m³（加入FIT、BLOCKADE）。进入第2 阶段时逐步提密度至1.75 g/cm3 钻进，钻进期间未发生漏失。钻进至井深5 692 m 完钻，根据固井技术要求，对整个裸眼段进行提承压作业，换牙轮钻头，下钻通井的漏失情况见表4。

表4　页岩气井焦页XX 井下钻分段循环漏失情况

从表4 可以看出，扶正器和牙轮钻头钻具组合在裸眼段下钻通井过程中，比PDC 钻头钻进的井眼直径略大些，把致密的泥饼破坏掉，尤其是在漏失层位，把堵漏材料形成的井壁破坏，循环出来，不能短时间内建立可承压的井壁，因此在下钻过程中发生微漏至小漏失。

为了提高承压堵漏能力，采用国外堵漏技术进行专项承压堵漏作业。首先是采用随钻循环堵漏，提高承压能力至循环不漏；再对井漏层段进行专堵，使地层承压能力从1.75 g/cm³ 提高至1.80 g/cm³ 不漏；最后采用国外油基堵漏浆+T150 堵漏材料联合堵漏，对漏失层位至套管鞋长裸眼段进行专堵，地层承压能力提高至1.85 g/cm³，筛除井浆中的堵漏材料，循环不漏。在固井注水泥浆过程中，未发生漏失，堵漏效果良好。

4、结论

（1） 国外油基堵漏技术可以借鉴的是：在循环时先泵入部分堵漏浆，循环选择小排量。待堵漏浆出钻头后逐步提高排量，发生漏失的话，再次泵入堵漏浆，依次进行，直至循环至不漏，排量调整至正常循环钻进时的排量，停止泵入堵漏浆。

（2）自主研制的亲油型堵漏材料T150，能够封堵3 mm 以下的裂缝，根据现场堵漏情况分析认为1 mm ≤井下当量裂缝宽度≤ 3 mm，应该根据前期堵漏提承压能力，和堵漏材料粒径分布，进行优化堵漏浆颗粒尺寸分布，该种材料可以作为国外承压堵漏材料的有益补充，提供宽范围的粒径，为提高一次性堵漏成功率提供技术支撑。

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