李秀云1，国维玉1，祁尚义1，汪文英2，何海龙2，郑晨宇3
（1．中国石化石油工程技术研究院，北京100101;2．中国石化胜利油田技术检测中心，山东东营257000；3．西南石油大学石油工程学院，四川成都610500）
摘要：裂缝性恶性漏失层漏失通道尺寸大，桥接堵漏及水泥和凝胶等堵漏成功率低。通过分析常用堵漏方法存在的不足，提出了新型固结堵漏浆的开发思路，确定了堵漏浆组分，通过室内实验，得出了各组分的合理加量，形成了新型固结堵漏浆。新型固结堵漏浆具有较好的流动性，便于泵送；具有较好的剪切稀释性，便于在漏失通道内滞留。新型固结堵漏浆形成的固化物抗压强度随温度升高呈增加趋势，在95℃下强度可达到18.9 MPa;具有微膨胀特点，有利于形成致密封堵层；韧性好，不易产生掉块造成卡钻等井下复杂问题，利于施工安全。新型固结堵漏浆对较大的裂缝性漏失层具有较好的封堵效果，能够满足压差较大的漏失层的封堵要求。
关键词：裂缝；固结堵漏浆；强度；膨胀；韧性
中图分类号：TE142 文章编号：0253 - 4320( 2016) 06 - 0096 – 04 DOI:10. 16606/j, cnki. issn 0253 - 4320. 2016. 06. 023
井漏是钻井过程中常见的复杂情况之一，其不仅耗费钻井时间，损失泥浆，而且有可能引起卡钻、井喷、井塌等一系列复杂情况，甚至导致井眼报废，造成重大经济损失。随着油气勘探开发领域的进一步扩大，钻遇的地层日趋复杂，裂缝、溶洞等恶性漏失地层不再鲜见。目前，针对较小的渗透性、裂缝性漏失已具备了相应的堵漏手段，堵漏成功率达90%以上。。但是对于大裂缝或大溶洞引起的井漏，堵漏成功率仍较低。目前，对于大裂缝造成的恶性漏失，常用水泥、凝胶等固结堵漏方法加以解决，水泥堵漏具有不易滞留和易收缩等缺点，堵漏成功率不高；凝胶堵漏强度低，不能满足漏失压差大的漏失层的封堵要求。针对固结类堵漏存在的缺点，开发了新型固结堵漏浆，该固结浆具有强度高、微膨胀、韧性好、不易产生掉块等特点，可以满足漏失压差较高的漏失层的封堵要求。
1 新型固结堵漏浆室内研究
1.1 固结堵漏浆组成
固结堵漏浆主要由基础强度剂、膨胀分散剂、纳米增强剂和增韧剂组成。基础强度剂为无机胶凝材料，主要是控制堵漏浆的强度，保证形成较高承压能力的封堵层，隔断井筒和漏失地层，防止钻井液进一步漏失；膨胀分散剂为有机无机混合物，主要作用是防止堵漏浆沉降形不成均匀的封堵层，同时保证形成的封堵层具有一定的膨胀量，完全充填在漏失通道内，避免后期封堵层收缩漏失通道重新连通而造成堵漏失效；纳米增强剂是提高堵漏浆固化后形成的封堵层的强度，如果封堵层强度不高，形成的封堵层承压能力也就相对较低，对于承压要求较高的漏失井，堵漏成功率就会降低；增韧剂是一种高强度、抗高温纤维，可提高堵漏浆固化后形成的封堵层的韧性，封堵层在后续钻井过程中与钻具碰撞，如果韧度不好，就会掉块，易引起井下复杂。
1.2固结堵漏浆配方
通过室内实验，对各组分的加量及对堵漏浆性能的影响进行了研究，最后确定固结堵漏浆配方。
1.2.1 基础强度剂质量分数对固结强度的影响
基础强度剂用于控制固结浆固结后的基础强度，其强度的高低对最终的封堵层强度影响最大，对于普通漏失层，承压能力达到7MPa就能满足堵漏要求。基础强度剂质量分数对固结强度的影响如表1所示。从表1可以看出，随着基础强度剂质量分数的增加，固结物强度也是呈增加趋势，当固结物强度剂质量分数达到130%后，强度增加趋势有所减缓。综合考虑经济成本和封堵强度，确定基础强度剂质量分数为130%。
1.2.2膨胀分散剂质量分数对堵漏浆性能的影响
膨胀分散剂的作用有2个：一是防止堵漏浆在未固结前沉降；二是防止堵漏浆固结后体积收缩。在堵漏浆中加入不同质量分数的膨胀分散剂，搅拌均匀，放入量筒中，静止6h后，测上下层堵漏浆密度，研究膨胀分散剂对沉降稳定性的影响；同时，将不同膨胀分散剂质量分数的堵漏浆倒入模块中，测量固结前后的体积，研究膨胀分散剂对体积收缩的影响。实验结果如表2所示。从表2中可以看出，随着膨胀分散剂质量分数的增加，固结浆沉降稳定性变好，浆体更稳定；固结物体积收缩率也呈减小趋势，当膨胀分散剂质量分数达到5%后，固结物开始膨胀；固结物强度随着膨胀分散剂的增加呈减小的趋势，说明膨胀分散剂对固结物内部结构的影响较大，有失稳趋势。
1.2.3 纳米增强剂质量分数对堵漏浆性能的影响
膨胀分散剂对固结浆结构造成了一定的破坏，使得固结物强度降低，不能满足漏失压差较高的漏失层的堵漏要求。纳米增强剂能够嵌入固结物的微小孔隙中，弥补堵漏浆反应后固结形成的小孔隙，提高固结物的强度。通过室内实验，研究了纳米增强剂质量分数对堵漏浆固结物强度的影响规律，结果如表3所示。从表3可以看出，随着纳米增强剂质量分数的增加，固结物的强度逐渐增加，黏度也逐渐增加。综合考虑固结物强度对封堵效果的影响及堵
漏浆黏度对堵漏浆泵送的影响，最终确定纳米增强剂的质量分数为15%，可以满足漏失压差10 M Pa以上漏失层的封堵要求。
1.2.4增韧剂质量分数对堵漏浆性能的影响
固结堵漏浆固结后，用压力机测其强度性能，达到极限强度时，固结物会被破坏成碎块，碎块完全崩落，如图1所示。堵漏施工时会有一部分固结浆附着在井壁上，在钻具的连续碰撞下，固结物易被破坏成碎块，较大的碎块有可能引起卡钻等复杂情况。
在固结堵漏浆中加入不同质量分数的增韧剂，测量堵漏浆流变性能及其固结物强度，实验结果如表4所示。由表4可以看出，随着增韧剂质量分数的增加，堵漏浆的强度和黏度也相应增加。考虑强度对堵漏效果的影响及黏度对泵送的影响，最终确定增韧剂质量分数为1. 5%，可以满足漏失压差15 M Pa的漏失层的封堵要求，也能达到现场泵送的要求。
1.2.5 固结堵漏浆配方
通过评价实验及分析，最终确定了固结堵漏浆的配方为：水+ 130%基础强度剂+5%膨胀分散剂+15%纳米增强剂+1.5%增韧剂。
1.3 固结堵漏浆性能评价
1.3.1 流变性
利用六速旋转黏度计测试了固结堵漏浆的流变性，测试结果如表5所示。由表5可以看出，固结堵漏浆表观黏度和塑性黏度较低，流变性好，具有较好的可泵性；同时，其初、终切差值大，终切值达到21 Pa，具有较好的剪切稀释性，便于在漏失通道内滞留。
1.3.2 固结物强度和韧性
将固结堵漏浆倒入方型养护模中，在50~100℃水浴中分别养护24 h，用强度测试仪对固结物强度进行测试。当达到强度极限，固结物开始发生形变时，停止加压，卸压后重新加载，重复2次，观察固结物的强度和韧性，部分实验结果如表6和图2所示。从表6中可以看出，随着温度的增加，堵漏浆固结后强度也呈增加趋势，可以满足漏失压差6.6~ 18.9 M Pa间不同漏失层的封堵要求。同一固结物3次测试强度下降趋势明显。但从图2可以看出，固结物受压破坏后，没有完全崩落，仍然连在一块，说明增韧剂起到了一定的作用，与图1中没加增韧剂的固结物相比，可以有效防止固结物破坏后分散引起掉块，避免井下复杂情况的发生。
1.3.3 岩心承压能力
取地层岩心压制成裂缝，将堵漏浆填充到岩心裂缝中，放到80℃水浴中养护24 h，测岩心的承压能力。岩心承压前后照片如图3所示，实验结果如表7所示。从表7可以看出，高强度堵漏浆对地层形成的裂缝有较强的粘结能力，岩心的承压能力与原始状态接近，并且破碎的岩心都不是由裂缝处张开，而是整体破碎，说明有足够高的承压能力。
1.3.4钻井液对固结浆性能的影响
将堵漏浆加入水基钻井液，低速搅拌后测其流变性，在80℃水浴中养护24 h，测固结物的承压强度，实验结果如表8所示。从表8可以看出，固结堵漏浆中混入钻井液后，强度呈下降趋势，混入质量分数为20%的钻井液后，强度下降较多，但仍可以满足漏失压差6 M Pa以上漏失层的封堵要求；黏度也呈下降趋势，有利于堵漏浆的泵送。
2现场应用
固结堵漏技术在新疆、四川等地区的多口井进行了现场应用，成功封堵住漏失层，满足了后续钻井施工的要求。以其中的ATX井为例，介绍固结堵漏技术现场应用情况。
2.1 ATX井基本情况
ATX井钻遇23 m二叠系地层(4 402～4 425 m)，岩性为火成岩，地层破碎，裂缝发育，地质取心资料表明，裂缝最大可达3～5 mm。该井揭开二叠系地层就发生漏失，钻井密度由1.33g/cm3降至1. 30 g/cm3，仍然存在漏失，整个二叠系地层钻进过程中漏失钻井液55m3。根据钻井设计要求，二叠系地层堵漏施工后，承压要大于9 M Pa，30min压降小于0.5 M Pa。
2.2堵漏施工过程
将光钻杆下至二叠系地层顶部4 400 m处。水泥车依次注入2m3清水、25 m3固结堵漏浆．2 m3清水，随后用泥浆泵替井浆37m3，使钻杆内外固结堵漏浆液面持平。上提钻具至套管内，关闭封井器，进行憋挤作业，逐步提高憋挤压力至11MPa，挤入固结堵漏浆15m3，之后关井候凝24h。
2.3施工效果
候凝结束后，立压为8MPa，缓慢泄压，开井，换钻具扫塞至原井深，起钻至套管内，关井试压。最高憋压至9.5MPa，30min压降至0.2 M Pa。达到了钻井设计的指标，满足了后续钻进的要求。
3结论
(1)固结堵漏浆由基础强度剂、膨胀分散剂、纳米增强剂和增韧剂组成，基础强度剂和纳米增强剂用于控制固结物强度，膨胀分散剂用于控制固结物体积收缩，增韧剂用于控制固结物韧性，避免产生掉块影响井下安全。
(2)固结堵漏浆强度高(95℃下强度可达到18.9 M Pa)，且随着温度的升高，强度也呈升高趋势，可以封堵漏失压差较大的漏失层；固结堵漏浆流动性较好（39 m Pa .s左右），且与钻井液兼容性较好，堵漏浆中混入钻井液后，黏度有下降趋势，更利于泵送；固结堵漏浆固化后，具有微膨胀特点，有利于形成致密封堵层，保证堵漏效果；固结堵漏浆固化物韧性好，不易产生掉块造成卡钻等井下复杂，利于施工安全。
(3)固结堵漏浆对于裂缝性地层具有较好的封堵效果，但现场要用水泥车配制固结堵漏浆，需要进一步攻关研究现场施工工艺简单的固结堵漏材料，在保证堵漏效果的前提下，简化施工工艺，节约施工成本。
