一种超深水平井堵漏材料室内评价研究

段永贤，舒小波，李有伟，刘 翔，刘 丰，欧 翔

（1. 塔里木油田， 新疆 库尔勒 841000； 2. 油气田应用化学四川省重点实验室， 四川 广汉 618300；3. 中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院， 四川 广汉 618300）

石油化工

一种超深水平井堵漏材料室内评价研究

段永贤1，舒小波2,3，李有伟1，刘 翔2,3，刘 丰1，欧 翔2,3

（1. 塔里木油田， 新疆 库尔勒 841000； 2. 油气田应用化学四川省重点实验室， 四川 广汉 618300；3. 中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院， 四川 广汉 618300）

针对超深水平井堵漏中常规堵漏材料的抗温、抗压特性，以及大颗粒堵漏材料输送等问题，室内研制了一种超深水平井架桥颗粒堵漏材料 CQ-GXJQ。通过室内评价分析表明，该堵漏材料具有粒度可调、抗高温、机械强度高、密度低、具化学惰性等优点，可作为刚性架桥粒子用于超深水平井桥接堵漏技术中，避免因高温、高压作用导致堵漏剂性能发生变化或因长水平段运移过程中大颗粒堵漏材料提前沉降堆积而引起的堵漏失败问题。

井漏；堵漏材料；水平井

随着油气勘探开发难度的增加，水平井、从式井、分支井比例日渐增多，井下事故复杂率上升，特别是超深水平井井漏问题，成为制约油气高效开发的影响因素之一[1-3]。针对水平井井漏问题，国内外采用多种堵漏工艺治漏，形成了不同的堵漏技术，桥接堵漏作为最常用的堵漏技术具有材料来源广、配制方便、应用范围广等优点，但在超深水平井堵漏中堵漏材料的抗温、抗压特性，以及大颗粒堵漏材料输送等问题，成为超深水平井堵漏成功与否的关键[4-6]。

1 超深水平井堵漏材料要求

桥接堵漏将不同形状、不同尺寸大小、不同配比的惰性材料混合于浆体中，通过机械封堵的方式封堵漏层[7,8]。由于超深水平井目的层 埋 藏深 、井底温度高、水平段位移长，因此在进行超深水平井桥接堵漏施工中，应根据超深水平井漏层特点选择合适的堵漏材料，必须具有以下几个主要特点：

（1） 具有足够的抗高温能力，避免因高温作用导致堵漏材料性能变化，影响漏层封堵效果；

（2） 具有足够的抗压、抗张、抗剪切强度，以防止堵漏材料因应力形变而改变其几何形状，从而降低堵漏效果；

（3） 长水平段运输过程中，应考虑浆体对堵漏材料的携带能力，不因堵漏材料过重，而导致堵漏材料在运移过程中沉降堆积，影响堵漏施工效果。

（4） 堵漏材料尺寸大小应与漏层相匹配，具化学惰性，对钻井液性能影响小。

2 高性能堵漏材料基本性能评价

2.1 高性能堵漏材料特点

根据超深水平井桥接堵漏对刚性架桥颗粒性能要求，室内选用了 CQ-GXJQ 刚性架桥颗粒堵漏材料（图 1）。该堵漏材料是由多种有机化合物经高温高压聚合、改性而成，具有粒径可调、能分散于水相或油相中、密度低、机械强度高、耐高温、耐化学药品性等优点，可作为桥接堵漏中的架桥颗粒，用于不同类型钻井液中堵漏。

图1 CQ-GXJQ架桥堵漏材料Fig.1Bridgeplugging material CQ-GXJQ

2.2 抗高温性能评价

超深水平井由于井底温度高，各种桥接堵漏材料抗高温性能存在显著差异，因此在选择桥接堵漏材料时因考虑堵漏材料的耐高温能力。目前，大多数桥接堵漏材料在 120 ℃以下性能基本保持不变，但高于 120 ℃以上时部分材料将发生显著改变，严重影响后续堵漏施工效果。室内 CQ-GXJQ 桥接堵漏材料进行抗高温性能评价，同时选用两种常规桥接堵漏材料石灰石与核桃壳进行对比分析。实验时，将不同堵漏材料分成两部分进行抗高温性能评价：一部分放入碱性水溶液（pH=10）中，在 160 ℃条件下进行热滚实验；一部分放入烧杯中，直接在 160℃高温条件下进行干烘实验。通过 160 ℃抗高温性能评价可以看出，无论在碱性溶液或热烘条件下，CQ-GXJD 和石灰石均能保持原有的特性，如表 1所示。相反，核桃壳不具备抗高温能力，在 160 ℃条件下均发生高温碳化，影响其堵漏效果，如表 1和图2所示。

表1 抗高温性能评价Table 1Evaluation of high temperature resistance

图2 常规核桃壳堵漏材料耐高温实验Fig.2 High temperature resistance evaluation of walnut shell

2.3 抗压强度性能评价

刚性架桥颗粒通过架桥作用在漏失通道形成封堵层以后，必须具有一定的抗压强度，用于承受钻井液液柱压力、地层压力等作用。若堵漏材料抗压强度低，则易受外力作用而发生破坏，影响最终的封堵效果。室内分别称取 1.0～2.0 mm 的石灰石和CQ-GXJQ 各 15 g，将不同测试样品放入压力容器中抚平，采用单轴抗压强度测试方法，测定 25 MPa 下稳压 5 min 后，过 1mm 筛后的筛余量，测试结果如表 2 所示。从测试结果可以看出，CQ-GXJQ 颗粒抗压强度优于石灰石，能满足深井、超深井堵漏要求。

表 2 堵漏材料承压破碎实验Table 2 Confined broken experiment ofplugging materials

2.4 水平运移性能评价

超深水平井堵漏过程中，由于水平段长距离延伸，高密度大颗粒堵漏材料在水平段运移过程中易于提前沉降堆积，从而降低漏层附近大颗粒堵漏材料的有效浓度，不利于实现漏层封堵。室内采用自制水平运移模拟试验装置，将不同堵漏材料放入该装置的透明水平管线中，测定不同流体、不同排量下颗粒的运移性能，测试结果如表 3、表 4所示。

表3 清水中颗粒运移实验Table 3particle migration experiment in fresh water

表4 聚合物水溶液中颗粒运移实验Table 4particle migration experiment inpolymer aqueous solution

表 3、表 4 分别测定了粒径 10 mm 的 CQ-GXJQ与石灰石在清水和 0.2%XC 聚合物水溶液中的运移情况。从中可以看出，CQ-GXJQ 发生运移所需的排量值远低于石灰石；在相同排量条件下，CQ-GXJQ的运移量要远大于石灰石。同时，随着水平段固相颗粒加量的增加，在其发生运移排量条件下，完全运移所需时间增加。因此，在水平运移过程中，低密度大颗粒堵漏材料易于送至漏层，避免了运移过程中的大量沉降堆积，从而提高了水平段漏层封堵效果。

3 室内封堵实验评价

桥接堵漏采用不同形状、不同尺寸的惰性材料，按照特定级配比例混合于浆体中实现对漏层封堵。因此，室内选用 CQ-GXJQ 刚性颗粒作为主要的架桥材料，配以其他类型桥接堵漏材料进行封堵实验。封堵性能评价采用自制水平井堵漏仪进行评价，堵漏仪中的模拟漏层位置位于垂直水平段下方位方向，水平段长 1m，其基本原理参照 API堵漏仪进行设计。

3.1 孔隙性漏失封堵实验

室内将直径 14.3 mm 的钢珠放入内径 10 cm、高 10 cm 的套筒内，并将含有钢珠的套筒放入自制水平井堵漏仪中进行孔隙性漏失封堵实验。堵漏浆配方采用 3%土浆+6%CQ-GXJQ+8%SGJD+ 2%FDJ-2+3%FDJ-1+5%CQ-TF+6%SQD-98+2%HGS+0.1%纤维。将配制好的 4 000 mL 堵漏浆倒入堵漏仪器中密封、加压，测定不同稳压条件下的封堵效果，测试结果如表5所示。通过测试结果可以看出，该堵漏配方能在 14.3 mm 的钢珠孔隙中形成有效封堵层，压力变化仅影响封堵层的滤失量大小，其封堵效果如图3所示。

表5 孔隙性漏失封堵实验Table 5porosity leakageplugging experiment

图3 孔隙性漏失封堵效果Fig.3porosity leakageplugging effect

3.2 裂缝性漏失封堵实验

室内将缝宽分别为 5 mm 与 3 mm 的裂缝结构单元（均为双缝）依次放入水平井堵漏仪中固定，保证缝缝间的相互连通，进行裂缝性漏失封堵实验，其中裂缝单元有效长度均为 10 cm。堵漏浆配方采用 3%土浆+7%CQ-GXJQ+8%SGJD+3%FDJ-2+ 4% FDJ-1+3%CQ-TF+5%SQD-98+3%HGS+2%沥青。将配制好的 4 000 mL 堵漏浆倒入堵漏仪器中密封、加压，测定不同稳压条件下的封堵效果，测试结果如表6所示。

表6 裂缝性漏失封堵实验Table 6 Fractured leakageplugging experiment

图4 裂缝性漏失封堵效果Fig.4 Fractured leakageplugging effect

通过测试结果可以看出，该堵漏浆配方能形成有效封堵层，随测试压力的增加，封堵层逐渐被压实，图4展示了5mm裂缝结构单元中形成的封堵层实样。因此，将 CQ-GXJQ 作为架桥堵漏剂，并配以其他类型架桥堵漏材料，可实现对漏层的有效封堵。

4 结 论

超深水平井桥接堵漏过程中，由于井底温度高、压力强，水平段长，因此桥接堵漏材料应具备抗高温、高强度、低密度、具化学惰性等特点，以满足超深水平井桥接堵漏技术要求。CQ-GXJQ 堵漏剂具有粒度可调、抗高温、密度低、机械强度高、具化学惰性等优点，可作为刚性架桥粒子用于超深水平井桥接堵漏技术中，避免因高温、高压作用导致堵漏剂性能发生变化或因长水平段运移过程中大颗粒堵漏材料提前沉降堆积而引发的堵漏失败问题。

［1］杨力．彭水区块页岩气水平井防漏堵漏技术探讨[J].石油钻探技术，2013，41（5）：16-20．

［2］臧艳彬，王瑞和，张锐．川东北地区钻井漏失及堵漏措施现状分析[J].石油钻探技术，2011，39（2）：60-64．

［3］吴满祥，牟杨琼杰，高洁．对苏里格水平井水平段防漏防塌措施的探讨[J].钻井液与完井液，2016，33（3）：46-50．

［4］林英松，蒋金宝，秦涛．井漏处理技术的研究及发展[J].断块油气田，2005，12（2）：4-7.

［5］王广财，熊开俊，张荣志，等．吐哈油田恶性井漏堵漏技术研究与应用[J].长江大学学报(自科版)，2014，11（2）：102-104．

［6］任茂，苏俊霖，岳舟，等．钻井防漏堵漏技术分析与建议[J].钻采工艺，2009，32（3）：29-30．

［7］陈尔志．常用惰性堵漏材料堵漏效果及综合效应研究[D]. 成都理工大学，2011．

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Experimental Evaluation Research on a Kind of Ultra-deep Horizontal Wellplugging Material

DUAN Yong-xian1, SHU Xiao-bo2,3, LI You-wei1, LIU Xiang2,3, LIU Feng1, OU Xiang2,3
（1. Tarim Oil Field, Xinjiang Korla 841000，China；2. Oil & Gas Field Applied Chemistry Key Laboratory of Sichuanprovince, Sichuan Guanghan 618300，China；3. CCDC Drilling &production Engineering Technology Research Institute, Sichuan Guanghan 618300，China）

Conventionalplugging materials has someproblems during thepluggingprocess in ultra-deep horizontal wells, such aspoor high-temperature resistance,poor compression resistance and largeparticleplugging material migration. A ultra-deep horizontal wellplugging material CQ-GXJQ was developed and evaluated. The results show that the CQ-GXJQ has excellentperformance. CQ-GXJQ can be made into different sizeparticles with high temperature resistance, high mechanical strength, low density and high chemical inertness. It can be used in the lost circulation control in ultra-deep horizontal wells as rigid bridgingparticles. And itsproperties can effectively avoid the failure ofplugging caused by theperformance change ofplugging materials in high temperature and highpressure and the early sedimentation of largeparticleplugging materials in the long horizontal section migrationprocess.

Lost circulation;plugging material; Horizontal well

TE 254

： A

： 1671-0460（2017）02-0246-04

2016-12-20

段永贤（1972-），男，甘肃省会宁人，高级工程师，1997 年毕业于江汉石油学院钻井工程专业，研究方向：从事钻完井技术工作。E-mail：duanyx-tlm@petrochina.com。

舒小波（1985-），工程师，博士，研究方向：从事钻完井液技术工作。E-mail：shuxb921@126.com。