1、1随钻封缝即堵防漏技术的实验研究摘要：实验中确定随钻堵漏剂是以刚性颗粒为主，以弹性颗粒为辅的颗粒组合。它能有效的封堵天然致漏裂缝。该体系在钻遇天然致漏裂缝时，能在很短时间（实验中为 1-2 分钟） ，很少滤失量（实验中 10-20ml）下，堵死裂缝；在钻遇天然非致漏裂缝和诱导裂缝时，水力尖劈作用使得该类裂缝逐渐开启和扩大，到达致漏裂缝时，井浆中的堵漏剂就进入裂缝，发挥作用，形成渗透率很低的堵塞层，增加地层的承压能力，实现对窄安全密度窗口地层多点不确定漏失的随钻封堵。有效的提高钻速和节约成本。关键词： 随钻即堵 防漏 致漏裂缝 实验研究1. 前言随着勘探开发的加强，苛刻的地质条件对钻井技术提出了
2、更高的要求。窄安全密度窗口问题日益严重起来，对于异常压力系统的地层，往往要压住上部的高压层，泥浆密度就很高，这就必将会超过下部地层的破裂压力，面对裂缝发育的地层，这必将会发生漏失，一旦这样的高压低压互层时，这种漏失的处理将十分的困难，单纯依靠改变泥浆密度来防漏对窄密度窗口是很困难的，对付 0 密度窗口，甚至负密度窗口是不可能的。常规的钻遇漏层就停钻堵漏、堵完再钻的方式虽然能处理一些仅有几条大的裂缝发育的地层，但是面对裂缝很多、位置不确定、一旦钻遇就发生漏失的地层时是无效的。而且每次停钻堵漏，都要花费较多时间和人力物力，直接造成钻井成本持续攀升，甚至造成无法钻到目的层，使全井报废的事故。2.技术
3、路线面对以上问题，考虑采用以随钻防漏为主，堵漏为辅，立足于防，防不住再堵的方式。为实现随钻防漏，必须是泥浆压力小于漏失压力，但对于窄安全密度窗口或者 0 密度窗口、甚至负密度窗口，这要做到就很困难了。随钻即堵防漏技术就是在钻井过程中利用泥浆为主的技术手段来随钻不断的提高地层的破裂压力，也就是随钻提高地层的安全密度窗口。这种“随钻防漏”是在泥浆(密度)柱压力（静十动）大于地层流体的压力情况下，同时也大于该地层的漏失压力 (破裂压力、承压能力)的情况下来实现。因此，它首先必须有效防止钻遇致漏裂缝（洞）时的漏失，同时还必须有效防止非致漏裂缝（洞）因诱导，开启而诱发的漏失，和诱导裂缝的产生、扩大到致漏
4、宽度而引发的漏失，即主要自的是针对性的封住各类裂缝。它包括以下三方面内容：第一、全井泥浆能够在很短时间(1-2 分钟)内，漏失量很少（1-2 方）的情况下迅速堵住天然致漏裂缝( 洞)漏失，并能制止其进一步扩大；第二、全井泥浆能够在很短时间(1-2 分钟)内，漏失量很少（ 1-2 方）情况下“堵死”天然非致漏裂缝，而消除水力尖劈作用，防止裂缝开启、扩大为致漏裂缝的能力；第三、随钻“堵死”天然微裂缝、消除水力尖劈作用,防止微裂缝开启产生诱导裂缝并发展成为致漏裂缝。这三方面的内容包含三种不同的机理，在同一技术中需解决这三方面的问题。对第一方面内容，可借用毫米级致漏裂缝屏蔽暂堵技术来实现；对第二方面内
5、容，可借用微米级非致漏裂缝屏蔽暂堵技术来实现；对第三方面内容，可借用裂缝性油藏屏蔽暂堵技术来实现。对天然致漏裂缝，一旦钻遇，泥浆在很短时间内漏失量很小下将裂缝封堵；当钻遇天然非致漏裂缝和诱导裂缝时，虑矢的泥浆产生水利尖劈作用使裂缝开启和扩大，当扩大到致漏程度时，即堵技术生效，泥浆中的封堵剂立即形成渗透率很低的堵塞，堵死裂缝。只要加有封堵剂的泥浆能对钻遇的天然致漏裂缝和诱导扩展到致漏宽度的裂缝具有封堵能力，则此泥浆就做到了随钻即堵防漏。事实上只要能对 1-2mm 的裂缝能2有效即堵可基本解决问题。本实验采用一条或两条已知宽度（1.0mm 或 2.0mm）的致漏裂缝，选用不同的封堵粒子和级配进行实
6、验，找出在钻遇裂缝时立即（时间短，漏失量小）封堵裂缝，并且重泥浆适用的高效封堵剂。本实验中选出刚性颗粒和弹性颗粒的组合，该体系在很短的时间内、滤失量很小的情况下堵死裂缝，防止漏失。这种封堵剂的用量小于 5，对泥浆流变性影响很小。3.实验设计3.1 实验仪器和药品实验仪器：利用现有堵漏仪进行改造。去掉下部的弹子，加上一个不锈钢的圆柱或缝板，将其密封。圆柱厚 4cm，上面开出二条长 2.5cm、宽 2.0mm、1.0mm 等不同规格的缝；缝板厚 cm，上面开出长为 2.5cm、宽 1.0mm、2.0mm、5.0mm 等不同规格的缝。 本实验中采用宽 2.0mm 的圆拄和 1.0mm 的缝板。实验药
7、品：1%HV-CMC 溶液，4%基浆，加重泥浆（密度为 1.93） ，刚性颗粒（A、B 、C 、D 等级） ，弹性颗粒（A 、B 、C 等级） ，纤维。3.2 弹性颗粒在封堵中的作用研究表 1 中的 1、2、3 号样分别试验了弹性颗粒在加 1%、2%、3%时对缝的封堵能力。利用弹性颗粒体积的可变性，它能很好的封堵实验中的模拟裂缝，而且随加量的增加，其作用也越大。试样 3、4、5 分别实验了弹性封堵剂的承压能力，弹性颗粒尽管在常压条件下能很有效的封堵裂缝，但承压能力很低，实验中仅微压就能使实验流体全部漏出，弹性颗粒必须与刚性颗粒配合使用。表 1 弹性颗粒在堵漏中作用实验序号 模拟裂缝 实验配方
8、现象1 1.0mm 缝 HV-CMC 溶液+1%T(C) 常压：110漏液液流断线；125漏液以液滴形式流出；2成功堵住裂缝；漏失量 23%2 1.0mm 缝 HV-CMC 溶液+2%T(C)常压：30漏液液流断线；35漏液以液滴形式流出；此后又连续流下；140再次断线；2成功堵住裂缝；漏失量16%3 1.0mm 缝 HV-CMC 溶液+3%T(C) 常压：22漏液液流断线；30漏液以液滴形式流出；34 成功堵住裂缝；总漏失量 12.5%4 2.0mm 缝HV-CMC 溶液+1%T(A) 常压：流体以线性流出；全部漏失5 2.0mm 缝HV-CMC 溶液+1%T(B)常压：22断线；52滴流；
9、125停止流动；漏失量18%；加压 0.5MPa：液流变大，直到液体全部流出；弹性颗粒在缝上堆积，极少颗粒进入缝中。注：T(A)、T(B)、T(C)分别表示为 A、B、C 等级的弹性颗粒，下表同。3.3 刚性颗粒在封堵中作用研究在此实验中,分别实验了各级刚性粒子和其复配在常压条件下的漏失情况和体系的承压能力。1、2、3 号样分别实验了 A、B 级的刚性颗粒单独对裂缝的封堵情况，对 2mm 的裂缝，A 级粒子大多在裂缝上面，而 B 级粒子大多随流体一起流出，裂缝中很少有颗粒架桥，5、6 号样采用两种等级颗粒的复配，但结果任没有多少颗粒在缝中间架桥，6、7、8 号样，预先将裂缝用合适的颗粒封堵，然
10、后利用流体实验，这时颗粒已经进入裂缝并架桥，实验现象显示：在常压条件下可有效的封堵裂缝，尽管承压能力教弹性颗粒好，但在很小压力条件下就能压穿，这显然还很难满足现场要求。所以只有架桥粒子还不行，还得考虑其它3填充粒子配合使用。表 2 刚性颗粒在堵漏中作用实验序号 模拟裂缝 实验配方 实验现象1 2.0mm 缝 基浆+0.5%G(A) 常压：无漏失；微压：全部漏失；大部分砂堆积在缝上面，缝中只有少部分砂2 2.0mm 缝 基浆+1%G(A) 常压：无漏失；微压：全部漏失；只有极少量的砂随流体流出，缝中也只有少量砂堆积，大量的砂堆积在裂缝上面3 2.0mm 缝 基浆+1%G(B)常压：无漏失：微压：
11、全部漏失；有较多的砂随流体流出，缝中几乎没有砂堆积，缝上面也只有极少量砂堆积。4 2.0mm 缝 基浆+3%G(B)常压：没有漏失；微压：全部漏失；有较多的砂随流体流出，缝中几乎没有砂堆积，缝上面也只有极少量砂堆积。5 2.0mm 缝基浆+1%G(A)+1%G(B)常压：漏失少量液体，110 堵住裂缝；微压：全部漏失；大部分砂堆积在缝上面；一条裂缝压穿62.0mm 预先填充基浆+1%G(G)+1%G(E)常压：极少液体流出；微压：没有发生漏失；加压至 0.5mpa，开始漏出液体，直到全部漏失；有一条缝被压穿72.0mm 预先填充基浆+1%G(G) +1%G(E)+ 1%G(D)常压：无漏失；微
12、压：没有发生漏失；加压至 0.6mpa：无漏失82.0mm 预先填充基浆+1%G(G) +1%G(E)+ 1%G(D)+1%G(C)常压：无漏失；加压：发生全部漏失，观察裂缝只被压穿一个洞注：G(A)、G(B)、G(C)等分别表示为 A、B、C 等级的刚性颗粒，下表同。3.4 纤维在即堵技术中的作用研究表 3 中的三个样均加入了不等量的纤维。现象显示，其堵漏效果相当明显，但承压能力低，纤维和弹性颗粒一样，需要配合刚性粒子共同作用，其它实验还显示，纤维的加入对井浆流变性影响较大，所以在使用时应严格控制其用量。表 3 纤维在堵漏中作用实验序号 模拟裂缝 实验配方 现象1 1.0mm 缝 HV-CM
13、C 溶液+3%T(C)+ 1.11纤维 常压：无漏失；加压 0.2MPa：全部漏失2 1.0mm 缝HV-CMC 溶液+1%T(C)+1%T(D)+ 1%T(E)+ 2纤维常压：无漏失：加压 0.1MPa：全部漏失，但纤维和橡胶粉未能通过裂缝3 1.0mm 缝 基浆+3%T(C) +2 纤维 常压：无漏失：加压 0.1MPa：全部漏失3.5 成功堵漏的颗粒组合从表 4 中可以看出，不同等级的刚性颗粒的复配，能有效的封堵实验模拟裂缝。其中架桥粒子加量在 1%左右为宜 ,其它等级粒子也需要，总量在 3%-5%便可以解决问题，适量的弹性颗粒加入能加强其封堵能力，该体系的承压能力也较好,实验中升压到
14、2.6MPa 稳压而不漏。表 4 实验中成功堵住模拟裂缝的实验序号 模拟裂缝 实验配方 现象41 2.0mm 缝基浆+1%G(A) +1%G(B)+1%G(C)+ 1%G(E)+1%G(F) +1%G(G) +1%G(H)+ 1%T(C)常压：无漏失；加压至 0.5MPa，有几滴液体流出；稳压 1 分钟后加压至 1.0MPa，没有液体流出，稳压 1 分钟后，再加压至 1.5MPa，没有流体流出，稳压 2 分钟，再无流体流出，卸压；观察裂缝已被堵死。2 2.0mm 缝重泥浆+5G(A)+5(B) +5G(C)+ 5G(E)+5T(C)常压：无漏失；加微压，有较多液体流出，28时成功堵住；加压至
15、0.5MPa，有部分液体流出，稳压 2 分钟后再加压至 0.8MPa 时，压穿。3 2.0mm 缝重泥浆+1%G(A) +1%G(B)+1%G(C)+ 1%G(E)+1%G(F) +1%G(G) +1%G(H)+ 1%T(C)常压：无漏失；加压至 0.5MPa，仅有几滴液体流出；稳压 1 分钟后再加压至 1.5MPa，有瞬间液体流出，约为 10ml，再稳压 1 分钟后加压至2.0MPa，又有瞬间液体流出，约为 5ml；稳压 2分钟后再无液体流出，卸压；观察裂缝也被堵死。4 2.0mm 缝重泥浆+1G(A)+5(B) +5G(C)+ 5G(E)常压：无漏失；加压至 0.2MPa，有部分液体流出，
16、约 10ml；稳压 1 分钟后加压至 0.5MPa，没有液体流出；再稳压 1 分钟后加压至 1.0MPa，无液体流出；稳压 1 分钟后再加压至 1.5MPa，无液体流出；再稳压 1 分钟后加压至 2.0MPa，无液体流出；稳压 1 分钟后加压至 2.5MPa，无液体流出；稳压 1 分钟后加压至 2.6MPa，无液体流出；稳压 2 分钟，再无流体流出，卸压；观察裂缝已被堵死。5 2.0mm 缝重泥浆+1%G(A) +1%G(B)+1%G(C)+ 1%G(E) + 1%T(C)常压：无漏失；加压至 0.2MPa，有部分液体流出，约 5ml；稳压 1 分钟后加压至 0.5MPa，没有液体流出，稳压
17、1 分钟后再加压至 0.7MPa，有部分液体流出，约 20ml，再稳压 1 分钟后加压至 1.0MPa，没有液体流出；稳压 1 分钟后加压至 1.5MPa，有部分液体流出，约 10ml，稳压1 分钟后再加压至 1.8MPa，有部分液体流出，约 5ml，稳压 2 分钟，再无流体流出，卸压。3.6 堵漏剂对井浆的影响实验加入的颗粒均为惰性，不分散，对井浆影响教小，表 5 测定了几种条件下井浆的流变性。 表 5 加入颗粒后井浆的流变参数密度 表观粘度 塑性粘度 动切力 初切力基浆 2.12 38 32 12 14基浆颗粒组合 3% 2.12 40 34 14 16基浆颗粒组合 5% 2.13 42
18、35 14 164.结论1 它是同性非球形颗粒状粒子（各方面尺寸大致相等的小颗粒） ，是堵缝的高效堵剂。5要想堵死裂缝首先必须有足够的本身就能够在裂缝上卡死的架桥颗粒。架桥颗粒的尺寸与裂缝的关系是： 。只有它随泥浆漏失进入裂缝它就能够起到架桥23D缝 粒 缝的作用，而它一旦进入裂缝则必然能在裂缝某个位置卡住并达到架桥作用。只要它在泥浆中均匀分布，就能随泥浆漏失进入漏层，发挥作用，所以实际上用量不会大。2合理的颗粒形状、尺寸、及其级配就能对致漏裂缝完成封缝即堵。对长度为 5cm，宽度为 2mm 的裂缝，在 4cm 厚度上，在 12 分钟内漏失 1020ml 的情况下，堵死裂缝（不再漏失泥浆，而且
19、也观察不到虑液） ，如果折算成 2mm 宽、10m 长的致漏裂缝，则相当于 12 分钟内漏失 24 方泥浆则堵死漏失裂缝。漏失压差越大，则堵得越死。加入有弹性的颗粒，有利于在高压差下的封堵。3可选各级粒子的粒级分布：A 、B、C、D、E、F、G，是合理的。为对付 0.1mm2.0mm 的致漏裂缝：当遇到2.0mm 的致漏裂缝：可能出现大的漏失，必须停钻堵漏。架桥颗粒 1（重量比） ，其它各级 0.5则可以收到预期的效果，即总用量3.54。颗粒本身惰性且分散度低，对泥浆流变性能影响不大。4. 实验问题 由于仪器得限制，本实验对 4cm 厚的堵塞层漏失压差承压只做到 2.6MPa 没有问题，承压能
20、力极限未求出，但同类性质的实验在岩心曾做到 1530MPa 没有问题；人工裂缝缝面太光滑，不利于架桥粒子架桥；人工缝太短，也不能完全模拟井下的情况。参 考 文 献1 鄢捷年 钻井液工艺学 石油大学出版社 2000 年2 周开吉 郝俊芳 钻井工程设计 1994 年3 高建礼 隋跃华等 随钻防漏堵漏技术在滨 4-10-10 井中的应用 钻井液与完井液 第23 卷 4 期 2006 年4 王富华 魏振绿等 一种新型防漏堵漏剂的研究 钻井液与完井液 第 23 卷 3 期 2006年5 张东海 防漏堵漏综合技术的应用 江汉石油科技 第 15 卷 2 期 2005 年6 刘静 康毅力等 考虑裂缝宽度及压差的裂缝- 孔隙型储层屏蔽暂堵实验研究 钻采工艺 第 29 卷 2 期
