段永賢，舒小波，李有偉，劉 翔，劉 豐，歐 翔

（1. 塔里木油田， 新疆 庫(kù)爾勒 841000； 2. 油氣田應(yīng)用化學(xué)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 四川 廣漢 618300；3. 中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院， 四川 廣漢 618300）

石油化工

一種超深水平井堵漏材料室內(nèi)評(píng)價(jià)研究

段永賢1，舒小波2,3，李有偉1，劉 翔2,3，劉 豐1，歐 翔2,3

（1. 塔里木油田， 新疆 庫(kù)爾勒 841000； 2. 油氣田應(yīng)用化學(xué)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 四川 廣漢 618300；3. 中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院， 四川 廣漢 618300）

針對(duì)超深水平井堵漏中常規(guī)堵漏材料的抗溫、抗壓特性，以及大顆粒堵漏材料輸送等問(wèn)題，室內(nèi)研制了一種超深水平井架橋顆粒堵漏材料 CQ-GXJQ。通過(guò)室內(nèi)評(píng)價(jià)分析表明，該堵漏材料具有粒度可調(diào)、抗高溫、機(jī)械強(qiáng)度高、密度低、具化學(xué)惰性等優(yōu)點(diǎn)，可作為剛性架橋粒子用于超深水平井橋接堵漏技術(shù)中，避免因高溫、高壓作用導(dǎo)致堵漏劑性能發(fā)生變化或因長(zhǎng)水平段運(yùn)移過(guò)程中大顆粒堵漏材料提前沉降堆積而引起的堵漏失敗問(wèn)題。

井漏；堵漏材料；水平井

隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)難度的增加，水平井、從式井、分支井比例日漸增多，井下事故復(fù)雜率上升，特別是超深水平井井漏問(wèn)題，成為制約油氣高效開(kāi)發(fā)的影響因素之一[1-3]。針對(duì)水平井井漏問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外采用多種堵漏工藝治漏，形成了不同的堵漏技術(shù)，橋接堵漏作為最常用的堵漏技術(shù)具有材料來(lái)源廣、配制方便、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但在超深水平井堵漏中堵漏材料的抗溫、抗壓特性，以及大顆粒堵漏材料輸送等問(wèn)題，成為超深水平井堵漏成功與否的關(guān)鍵[4-6]。

1 超深水平井堵漏材料要求

橋接堵漏將不同形狀、不同尺寸大小、不同配比的惰性材料混合于漿體中，通過(guò)機(jī)械封堵的方式封堵漏層[7,8]。由于超深水平井目的層 埋 藏深 、井底溫度高、水平段位移長(zhǎng)，因此在進(jìn)行超深水平井橋接堵漏施工中，應(yīng)根據(jù)超深水平井漏層特點(diǎn)選擇合適的堵漏材料，必須具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：

（1） 具有足夠的抗高溫能力，避免因高溫作用導(dǎo)致堵漏材料性能變化，影響漏層封堵效果；

（2） 具有足夠的抗壓、抗張、抗剪切強(qiáng)度，以防止堵漏材料因應(yīng)力形變而改變其幾何形狀，從而降低堵漏效果；

（3） 長(zhǎng)水平段運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)考慮漿體對(duì)堵漏材料的攜帶能力，不因堵漏材料過(guò)重，而導(dǎo)致堵漏材料在運(yùn)移過(guò)程中沉降堆積，影響堵漏施工效果。

（4） 堵漏材料尺寸大小應(yīng)與漏層相匹配，具化學(xué)惰性，對(duì)鉆井液性能影響小。

2 高性能堵漏材料基本性能評(píng)價(jià)

2.1 高性能堵漏材料特點(diǎn)

根據(jù)超深水平井橋接堵漏對(duì)剛性架橋顆粒性能要求，室內(nèi)選用了 CQ-GXJQ 剛性架橋顆粒堵漏材料（圖 1）。該堵漏材料是由多種有機(jī)化合物經(jīng)高溫高壓聚合、改性而成，具有粒徑可調(diào)、能分散于水相或油相中、密度低、機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫、耐化學(xué)藥品性等優(yōu)點(diǎn)，可作為橋接堵漏中的架橋顆粒，用于不同類(lèi)型鉆井液中堵漏。

圖1 CQ-GXJQ架橋堵漏材料Fig.1Bridgeplugging material CQ-GXJQ

2.2 抗高溫性能評(píng)價(jià)

超深水平井由于井底溫度高，各種橋接堵漏材料抗高溫性能存在顯著差異，因此在選擇橋接堵漏材料時(shí)因考慮堵漏材料的耐高溫能力。目前，大多數(shù)橋接堵漏材料在 120 ℃以下性能基本保持不變，但高于 120 ℃以上時(shí)部分材料將發(fā)生顯著改變，嚴(yán)重影響后續(xù)堵漏施工效果。室內(nèi) CQ-GXJQ 橋接堵漏材料進(jìn)行抗高溫性能評(píng)價(jià)，同時(shí)選用兩種常規(guī)橋接堵漏材料石灰石與核桃殼進(jìn)行對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將不同堵漏材料分成兩部分進(jìn)行抗高溫性能評(píng)價(jià)：一部分放入堿性水溶液（pH=10）中，在 160 ℃條件下進(jìn)行熱滾實(shí)驗(yàn)；一部分放入燒杯中，直接在 160℃高溫條件下進(jìn)行干烘實(shí)驗(yàn)。通過(guò) 160 ℃抗高溫性能評(píng)價(jià)可以看出，無(wú)論在堿性溶液或熱烘條件下，CQ-GXJD 和石灰石均能保持原有的特性，如表 1所示。相反，核桃殼不具備抗高溫能力，在 160 ℃條件下均發(fā)生高溫碳化，影響其堵漏效果，如表 1和圖2所示。

表1 抗高溫性能評(píng)價(jià)Table 1Evaluation of high temperature resistance

圖2 常規(guī)核桃殼堵漏材料耐高溫實(shí)驗(yàn)Fig.2 High temperature resistance evaluation of walnut shell

2.3 抗壓強(qiáng)度性能評(píng)價(jià)

剛性架橋顆粒通過(guò)架橋作用在漏失通道形成封堵層以后，必須具有一定的抗壓強(qiáng)度，用于承受鉆井液液柱壓力、地層壓力等作用。若堵漏材料抗壓強(qiáng)度低，則易受外力作用而發(fā)生破壞，影響最終的封堵效果。室內(nèi)分別稱(chēng)取 1.0～2.0 mm 的石灰石和CQ-GXJQ 各 15 g，將不同測(cè)試樣品放入壓力容器中撫平，采用單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試方法，測(cè)定 25 MPa 下穩(wěn)壓 5 min 后，過(guò) 1mm 篩后的篩余量，測(cè)試結(jié)果如表 2 所示。從測(cè)試結(jié)果可以看出，CQ-GXJQ 顆?？箟簭?qiáng)度優(yōu)于石灰石，能滿足深井、超深井堵漏要求。

表 2 堵漏材料承壓破碎實(shí)驗(yàn)Table 2 Confined broken experiment ofplugging materials

2.4 水平運(yùn)移性能評(píng)價(jià)

超深水平井堵漏過(guò)程中，由于水平段長(zhǎng)距離延伸，高密度大顆粒堵漏材料在水平段運(yùn)移過(guò)程中易于提前沉降堆積，從而降低漏層附近大顆粒堵漏材料的有效濃度，不利于實(shí)現(xiàn)漏層封堵。室內(nèi)采用自制水平運(yùn)移模擬試驗(yàn)裝置，將不同堵漏材料放入該裝置的透明水平管線中，測(cè)定不同流體、不同排量下顆粒的運(yùn)移性能，測(cè)試結(jié)果如表 3、表 4所示。

表3 清水中顆粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)Table 3particle migration experiment in fresh water

表4 聚合物水溶液中顆粒運(yùn)移實(shí)驗(yàn)Table 4particle migration experiment inpolymer aqueous solution

表 3、表 4 分別測(cè)定了粒徑 10 mm 的 CQ-GXJQ與石灰石在清水和 0.2%XC 聚合物水溶液中的運(yùn)移情況。從中可以看出，CQ-GXJQ 發(fā)生運(yùn)移所需的排量值遠(yuǎn)低于石灰石；在相同排量條件下，CQ-GXJQ的運(yùn)移量要遠(yuǎn)大于石灰石。同時(shí)，隨著水平段固相顆粒加量的增加，在其發(fā)生運(yùn)移排量條件下，完全運(yùn)移所需時(shí)間增加。因此，在水平運(yùn)移過(guò)程中，低密度大顆粒堵漏材料易于送至漏層，避免了運(yùn)移過(guò)程中的大量沉降堆積，從而提高了水平段漏層封堵效果。

3 室內(nèi)封堵實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

橋接堵漏采用不同形狀、不同尺寸的惰性材料，按照特定級(jí)配比例混合于漿體中實(shí)現(xiàn)對(duì)漏層封堵。因此，室內(nèi)選用 CQ-GXJQ 剛性顆粒作為主要的架橋材料，配以其他類(lèi)型橋接堵漏材料進(jìn)行封堵實(shí)驗(yàn)。封堵性能評(píng)價(jià)采用自制水平井堵漏儀進(jìn)行評(píng)價(jià)，堵漏儀中的模擬漏層位置位于垂直水平段下方位方向，水平段長(zhǎng) 1m，其基本原理參照 API堵漏儀進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 孔隙性漏失封堵實(shí)驗(yàn)

室內(nèi)將直徑 14.3 mm 的鋼珠放入內(nèi)徑 10 cm、高 10 cm 的套筒內(nèi)，并將含有鋼珠的套筒放入自制水平井堵漏儀中進(jìn)行孔隙性漏失封堵實(shí)驗(yàn)。堵漏漿配方采用 3%土漿+6%CQ-GXJQ+8%SGJD+ 2%FDJ-2+3%FDJ-1+5%CQ-TF+6%SQD-98+2%HGS+0.1%纖維。將配制好的 4 000 mL 堵漏漿倒入堵漏儀器中密封、加壓，測(cè)定不同穩(wěn)壓條件下的封堵效果，測(cè)試結(jié)果如表5所示。通過(guò)測(cè)試結(jié)果可以看出，該堵漏配方能在 14.3 mm 的鋼珠孔隙中形成有效封堵層，壓力變化僅影響封堵層的濾失量大小，其封堵效果如圖3所示。

表5 孔隙性漏失封堵實(shí)驗(yàn)Table 5porosity leakageplugging experiment

圖3 孔隙性漏失封堵效果Fig.3porosity leakageplugging effect

3.2 裂縫性漏失封堵實(shí)驗(yàn)

室內(nèi)將縫寬分別為 5 mm 與 3 mm 的裂縫結(jié)構(gòu)單元（均為雙縫）依次放入水平井堵漏儀中固定，保證縫縫間的相互連通，進(jìn)行裂縫性漏失封堵實(shí)驗(yàn)，其中裂縫單元有效長(zhǎng)度均為 10 cm。堵漏漿配方采用 3%土漿+7%CQ-GXJQ+8%SGJD+3%FDJ-2+ 4% FDJ-1+3%CQ-TF+5%SQD-98+3%HGS+2%瀝青。將配制好的 4 000 mL 堵漏漿倒入堵漏儀器中密封、加壓，測(cè)定不同穩(wěn)壓條件下的封堵效果，測(cè)試結(jié)果如表6所示。

表6 裂縫性漏失封堵實(shí)驗(yàn)Table 6 Fractured leakageplugging experiment

圖4 裂縫性漏失封堵效果Fig.4 Fractured leakageplugging effect

通過(guò)測(cè)試結(jié)果可以看出，該堵漏漿配方能形成有效封堵層，隨測(cè)試壓力的增加，封堵層逐漸被壓實(shí)，圖4展示了5mm裂縫結(jié)構(gòu)單元中形成的封堵層實(shí)樣。因此，將 CQ-GXJQ 作為架橋堵漏劑，并配以其他類(lèi)型架橋堵漏材料，可實(shí)現(xiàn)對(duì)漏層的有效封堵。

4 結(jié) 論

超深水平井橋接堵漏過(guò)程中，由于井底溫度高、壓力強(qiáng)，水平段長(zhǎng)，因此橋接堵漏材料應(yīng)具備抗高溫、高強(qiáng)度、低密度、具化學(xué)惰性等特點(diǎn)，以滿足超深水平井橋接堵漏技術(shù)要求。CQ-GXJQ 堵漏劑具有粒度可調(diào)、抗高溫、密度低、機(jī)械強(qiáng)度高、具化學(xué)惰性等優(yōu)點(diǎn)，可作為剛性架橋粒子用于超深水平井橋接堵漏技術(shù)中，避免因高溫、高壓作用導(dǎo)致堵漏劑性能發(fā)生變化或因長(zhǎng)水平段運(yùn)移過(guò)程中大顆粒堵漏材料提前沉降堆積而引發(fā)的堵漏失敗問(wèn)題。

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Experimental Evaluation Research on a Kind of Ultra-deep Horizontal Wellplugging Material

DUAN Yong-xian1, SHU Xiao-bo2,3, LI You-wei1, LIU Xiang2,3, LIU Feng1, OU Xiang2,3
（1. Tarim Oil Field, Xinjiang Korla 841000，China；2. Oil & Gas Field Applied Chemistry Key Laboratory of Sichuanprovince, Sichuan Guanghan 618300，China；3. CCDC Drilling &production Engineering Technology Research Institute, Sichuan Guanghan 618300，China）

Conventionalplugging materials has someproblems during thepluggingprocess in ultra-deep horizontal wells, such aspoor high-temperature resistance,poor compression resistance and largeparticleplugging material migration. A ultra-deep horizontal wellplugging material CQ-GXJQ was developed and evaluated. The results show that the CQ-GXJQ has excellentperformance. CQ-GXJQ can be made into different sizeparticles with high temperature resistance, high mechanical strength, low density and high chemical inertness. It can be used in the lost circulation control in ultra-deep horizontal wells as rigid bridgingparticles. And itsproperties can effectively avoid the failure ofplugging caused by theperformance change ofplugging materials in high temperature and highpressure and the early sedimentation of largeparticleplugging materials in the long horizontal section migrationprocess.

Lost circulation;plugging material; Horizontal well

TE 254

： A

： 1671-0460（2017）02-0246-04

2016-12-20

段永賢（1972-），男，甘肅省會(huì)寧人，高級(jí)工程師，1997 年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院鉆井工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：從事鉆完井技術(shù)工作。E-mail：duanyx-tlm@petrochina.com。

舒小波（1985-），工程師，博士，研究方向：從事鉆完井液技術(shù)工作。E-mail：shuxb921@126.com。