油基钻井液堵漏剂性能试验与评价研究

潘元双，夏宏南，杨 军，张 杨

（油气钻井技术国家工程实验室防漏堵漏研究室，长江大学石油工程学院，湖北武汉430100）

油基钻井液堵漏剂性能试验与评价研究

潘元双，夏宏南，杨 军，张 杨

（油气钻井技术国家工程实验室防漏堵漏研究室，长江大学石油工程学院，湖北武汉430100）

众所周知，在进行钻井的过程中，经常会遇到低压或者压力衰竭的高渗透地层，这样会导致出现较为严重的井漏现象，此时就需要用堵漏剂和灌注水泥进行防止井漏。基于此，本文简要分析了油基钻井液堵漏剂的性能试验研究以及其评价机制，从国内外研究进展进行描述引出钻井液的试验过程以及现象施工的相关注意事项，最后提出了钻井液在发展过程中所遇到的一些问题，以期对实际工程具有一定的指导意义。

油基钻井液；堵漏剂；性能试验

众所周知，通常在进行油气钻井的过程中会遇到井漏现象，钻井液的泄露会对人体造成较大的危害，因此，工作人员需要对钻井液进行及时处理，实行堵漏技术的前提是如何高效使用堵液材料。堵漏材料是油基钻井过程发生井漏现象必不可少的物质基础，根据物理机理来看，堵漏材料主要分为桥接堵漏材料、高失水堵漏材料、暂堵材料、化学堵漏材料、无机胶堵漏材料以及软塞类堵漏材料等6种。其中桥接堵漏材料在目前的实际应用最为广泛的材料之一，其又可称为惰性材料，尽管目前化学堵漏材料以及其他各种类型的堵漏材料发展较为迅速，但是桥接堵漏材料的地位仍然不可撼动。堵漏材料的使用必须满足与钻井液不混合、材料本身具有一定的强度、材料便于加工耐腐蚀以及价格低廉四大特点。近些年，国内外对于水基钻井液堵漏剂的研究与开发做了大量的工作，但是对于油基钻井液堵漏剂的研究较为稀疏，本文主要对油基钻井液堵漏剂进行试验分析研究并得出优化结果，便于今后工程参考。

1 国内外发展概述

随着海上世界的序幕逐渐拉开，各国已经瞄准海洋市场，我国也正在大力发展海洋深层开采技术，为了满足复杂的地质条件，对于钻井技术的要求越来越严格，保障技术工艺得以实现的基本前提就是选用优良的堵漏剂，近些年国内外对钻井液处理剂进行了大量的研究并得出了一系列的成果，下面分别对国内以及国外的钻井液处理剂进行简要的介绍。

1.1 国内钻井液处理剂发展

国内钻井液处理剂的发展简言之可以分为起步、完善以及提高3个部分，当钻井液处理剂技术在迅猛发展起来后才使得钻井液处理剂从分散逐步变为集中并不断得到完善，这3个发展过程之间相互联系，相辅相成。在起步阶段，我国的钻井液处理剂完成了从自然造浆向分散钻井液体系的转型过程，当时由于仪器设备以及自然环境的制约加之人员经验不足等因素，导致钻井液处理剂仍然处于设计阶段没有得到大规模的应用，在起步阶段，处理剂使用的主要是纤维素以及腐植酸能，由于技术问题当时的处理剂普遍质量低下。到了二十世纪80年代，钻井液处理剂技术随着石油化工的崛起得到快速发展，在完善阶段钻井液处理剂的体系逐步得到改进，此阶段由SMP、SMC以及SMT组成的3S体系已经逐渐走向成熟，并在各大油田得到广泛的应用。这一发展有效地降低了钻深井漏液的难度，同时还解决了固相和黏土含量控制的问题大大保障了处理液的清洁程度。

进入到二十一世纪后，随着国内工业领域的不断发展，我国的钻井液处理剂的技术水平和操作人员的综合素质都有了飞速的发展。近几年，随着油气田的开采油基钻井液技术得到了长足发展，这一阶段大力使用AMPS聚合物这使得钻井液技术得到快速的提升，由于AMPS在耐腐蚀、耐高温等恶劣条件下的明显优势，目前在市场内备受关注。

1.2 国外钻井液处理剂发展

在国外最早应用的钻井液处理剂是桥接型堵漏剂，桥接型堵漏剂的主要原理是利用内部颗粒状的桥架内对微小通道进行抑制作用，进而发挥其堵漏作用。在1990年，法国最早提出利用不添加交联剂的可胶凝聚物可以有效进行堵漏的理念，此外国外的专家学者还建立了刚性颗粒封堵裂缝的理论模型并发现了有效的堵漏材料。另一方面，在高失水材料堵漏剂的研究领域内，国外菲利普斯公司研制了一种由石棉粉、海泡石、水泥等材料按照一定比例混合而成的复合材料，该材料的研制使用较为便捷，同时成功率也较高，在实际中得到广泛的应用。而对于暂堵型堵漏剂方面，国外的专家学者研制出了一种能够快速变得粘稠的聚合物，该聚合物主要由烷基磷酸盐酸脂以及有机胺两种材料构成。

2 钻井液试验及现场施工

2.1 试验材料、仪器、方法及结果

在笔者所参与的钻井液试验过程中，主要用到的材料为堵漏材料和配浆材料。其中堵漏材料主要以固相材料为主，按照物理形态堵漏剂分为纤维状、片状以及颗粒状堵漏剂3种形态。该试验过程中所采用的材料以市场上的主流产品为主，主要有棉籽壳、单向封压力剂、吸水膨胀聚合物和木屑、玻璃纸等复合而成的制剂。配浆材料主要是聚丙烯酰胺、抗温抗盐降滤失剂以及加重剂等。试验过程中采用的主要配方为：（1）17.5%水+17.5%0#柴油+1%OP=10+65%硅酸盐水泥+0.5%RET-M缓凝剂（密度为1.70g·cm-3）。（2）：20%水+20%0#柴油+1%OP-10+60%硅酸盐水泥+0.3%RET-M缓凝剂（密度为1.60g·cm-3）。试验过程采用的仪器主要是DL-2静态堵漏仪、多功能压力试验机、恒速搅拌器、常压稠化器以及水浴锅等。

在试验中采用的方法为：将试验提前预备好的填充床放置在规定的位置，将配比好的堵漏剂放入堵漏存贮罐中，然后进行加温加压至设定值，在压力以及温度的作用下，堵液剂会被挤入到漏失测试通道中。若试验进行的顺利，则会形成堵塞现象，继续进行加压至额定压力就可以利用测试仪器进行性能测试。在试验结束后，需要对于模拟装置进行卸载并观察其封堵现象。钻井液封堵现象评价见表1。

表1 钻井液封堵现象评价表Tab.1 Phenomenon of drilling fluid plugging evaluation

在进行油基钻井的过程中，人们经常会使用尼龙以及丙纶作为防堵材料，利用这两种材料作为防堵剂的主要优点是经久耐用，使用周期长防水性能好，最大程度的降低了渗透率。由表1可知，在缝宽较小时，利用较大的纤维能够较好的进行防堵，同时合成纤维对于钻井液的流动性能影响较小。在进行现场施工时，由于垂深不尽相同，所以一般情况下，地层内的温度也会存在差异。为了保证堵漏液性能的安全稳定性，在室内进行不同温度下的试验确保其流动以及稠化性能均能满足实际需求，不同温度下钻井液稠化时间变化关系见表2。

表2 温度变化与钻井液稠化时间变化关系Tab.2 Temperature change and the mud thickening time relationship

2.2 现场施工工艺

在进行油基钻井的过程中应该注意钻井时发生泄漏的现象，一旦出现泄漏现象，应该及时根据泄漏量进行调整油基钻井液的用量；同时，还应该注意工作环境所适用的钻井液。当漏速较小（没有达到10m3·h-1），且不影响正常的钻井过程时，可以考虑加入少量的超细黏合材料防止泄漏；当漏速处于10~40m3·h-1时，应该立刻停止钻井操作，并根据现场施工情况进行及时的补漏；当漏速大于40m3· h-1时，应该在立即停止油基钻井的进行，同时加入大量堵漏剂以避免大量的井喷现象；当加入堵漏剂无效的时候，应该及时加入混凝土或其他胶质类的材料进行堵漏。

2.3 现场施工注意事项

在进行现场施工时应该注意以下几点：（1）在进行油基钻井液的灌入时，应该采用小型的连接器械进行灌注，在进行注入前应该精准地确认泄漏的位置；（2）在进行堵漏剂试验时，应该准备一个大型的贮液罐以确保试剂能够充分进行混合；（3）试剂配比时，应该先加入油水以及所需药品，再加入水泥等材料，确保其性能发挥至最优；（4）在现场施工前，应该提前勘测地质条件以及对地层温度的采集，以确保施工的安全性。

3 钻井液处理剂发展面临的主要问题

钻井液在发展的过程中由无到有，取得了长足的发展，在经过大量的试验以及应用的过程后，国内钻井液技术已经得到飞速的提升，但是在发展的同时也应该看到目前所存在的问题，总结起来主要是技术、管理以及处理剂质量等3方面的问题，下面笔者对其进行一一说明。

3.1 技术方面的问题

钻井液虽然已经在国内应用的已经较为广泛，但是在新的历史条件下对于油基钻井液又提出了新的要求，因此，需要我们与时俱进，在技术上要及时进行跟进。研发人员应该考虑钻井液如何保证绿色环保低碳的要求，同时还应该切实解决目前在井眼处循环消耗过大的问题。虽然钻井液技术在国内已经取得了一定的进步，但是跟国外相比还存在较大的差距，这就要求我们应该站在新的历史起点着力于技术的研发以及技术的革新，大力发展新型钻井液的研制工作，善于总结历史经验，巧于利用借鉴国外先进的技术，以确保钻井液技术能够跟上时代的步伐。

3.2 管理方面的问题

钻井液的管理方面存在较大的漏洞，首先就是钻井液的命名不规范，没有按照国际统一的规则进行命名，诸多千奇百怪的命名现象，直接影响了钻井液的发展，同时还影响了行业的长足进步。在国内，使用钻井液经常被看作是节约成本的一种行为，能够节省施工方的成本，但是在节省开支的同时难以到安全问题；同时，对于钻井液的管理上也存在较大的漏洞，一般情况下，只要未出现安全事故，管理方就不会重视起来，缺少安全责任意识，在进行管理时执行力度不够严格，长此以往若遇到突发事故，人们则会缺少应急处理方案，造成不必要的人员、物力的损失。

3.3 处理剂质量

钻井液的处理剂根据其作用效果不同大致可以分为降滤失剂、降粘剂、加重剂、外加剂、页岩抑制剂、增粘剂以及土粉7种。在进行抽检的过程中，可以发现多数处理剂质量存在较大的问题，合格率较低，分析其原因主要是由于钻井液的制定标准不统一。目前，我国有些地区采用的行业标准是已经废止的标准，但是这些标准仍然在使用，因此，造成了在抽检过程中处理剂质量相对较差，影响后期的使用效果。

4 结语

综上所述，配比的试剂在室内试验以及现场运用均取得了较好的成果，这一结论证实了试验过程中所采用的材料以及配比合理科学，具有较强的现场适应性以及防堵性能。同时，在现场施工的过程中，应该结合实际情况来进行及时的调整以便于更好的试验。另外，在进行试验时，应该及时进行数据以及漏点的记录，在最有可能出现漏液的管段进行标记并及时做好系列预案，操作人员应该根据现场情况总结出不同条件下油基钻井液的适用范围并做好记录便于后续分析。

［1］徐同台,刘玉杰,申威,等.钻井工程防漏堵漏技术［M］.北京:石油工业版社,1997:1-104.

［2］鄢捷年.钻井液工艺学［M］.山东东营:石油大学出版社,2001: 146-148.

［3］蒲晓林,罗向东,罗平亚.用屏蔽桥堵技术提高长庆油田洛河组漏层的承压能力［J］.西南石油学院学报,1995,17（2）:78-84.

Test and evaluation research of oil-base drilling fluid plugging agent performance

PAN Yuan-shuang，XIA Hong-nan，YANG Jun，ZHANG Yang
（Leakage Protection&Sealing Technology Laboratory,Oil And Gas Drilling National Engineering Laboratory,Institute of Petroleum Engineering,Yangtze University,Wuhan 430100,China）

As is known to all,in the process of drilling,often low or high permeability formation pressure failure,this will lead to more severe lost circulation phenomenon,where you need to use cement to prevent lost circulation plugging agent and infusion.Based on this,this article briefly analyzes the oil-base drilling fluid performance test research of plugging agent and its evaluation mechanism,from the described domestic and foreign research progress of drilling fluid considerations related to the construction of the test process and phenomenon,finally proposed the drilling fluid in some problems encountered in the process of development,in order to has a certain guiding significance to practical engineering.

oil-base drilling fluid；plugging agent；performance test

TE254.4

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20161254

2016-07-05

潘元双（1990-），男，在读硕士研究生，研究方向：钻井工艺技术的。

导师简介：夏宏南（1962-），长江大学教授，博导，从事石油钻井工艺技术研究。