自胶结堵漏技术研究与应用

王　灿，侯士立，齐　奔，黄达全，李广环，刘光艳，肖　洁

（1.渤海钻探泥浆技术服务分公司，天津300280；2.渤海钻探第二固井分公司，天津300280）

自胶结堵漏技术研究与应用

王灿1，侯士立1，齐奔2，黄达全1，李广环1，刘光艳1，肖洁1

（1.渤海钻探泥浆技术服务分公司，天津300280；2.渤海钻探第二固井分公司，天津300280）

王灿等.自胶结堵漏技术研究与应用［J］.钻井液与完井液，2016，33（5）：63-66.

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。

井漏；恶性漏失；堵漏；自胶结

随着国内外油气勘探开发的不断深入，钻井过程中遇到的地层越来越复杂，尤其是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地层时，井漏问题非常突出，一旦钻井过程中发生裂缝性、缝洞性等恶性漏失会造成巨大的经济损失［1-2］。对于这类恶性漏失，目前主要采用化学堵漏剂进行堵漏，包括水泥和树脂2类。水泥浆堵漏有3个缺点：①水泥浆密度大，不易滞留在漏失通道中，常因漏入地层深处而导致堵漏失败；②水泥浆易被地层水稀释，稠化时间增长，甚至不凝固，导致堵漏失败；③水泥浆凝固后，抗压强度非常大，钻塞中易出现新井眼，再次发生漏失［3-4］。树脂堵漏成本高［5-7］。为解决由于裂缝性、 缝洞性地层产生的恶性漏失井漏问题， 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。该技术对安全快速钻井、 保障固井施工安全具有重要意义。

1　自胶结堵漏机理

自胶结堵漏技术采用“双液注浆法”施工工艺，将胶结剂浆与膨润土浆在钻具内混合，并加入必要的辅助材料，在压力的作用下使其进入漏失地层，并在地层环境温度下发生化学反应，其生成物封堵漏失通道。

1.1滞留堵塞作用

胶结剂浆与膨润土浆混合后的堵漏浆非常黏稠，与漏失通道壁面间有很高的黏滞阻力，滞留在漏失通道中，充填漏失通道空间，形成堵塞隔墙，以达到堵漏的目的。

1.2化学胶结作用

堵漏浆在地层温度作用下发生化学反应，形成具有一定强度的固体，达到堵漏的目的［8-10］。另外，堵漏浆可以将破碎、裂缝地层胶结成一体，从而增强井壁的抗破能力。

由于自胶结堵漏技术的反应生成物是在漏失通道中形成的，其形状可以因漏失通道的不同而不同，并与漏失地层胶结在一起，具有一定的强度，所以其可以达到完全封堵漏层的效果。

2　实验材料、仪器与方法

2.1实验材料与仪器

实验用胶结剂MCA，在常温、干燥条件下，胶结剂为松散颗粒，颗粒之间不发生反应；钻井用膨润土；胶结时间调节剂BXR。

实验用仪器包括钻井液密度计、水泥净浆流动度试模、高温高压稠化仪、抗压强度实验仪。

2.2实验方法

胶结剂浆的配制：将胶结剂和水按不同的质量比加入高搅杯中，高速搅拌30 s。

膨润土浆的配制：在水中加入不同质量的膨润土，高速搅拌20 min，室温养护4 h。

堵漏浆的配制：将胶结剂浆和膨润土浆按照不同的体积比，加入高搅杯中，高速搅拌30 s。

3　自胶结堵漏性能评价

3.1堵漏浆密度

将不同含量的胶结剂浆与15%（w/w）膨润土浆按照一定体积比混合，测量其密度，结果见图1。由图1可以看出，随着胶结剂浆与膨润土浆体积比增大，堵漏浆密度基本成线性增大。如果胶结剂含量大，则堵漏浆密度高。

图1　堵漏浆密度与胶结剂浆、膨润土浆配比的关系

3.2堵漏浆流动性

为了评价堵漏浆的流动性，将不同质量比的胶结剂浆、膨润土浆按照胶结剂浆与膨润土浆体积比为2.0混合，测其流动度，其结果如图2所示。

图2　胶结剂/水与流动度的关系

由图2可以看出，胶结剂与水的质量比越大，堵漏浆流动性越差。堵漏浆流动度控制在13～18 cm，具有可泵性，胶结剂浆配制可以按照胶结剂与水的质量比为1.4～2.2的比例。

3.3堵漏浆固化后抗压强度

用不同的胶结剂浆与膨润土浆按照一定体积比混合，在80 ℃下养护24 h，测试其抗压强度，结果见表1。从表1可以看出，胶结剂浆中胶结剂用量对堵漏浆固化后的抗压强度影响较大；胶结剂用量一定，膨润土含量、混合体积比对堵漏浆固化后的抗压强度影响不大；堵漏浆在80 ℃下养护24 h后，固化后的抗压强度不超过11 MPa，钻塞中不易出现新井眼。

3.4膨润土水化时间对堵漏浆流动性影响

使用胶结剂与水的质量比为2.0的胶结剂浆与不同水化时间的膨润土浆进行实验，其实验结果如图3所示。从图3可以看出，膨润土水化时间越长，堵漏浆流动性越差，水化时间最好控制在4～8 h。

表1　各种浆体在80 ℃养护24 h后的抗压强度

图3　膨润土水化时间与流动度的关系

3.5添加剂对堵漏浆胶结时间的影响

利用水泥稠化仪测试堵漏浆的稠化时间，来评价堵漏浆的胶结时间。选用胶结剂与水的质量比为2.0的胶结剂浆与15%膨润土浆，按照胶结剂浆与膨润土浆的体积比为2.0的比例混合，外加剂选用BXR，测试不同温度下的稠化时间，其实验结果见图4。

图4　添加剂与稠化时间的关系

从图4可以看出，没有加添加剂BXR时，80 ℃时稠化时间为2 h；100 ℃和120 ℃时，稠化时间均小于1.5 h；建议80 ℃时添加剂加量控制在0～0.25%，100 ℃时添加剂加量控制在0.5%～1.0%，120 ℃时添加剂控制在2.0%～2.5%。在现场施工时，需根据井深温度在室内验证堵漏浆的稠化时间，以保证堵漏施工安全。

4　堵漏措施

4.1施工前准备

为了堵漏施工安全，需要配光钻杆钻具，拆去循环系统中过滤装置；下钻前检查泥浆泵运转正常，调整排量；根据井深温度考虑添加剂用量，做稠化实验；选择配浆罐，检查搅拌器运转正常、阀门灵活好用，泵入清水。

4.2施工工艺

下光钻杆至漏层上部20～30 m。注前置液1～2 m3，用水泥车和泥浆泵（或2台水泥车）同时分别注入胶结剂浆和膨润土浆，在注堵漏浆过程中要密切注意观察钻井液返出情况，根据具体情况调整下步施工程序。替浆前，注入后置液1～2 m3后再进行替浆；如果注、替浆期间未发生漏失或漏失量小，用钻井液顶替至漏层，起钻至安全井段，关井憋堵，将2/3体积的堵漏浆挤入漏层；如果注、替浆期间漏失量大或失返，则替浆量依据压力平衡原理进行计算，使堵漏浆自动进入漏层，起钻至安全井段，关井候凝，期间禁止灌钻井液。候凝24 h，下钻具探塞。

5　现场试验

大吉XX井是山西煤层气大吉区块一口水平井，该井钻至井深83 m时井口突然失返，立即起钻至导管内，起钻过程中连续灌浆，井口观察，距离井口10 m处可见液面。漏失层位为表层及延长组上部，表层岩性为灰黄色亚黏土夹黄褐色、浅棕色砂质黏土及砾石层，地层渗透性强，承压能力低。该井先后采用7次常规堵漏、3次水泥浆堵漏，强穿至215 m，漏失钻井液4 500 m3。其中3次水泥堵漏均没有探到塞面，可能是岩石骨架疏松，造成裂缝开放，水泥浆密度较高，注入后水泥浆发生漏失，不能封堵漏层，所以使用自胶结堵漏技术进行堵漏。

在开始堵漏施工前3 h配制12%膨润土浆，充分搅拌。配制胶结剂与水的质量比为1.8的胶结剂浆，由于漏失井段井温较低，不需要添加剂。下光钻杆至60 m，按照胶结剂浆与膨润土浆体积比为2.0的比例，用水泥车和泥浆泵同时注入胶结剂浆和膨润土浆，共计注入30 m3，最后注入0.5 m3清水将钻具中堵漏浆替出，替浆后立即起钻，候凝24 h后，下钻探塞，塞面36 m，钻塞至原井深，循环无漏失，堵漏成功。

6　结论与建议

1. 自胶结堵漏技术具有密度低、黏度高、固化后强度低、固化时间可控等特点，还可以加入纤维类的堵漏材料，而且采用“双液注浆法”施工工艺，操作方便。

2. 对于疏松、破碎地层发生的井漏，自胶结堵漏技术可将漏失通道胶结为一体；形成的固体塞强度低，钻塞中不易出现新井眼，避免再次发生漏失。

3. 与水泥浆堵漏相比，自胶结堵漏技术形成的固体塞可钻性好，堵漏效果显著，具有很好的推广应用前景。

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Study and Application of Self-Cementation Lost Circulation Control Method

WANG Can1， HOU Shili1， QI Ben2， HUANG Daquan1， LI Guanghuan1， LIU Guangyan1， XIAO Jie1
（1. Mud Service Company，BHDC， Dagang， Tianjin 300280； 2. No. 2 Cementing Company，BHDC， Tianjin 300280）

A series of studies have been conducted on lost circulation control to deal with severe mud losses into fractures and vugs. A self-cementation lost circulation control method is the product of the studies. This method uses cementation agents and bentonite as the raw materials in the “bi-slurry grouting method”， to stay the lost circulation material （LCM） slurries in place in the mud loss channels. Chemical reactions take place in the LCM slurries and set LCMs are formed， plugging the channels. The LCM slurries have low density and high viscosity. The set LCM， after aging for 24 h at 80 ℃， has compressive strength that is less than 11 MPa， and is easy to drill out. The time required for the LCM slurries to set is controlled by the concentration of an additive. This technology has been applied in field operation， and severe mud losses into fractures and vugs of different sizes were successfully stopped， ensuring high quality and efficient drilling operation.

Lost circulation； Severe mud loss； Mud loss control； Self-cementationt

TE282

A

1001-5620（2016）05-0063-04

10.3696/j.issn.1001-5620.2016.05.0013

王灿，高级工程师，博士，1971年生，主要从事油气井工程研究工作。地址：天津市大港油田红旗路东段渤海钻探泥浆技术服务分公司；邮政编码300280；电话 （022）25922201。

（2016-5-10；HGF=1605M9；编辑马倩芸）