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裂缝性地层堵漏封隔评价技术研究进展

范文

林四元张易成钟兴强李成朱江林罗东辉

摘 ?????要：油田生产开发中，裂缝性地层不仅会导致严重的泥浆漏失，而且会引发固井过程中的油、气、水窜，造成返高不够，进而导致漏封，引起井下事故。本文着力于此，综述了国内外堵漏封隔评价技术的发展动向，用以为裂缝性地层堵漏规律和配方的先导性研究提供一定的参考和借鉴。

关 ?键 ?词：裂缝;漏封;综述;堵漏规律

中图分类号：TE 925 ??????文献标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）06-1301-04

Abstract： In oilfield production and development of oilfield， fractured formation will not only lead to serious mud leakage， but also cause oil， gas and water channeling in cementing process， resulting in insufficient return height， which will lead to downhole accidents. In this paper， the development trend of leak plugging and sealing evaluation technology at home and abroad was summarized， which could provide some reference for the study of leak plugging law and formula in fractured formations.

Key words： Fracture; Leakage seal; Summary; Leakage plugging law

縱观当下石油开发的发展方向，侧重点也早已逐渐由常规油藏开发到对非常规油藏的开发，而就钻井开发上，也逐渐向低渗透、裂缝性（图1）油气藏迈进，目前裂缝性储层是世界上经济效应较为良好的储层类型之一[1]。然而，由于裂缝性地层所形成的渗流通道会对井底泥浆循环以及水泥浆固井施工产生不利影响，易造成工作液（钻井液、修井液、水泥浆）在作业过程中渗入地层，进而引发泥浆漏失、地层污染以及井漏等严重事故，而这类事故发生直接影响着最终油气井采收率。其中，就井漏问题而言，轻则造成泥浆漏失，生产率降低，重则造成井壁不稳定、钻杆卡死，抑或是导致灾难性事故（井喷、设备损毁）的发生。

为此，在这一背景下，必须要对裂缝性地层有着较为准确的认知，明晰漏失成因、缝宽以及具体的漏失机理。本文就动态缝宽预测难点、漏层确定方法、防漏堵漏材料分类以及防漏堵漏评价装置进行了系统性地归纳综述。旨在为裂缝性地层堵漏规律的探究、防漏堵漏材料的选择提供一定的参考和借鉴。

左：人为裂缝性漏失 ???????????右：天然裂缝性漏失

图1 ?裂缝性漏失类型

Fig.1 Fracture leakage type

1 ?原因及难点分析

由于受到开发力度（增产处理、工作液的漏失等）及储层应力因素的干扰，储层压力会发生变化，在这一变压环境下，缝宽也会随井筒液柱压力作用而不断变化，正是处于这一实时动态环境下，为储层动态裂缝的准确预测增加了极大难度，余继平[1]等在这一观点下也补充认为储层漏失引起的缝宽变化在一定程度上也与裂缝本身的复杂性有关，同时也认为这也是动态缝宽预测的核心要点。目前就储层动态裂缝预测这块，国内外研究均较多，为了更好地了解国内外动态裂缝宽度预测方法的发展情况，这也凸显了进行防漏堵漏模拟试验的重要性，为此，常常需要在模拟评价装置精确性、堵漏材料选择等方面入手，通过室内开展准确有效的堵漏模拟评价实验，对堵漏材料进行合理地优选等工作，对于钻井工作的顺利进行、安全生产起到至关重要的作用。

2 ?裂缝性漏失漏层位置确定方法

针对裂缝性地层漏层位置确定问题上，国内多采用经验法，依据量化的实验结果来总结规律，进而判断大致漏层点，故而准确性过低，缺乏说服力;国外常采用放射性测试仪、井温测试仪等设备进行测定，结果准确兼具科学性，但缺点也较为明显，成本过高导致推广困难。

2.1 ?观察法

观察法通过观察钻进、钻屑以及钻井液的变化情况进而判断地层裂缝分布情况。当钻进过程中扭矩、钻压等参数发生变化时，间接反馈出地层下可能出现孔缝或空洞。

此外，上返岩屑的岩性及粒径大小也能在一定程度上确定地下裂缝、孔洞的发育情况;而泥浆方面则能通过密度、黏度等参数进行及时的防漏预测。

2.2 ?环空摩阻法

由于钻井过程中泥浆的漏失会引起环空摩阻降低，同时，立管压力也会随之发生改变，而这一变化的程度则能在一定程度上反映漏失点及漏失量的大小，通过结合泥浆进出口流量，同时结合环空摩阻公式可计算出具体的漏失点位。

2.3 ?转子流量计法

采用一个小型钻子流量计所接单根电缆插入井内，测量井内流体随深度的变化，流量的激增点则为漏失位置。

2.4 ?井温测量法

通过利用泥浆在井下形成的地温梯度变化情况来判定具体的漏失位置，由于漏失点所反馈的地温梯度曲线会呈现出较为明显的差异性，故而常以此确定准确的漏失点。

2.5 ?动液压法

利用正循环注入过程中所测泥浆流量和漏失量同反循环洗井过程中泥浆变化量进行对比，再通过相关公式计算井漏位置。

2.6 ?传感器测量法

利用传感器在井内缓慢移动时有无液体通过从而向地面传输信号以判定是否处于漏失位置，为漏失点判定提供准确参考。

2.7 ?热电阻法

热电阻法多采用电阻式温度计，遵从温度会使得任何导体的电阻发生改变这一基本原理。同传感器测量法类似，若漏失点位于所下入的电阻测量仪的下方，工作液的漏失达志电极处，则会向地面传输信号以此判定漏层位置。

2.8 ?放射性示踪法

利用添加至泥浆中的失踪剂来测定漏失前后的泥浆循环周期，以此计算两个周期的时间差，同时配合泥浆进出口流量来求得具体的漏失点。

3 ?防漏堵漏材料选择

堵漏材料的选择是钻完井过程中不可或缺的一项环节，堵漏材料性能的好坏直接影响着最终裂缝性地层的封固质量。

（1）惰性纤维材料

惰性纤维材料的加入会在漏失地层中孔隙或裂缝处形成一种纤维网状结构，该结构的存在能在一定程度上减少固井过程中水泥浆的漏失。李玉杰[2]等采用纤维增韧水泥浆体系，在满足工况要求的基础上，在海32油层套管固井时，起到了较好的防漏堵漏效果，通过测井声幅解释，优质率均达到了100%。

（2）低密度填充材料

包含漂珠、空心玻璃珠、轻质填料、泡沫低密度水泥等用以解决低压易漏层的固井质量问题。王楚峰[3]等开发了密度为1.1～1.2 g/cm3超低密度泡沫水泥浆体系，通过配合暂堵型前置液体系的使用，对沁水盆地南部的四口井进行了现场封堵试验，固井合格率100%，优质率在97%以上。张华[4]等，采用进口3M玻璃微珠、高温稳定剂DRK-3S、高温增强材料DRB-2S、高温抗盐外加剂、膨胀增韧材料DRE-300S等材料开发出一种低密度高强高韧防窜水泥浆体系用以应对西南油气田盐膏层超深井五探1井的严重漏失情況，通过进行浆柱结构优化以及对动态当量密度的控制，有效解决了固井施工漏失情况，固井优良，优质率99.8%。

（3）弹性材料

弹性材料可随着井下压力变化而扩张和收缩，从而滞留于裂缝中形成封堵，主要用于低渗、细小孔道，可有效降低孔隙压力传播。闫睿昶[5]等通过于低密度水泥浆体系中加入弹性防漏堵漏材料应以对巴48-31井的实际漏失情况，现场结果表明，该体系能有效满足产层压力系数在0.3～0.4间低温易漏层的固井要求，声幅测井结果表明封固质量优异。

（4）聚合物凝胶材料

该材料不受漏失通道的制约，可通过挤压形变进入裂缝中，具备较高的粘滞力及剪切稀释力，或通过形成隔离凝胶段塞进行地层隔断封堵。王广财[6]等自主开发了一种凝胶复合防漏堵漏技术，该凝胶防漏体系可泵性良好，具有优良的抗温承压能力，动、静态下均可在1～3 mm的缝宽中形成有效封堵，减少漏失量94.5%。董强伟[7]等在桥堵失败基础上，配制配方：25 m3水+5%膨润土+10%悬浮剂+12%成胶剂+10%堵漏剂+2%交联剂+5%增强剂的化学凝胶堵漏配方体系。通过以桥堵浆为前置液，配合对凝胶的滞留效果，成功对工区JPH-377井漏失情况进行了修复。Vikrant Wagle[8]等研制了一种新型纳米防漏堵漏凝胶材料，通过选取特定的引发剂能有效控制胶凝封堵体系递送至目标区域，从而进行特定层段封堵。

（5）复合型防漏堵漏材料

在上述封堵材料基础上进行复合使用，例如以石英砂和沥青作为体系原材料，其功能主要是可以进行桥浆堵漏架桥和形变充填，该法具有稳定性好、耐温性高，弹性好等特点。或有机复合凝胶材料、活性有机增韧剂和活性无机膨胀增强剂。三种特殊材料的相互配合，可以精确的在漏层吸水膨胀，形成特殊的网状结构[9]。

3 ?防漏堵漏性能评价装置

3.1 ?第一代堵漏评价仪

由漏斗、缝隙板、球阀、活塞及压力源所组成的初代美国API静态堵漏实验装置（图2）结构简单、操作简便，可模拟评价不同压力条件下防漏堵漏材料的封堵能力，主要针对不同缝宽和地层条件对堵漏实验效果的影响[10]。

该装置主要是模拟固定裂缝宽度和大小来评价不同体系的堵漏能力。但该装置有着本质上的缺陷，无法进行动态实时模拟，缝宽预测尺寸同实际尺寸存在出入。同时，该法无法进行承压试验，严重影响了漏失动态模拟和堵漏材料的准确评价，导致室内评价结果和现场堵漏效果的不一致性。

刘海轩[11]等在上述常规API堵漏实验装置基础上加装夹持器、花板网格和填充物，其中填充物选取1～5 mm钢珠或石英砂，同时还加以加压阀杆和回压阀杆以及气源和升温装置。可快速监测不同地温条件下各种钻井液或堵漏浆或堵漏剂的封堵能力、封堵效果、模拟地层承压能力和破裂压力。

兰林[12]等所研制的动态缝宽堵漏仪的模拟缝宽可以实现动态化调整，即缝宽可调，通过联动部件的推动和下放来调节缝宽调整板之间的缝隙大小以模拟不同的裂缝尺度，该动态缝宽堵漏仪还可以实现特定的缝宽模拟，且实验操作灵活、结果准确、可靠。

杨宽才[13]等针对现有堵漏试验仪普遍存在的结构复杂、操作繁琐以及复述性较差等问题，自主研发出一种新型MP-DL中压堵漏试验仪。该装置能模拟1～4 mm条缝型或孔洞型漏失地层，缝板实际漏失面积为0.35～2.79 cm3，孔隙率1.8%～14.2%。

3.2 ?二代堵漏评价仪

二代堵漏评测仪在初代基础上，进一步考虑了裂缝面的形态、粗糙度等漏失通道特征。

N.Kaageson-Loe[14]等概述了一种包含容纳模块柱形容器、四个接收流体的高压容器以及一台装载有数据采集系统的高压裂缝堵漏评价装置。其缝宽波动小，各项压力皆可独立控制及测量，实验具备一定的重复性。

贺云超[15]等研制了一种模拟高温高压环境的可视堵漏仪，该设备在不需要人工干涉的情况下能自动实现恒压、增减气体压力，不仅提高了压力调节的精确性、稳定性以及实时性，且能有效节约人工成本。

李大奇[16]介绍了一种高温高压钻井液漏失动态评测仪，该设备试验温度最高可达200 ℃，承压区间为0～20 MPa，缝宽规格为1～10 mm。测定准确度高。

褚奇[17]等研制了一种用以评价水平井堵漏效果的防漏堵漏评测仪，该装置由水平缸体、模拟钻具、钻具位移驱动泵、盛液罐、循环泵以及漏液接收器组成，评测表明其可有效模拟地层变温环境，缝宽可调，可根据模拟漏失情况从而对堵漏配方进行调整，具体实验装置如图3所示。

4 ?结论

通过系统且针对性地对堵漏评价进行调研和分析发现，目前绝大多数的室内堵漏评价仪所选定的往往是固定的参数指标，但实际地层钻完井是一个动态变化过程，故而这类设备无法对实际堵漏情况进行准确的判断，进而直接影响堵漏材料的合理选择。现存问题主要集中在以下几点：

（1）着力于研制能有效模拟动态堵漏过程的评价装置。

（2）提升设备的裂缝开度规格，涵盖对微米和毫米级缝宽试验。

（3）提升更宽泛的温度和压力适用空间。

参考文献：

[1]佘继平，张浩，洪成云，等. 钻完井过程中储层动态裂缝宽度研究进展[J]. 钻采工艺， 2012， 35（6）：18.

[2]李玉杰. 纤维防漏堵漏水泥浆技术研究[D]. 大庆石油学院， 2008.

[3]王楚峰，王瑞和，杨焕强，等. 煤层气泡沫水泥浆固井工艺技术及現场应用[J]. 煤田地质与勘探， 2016， 44（2）：116-120.

[4]张华，丁志伟，肖振华，等. 窄密度窗口及小间隙超深井尾管固井技术[J]. 钻井液与完井液， 2018， 35（4）.

[5]闫睿昶，李长荣，郭志强，等. 巴48-31井防漏堵漏水泥浆固井技术[J]. 钻井液与完井液， 2005， 22（3）：77-78.

[6]王广财，雍富华，朱夫立，王品德，刘禧元，张振宇，许军.致密油藏长段水平井防漏堵漏技术[J].油田化学，2018（04）：587-591.

[7]董强伟. 东胜气田JPH-377井化学凝胶防漏堵漏过程及分析[J]. 化工管理， 2018， No.488（17）：252.

[8]Vikrant Wagle， Rajendra Kalgaonkar et al. Nanoparticle-based chemical treatment for preventing loss circulation[R]. the SPE Kingdom of Saudi Arabia Annual Technical Symposium and Exhibition held in Dammam， Saudi Arabia， 23–26 April 2018.

[9]杨建，熊潇. 涪陵页岩气藏防漏堵漏技术研究[J]. 中国石油和化工标准与质量， 2018（24）.

[10]徐同台，刘玉杰，申威，等. 钻井工程防漏堵漏技术[M].石油工业出版社，1997.

[11]刘海轩，刘峰伟，王大伟，等. 一种地层漏失模拟装置：CN ， 204782996U[P]. 2011-04-13.

[12]兰林，戚斌，夏海英，等.一种可调缝宽堵漏仪：CN， 106526076A [P].2017-03-22.

[13]杨宽才，王兴乐，梁丽，孔二伟，李大鹏，蔡记华.基于新型中压堵漏试验仪的堵漏试验研究[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2017，44（02）：49-52.

[14]N.Kaageson-Loe N M，et al. Particulate-Based Loss-Prevention Material- The Secrets of Fracture Sealing Revealed[J]. SPE112595，presented at SPE drilling & completion，2009，24（04）：581-589.

[15] 贺云超，韩天夫，赵建刚，杨锐，李伟，程婧格. 高温高压可视堵漏仪的研制[J]. 地质装备， 2017， 18 （01）： 24-26.

[16]李大奇. 裂缝性地层钻井液漏失动力学研究[D]. 成都：西南石油大学，2012：45-142.

[17] 褚奇，杨帆，孔勇，石秉忠，等. 一种用于评价水平井堵漏效果的实验装置： ?CN207499866U[P]. 2018.06.15

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