鉆井液堵漏材料及防漏堵漏技術(shù)研究進(jìn)展

鉆井液堵漏材料及防漏堵漏技術(shù)研究進(jìn)展

隨著油氣勘探和勘探的深入，鉆井過程中遇到的地層變得越來越復(fù)雜。例如，當(dāng)?shù)装鍓毫p失、破碎或微結(jié)構(gòu)壓力、裂縫發(fā)育和多相壓水平時，井漏問題十分突出。由井漏誘發(fā)的井壁失穩(wěn)、坍塌、井噴等問題是長期以來油氣勘探開發(fā)過程中的世界性難題,是制約勘探開發(fā)速度的主要技術(shù)瓶頸;同時井漏造成鉆井液損失巨大,而在儲層發(fā)生的漏失對儲層的傷害更是難以估量。因此,近年來國內(nèi)外進(jìn)行了大量鉆井液堵漏材料及防漏堵漏技術(shù)方面的研究工作,并取得了較好的應(yīng)用。1隔離材料和應(yīng)用1.1顆粒復(fù)合堵漏劑橋接堵漏材料包括各類形狀不同、大小各異的單一惰性材料及級配而成的復(fù)合材料,具有操作簡單、取材方便、不影響鉆井液流變性等特點(diǎn),可減少由孔隙和裂縫造成的部分漏失和失返漏失,如國外的C-SEAL系列顆粒復(fù)合堵漏劑、MAX-BRIDGE材料等,在中國以果殼、云母、纖維及它們復(fù)配的形式為主,各種廉價(jià)化工副產(chǎn)品、廢棄化工原料也作橋堵材料。其作用原理包括掛阻架橋、堵塞和嵌入、滲濾、拉筋、膨脹堵塞、卡喉等作用。在英國布倫特油田,研制出了一種由涂有表面活性劑和分散劑的玻璃絲纖維組成的新型改性纖維材料,能抗232℃高溫,解決了該地區(qū)的井漏問題。1.2漏失層濾失該材料由滲濾性材料、纖維狀材料、硅藻土、多孔惰性材料、助濾劑、增強(qiáng)劑等復(fù)合而成,適用于處理滲漏、部分漏失及少量漏失。該材料進(jìn)入漏失層后,在壓差作用下迅速濾失,固相聚集變稠形成濾餅,繼而壓實(shí)堵塞漏失通道,形成高滲透性微孔結(jié)構(gòu)堵塞,鉆井液在堵塞面上迅速濾失形成光滑平整的泥餅,嚴(yán)密封堵漏失通道。菲利普斯公司的DiasealM即為高濾失堵漏材料,如中國的DSL、Z-DTR、DTR、DCM等都為類似的高濾失堵漏產(chǎn)品。1.3可變形性石墨材料柔彈性材料具有較好的彈性、一定的可變形性、韌性和化學(xué)穩(wěn)定性。在擴(kuò)張?zhí)畛浜蛢?nèi)部擠緊壓實(shí)雙重作用下,自適應(yīng)封堵不同形狀和尺寸的孔隙或裂縫。LC-LUBE系列、STEELSEAL系列、Rebound等均為彈性石墨材料。這些材料具有雙組分碳結(jié)構(gòu),均有多種規(guī)格和廣泛的粒度分布,可隨著井下壓力的改變而擴(kuò)張和收縮,能滯留在裂縫中形成有效封堵。彈性石墨與碳酸鈣或聚合物材料的混合處理能解決相關(guān)井漏問題。由可變形性膠態(tài)顆粒組成的可變形性封堵材料,通過在低滲透、小孔喉處和泥巖微裂縫處形成內(nèi)部架橋來降低孔隙壓力的傳播,同時還提高外泥餅的質(zhì)量,其在南德克薩斯油田等得到較好應(yīng)用。清華大學(xué)研制的工程潤滑材料柔性石墨具有純度高、柔韌性好、彈性大等優(yōu)點(diǎn),即將其應(yīng)用于防漏堵漏中。中國石油勘探開發(fā)研究院采油所研制的柔性堵劑為以含芳基單體為原料合成的柔性聚合物材料,可任意變形、拉伸韌性強(qiáng)、強(qiáng)度高、封堵效果好,可應(yīng)用于防漏堵漏中。1.4鋼絞線的生產(chǎn)聚合物凝膠堵漏材料有以下特點(diǎn):能防止裂縫的壓力傳播和誘導(dǎo)擴(kuò)展;固相含量低,不受漏失通道限制,通過擠壓變形進(jìn)入孔隙或裂縫;有強(qiáng)黏滯阻力和抗剪切稀釋能力;與惰性橋堵劑復(fù)配效果好;交聯(lián)凝膠形成后表現(xiàn)出很好的黏彈性、柔軟性和韌性。凝膠材料分為交聯(lián)的聚合物和不需交聯(lián)的具有特殊結(jié)構(gòu)的聚合物材料,也可與其它材料混合使用。M-I公司研制的交聯(lián)橋塞有三代產(chǎn)品。①FORM-A-PLUG由交聯(lián)聚合物、交聯(lián)劑和纖維狀堵漏材料組成,在阿爾及利亞沙漠鉆井井漏中用FORM-A-PLUG處理,鉆完橋塞后完全恢復(fù)循環(huán),沒有發(fā)生井漏。②FORM-A-SETAK增加了聚合物和較小纖維材料,比前一種更堅(jiān)固,在得克薩斯州中部陸上一口井的裂縫性灰?guī)r井漏事故中應(yīng)用后沒有發(fā)生漏失,且井眼保持穩(wěn)定。③FORM-A-SETAKX用粗碳酸鈣代替纖維素,降低了儲層損害,且比前2種更易深入滲透性地層或斷層,較好地解決了得克薩斯州東部一口井在井深1619m處遇到的低、中滲透性砂巖水侵問題。西南石油大學(xué)研制的ZND特種凝膠不需要交聯(lián),在水溶液中,大分子鏈通過分子間相互作用自發(fā)地聚集,進(jìn)入漏層后自動停止流動,充滿裂縫、溶洞空間,形成能隔斷地層內(nèi)部流體與井筒流體的凝膠段塞,該凝膠在四川、長慶及吐哈油田得到了較好的應(yīng)用。另外,其它凝膠材料的報(bào)道也很多,如聚丙烯酰胺交聯(lián)凝膠與無機(jī)堿金屬鹽的混合物、復(fù)合納米級有機(jī)/無機(jī)凝膠、交聯(lián)型聚合物PCP凝膠等,均較好地解決了相關(guān)井漏問題。1.5纖維水泥漿的形成機(jī)理該材料包括水泥、石膏、石灰、硅酸鹽類等混合漿液,以水泥為主,通過添加各種水泥漿處理劑和改善灌注工藝來提高封堵效果,其承壓能力強(qiáng),用來對付嚴(yán)重漏失層效果顯著,但容易被水稀釋沖走。水泥漿泵送至井下漏層中一定時間后,水泥漿稠化凝固形成具有相當(dāng)強(qiáng)度的固狀體而與地層膠結(jié)為一體,達(dá)到封堵漏層的目的。纖維水泥漿通過在其中加入一種分散效果好的特種纖維形成。在印度尼西亞中蘇門答臘盆地的Duri油田,鉆穿一段長161.85m的地層時發(fā)生完全漏失,泵入4.77m3密度為1.68g/cm3的纖維水泥漿后,井口立即返出。該纖維水泥漿還解決了中東地區(qū)UER和Simsima高含水碳酸鹽巖地層長期存在的漏失問題。交聯(lián)水泥是將水泥和壓裂液混在一起作為隨鉆鉆井液,替入井下后可迅速凝固。阿根廷東北盆地的一口油井在井深119.5m處下完表層套管后,發(fā)生了嚴(yán)重的井漏事故,用交聯(lián)水泥解決了該問題。其它各種水泥漿材料也很多,且常與橋堵材料復(fù)配使用,如硅酸鹽水玻璃類抗溫材料、MTC水泥漿、泡沫水泥等,均有較好的應(yīng)用。1.6礦井漏失解決ue007國外如PolyBlock為特定顆粒材料與不同尺寸結(jié)晶狀聚合物的混合體,水化后大幅膨脹,幾小時內(nèi)就能封堵非常嚴(yán)重的大漏失。在埃及尼羅河三角洲地區(qū)鉆井時出現(xiàn)了大量的漏失,將不同粒徑的顆粒材料、合成聚合物及水混合打入井下產(chǎn)生膨脹作用,解決了井漏問題。中國如溶脹性丙烯酰胺丙烯腈共聚樹脂、丙烯酸-丙烯酸鈉共聚高分子吸水膨脹樹脂等膨脹性堵漏材料。膨脹性堵漏材料在川東北地區(qū)雙廟101井、彩南油田的C2872井、金雞1井等鉆井堵漏施工中均得到較好的應(yīng)用。2鉆井液密封閉技術(shù)2.1儲層壓力控制超低滲透鉆井液技術(shù)利用表面化學(xué)原理,在巖石表面形成具有一定強(qiáng)度的超低滲透膜,這些膜在濾餅和巖石表面濃集形成膠束,該膠束在弱地層孔隙或天然裂縫處形成屏障,膨脹變大限制滲透,在漏失處鎖住堵漏材料,通過壓力作用從顆粒中擠出濾液。由于堵漏材料的去水化作用,在漏失層封堵更好。國外超低滲透鉆井液主要由濾失控制井眼穩(wěn)定劑FLC2000、井眼穩(wěn)定劑LCP2000和混合物DWC2000組成,在墨西哥灣、巴西海洋油井區(qū)、孟買深海等地區(qū)均有較好的應(yīng)用。中國由零濾失井眼穩(wěn)定劑JYW組成的超低滲透鉆井液在大港油田官子井、遼河油田相關(guān)井段等均取得了較好的應(yīng)用。2.2微泡沫體球球微泡鉆井液能形成具有高能量的微泡網(wǎng)結(jié)構(gòu)。它進(jìn)入漏層后能聚結(jié)成蜂窩狀的泡沫凝膠,多級分散的微泡沫球體能在鉆井液中作為架橋粒子及變形填充粒子,起到堵漏作用。微泡鉆井液在川東北地區(qū)玉皇1井等井漏處理中得到了很好的應(yīng)用。2.3高效逆乳化堵漏鉆井液哈利伯頓公司分別于2001、2005、2006年研發(fā)了ACCOLADE合成基、INNOVERT礦物油基、INTEGRADE柴油基3種無固相、高性能逆乳化堵漏鉆井液。該類鉆井液加入了獨(dú)特的乳化劑和獨(dú)特改性脂肪酸以維持非水基鉆井液的懸浮能力及黏度。各組分之間相互作用可形成強(qiáng)勁但脆弱的凝膠結(jié)構(gòu),能有效減少鉆井液漏失,優(yōu)越于傳統(tǒng)逆乳化鉆井液。比如加有黏彈性表面活性劑VES-PILL材料的無固相無損害鉆井液,在鹽水條件下能單獨(dú)形成凝膠,抗溫能力達(dá)到191℃,能維持很高的黏度而有效地控制或阻止鹽水漏失,其在沙特阿拉伯油田得到了很好的應(yīng)用。2.4構(gòu)成“人造井壁”最新有種物理法隨鉆防漏堵漏技術(shù),其對鉆井液沒有很高要求,而是利用專用井下工具將泵入的鉆井液流量分流小部分,用旋轉(zhuǎn)射流直接作用于漏失井壁,配合合適的鉆井液在井壁上形成一層致密的、滲透率接近零的濾餅,即“人造井壁”的屏蔽環(huán),可提高井壁正反方向的承壓能力。該技術(shù)適用于滲透性良好的砂巖、砂礫巖中漏失量較小、漏速慢的滲透性漏失和裂縫性漏失。2.5橋塞和地面識別層國外在井眼強(qiáng)化技術(shù)中提出了“應(yīng)力籠”這一新的概念。即通過適當(dāng)對井壁施壓形成小裂縫,鉆井液中加入的合適固相材料迅速進(jìn)入裂縫并在裂縫開口附近形成橋塞,橋塞滲透率必須足夠低,以便阻隔液柱壓力的傳遞,產(chǎn)生能夠封堵裂縫、阻止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大、防止壓力傳遞到裂縫末端、提高井眼周向應(yīng)力的“應(yīng)力籠”效應(yīng)來達(dá)到強(qiáng)化井眼的目的,起到防漏堵漏的效果。如英國北海204/20-C21z井在目的層上部砂巖薄層中鉆進(jìn)時提高鉆井液密度后壓井,發(fā)生井漏。設(shè)計(jì)采用“應(yīng)力籠”方法側(cè)鉆井眼,形成段塞中含有碳酸鈣和石墨,提高鉆井液密度試壓,地層未發(fā)生漏失,順利完鉆。3鉆井液防漏堵漏技術(shù)ue007近年來鉆井液堵漏材料及防漏堵漏技術(shù)的研究取得了重要進(jìn)展,特別是聚合物凝膠、柔彈性、高濾失、水泥漿堵漏材料及