钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术研究进展_张希文

文章编号:1001 5620(2009)06 0074 03钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术研究进展张希文1,2 李爽1 张洁1,2 孙金声1 杨枝3(1.中国石油集团钻井工程技术研究院,北京;2.中国石油勘探开发研究院,北京;3.中国地质大学,北京)摘要 概述了近年来钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术的研究进展。

主要介绍了桥接、高滤失、柔弹性、聚合物凝胶、水泥浆、膨胀性典型钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术的特点、作用机理和部分应用实例,并分析了钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术研究的发展方向。

关键词 钻井液;钻井液添加剂;堵漏材料;防漏;堵漏;综述中图分类号:T E282文献标识码:A随着油气勘探开发的深入,钻井过程中遇到的地层越来越复杂,在钻进压力衰竭地层、破碎或弱胶结地层、裂缝发育地层及多套压力层系等时,井漏问题非常突出。

由井漏诱发的井壁失稳、坍塌、井喷等问题是长期以来油气勘探开发过程中的世界性难题,是制约勘探开发速度的主要技术瓶颈;同时井漏造成钻井液损失巨大,而在储层发生的漏失对储层的伤害更是难以估量。

因此,近年来国内外进行了大量钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术方面的研究工作,并取得了较好的应用。

1 堵漏材料及其应用1.1 桥接堵漏材料桥接堵漏材料包括各类形状不同、大小各异的单一惰性材料及级配而成的复合材料,具有操作简单、取材方便、不影响钻井液流变性等特点,可减少由孔隙和裂缝造成的部分漏失和失返漏失,如国外的C SEAL 系列颗粒复合堵漏剂、M AX BRIDGE 材料等,在中国以果壳、云母、纤维及它们复配的形式为主,各种廉价化工副产品、废弃化工原料也作桥堵材料。

其作用原理包括挂阻架桥、堵塞和嵌入、渗滤、拉筋、膨胀堵塞、卡喉等作用。

在英国布伦特油田,研制出了一种由涂有表面活性剂和分散剂的玻璃丝纤维组成的新型改性纤维材料[1],能抗232高温,解决了该地区的井漏问题。

1.2 高滤失堵漏材料该材料由渗滤性材料、纤维状材料、硅藻土、多孔惰性材料、助滤剂、增强剂等复合而成,适用于处理渗漏、部分漏失及少量漏失。

该材料进入漏失层后,在压差作用下迅速滤失,固相聚集变稠形成滤饼,继而压实堵塞漏失通道,形成高渗透性微孔结构堵塞,钻井液在堵塞面上迅速滤失形成光滑平整的泥饼,严密封堵漏失通道。

菲利普斯公司的Diaseal M [2]即为高滤失堵漏材料,如中国的DSL 、Z DTR 、DT R 、DCM 等都为类似的高滤失堵漏产品。

1.3 柔弹性堵漏材料柔弹性材料具有较好的弹性、一定的可变形性、韧性和化学稳定性。

在扩张填充和内部挤紧压实双重作用下,自适应封堵不同形状和尺寸的孔隙或裂缝。

LC LUBE 系列、STEELSEAL 系列、Rebound 等均为弹性石墨材料。

这些材料具有双组分碳结构,均有多种规格和广泛的粒度分布,可随着井下压力的改变而扩张和收缩,能滞留在裂缝中形成有效封堵。

弹性石墨与碳酸钙或聚合物材料的混合处理[3]能解决相关井漏问题。

由可变形性胶态颗粒组成的可变形性封堵材料[4],通过在低渗透、小孔喉处和泥岩微裂缝处形成内部架桥来降低孔隙压力的传播,同时还提高外泥饼的质量,其在南德克萨斯油田等得到较好应用。

清华大学研制的工程润滑材料柔性石墨[5]具有纯度高、柔韧性好、弹性大等优点,即将其应用于防漏堵漏中。

中国石油勘探开发研究院采油所研制的柔性堵剂[6]为以含芳基单体为原料合成的柔性聚合物材料,可任意变形、拉伸韧性强、强度高、封堵效果好,基金项目:国家科技重大专项研究课题资助(2008ZX05000 021 004)。

第一作者简介:张希文,1985年生,中国石油勘探开发研究院07级硕士研究生,主要从事钻井液防漏堵漏技术研究。

地址:北京市海淀区学院路20号910号信箱钻井液所;邮政编码100083;电话(010)62097412;E mail:zhang xiwentust@ 。

第26卷第6期 钻 井 液 与 完 井 液 V ol.26No.62009年11月 DRILLING FLU ID &COM PLET ION FLU ID N ove.2009可应用于防漏堵漏中。

1.4 聚合物凝胶堵漏材料聚合物凝胶堵漏材料有以下特点[7 8]:能防止裂缝的压力传播和诱导扩展;固相含量低,不受漏失通道限制,通过挤压变形进入孔隙或裂缝;有强黏滞阻力和抗剪切稀释能力;与惰性桥堵剂复配效果好;交联凝胶形成后表现出很好的黏弹性、柔软性和韧性。

凝胶材料分为交联的聚合物和不需交联的具有特殊结构的聚合物材料,也可与其它材料混合使用。

M I公司研制的交联桥塞[9]有三代产品。

FORM A PLU G由交联聚合物、交联剂和纤维状堵漏材料组成,在阿尔及利亚沙漠钻井井漏中用FORM A PLU G处理,钻完桥塞后完全恢复循环,没有发生井漏。

FORM A SET AK增加了聚合物和较小纤维材料,比前一种更坚固,在得克萨斯州中部陆上一口井的裂缝性灰岩井漏事故中应用后没有发生漏失,且井眼保持稳定。

FORM A SET AKX用粗碳酸钙代替纤维素,降低了储层损害,且比前2种更易深入渗透性地层或断层,较好地解决了得克萨斯州东部一口井在井深1619m处遇到的低、中渗透性砂岩水侵问题。

西南石油大学研制的ZND特种凝胶[10]不需要交联,在水溶液中,大分子链通过分子间相互作用自发地聚集,进入漏层后自动停止流动,充满裂缝、溶洞空间,形成能隔断地层内部流体与井筒流体的凝胶段塞,该凝胶在四川、长庆及吐哈油田得到了较好的应用。

另外,其它凝胶材料的报道也很多,如聚丙烯酰胺交联凝胶与无机碱金属盐的混合物[11]、复合纳米级有机/无机凝胶[12]、交联型聚合物PCP凝胶[13]等,均较好地解决了相关井漏问题。

1.5 水泥浆堵漏材料该材料包括水泥、石膏、石灰、硅酸盐类等混合浆液,以水泥为主,通过添加各种水泥浆处理剂和改善灌注工艺来提高封堵效果,其承压能力强,用来对付严重漏失层效果显著,但容易被水稀释冲走。

水泥浆泵送至井下漏层中一定时间后,水泥浆稠化凝固形成具有相当强度的固状体而与地层胶结为一体,达到封堵漏层的目的。

纤维水泥浆通过在其中加入一种分散效果好的特种纤维形成。

在印度尼西亚中苏门答腊盆地的Duri油田[14],钻穿一段长161.85m的地层时发生完全漏失,泵入4.77m3密度为1.68g/cm3的纤维水泥浆后,井口立即返出。

该纤维水泥浆还解决了中东地区U ER和Sim sim a[15]高含水碳酸盐岩地层长期存在的漏失问题。

交联水泥[16]是将水泥和压裂液混在一起作为随钻钻井液,替入井下后可迅速凝固。

阿根廷东北盆地的一口油井在井深119.5m处下完表层套管后,发生了严重的井漏事故,用交联水泥解决了该问题。

其它各种水泥浆材料也很多,且常与桥堵材料复配使用,如硅酸盐水玻璃类抗温材料[17]、M T C水泥浆[18]、泡沫水泥等,均有较好的应用。

1.6 膨胀性堵漏材料国外如Poly Block为特定颗粒材料与不同尺寸结晶状聚合物的混合体,水化后大幅膨胀,几小时内就能封堵非常严重的大漏失。

在埃及尼罗河三角洲地区[19]钻井时出现了大量的漏失,将不同粒径的颗粒材料、合成聚合物及水混合打入井下产生膨胀作用,解决了井漏问题。

中国如溶胀性丙烯酰胺丙烯腈共聚树脂、丙烯酸 丙烯酸钠共聚高分子吸水膨胀树脂等膨胀性堵漏材料。

膨胀性堵漏材料在川东北地区双庙101井[20]、彩南油田的C2872井[21]、金鸡1井[22]等钻井堵漏施工中均得到较好的应用。

2 钻井液防漏堵漏技术2.1 超低渗透(无渗透)钻井液技术超低渗透钻井液技术利用表面化学原理,在岩石表面形成具有一定强度的超低渗透膜,这些膜在滤饼和岩石表面浓集形成胶束,该胶束在弱地层孔隙或天然裂缝处形成屏障,膨胀变大限制渗透,在漏失处锁住堵漏材料,通过压力作用从颗粒中挤出滤液。

由于堵漏材料的去水化作用,在漏失层封堵更好。

国外超低渗透钻井液[23]主要由滤失控制井眼稳定剂FLC2000、井眼稳定剂LCP2000和混合物DW C2000组成,在墨西哥湾、巴西海洋油井区、孟买深海等地区均有较好的应用。

中国由零滤失井眼稳定剂JYW组成的超低渗透钻井液[24]在大港油田官子井、辽河油田相关井段等均取得了较好的应用。

2.2 微泡钻井液技术微泡钻井液能形成具有高能量的微泡网结构。

它进入漏层后能聚结成蜂窝状的泡沫凝胶,多级分散的微泡沫球体能在钻井液中作为架桥粒子及变形填充粒子,起到堵漏作用。

微泡钻井液在川东北地区玉皇1井[25]等井漏处理中得到了很好的应用。

2.3 无固相钻井液技术哈利伯顿公司分别于2001、2005、2006年研发75第26卷第6期 张希文等:钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术研究进展了ACCOLADE合成基、INNOVERT矿物油基、IN TEGRADE柴油基3种无固相、高性能逆乳化堵漏钻井液。

该类钻井液加入了独特的乳化剂和独特改性脂肪酸以维持非水基钻井液的悬浮能力及黏度。

各组分之间相互作用可形成强劲但脆弱的凝胶结构,能有效减少钻井液漏失,优越于传统逆乳化钻井液。

比如加有黏弹性表面活性剂VES PILL[26]材料的无固相无损害钻井液,在盐水条件下能单独形成凝胶,抗温能力达到191 ,能维持很高的黏度而有效地控制或阻止盐水漏失,其在沙特阿拉伯油田得到了很好的应用。

2.4 随钻防漏堵漏技术[27]最新有种物理法随钻防漏堵漏技术[28],其对钻井液没有很高要求,而是利用专用井下工具将泵入的钻井液流量分流小部分,用旋转射流直接作用于漏失井壁,配合合适的钻井液在井壁上形成一层致密的、渗透率接近零的滤饼,即 人造井壁 的屏蔽环,可提高井壁正反方向的承压能力。

该技术适用于渗透性良好的砂岩、砂砾岩中漏失量较小、漏速慢的渗透性漏失和裂缝性漏失。

2.5 井眼强化 应力笼 效应国外在井眼强化技术中提出了 应力笼 [29]这一新的概念。

即通过适当对井壁施压形成小裂缝,钻井液中加入的合适固相材料迅速进入裂缝并在裂缝开口附近形成桥塞,桥塞渗透率必须足够低,以便阻隔液柱压力的传递,产生能够封堵裂缝、阻止裂缝进一步扩大、防止压力传递到裂缝末端、提高井眼周向应力的 应力笼 效应[30]来达到强化井眼的目的,起到防漏堵漏的效果。

如英国北海204/20 C21z 井[31]在目的层上部砂岩薄层中钻进时提高钻井液密度后压井,发生井漏。

设计采用 应力笼 方法侧钻井眼,形成段塞中含有碳酸钙和石墨,提高钻井液密度试压,地层未发生漏失,顺利完钻。

3 结论近年来钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术的研究取得了重要进展,特别是聚合物凝胶、柔弹性、高滤失、水泥浆堵漏材料及超低渗透、微泡、 应力笼 等钻井液防漏堵漏技术的开发与应用,解决了许多井漏技术难题。