“智能快干”堵漏水泥浆体系的室内研究与现场应用

游云武 （中石化江汉石油工程公司钻井一公司，湖北 潜江433121）

涪陵页岩气田属典型的喀斯特地貌，上部海相地层，下部韩家店组、小河坝组地层微裂缝发育，易漏失，地质结构复杂，钻井施工难度大。现场已钻各井都存在不同程度的漏失，部分井漏失量甚至在1000m3以上，不仅造成了巨大的经济损失，而且极大地影响了钻井施工进度［1］。为解决漏失问题，现场采取了多种堵漏技术和方法，却收效甚微。为了提高现场漏失封堵效果，通过室内研究与现场实践相结合的方式，以具有快硬特性的智能快干水泥浆体系作为核心技术，开发出了一种新型堵漏技术——“智能快干”堵漏技术。所谓“智能快干”包含两层含义：①水泥浆的稠化时间可以根据堵漏需要智能调节，几分钟或几十分钟就可以实现精确控制，现场重复性好；②快干是指水泥具有很快的水化速率和水硬强度，能够及时有效封堵漏层。现场根据水泥浆体系的特点制定了配套的施工工艺技术，提高了“智能快干”堵漏技术现场应用的可操作性，增加了现场使用的成功率。

1 室内研究

1.1 特种调凝剂RET－S对水泥浆性能的影响

“智能快干”水泥浆体系具有凝结快、早期强度高、微膨胀、抗硫酸盐侵蚀等特点，在钻探工程中，常被用于封堵、孔壁加固和人工造壁等方面。“智能快干”水泥浆稠化时间较短，很难满足现场施工作业的安全时间要求［2］。为使智能快凝水泥浆体系具有更好的现场使用性和安全性，研发了配套的添加剂产品——特种调凝剂RET－S和流性调节剂FIT－1。特种调凝剂RET－S主要用来调节水泥浆稠化时间，流性调节剂FIT－1主要用来调节水泥浆黏度。根据不同层位的堵漏要求，设计不同稠化时间和黏度的堵漏水泥浆。室内参照配方：100%智能快干水泥＋50%淡水＋特种调凝剂RET－S（变量）＋1%流性调节剂FIT－1（配方中的百分数为质量分数，下同），对不同RET－S质量分数的水泥浆稠化时间与抗压强度进行了测试，结果如表1所示。

表1 不同RET－S质量分数的水泥浆稠化时间和抗压强度

未加RET－S的“智能快干”水泥浆稠化时间只有18min，很难满足现场作业要求。通过添加特种调凝剂RET－S，水泥浆稠化时间可以有效延长。水泥浆的稠化时间与特种调凝剂RET－S质量分数呈线性关系，水泥浆的稠化时间可以根据需要任意调节，现场操作方便快捷。

随着特种调凝剂RET－S质量分数的增大，水泥石4h养护后抗压强度呈现逐渐降低趋势，而24h养护后抗压强度变化不大；在水泥浆稠化时间189min的情况下，水泥石经过4h的养护后能够形成0.7MPa的强度，充分说明水泥浆具有明显的快硬特点。

1.2 流性调节剂FIT－1对水泥浆性能影响

流性调节剂FIT－1为线性高分子聚合物，将其加入水泥浆中可以利用其高分子长链改善水泥浆流变［3］，提高堵漏水泥浆黏度和抗水流冲刷能力［4］。室内参照配方：100%智能快干水泥＋50%淡水＋1.5%特种调凝剂RET－S＋ 流性调节剂FIT－1（变量），在40℃条件下进行水泥浆流变性能测试，结果如表2所示。

表2 不同FIT－1质量分数的水泥浆流变性能

随着流性调节剂FIT－1质量分数的增大，水泥浆的黏度明显增大，水泥浆的稠化时间变化较小，水泥石养护8h的抗压强度有变小趋势，但是降低幅度不大。

为了评价水泥浆的耐水流冲刷效果，室内配制了不同FIT－1质量分数的水泥浆，然后将50mL配制好的水泥浆倒入装有400mL清水的烧杯中，用取出定子的六速旋转黏度计在转速300r／min下搅拌，观察水泥浆是否随着水流扩散。从试验结果（表3）看出，加入FIT－1后能够显著提高水泥浆的耐水冲刷效果，FIT－1质量分数可以根据现场需要来适当地调节。

表3 不同FIT－1质量分数的水泥浆耐冲刷试验

2 堵漏机理分析

针对漏失地层的常用堵漏方法包括3种［5～7］：①桥塞堵漏材料（包括固体颗粒填堵和纤维材料封堵）；②采用凝胶材料封堵；③打水泥塞。

上述常用堵漏方法有一定的堵漏效果，同时也存在着很大的局限性，主要包括以下3个方面［8～10］：①严重依赖堵漏经验（需要多番尝试）；②地层缝隙大小不同，堵漏方法有很强的局限性；③堵漏效果的可持续性差。

为克服上述堵漏问题，研制了“智能快干”堵漏水泥浆体系，液态水泥浆挤入裂缝、溶洞，快速凝固胶结在裂缝、溶洞周围。多次作业逐渐减小裂缝宽度，缩小溶洞口的大小。“智能快干”堵漏水泥浆体系具有以下几个方面优点：

1）快凝——10min内液态过渡到固态。

2）强度发展快——30min养护强度开始发展。

3）早期强度高——4h强度最高为12.7MPa，承压能力强。

4）性能调节方便——配方简单、流性好、施工方便。

3 现场施工风险分析

3.1 找准漏失地层及深度

1）根据井下情况分析判断漏层性质，制定试验方案。

2）制定施工方案，确定钻井液下到哪、打多少、施工时间。

3）现场操作风险控制，做好井队和固井队的相关设备、工具检查。

3.2 现场施工风险分析评估

该特种水泥与普通固井水泥存在不同程度的污染，要求使用专门的储灰罐，要清理干净运灰罐。

1）“正污染”试验——该特种水泥混入一定比例的普通固井水泥，稠化时间有一定延长趋势，对现场施工没有风险，但可能影响堵漏效果。

2）“反污染”试验——普通固井水泥中混入了该特种水泥，缩短了普通固井水泥的稠化时间，影响到固井施工安全。

3）现场泥浆污染测试——为确保施工安全，使用便携式稠化仪器现场进行复核试验；工艺上使用试验药品水前后隔离，确保水泥浆体不受污染。

4 现场应用情况

“智能快干”堵漏水泥浆技术在涪陵页岩气田现场应用了4口井，3口井封堵成功，1口井封堵失败，封堵成功率75%。具体应用情况见表4。

表4 “智能快干”水泥现场应用情况

（续表4）

5 结论

1）“智能快干”水泥浆稠化时间较短，很难满足现场施工作业的安全时间要求。室内研发的配套添加剂产品（特种调凝剂RET－S和流性调节剂FIT－1），可以保证智能快凝水泥浆体系具有更好的现场使用性和安全性。

2）“智能快干”封堵水泥浆体系具有快凝、强度发展迅速、早期强度高、性能调节方便的特点，有助于现场堵漏作业的成功。

3）为确保施工作业的安全，现场作业时，在配制好混浆药水后应使用便携式稠化仪器现场进行复核试验。施工过程中，确保水泥浆体不受污染。

4）关于水泥浆稠化时间的精确控制，通过试验研究发现，该水泥浆可以进行预混拌，预混拌时间不会对水泥浆的稠化时间产生影响。现场堵漏试验可以采用预混拌，检测合格后再进行堵漏作业。

5）现场应用效果显示，智能快干堵漏水泥浆体系表现出了较好的封堵效果。由于现场应用井次较少，仍需在不断的应用中摸索改进。

［1］陈星星 .涪陵页岩气田防漏堵漏技术应用研究 ［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2015，42（3）：11～14.

［2］Hucks D R，Lansdell P A，Sikorski D L.Field application for quick－setting cement［J］.SPE23428，1991.

［3］Sepos D J，Cart B W.New quick－setting cement solves shallow gas migration problems and reduces WOC time ［J］.SPE14500，1985.

［4］杨振杰，岳砚华，张建卿，等 .注水泥堵漏过程中水泥塞形成高度及质量控制技术研究 ［J］.天然气工业，2005，25（6）：49～51.

［5］王参书，邹盛礼，李子成 .桥浆混水泥堵漏技术在迪那11井的应用 ［J］.钻井液与完井液，2002，19（1）：17～18.

［6］Sharath S，Arunesh K，Donald L W，et al.Engineered LCM design yields novel activating material for potential application in severe lost circulation scenarios ［J］.SPE164748，2013.

［7］Donald L W，Dale E J，Wang M，et al.New design models and materials provide engineered solutions to lost circulation ［J］.SPE101693，2006.

［8］贾丽莉，田陆飞，刘振，等 .堵漏材料研究的进展 ［J］.材料研究与应用，2011，5（1）：14～16.

［9］Fidan E，Babadagli T，Kuru E.Use of cement as lost circulation material—Field case studies ［J］.SPE88005，2004.

［10］修留永，贾平军，高学生，等 .LXC－005井胶质复合堵漏材料水泥浆堵漏技术 ［J］.石油钻采工艺，2004，26（5）：32～34.