随钻防漏剂VMD的研制与应用

刘昱彤

中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院，河南濮阳 457001

新疆二叠系地层以深灰、绿灰色英安岩为主，渗透性漏失量大，严重影响了安全快速钻进。新疆三塘湖盆地、准葛尔盆地、乌夏地区和小拐地区的二叠系储层地层孔隙类型较多，以粒内溶孔、剩余粒间孔最为发育，其次为微裂缝和片沸石晶间孔，70%的孔缝小于0.1 mm[1-4]。根据分析可知，二叠系地层随钻封堵剂粒径需满足封堵0.1 mm以下孔缝的需求。目前现场常用的随钻封堵材料，如随钻堵漏剂FD-1、沥青、超钙类封堵剂等材料，粒径过大，仅在裂缝口形成“封门”，只能缓解一时漏失，经循环后，漏失继续发生且更为复杂，不能深入地层孔隙和裂缝内。二叠系钻进日均钻井液消耗量高达50 m3。同时，该地区钻井安全密度窗口窄，裸眼段长，井壁易失稳，钻井液大量渗漏又进一步恶化了井壁稳定。为解决二叠系渗透性漏失与井壁失稳难题，笔者从提高钻井液的封堵能力出发，优选出柔性材料、刚性粒子、片状材料及纤维并进行合理粒径级配，研制出随钻防漏剂VMD，室内进行了配伍性及封堵性能评价，并在新疆二叠系进行了现场应用。

1 随钻防漏剂VMD的研制

1.1 VMD配方组成及粒径级配

室内采用250～380 μm砂床模拟二叠系微孔隙，依据1/3～2/3架桥原理和裂缝地层随钻刚性颗粒封堵机理与估算模型，计算出所形成的最大孔隙尺寸为90～128 μm，一级架桥粒子的最大尺寸约为85 μm，二级架桥粒子最大尺寸约为20.7 μm，配合片状材料、变形材料和纤维材料，形成了随钻封堵剂VMD，其配方组成见表1。

表1 随钻防漏剂VMD配方组成

1.2 防漏剂VMD性能特点

1)桥塞封堵。防漏剂VMD采用多种材料复配、逐级架桥填充并合理粒径级配的方式，即通过刚性材料架桥、片状材料堆砌、纤维材料拉筋、弹性粒子填充多种材料协同作用，填充孔隙形成致密封堵，从而实现降低钻井液渗漏量的目的。

2)改善泥饼质量，强化井壁。具有适用于封堵新疆二叠系地层的粒径尺寸及级配的VMD可参与滤饼形成，在钻进过程中瞬间形成致密的泥饼，减少钻井液滤液向地层侵入，降低井筒压力向地层的传导效应，避免地层微裂缝发生水力尖劈，保证井壁稳定。

3)抗温180 ℃。新疆二叠系地层裸眼段长大于5 000 m，地层温度高，钻进时间长，随钻封堵剂VMD高温有效期长，且与钻井液具有良好的配伍性。

2 防漏剂VMD性能评价

2.1 泥饼及砂床渗透率评价

高温高压泥饼渗透率测定：在高温高压滤失量测试结束之后，倒出钻井液杯中的钻井液，再向加温罐中加入清水，在180 ℃、3.5 MPa压力下测30 min失水量，每5 min记录一次，取出仪器内泥饼，用热风机将泥饼烘吹，再用针入度仪测其厚度，每个泥饼选测5个点，取其平均值为泥饼厚度。计算泥饼的平均渗透率K。

高温高压砂床滤失量测定：用250～380 μm数标准筛筛出的200 g石英砂倒入71型高温高压滤失仪加温罐中作为砂床，测定钻井液30 min的高温高压滤失量(3.5 MPa)，每5 min读取一次滤失量。高温高压砂床渗透失水测定：测完砂床滤失量后，倒出钻井液，加入清水，在高温高压(3.5 MPa)下测30 min失水量，每5 min读取一次。

在基浆密度为1.5 g/cm3的聚磺浆(4%SMP+4%SMC+0.2%PAC+0.2%PAMS601+重晶石，基浆配方下同)中加入不同量的防漏剂VMD，在养护条件为180 ℃/h下，测定高温高压失水量，泥饼厚度，评价VMD降低泥饼渗透率及改善泥饼质量的能力，试验结果见表2。

表2 泥饼渗透率评价

由表2可知，随着VMD加量的增加，高温高压失水量降低，泥饼厚度减薄，渗透率下降。在泥饼形成过程中，封堵剂进入泥饼孔隙进行封堵，改善泥饼质量，显著降低泥饼渗透率。

在基浆中加入不同量的防漏剂VMD，在养护条件为180 ℃/h下，高温高压砂床滤失量及砂床渗透性失水性能试验结果见表3。

表3 砂床渗透率评价

由表3可知，随着VMD加量的增加，砂床滤失量和砂床渗透量逐步降低，但加量大于5%后，降低率显著减缓。试验完毕后，拆开罐体，基浆形成的封堵层无强度，倒出呈散沙状，清水全漏失；而当VMD加量大于5%后，拆开罐体，VMD与石英砂紧密堆积在一起，形成有一定强度的密实封堵层，清水仅漏失2.0 mL左右，封堵效果显著提高，降低渗漏性滤失量效果显著。由泥饼及砂床渗透率评价结果可知，加入VMD后，可密实封堵层，改善了泥饼质量，降低泥饼渗透率并大幅降低砂床的渗透量，推荐随钻防漏剂加量为5%。

2.2 承压能力评价

利用驱替堵漏仪，考察在不同的挤注量下，防漏浆(基浆+5%VMD)在粒径为250～380 μm石英砂模拟漏层中的承压情况，结果见图1。

图1 5%加量VMD承压评价

由图1可知，随着挤注量的增加，砂床的承压能力逐渐升高，封堵能力逐渐增强，当挤注量为140 mL，砂床的承压能力达到10 MPa。试验结束后卸开模拟层发现，在模拟层上部封堵材料与石英砂相互胶结形成致密且具有一定韧性的泥饼，且在10 MPa压力下仅浸湿6 cm砂床，对比基浆承压实验，加压即漏。试验结果表明，VMD能显著降低渗透性漏失量。

2.3 悬浮性评价

二叠系所处井段裸眼长达3 000 m，为保证均匀有效封堵，要求封堵材料能够充分悬浮，随钻封堵浆具有较好的悬浮稳定性。将基浆+5%VMD倒入100 mL量筒中，静置24 h后，用针管抽吸测量量筒上部10 mL和底部10 mL的密度试验，结果见表4。

表4 悬浮性能评价

由表4可知，浆体上下密度差极小，仅0.001 g/cm3，说明VMD在钻井液中悬浮稳定性较好，能满足现场施工要求。

2.4 钻井液配伍性评价

以4%坂土浆+0.1%XC-1为基浆，考察VMD与基浆的配伍性，结果见表5。钻井液配伍试验表明，VMD与基浆的配伍性较好，防漏剂VMD加量在5%较为合适。

表5 防漏剂配伍性评价

3 现场应用

YJ3-6H井是西北油田分公司在塔里木盆地顺托果勒低隆北缘部署的一口开发井。设计井深7 537.31 m，二开井段2 000～7 186 m，4 754～5 286 m系二叠系以深灰、绿灰色英安岩为主，井漏现象频发(邻井YJ3-1井共发生5次井漏、YJ3-3井共发生10次井漏)。

针对二叠系渗漏严重的问题，目前现场施工多采用密度控制和随钻封堵的措施，但由于现场所用堵漏剂材料粒径级配不合理，抗温能力差、封堵有效期短，封堵效果不明显。二叠系漏失情况统计见表6。

表6 新疆二叠系漏失情况统计

由表6可知，二叠系除渗透性漏失外，还出现井漏失现象。因此，在随钻防漏材料VMD加入的同时需加入大粒径封堵材料进行封堵，具体措施如下：

1)YJ3-6H井钻进入二叠系前50 m，调整筛布，将150目筛布换成60目筛布，钻井液中添加VMD防漏剂，在补充胶液时也添加足量的防漏剂VMD。

2)钻至4 737 m进入二叠系后，不过振动筛钻进，勤放锥形罐，在钻进过程中及时补充VMD，另加入SQD-98(中粗)6 t、SQD-98(细)5 t、FDL-1 4 t、核桃壳(中粗)2 t、核桃壳(细)3 t、QS-2(40目)2 t、QS-2(60目) 3 t、QS-2(80目) 3 t、QS-2(600目)5 t。

3)二叠系钻穿承压堵漏结束后，及时更换高目数振动筛，并对1#、2#循环罐清罐，尽快清洁泥浆。

现场施工结果表明，日钻井液消耗量由原来的30～40 m3逐步降低到20 m3左右，再降到10 m3以下，充分验证了VMD防漏剂的降漏失性能。

4 结论

1)VMD防漏剂利用刚性材料架桥、片状材料堆砌、纤维材料拉筋、弹性粒子填充等多种材料协同作用封堵，孔缝防漏效果显著。

2)VMD能够改善泥饼质量，降低泥饼渗透率55%以上，同时与地层形成致密封堵层，大大降低渗透性漏失量。

3) VMD防漏剂根据新疆二叠系微孔微裂缝地层物性要求，合理粒径级配，在孔缝发育地层形成有效封堵层，实现降低渗透性漏失的目的。经YJ3-6H井的现场应用表明，VMD防漏剂降低钻井液消耗量50%～80%。