一种新型高渗透层钻井堵漏剂

60
75
90 100
1
1.45
3.0 20
50
75 100 100
4.0 30 100 130 150 150
0.5
0
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65
70
70
2.0 20
60
85 100 120
2
1.55
3.0 20
80 130 150 150
4.0 40 100 140 160
—
0.5 10
80
90 100
—Baidu Nhomakorabea
2.0 50 130 140 150 150
注入钻井液在压力的作用下析出剩余水， 依靠压 缩性在裂缝通道内形成非渗透性固体材料。 实验中钻 井液总体积为 300 mL。
密度/ 缝宽/ 配方
（g·cm-3） mm
不 同 压 力 （MPa）下 析 出 水 的 体 积 /mL 0.1 0.35 0.70 1.38 1.72
0.5
0
20
50
60
60
2.0 10
在基本配方中加入 0.5% 6 mm 纤维， 常温下用六 速旋转黏度计测定流变参数，60 ℃下用高温高压稠度 仪测定堵漏材料混合物的稠化时间。 为了很好地控制 稠化时间和流变性， 需要添加缓凝剂 R-3 和分散剂 D-3L。 在75 ℃（接近井底标准温度）条件下，测试这些 钻井液模型固化后的静态抗压强度。
3
1.65
3.0 30 150 170
—
—
4.0 60 160 200 170
—
表 1 表明：6 mm 和 12 mm 纤维对 0.5~4 mm 的缝 孔均能进行有效封堵， 代表高渗地层的 3 mm 裂缝也 能被纤维混合物有效封堵。 堵漏材料突破了传统材料 不具有静态短时间内产生高抗压强度的胶结特性,能 够快速形成 1.0~1.38 MPa 抗压强度的堵漏段塞。 同时 6 mm 合成纤维对钻井液的流变性影响不大，能被泵入 更小的裂缝。因此，不同质量分数和尺寸的堵漏材料通 常能解决大裂缝中的井漏问题， 能在短时间内发挥作 用，使钻井施工顺利地继续进行。 2.2 流变性测定［10］
2 实验结果与讨论
2.1 封堵效果评价［10］ 采用有孔和槽的平板组成代表不同地层渗透性和
裂缝的实验装置 ， ［11］ 来评价堵漏剂的封堵效果。 配方 为：100%高炉矿渣+20%硅粉+10%Ca （OH）2+水+0.5% 6 mm 纤维+0.2% 12 mm 纤维， 在 60 ℃条件下进行封 堵效果评价（见表 1）。 其中，高炉矿渣、合成纤维和硅 粉成分保持不变，变化水的质量分数（配方 1—3 中水 的质量分数分别为 80%，100%，120%），分别得到密度 为 1.45，1.55，1.65 g·cm-3 的钻井液。
2009 年 3 月 文 章 编 号 ：1005-8907 （2009 ）02-114-03
断块油气田 断FAULT-块BLOCK O油IL & GA气S FIELD田
第 16 卷第 2 期
一种新型高渗透层钻井堵漏剂
马 超 1 周会利 2 何 斌 3 曾 念 1
（1.长江大学油气钻采工程湖北省重点实验室，湖北 荆州 434023；2.湖北国土资源职业学院测绘工程系，湖北 荆州 434002； 3.塔里木油田公司监督管理中心， 新疆 库尔勒 841000）
长期的堵漏作业实践表明， 桥堵剂能有效地处理 井漏问题［4］。 为了减少钻井液的大量漏失，通常将不同 类型的纤维素和其他堵漏剂（云母、杏仁壳、核桃壳、甘
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蔗渣、稻壳和膨胀性黏土）泵入井筒进行堵漏。 一些水 溶性聚合物和膨胀性黏土发生絮凝形成的胶黏剂、遇 水膨胀并能形成海绵状物质的交联共聚物都可以进行 堵漏［5］。 这些堵漏材料大多具有极大的膨胀能力，从而 使得钻井液的流变性发生变化或失效。 为了改进现有 的堵漏方法， 介绍一种针对高渗透层或断裂层的快速 复合堵漏剂体系。
的固化组分）加入 3 种常用的钻井液体系中，在 1 000~ 1 500 r·min-1 转速下搅拌 5 min，然后常温静置 60 min， 测试钻屑污染前后钻井液的流变性（见表 3）。
摘 要 钻井过程中遇到低压或压力衰竭的高渗透地层，经常会发生严重的井漏，通常使用堵漏剂和注水泥塞来防 止井漏。 文中主要介绍了一种针对高渗透层或断裂层的钻井堵漏剂。 该堵漏剂由粒状高炉矿渣、合成水分散纤维、浓缩硅 粉微粒和工业分散剂、缓凝剂混合而成，可以在渗漏地层形成高强度非渗透性网状体系进行堵漏，特别是体系中的胶结组 分（粒状高炉矿渣和硅粉混合而成）遇到 Ca（OH）2 时具有强的活性。 对密度为 1.4~1.6 g·cm-3（60 ℃）的钻井液进行了不同 缝宽的封堵效率实验与流变性实验，结果表明：该堵漏剂在高渗透层能快速高效堵漏。 钻屑污染实验也表明：该堵漏剂和 不同钻井液体系具有良好的配伍性。
收 稿 日 期 ：2008-04-30 ；改 回 日 期 ：2008-12-17 。 作 者 简 介 ：马 超 ，男 ，1979 年 生 ，硕 士 ，助 教 ，2006 年 毕 业 于 长 江 大学石油工程学院油气田开发工程专业，主要从事油田化学方面 的教学和科研工作。 E-mail：mc19790924@126.com。
第 16 卷第 2 期
马 超，等：一种新型高渗透层钻井堵漏剂
2009 年 3 月
1 材料及配方
表 1 钻井液封堵效果评价
1.1 实验材料 快速胶结组分由高炉矿渣、 合成水分散纤维和浓
缩硅粉微粒组成。如果进行堵漏作业，需要添加工业分 散剂和缓凝剂。
高炉矿渣是钢铁工业中的副产品， 通过改良而具 备形成附加的水化硅酸钙凝胶的基质孔隙。 高炉矿渣 粒子直径小于 30 μm，比表面积通常大于 350 m2·kg-1。
序号
时间/ 抗压强度/
（g·cm-3） min
MPa
600 300 200 100 6 3
1 1．45 116 0.83 38 24 17 12 7 6
2 1．55 103 1.10 60 30 21 15 7 6
3 1．65 108 1.86 120 72 50 30 10 9
2.3 钻屑污染［10］ 在 60 ℃下，将体积分数为 15%的钻屑（实验研究
100% 高 炉 矿 渣+（15%~25%）浓 缩 硅 粉+（10%~ 15%）Ca（OH）2 粉末。 其中，材料和水的质量分数均是 相对高炉矿渣的质量，所用材料均为干固体粉料，混配 好的钻井液需在 3 500~4 500 r·min-1 条件下搅拌 3~5 min。 为防止起泡，加入 0.1%左右的消泡剂 N-TBP。
3.Supervision and Management Center, Tarim Oilfield Company, CNPC, Kuerle 841000, China) This paper presents a new lost circulation additive for high permeability formation or faulted bed drilling. The lost circulation additive compounds the granulated blast furnace slag, synthetic of aqueous dispersion fiber, fine particle of concentrated silica powder with commercial dispersant and retarder, which generates high intensity and impervious reticular system for plugging in absorbent formation. Especially the cement slurry with cementation component in the additive, which is blended with granulated blast furnace slag and silica powder, is of a strong activity when it encounters Ca （OH）2. The experiments of plugging efficiency and rheological property are carried out for the cement slurry of density of 1.4-1.6 g·cm-3 (60 ℃) at different slot width. The study results demonstrate that the lost circulation additive can seal rapidly in high permeability formation. The pollution experiment also proves that the lost circulation additive has a good compatibility with different drilling fluid systems. Key words: high permeability formation, lost circulation additive, blast furnace slag, synthetic of aqueous dispersion fiber, concentrated silica powder.
浓缩硅粉是生产硅和六方硅产品时的一种副产 品， 颗粒平均直径小于 1 μm， 比表面积约为 18 000 m2·kg-1，凝 胶 能 力 很 小 或 者 几 乎 没 有 ， 但 是 具 有 细 分 散 构造，能够在水存在的条件下与碱金属发生化学反应， 形成一种具有胶结性能的材料。
石油行业中经常作为堵漏材料的尼龙和丙纶，主 要缺点是不能很好地分散在水泥浆中， 经常堵塞抽汲 和浮动装置［6］。 合成纤维是一种新近研制的混凝土施 工中用于减小裂缝的水分散纤维。 这些纤维的直径为 30~40 μm，长度为 4.8，6 和 12 mm，具有薄壁和高弹性 的特点， 能非常好地混合在由高炉矿渣和硅粉组成的 钻井液中。合成纤维沿着漏失通道形成网状物，进一步 填充固体组成硬团，降低液体的流动，并最大程度地降 低渗透率 。 ［7-9］ 1.2 基本配方
关键词 高渗透地层；堵漏剂；高炉矿渣；合成水分散纤维；浓缩硅粉
中 图 分 类 号 ：TE254+.4
文 献 标 识 码 ：A
A new lost circulation additive for drilling of high permeability formation
Ma Chao1 Zhou Huili2 He Bin3 Zeng Nian1 (1.Key Laboratory of Oil & Gas Drilling and Production of Hubei Province, Yangtze University, Jingzhou 434023, China; 2.Surveying ＆ Mapping Engineering Department, Hubeil Vocational College of Land Resources, Jingzhou 434002, China;
流变性实验结果表明（见表 2）：在范氏黏度计的 旋转套筒上没有发现契形体。 此外，含 0.2%的 12 mm 纤维加入堵漏材料， 也没有观察到范氏黏度计旋转套 筒的契效应。
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断
块
油
气
田
第 16 卷第 2 期
表 2 流变性实验
稠化 6 h 静态 密度/
旋 转 黏 度 值 / （mPa·s ）
钻至高渗透地层时， 钻杆或套管下入井眼产生压 力波动，钻井液中的固相颗粒不足以堵塞通道，就会发 生漏失［1］。 对经常发生井漏的地层，要求停钻实施防漏 作业。 通常是在漏失层注入一种常规的普通水泥浆［2］。 继续钻进时， 这种高钙质固化水泥浆中的钙质就会从 固化水泥浆中析出，释放到钻井液中，导致其流变性发 生改变，从而要求调整钻井液性能。即便注水泥塞能成 功堵漏， 水泥浆固化所需的侯凝时间和随后钻穿固化 水泥塞的作业，也使注水泥塞堵漏成本急剧增加［3］。