新型复合堵漏材料的研制及效果评价

新型复合堵漏材料以石英砂和沥青作为原材料,通过试验优选,确定沥青与石英砂的最佳加量比例为5∶17.5,最佳加热时间为5.5 min。用新型复合堵漏材料YC—1配方进行高温高压封堵试验,试验表明,采用YC—1配方后的封堵效果远远好于未加工石英砂的封堵效果,在加压到500 psi后基本上实现了完全封堵,且模拟地层可以承受500 psi的压力。由于粗颗粒和细颗粒YC—1都具有变形性,故新型复合堵漏材料的桥堵、充填都可以达到最佳和最稳定效果。粗颗粒和细颗粒YC—1加量的比例可以采用1∶1,但是总浓度不应超过5%。     

快速滤失固结堵漏材料ZYSD的研制及应用

裂缝性漏失的漏失通道复杂且诱导敏感性强,采用常规桥塞堵漏材料堵漏,由于堵漏材料的粒径难以与裂缝尺寸相匹配,堵漏成功率低,且易发生重复漏失,而采用水泥浆堵漏,不但水泥浆驻留性差且存在安全风险。为此,根据"快速滤失驻留+纤维成网封堵+胶凝固化"的堵漏思路,选用滤失材料、纤维成网材料及胶凝材料复配了适用于裂缝性漏失的快速滤失固结堵漏材料ZYSD。室内性能评价表明:ZYSD堵漏浆的悬浮稳定性好,1 min析水率小于5%;滤失速度快,在0.69 MPa压力下全滤失时间为10~15 s;封堵能力强,在缝宽5.0~10.0 mm裂缝中形成封堵层的承压能力达18.5 MPa。ZYSD堵漏材料在鄂北、延长、冀东、中原和涪陵等油气田应用了32井次,一次堵漏成功率达87.5%,且未再发生重复漏失。这表明ZYSD堵漏材料可以有效解决裂缝性漏失堵漏成功率低、堵漏有效期短,易发生重复漏失的问题。      

板南储气库井承压堵漏技术

为了满足储气库井提高地层承压能力的需要,研究出了新型刚性嵌入多级封堵承压堵漏技术,该技术主要是利用不同级别目数的刚性架桥颗粒,以及各粒级的桥塞堵漏剂和可变形微粒封堵材料,在地层中架桥,楔入、填充裂缝中,提高地层的周向诱导应力,从而提高地层承压能力。室内实验针对板南储气库井的地层特点优选出一套承压堵漏浆配方:基浆+5%刚性颗粒A(150～250μm)+3%刚性颗粒B(40～60μm)+3%刚性颗粒C(10～30μm)+10%桥塞堵漏剂BZ-SPA+2%低渗透封堵剂BZ-DFT。该承压堵漏技术在板南储气库现场应用3口井,均一次完成承压堵漏,显著提高了堵漏效率,满足了固井施工对地层承压能力的要求。     

自固结堵漏技术在冀东油田G21X3井的应用

G21X3井是高南斜坡部位高21断块构造较高部位的一口重点预探井,完钻井深为4392 m。钻至井深2670 m时出现放空,钻井液失返。在东营一段、二段共漏失4次,先后组织进行8次不同类型堵漏作业,累计漏失量为250 m3,未堵漏成功。根据G21X3井地层井漏情况,在分析常规堵漏技术缺点的基础上,提出一种新的自固结堵漏技术。对自固结堵漏材料形貌特征、不同温度下固结效果、堵漏承压效果进行了评价。自固结堵漏技术是通过在云母、纤维、核桃壳、石英砂等材料上涂覆一层树脂,将这些涂覆后的堵漏材料泵入到漏层后,在发生物理堆积的同时,在井底温度作用下树脂发生缩聚反应,堵漏材料相互固结,增加了堵漏层的强度和稳定性。自固结堵漏技术在G21X3井进行了现场应用,并堵漏成功。自固结堵漏剂沿用原来复合堵漏的施工工艺,操作简便,适用性广,具有广阔的应用前景。      

复合堵漏材料优化实验研究及配方评价新方法

针对复合堵漏过程中存在对堵漏材料选择的盲目性、堵漏配方的经验性以及堵漏工艺的随意性。对常见堵漏材料进行了常压条件下膨胀性、高温高压条件下膨胀性和吸水量的系统评价。结果表明,常用堵漏剂在水中浸泡8 h,膨胀基本完成。封堵调剖剂和海带不但体积膨胀率大,吸水量也多。常温封堵实验表明,配方中加入CMC胶液对封堵有利;新型堵漏仪的研制和应用不仅能充分模拟漏失地层。试验后还可以剖开试验岩心,观察分析堵漏材料沿程分布特点和“平衡区域”的位置。平衡区域是成功堵漏中的重要特征,其规律为当堵漏效果好时,平衡区域向堵漏泥浆入口端移动,堵漏效果不好时,平衡区域向出口端移动,甚至不能形成平衡区域。有平衡区域形成,说明堵漏配方与漏层相适应,否则要对配方进行调整;该技术在现场堵漏应用试验中效果较为显著。     

琼东南盆地高温高压井强承压堵漏技术

XX23-1-1井是位于琼东南盆地的一口重点预探井,该井在钻进至井深4186.22 m时发生井漏。根据XX23-1-1井地层井漏情况及漏层高温高压工况特点,提出了一种新型高温高压强承压堵漏技术。该高温高压堵漏配方由颗粒、片状和纤维材料复合而成,基于“颗粒架桥+楔入承压+井壁泥饼加固”堵漏机理,在挤注压差下形成结构稳定、密实的封堵层,封堵漏失通道,提高堵漏层的强度和堵漏成功率。对高温高压堵漏材料粒径分布特点、抗高温老化能力、堵漏承压效果进行了评价。实验结果表明：该堵漏剂粒径分布范围广,可解决诱导性裂缝漏失问题;高温高压堵漏剂在180℃老化16h后,材料质量损失率低,具有优异的高温耐久性;对5～3 mm缝板进行封堵,承压能力达到20 MPa以上。高温高压强承压堵漏技术在XX23-1-1井进行了现场应用,最终承压至3 MPa,稳压30 min,压降为0,井底承压当量密度为1.90g/cm³,达到了预期效果。     

可酸溶固化堵漏材料的封堵及储层保护性能

为了解决恶性漏失及储层段漏失控制难题,制备了一种新型可酸溶固化堵漏材料,基于室内评价手段研究了该堵漏材料的密度、粒径分布、流变性、高温高压固化性能、封堵承压性能和储层保护性能,并提出了现场应用方案。研究表明,可酸溶固化堵漏材料基浆密度为1.32 g/cm3,通过添加密度调节剂可使密度在0.8-2.4 g/cm3之间可调;材料粒径D50和D90值分别15.0 μm和50.8 μm,可以进入地层微米及以上宽度裂缝进行封堵;室温下基浆表观黏度为60 mPa·s,终切值约为初切值的2-3倍,且具有良好的稳定性。材料基浆初始稠度小于10 Bc,且可实现直角稠化,稠化时间可根据实际施工时间设定。材料抗钻井液污染能力强,10%侵入量下稠化时间延长约30 min,固结体强度未发生明显下降。8 mm裂缝封堵带承压可达18 MPa以上,可有效解决恶性漏失问题。固结体渗透率可达0.81×10-3 μm2,且在15%盐酸溶液中酸溶率为100%,可以有效保护储层裂缝渗透率。可酸溶固化材料不仅可以有效封堵恶性漏失地层,还可用于储层段漏失控制以达到保护储层的目的。     

LXC-005井胶质复合堵漏材料水泥浆堵漏技术

LXC-005井在钻井、固井过程中陆续发生井漏,主要漏层为处于断裂带的煤层和漏失压力很低的砂层,先后用复合堵漏材料配成的复合堵漏钻井液和水泥堵漏11次无效。针对砂层、煤层裂缝的严重漏失情况采用了混合法堵漏技术,先用复合堵漏钻井液堵漏架桥,然后应用复合堵漏钻井液与水泥混配而成的水泥浆即胶质复合堵漏材料水泥浆堵漏。该井应用胶质复合堵漏材料水泥浆堵漏技术堵漏2次,取得了堵漏作业成功,为下套管、固井提供了一个稳定的井眼。下套管固井过程中未发生任何复杂情况,固井质量全优。实践证明,胶质复合堵漏材料(大颗粒)水泥浆适合于孔隙大的砂层和裂缝性煤层的堵漏作业。     

网状泡沫材料的堵漏特性研究

针对钻井液在长裂缝性漏失问题,室内评价了一种新型网状泡沫堵漏材料,将其与筛网堵漏材料进行对比和复配,研究出针对裂缝性漏失堵漏效果良好的配方。实验结果表明,该堵漏配方具有良好的封堵长裂缝能力,将质量分数为0.08%的网状泡沫（体积分数为4%）加入到原无法成功封堵模拟裂缝的基础配方中后可承压5 MPa,漏失水基钻井液165mL;与质量分数为0.45%筛网堵漏材料复配能使漏失量减少到45 mL,在高密度油基钻井液中也可承压5 MPa,但漏失量相对较大。网状泡沫堵漏材料可压缩变形,适用于各种尺寸裂缝。钻井液在泡沫孔隙中流动阻力大,大量网状泡沫颗粒分布于裂缝中能够形成多个较弱封堵隔墙,缓解了尾部封堵隔墙承受的压力,同时也可以在较窄裂缝中与刚性颗粒共同起到架桥作用。由于网状泡沫堵漏材料在油基钻井液和高温条件下强度变弱,因此更适于在常温水基钻井液中使用,且其来源广泛,经济实用,具有良好的应用前景。      

基于温敏形状记忆特性的智能化堵漏材料研究展望

井漏一直是困扰国内外油气钻探工程的世界性技术难题。新型高效堵漏材料的研发,是治理井漏的技术关键。借助智能材料科学的先进理念和方法,探讨分析了形状记忆智能型材料的类型、特性及记忆效应作用机理,介绍了国内外基于温敏形状记忆特性的智能化堵漏材料的研究现状,以及其具有的自适应裂缝尺度、较高承压能力等智能堵漏特性及调控机理。针对温敏形状记忆特性的智能化堵漏材料的制备、评价实验方法及现场工艺方案等提出了建议及展望,可望实现防漏堵漏技术革新。      

可控胶凝堵漏剂的研究与应用

针对重庆涪陵焦石坝区块页岩气开发过程中,从钻表层至完钻频繁发生溶洞、裂缝性恶性漏失,且堵漏成功率低的难题。中原固井公司通过对堵漏胶凝材料、触变剂、纤维增韧剂、膨胀剂、微胶囊及表面调节剂等材料的研究,研制出一种可控胶凝堵漏剂,并在室内对其堵漏性能、机理进行了评价、分析。可控胶凝剂对渗透性、大孔道、裂缝性和溶洞性漏失地层具有很好的堵漏效果。该堵剂适应温度为30～80℃,凝结时间可调,固化体强度常压4 h可达到5.0 MPa,8 h强度达到10 MPa以上,承压强度大于14 MPa,并具有抗水侵能力和强触留能力。现场应用的45口井,堵漏成功率达到了80%以上。可控胶凝堵漏剂为溶洞、裂缝性漏失堵漏的探索作出了积极的贡献。      

国外Y区S25井堵漏技术

国外Y区HOS区域南部边缘Pabdeh地层灰岩裂缝性发育,岩性为低强度白云岩,钻进施工过程中易发生漏失,漏层分布没有规律,漏失层位多且具有连续漏失特点,在漏速对密度敏感的井段难以堵漏,且裂缝性漏失地层的承压堵漏施工困难。针对上述难点,应用DL-A高温高压堵漏实验仪器,以2 mm圆孔模板,对不同配方桥堵剂进行了模拟堵漏实验,优选出了适合2 mm孔隙和裂缝性地层的桥堵剂,提出了该地区上部地层漏失以防为主,防堵结合的技术措施;中部地层采用低密度钻井液钻穿漏层,中下部地层采用随钻堵漏与承压堵漏相结合的钻井液技术,并优化堵漏浆配方以提高地层承压能力,该项技术在S25井应用中获得了良好的堵漏效果。     

新型可延迟膨胀类堵漏剂的合成与性能评价

现有的凝胶堵漏剂吸水膨胀速度过快,导致堵漏剂难以进入漏层;部分进入漏层的堵漏剂,因提前膨胀致使填塞层强度低,堵漏效果差。采用丙烯酸（AA）、丙烯酸甲酯（MA）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸衍生物（AMPSA）、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为原料合成可延迟膨胀堵漏剂BZYD-1,对其进行表征,评价了其可延迟性能及承压堵漏能力。结果表明:所合成的可延迟膨胀堵漏剂BZYD-1热稳定性好,抗温达150℃;室温时,清水浸泡几乎不发生吸水膨胀,碱性条件下浸泡4 h膨胀率不大于50%;80℃时,碱性条件下吸水膨胀率达到17.8倍,具有显著的延迟膨胀效果,承压能力为4 MPa。该延迟膨胀堵漏剂具有较好的应用前景。      

新型油基钻井液堵漏剂性能

页岩地层裂缝发育,易膨胀破碎,在钻井过程中极易发生裂缝性井漏等井下复杂事故,且多采用油基钻井液,其价格昂贵,若发生漏失,将造成重大经济损失。研制了一种具有疏松多孔内部微观结构的亲油型高分子树脂类油基钻井液封堵材料YDLJ-1。经实验证明,YDLJ-1具有良好的韧性与可变形性,能够保证注入地下时在地层裂缝中变形充填裂缝;具有良好的吸油膨胀性,5 h最大吸油膨胀量可以达到其干重的5倍;抗温达150℃,在150℃老化30 d仍然具有较高的抗压强度和变形特性;抗压强度是其他同类产品的20倍,正向封堵突破压力大于15 MPa,反向突破压力为0.9 MPa,能够满足防漏堵漏的要求。YDLJ-1在延长油田云页平1-1井石千峰组下部地层进行了试验,YDLJ-1用量2 t,钻井液漏失量比邻井减少30 m3,缩短堵漏时间2 d,其堵漏效果良好。      

新型吸水膨胀堵漏剂的研发与评价

针对目前膨胀堵漏剂普遍存在包覆材料环保性差、强度低、成本高等问题,研发了一种新型膨胀堵漏剂。该堵漏剂由丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）、膨润土、惰性材料（核桃壳、云母、聚丙烯纤维）、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸钾和亚硫酸氢钠等通过溶液自由基聚合法合成,合成后采用绿色环保的植物胶囊包覆。对堵漏剂的常规性能和堵漏性能进行了综合评价,结果表明,使用15%钠膨润土时,堵漏剂吸水倍数为113、弹性模量达44.6 kPa、抗温达100℃、抗NaCl达15%、抗CaCl₂一般;绿色植物胶囊基本不含重金属成分、环境保护性强,包覆堵漏剂时,常温下8~30 min破碎,70℃下5~17 min破碎,可满足现场可控要求;堵漏剂单独使用可封堵1~2 mm缝板,承压能力达3 MPa;合成时添加20%粗粒径复合惰性材料,可封堵1~4 mm缝板,承压能力达4 MPa;添加20%细粒径复合惰性材料,当堵漏剂加量较大（达4%）时,仍难以封堵1~2 mm缝板;合成后添加惰性材料可极大地提高堵漏剂承压能力（大于5 MPa）,同时减少堵漏剂加量（0.3%~0.5%）,可封堵1~4 mm缝板;相比国内常规堵漏剂,新型堵漏剂每吨节约成本2 000~4 000元,应用前景良好。      

自胶结堵漏技术研究与应用

为了解决裂缝性、缝洞性地层产生的恶性钻井液漏失问题,对这类漏失的堵漏开展了专项研究,形成了自胶结堵漏技术。该技术以胶结剂和膨润土为原料,采用“双液注浆法”的施工工艺,使堵漏浆滞留在漏失通道内,并发生化学反应,形成具有一定强度的固结体。室内研究结果表明,该堵漏浆具有密度低、黏度高的特点,在80℃下24 h抗压强度不超过11 MPa,有利于钻塞,固结时间可通过添加剂调节。针对裂缝性、缝洞性的恶性漏失,现场试验堵漏效果显著,为优质高效地进行钻井施工提供技术保障。      

抗高温纤维强化凝胶颗粒堵漏剂

井漏是钻井过程中常见的复杂难题,针对常用聚合物凝胶堵漏剂抗温性能差、承压封堵能力弱的问题,通过分子结构设计,以丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸为单体,柔性纤维为强化材料,过硫酸铵为引发剂,通过与自制大分子交联剂BWL聚合反应,制备了一种新型抗高温纤维强化凝胶堵漏剂。研究了柔性纤维对凝胶堵漏剂流变性能的影响,通过扫描电镜、热重、承压堵漏实验等对凝胶堵漏剂的微观结构、热稳定性、吸水膨胀性和承压堵漏性能进行了研究。结果表明：柔性纤维增强了凝胶堵漏剂的空间网架结构,使其韧性更强;凝胶堵漏剂颗粒具有良好的热稳定性和吸水膨胀性,通过“吸水膨胀、挤压充填”的堵漏原理对漏失通道进行封堵,在140℃下对高渗透性漏失层的封堵承压高于7 MPa,对宽裂缝漏失通道封堵后承压高于5 MPa,可满足高温高压漏失地层中堵漏目的。     

遇水快速膨胀胶凝堵漏技术在长宁页岩气区块的应用

长宁页岩气区块地表为喀斯特地貌,地下溶洞暗河发育,在表层钻进过程中地层出水严重且常发生失返性漏失。针对表层出水漏失难题,先后采用桥浆、高失水堵漏材料、水泥浆、智能凝胶等系列堵漏材料,但堵漏效果差且容易出现复漏。为此室内研发出一种遇水快速膨胀胶凝的堵漏材料,堵漏机理为“膨胀+交联+充填”,堵漏材料遇到地层水后可以与其混合发生交联反应,同时发生膨胀反应,释放CO₂气体促使堵漏材料快速膨胀数倍体积,形成不透水的无毒弹性胶状体;借助CO₂气体压力可将未固化的弹性胶状体进一步压入并充填漏层的孔隙,起到膨胀与弹性堵水的效果。通过配方优化形成遇水快速膨胀胶凝堵漏浆,性能评价表明,堵漏浆胶凝时间在15～70 min范围内可控,膨胀率为250%～350%,可以锁住3倍体积的蒸馏水和5倍体积水基钻井液;在CDL-Ⅱ型高温高压堵漏试验仪中对4～3 mm、5～4 mm模拟漏失通道承压分别达到3.8、1.7 MPa,复合桥浆堵漏后承压能力提高至6.25、5.2 MPa。现场应用一次性封堵出水漏层,提高承压能力5.8 MPa,解决表层出水漏失难题并保障了安全钻进。      

泡沫随钻堵漏钻井液体系

针对冷家油田老区块胶结差、破碎地层的井漏问题,通过分析井漏原因,制定解决对策,优选出泡沫聚合物钻井液体系和高效随钻堵漏剂CLPA-1。通过室内实验,选择XC与CMC按1∶2的比例复配作增黏剂,SMP-1、SAS、CMS按0.75∶0.5∶1的比例复配作降滤失剂,发泡剂和稳泡剂的浓度约为0.025%。CLPA-1是一种由预交联凝胶颗粒、吸水性树脂和高分子聚合物为基本材料合成的随钻堵漏剂,其瞬时滤失量小,在加量为3%时堵漏效果好,承压达到5 MPa;为提高滤饼承压能力,体系还加入了2%超细碳酸钙。介绍了该体系在冷42-41-164CH和洼60-H2302井的成功应用情况;在该油田其他相同区块易漏层应用的8口井,提前防漏效果显著,预防井漏发生4口井,井漏后一次堵漏成功3口井,且堵漏后再钻无漏失情况,堵漏成功率大于80%。该微泡沫低固相聚合物体系和随钻堵漏剂CLPA-1,利用密度控制技术,能解决亏空、胶结性差、存在微裂缝的老区块二次开发中产生的井漏难题。