大庆油田南二、三区堵漏技术研究与应用

西部探矿工程2019年第6期大庆油田南二、三区堵漏技术研究与应用

(大庆钻探工程公司钻井三公司，黑龙江大庆163411)

摘

要：针对大庆油田南二、三区从嫩江组到高台子油层裂缝发育，钻井过程中经常发生井漏事故的

赵

丹*

难题，在室内合成出一种新型堵漏剂，具有遇水膨胀、可根据裂缝形态发生形变的特点，在模拟地层水条件下体积膨胀率在12倍以上。以该堵漏材料为主，结合刚性堵漏颗粒、纤维堵漏材料，最终形成一套适合南二、三区的新型随钻堵漏剂配方。室内评价实验表明，该配方能够有效封堵0.05~3mm的致漏裂缝，承压能力达到5MPa以上，比常规堵漏材料提高30%以上。在现场应用过程中，该堵漏剂配方与工程措施相结合，使南二、三区块井漏发生率降低了70%以上，并且缩短了钻井周期，节约了钻井成本，为有效解决大庆油田南二、三区井漏技术难题提供了新的解决方向。关键词：遇水膨胀；堵漏材料；承压能力；工程措施

中图分类号：TE2文献标识码：A文章编号：1004-5716(2019)06-0056-03井漏是指在钻完井过程中钻井液、水泥浆或其他工作液漏失到地层中的现象。大庆油田南二、三区是位于长垣北部最复杂的调整井钻井区块。从以往钻井资料分析，该区块所钻井井漏发生率达到21.6%，且井漏过程中伴随着油气水侵、井涌、井塌，使处理井漏工作复杂化，难度大。近年来，各钻井公司在南二、三区采用了多种的防漏堵漏措施，虽然取得了较好的效果，但常规防漏材料承压能力低，导致重复漏失次数较多，防漏和堵漏的成功率还有待于进一步提高。因此，针对该地区地质特点开展了新型防漏材料技术攻关，优化防漏材料配方，提高了漏层承压能力，使井漏发生率大幅度降低。1

南二、三区地质情况分析

（1）南二、三区在形成长垣构造时，形成张扭断裂带，同时伴生一系列的垂直张性裂缝，区块内断层发育，从嫩江组四段到高台子油层均发育有较多裂缝，垂直裂缝的发育是该区低破裂压力区形成的主要原因，大小断层30余条，将该区域割裂成多个不同压力体系，导致该区易发生井漏。

（2）南二、三区是大庆油田的主产油区，长期注水采油导致油层渗透性好，部分区块地层压力异常，目前钻井施工前采油厂停止注水但不开井泄压，导致部分井浅层砂岩层压力异常。为保证钻井施工安全，地质

*收稿日期：2018-10-12

设计钻井液密度偏高，钻井施工时钻进到低压层和渗透性好的砂岩层时容易发生井漏。

（3）南二、三区嫩江组泥岩造浆性强，快速钻进时对钻井液性能污染严重，钻井液性能变化幅度大，钻进时产生的激动压力大，钻进施工时钻井速度快循环时间不够，钻井液中有害固相含量高达10%以上，容易形成泥环导致环空不畅，钻进时易发生井漏。2

遇水膨胀型堵漏剂合成与性能评价

目前常用的堵漏材料大多以桥塞堵漏材料为主，作用机理是通过架桥充填作用封堵漏失地层孔隙或裂缝，堵漏剂颗粒粒径必须与漏失地层孔喉或裂缝尺寸匹配合理，否则起不到有效堵漏作用，导致封堵范围窄，防漏堵漏适应性较差[1-3]。

超吸水材料是一种遇水膨胀，且膨胀后韧性和弹性都较好的高分子聚合物，在油田开发

过程中被用作堵水材料。若将这种材料用于堵漏技术中，可充分利用其吸水膨胀、压缩变形的特点，在压差作用下改变外部形状进入到裂缝内部，进一步吸水后继续膨胀变大，牢牢卡在裂缝内部，不易在压力释放的情况下“返吐”，从而提高堵漏材料的承压能力。所以将吸水材料用于堵漏领域具有理论可行性[4-6]。2.1

堵漏剂合成

超吸水材料可分为离子型与非离子型2种。离子

作者简介：赵丹（1986-），男（汉族），黑龙江大庆人，工程师，现从事钻井技术与管理工作。

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型吸水能力强，耐盐性较差；非离子型耐盐性好，吸水能力差。综合吸水性、抗盐性和成本因素考虑，选用丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体。

称取一定量的AM、AMPS和量取一定体积的AA，加蒸馏水溶解，边冷却边搅拌下，用一定量NaOH中和达一定程度后，再加入定量交联剂、引发剂，在60℃~80℃下反应6~7h，反应完毕后，将反应物取出，80℃条件下干燥，粉碎即得超吸水材料。2.2

性能评价

2.2.1体积膨胀倍数

大庆油田地层水总矿化度主要分布在1000~10000ppm之间，而且随地层深度的增加，矿化度与深度呈近似的线性关系。在一定体积蒸馏水中加入不同质量NaCl、MgCl2等无机盐，模拟不同矿化度的地层水，测量吸水材料在不同矿化度溶液中的体积膨胀倍数，实验结果如图1所示。由图1可知，最低体积膨胀倍数大于12倍，随着地层水矿化度增加，膨胀倍数趋于不变，能够满足堵漏需求。图1吸水材料在不同矿化度条件下膨胀倍数

2.2.2将质量为抗压和耐温能力评价

m1吸水饱和的样品，置于高温高压滤失仪

中，在120℃条件下，0.1~5MPa压力区间，在每个压力值下稳定30min读取滤失量m2。利用公式：m1-m2/m1可计算出吸水材料在高温高压下保水能力（即形变保持能力）。实验结果见表1。由表1可知，在5MPa、120℃的条件下保水率达到86.2%，说明吸水材料在井底高温高压条件下不会因失去水分而变形，降低堵漏承压能力。3随钻堵漏配方研究及性能评价3.1

配方研究

合成的遇水膨胀可变形吸水材料在堵漏过程中起到大颗粒架桥、小颗粒填充的双重作用。但要使堵漏效果更明显，吸水材料还需要与纤维类和刚性颗粒类材料复配使用，其中纤维类材料能在堵漏浆中纵横交

表1

吸水材料抗压、耐温数据表

压力（MPa）

滤失量（mL）

保水率（%）

001000.56.499.20.118.697.71.532.496.12.046.4.32.558.291.63.076.790.73.596.588.34.0111.486..5120.486.45.0

124.6

86.2

错，相互拉扯，有效控制钻井液漏失，刚性颗粒材料能提高压力释放后的对裂缝的支持作用，避免堵漏材料。再对以上几种材料进行合理级配，通过相互协同作用，使其在较大范围内适应不同形状和尺寸的孔隙或裂缝，解决漏层对防漏堵漏材料的选择效应，具有较好的适应性，达到封堵范围广、封堵效果好的目的[7-9]。

通过室内实验优选出了1种纤维类材料和1种刚性颗粒材料，并采用极差法进行正交试验，形成新型随钻堵漏剂配方：现场浆+2%~3%膨胀可变形堵漏剂+1%~2%纤维堵漏剂+2%~2.5%刚性堵漏剂。3.2

3.2.1堵漏性能评价

将新型随钻堵漏剂与油基、配伍性

高性能水基等钻井液

体系的配伍性进行了评价，实验结果如表2所示。由表2可知，新型随钻堵漏剂加入到不同体系后，钻井液性能变化较小，且性能稳定，说明其对钻井液的性能影响小，3.2.2与钻井液配伍性好。制作裂缝宽度分别为承压能力

0.05mm、1.0mm和3.0mm的

裂缝岩芯模拟裂缝性漏失地层，使用的堵漏浆为现场用水基钻井液加入3%的随钻堵漏剂，实验结果如表3所示。由表3可知，随钻堵漏剂对不同缝宽的裂缝均具有良好的封堵效果，封堵层形成后堵漏承压能力达到了5.5MPa以上，而常规随钻堵漏剂对相同宽度的微裂缝承压能力小很多，最高为5.3MPa。4

现场应用

研制的新型随钻堵漏剂在南二、三区累计应用超过20口井。在进入到嫩江组四段易漏地层前50m，在

“返吐”58

表2

钻井液类型油包水钻井液硅基阳离子钻井液

盐水钻井液高性能水基钻井液

配方原浆原浆+3%堵漏剂

原浆原浆+3%堵漏剂

原浆原浆+3%堵漏剂

原浆原浆+3%堵漏剂

西部探矿工程随钻堵漏剂对钻井液流变性的影响

表观粘度（mPa·s）

27352731273535

塑性粘度（mPa·s）

1723171922261924

2019年第6期动切力（Pa）10121012591621

动塑比0.590.520.590.630.230.350.840.88

表3堵漏剂配方

人造岩裂缝岩芯承压实验

缝宽（mm）承压能力（MPa）0.05

6.26.05.65.34..0

1.03.00.05

胀率在12倍以上。

（2）以遇水膨胀堵漏剂为主，结合刚性堵漏颗粒、纤维堵漏材料，最终形成一套适合南二、三区的新型随钻堵漏剂配方，能够有效封堵0.05~3mm的致漏裂缝，承压能力达到5MPa以上，比常规堵漏材料提高30%以上。

（3）在现场应用过程中，该堵漏剂配方与工程措施相结合，使南二、三区块井漏发生率大幅度降低，并缩短了钻井周期，节约了钻井成本，为有效解决大庆油田南二、三区井漏技术难题提供了新的解决方向，具有广阔的应用前景。

参考文献：[1][2][3][4][5][6][7][8][9]

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张振华，鄢捷年.低密度钻井流体技术[M].石油大学出版社，徐同台，刘玉杰，申威，等.钻井工程防漏堵漏技术[M].北京:

现场浆+3%新型随钻堵漏剂

现场浆+3%常规随钻堵漏剂

1.03.0

钻井液中加入2%~3%的堵漏剂，并合理控制开关泵速度，早开泵晚摘泵，减少因接单根期间环空钻屑下沉堆积而增加压力激动憋漏地层。同时，加随钻堵漏剂时震动筛要跑直通，防止一边加一边筛除掉。加完堵漏剂循环2周钻井液性能均匀稳定后再恢复使用振动筛。钻进时随井深的增加再小量补充保持含量。由于随钻堵漏剂颗粒比较细，40目筛布90%能通过，60目筛布70%能通过，80目筛布50%能通过。该区块钻井施工井队主要用40目筛布，对钻井施工不会有影响。

通过以上技术措施，使用新型随钻堵漏剂施工的20口井，只有1口井发生轻微漏失，累计漏失钻井液12m3，将随钻堵漏剂加量提高至4%后，漏失情况消失，且后续施工顺利。所施工的20口井，漏失率由之前的21.6%降低至现在的5%，防漏成功率提高到90%，因此，新型随钻堵漏剂为解决南二、三区易漏难题提供了新的解决方向。5

结论

（1）合成出一种遇水膨胀可变形堵漏剂，可根据裂

石油工业出版社，1997.

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