適用于鄂爾多斯盆地天環塌陷西翼的體膨脹堵漏工藝

李志宏 ， 陳鵬偉 ， 高果成

（1.川慶鉆探工程有限公司工程技術研究院，西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安710018）

隴東地區鄂爾多斯盆地天環塌陷西翼為長慶油 田原油主要產建區， 洛河層漏失嚴重：①邊底水活躍；②地層不穩定；③華池、洛河組地層承壓能力差，其中洛河層地層破裂壓力系數為1.25～1.40，地層壓力系數低，為0.85～0.95，深度分布范圍為600～1 250 m；導致每口井都漏失嚴重，甚至發生鉆井液失返現象，防漏堵漏難度大，一次堵漏成功率低，處理復雜時間較長，嚴重影響了該地區的勘探開發速度[1-6]。結合聚胺脂PU材料和聚丙烯酸鹽SAP吸水樹脂的遇水膨脹特性，開發出體膨脹承壓堵漏劑HSW-1[7-9]。因HSW-1遇水膨脹和固化時間短的特征，研發出一種定點投送工具，形成體膨脹堵漏工藝，該工藝主要針對漏失速率為20～100 m3/h的惡性漏失井。通過室內研究及現場應用，形成了適合鄂爾多斯盆地天環塌陷西翼的體膨脹堵漏施工工藝，為加快隴東地區油氣資源開發提供了技術保障[10-12]。

1 體膨脹堵漏材料的研究

對裂縫型漏失利用傳統堵漏方法的成功率低，難以有效封堵，因此優選出體膨脹承壓堵漏劑HSW-1，HSW-1在現場條件下可順利膨脹結網，架橋成塞，對后期成功堵漏形成先決條件，然后注水泥塞封堵。將HSW-1配制成漿液，用投送工具將其灌入地層或縫隙內，使其擴散、膠凝或固化，以達到基礎結構體的目的。通過對HSW-1的研究，有針對性地進行了性能及堵漏機理的分析。

1.1 體膨脹承壓堵漏劑原材料

體膨脹承壓堵漏劑原材料有：①水溶性膨脹體P，主要成分為端基含有過量游離異氰酸根基團（—NCO）的高分子化合物和聚丙烯酸鹽SAP吸水樹脂；②催化劑S，加速漿液與水的反應；③稀釋劑T，降低漿液的黏度，提高漿液的流動性；④乳化劑W，提高催化劑在漿液中的分散性及漿液在水中的分散性；⑤增強劑G，水泥基膠凝材料-鋁酸鈣水泥，提高堵漏劑的承壓能力。

1.2 配方優化實驗

體膨脹承壓堵漏劑HSW-1配方組成如下。

（65%～80%）P+（0.05%～0.10%）S+（10%～20%）T+1%W+10%G

為了尋找堵漏劑的最佳性能，在原有生產工藝不變的情況下，通過調整5種原材料的配比，調配出4個配方A、B、C、D，并對4個平行樣進行實驗。

1）漿液相對密度實驗。采用比重瓶法來測量相對密度。配方A、B、C、D的相對密度為1.216、1.196、1.181、1.183。可以看出，配方A、B、C、D中稀釋劑依次遞增，隨著稀釋劑摻量遞增，相對密度總體上呈下降趨勢。從灌漿材料角度來看，相對密度越接近1，材料的流動性就越好，因此可知C配方較優。

2）漿液體積膨脹率。按高吸水性樹脂GB/T 22875—2008“吸水率測定方法”進行評價，實驗數據如表1。從實驗結果可以看出：漿液體積膨脹率均在500%～800%，C配方漿液膨脹率最大。

表1 不同組成的漿液體積膨脹率對比

3）漿液的膠凝時間。4種不同配比的膠凝時間測定結果見表2、表3。

表2 不同配比漿液的4種配方的膠凝時間

表3 體膨脹承壓堵漏劑（HSW-1）耐溫能力和承壓能力

從表2可以看出,漿液的膠凝時間為2～6 min，從防水堵漏施工角度考慮，堵漏劑膠凝時間太長，不易將水堵住，C配方漿液膠凝時間合適。從表3可以看出，C配方在60、80、100、120 ℃溫度下，24 h強度最大，C配方在40 ℃時，強度也可以達4.45 MPa,滿足后期施工要求。從表2，表3可以得知，優選C配方。

1.3 模擬流動性漏失堵漏效果評價實驗裝置

該裝置的作用是對鉆井過程中各動水條件下的惡性漏失（漏失速率為20～100 m3/h且堵漏材料無法滯留），進行固井法堵漏前的實驗室模擬評價，其能夠對所用的堵漏材料及其體系的堵漏效果進行前期的實驗室評價。裝置簡圖和實物圖見圖1和圖2。實驗結果如圖3所示。

圖1 堵漏評價裝置簡圖

圖2 堵漏評價裝置實物圖

該裝置可以定性評價堵漏劑堵漏效果。從圖3可以得知，堵漏劑在模擬井筒中，建立了一定結構體，出水口水流速度變慢，逐漸停止流動。

圖 3 實驗結果

2 投送工具的研究

體膨脹堵漏技術是通過體膨脹送入工具將HSW-1擠注在環空及漏層裂縫中，使其在進入漏失通道后與水即產生反應，生成滯流體，延緩漏失速度。由于體膨脹材料與地層水反應后架橋成網，在液柱壓力下逐步堆積，最終形成緊密堆積的強網結構的聚合物，相互黏接填孔，以至在孔隙或細裂縫中成網、成餅、成塞，最終形成一種“凸”形塞子，有效地封堵孔隙或裂縫，膠凝強度不斷增加，使漏層承壓能力逐漸變大，從而達到堵漏的目的。

2.1 投送工具結構

投送工具示意圖見圖4。

圖 4 投送工具示意圖

體膨脹堵漏劑送入工具組件包括：盲板浮鞋、循環短節、膠塞座、安全接頭以及與之配套使用的專用膠塞等。盲板浮鞋和循環短節連接在套管串的最下端，中間隔有6根特殊管；膠塞預裝于膠塞座內，膠塞座下端與特殊管通過螺紋連接，上端則通過剪釘與安全接頭連接，安全接頭與φ127 mm鉆桿相連接。在井口將盲板浮鞋+循環短節+6根特殊管連接好后，灌裝堵漏材料進入特殊管，然后連接膠塞座+安全接頭，體膨脹堵漏劑送入工具通過φ127 mm鉆桿下入井筒內的設計位置。

2.2 投送工具工作原理

堵漏材料填裝于特殊管管串之中，特殊管管串的上下分別連接有膠塞座和盲板浮鞋，用以將禁水怕潮的堵漏材料與鉆桿及井筒內的鉆井液相隔絕，因體膨脹承壓堵漏劑遇水膨脹容易堵塞循環通道，所以必須設計水泥漿的循環通道——循環短節。盲板浮鞋和循環短節的作用不同，盲板浮鞋主要用于循環體膨脹承壓堵漏劑，盲板浮鞋開啟壓力為15 MPa， 循環短節主要用于循環水泥漿，循環短節開啟壓力為5 MPa。體膨脹堵漏劑送入工具入井后，每下10柱鉆桿灌漿一次，直至鉆具下入完畢。工具到達設計位置后，鉆桿內與井筒均灌漿，至完全灌滿。關閉環空封井器，單泵單凡爾開泵，泵壓至15 MPa時盲板浮鞋打開，繼續單凡爾推注膠塞，堵漏劑從浮鞋處流出，泵入約0.4 m3液體時，注意觀察泵壓，一旦起壓，則為膠塞到達循環短節封閉座位置，及時停泵。此時等待3 min，堵漏材料與鉆井液充分反應，然后上提鉆具，起出堵漏劑送入工具。

如果在下入過程中遇到井控風險，則直接接入方鉆桿，循環壓井；如果堵漏材料充分反應后上提鉆具遇阻，則直接投球，銅球到位后憋壓至25 MPa，安全接頭丟手，堵漏送入工具與鉆具脫離，可將鉆具安全起出，堵漏送入工具所有零件均為鋁合金材質，易鉆，將工具及附件鉆除后可進行后續作業。

2.3 應急處置措施

1）下送入鉆具過程中如果發生鉆具內掉落物，要及時匯報，起出鉆具，清理落物。

2）下送入鉆具時，必須按要求及時灌漿，鉆具和環空內均灌漿。

3）送入鉆具遇阻，上下活動處理時，拉力或壓縮力均應控制在抗拉強度范圍內，并保持安全系數不小于1.50。

4）在推注堵漏材料出堵漏送入工具時，膠塞在循環短節循環堵頭處碰壓，如果替量已夠，但未碰壓，應停泵，防止鉆井液將堵漏材料沖散。

5）如果在下入過程中，遇到井控風險，則直接接方鉆桿，循環壓井。

6）如果堵漏材料充分反應后上提鉆具遇阻，則直接投球，銅球到位后憋壓至25 MPa，安全接頭丟手，堵漏送入工具與鉆具脫離，可將鉆具安全起出，堵漏送入工具所有零件均為鋁合金材質，易鉆，將工具及附件鉆除后可進行后續作業。

7）及時收集資料，特別是在異常情況下的施工過程要記錄清楚。

3 現場應用

彭291-77井是鄂爾多斯盆地天環塌陷西翼一口定向采油井，地理位置為寧夏自治區固原市彭陽縣城陽鄉澇池村，漏失層位為洛河層，漏失位置為井深1 241 m。

1）前期堵漏情況。鉆進至井深1 241 m時，注水泥塞堵漏失敗。

2）體膨脹堵漏施工工藝。連接體膨脹堵漏送入工具：盲板浮鞋+循環短節+特殊管5根+φ139.7 mm套管1根；再灌裝堵漏劑345 L，堵漏工具送入到位；關封井器，打開盲板浮鞋，排量為300 L/min，壓入液體750 L，壓力從12 MPa減低到0，盲板浮鞋打開。注推體膨脹承壓堵漏劑，排量為150 L/min，擠注壓力為1.5 MPa，泵入量至330 L后，碰壓3 MPa，停泵；封井器打開，上提鉆具25 m，關封井器；水泥車打壓，從5 MPa降低到0，循環短節打開，間歇擠注500 L，擠注壓力為5 MPa。注入常規密度水泥漿8 m3，候凝8 h，下鉆探塞，水泥塞位置為井深1 128 m，堵漏成功。

4 結論

1.體膨脹承壓堵漏劑遇水膨脹率高（500～800倍），承壓能力可達11 MPa（7 MPa條件下），耐溫120 ℃，固化時間為2～6 min。結合定點投送工具，對惡性漏失井的堵漏效果明顯，成功通過現場試驗。

2.定點投送工具在現場作業過程中的壓力參數與室內實驗完全吻合，工具安全可靠，滿足現場施工需要定點投送和定位候凝的目的，提高堵漏成功率。

3.對于長慶油田鄂爾多斯盆地天環塌陷西翼的漏失井，漏失速率為20～100 m3/h，體膨脹承壓堵漏劑作為先導漿，在漏失層形成結構承壓體，避免漏失點動水沖刷。架橋成塞，對后期的注水泥塞堵漏形成先決條件，為加快隴東地區油氣資源開發提供了技術保障。

參 考 文 獻

[1] 楊文武，錢覺時，黃代發.YGJ-快速堵漏灌漿劑的配方優化實驗及應用[J].遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2008，27（2）：221-223.YANG Wenwu，QIAN Jueshi，HUANG Daifa.Experiment on mix-proportion optimization and application for YGJ-fast-water-resisting agent[J]. Journal Of Liaoning Technical University（Natural Science），2008，27（2）：221-223.

[2] 賈利春，陳勉，張偉，等.誘導裂縫性井漏止裂封堵機理分析[J].鉆井液與完井液，2013，30（5）：82-85.JIA Lichun，CHEN Mian，ZHANG Wei，et a1.A studyof induced crack lost circulation plugging mechanism[J].Drilling Fluid & Completion Fluid，2013，30（5）：82-85．

[3] 王貴，蒲曉林，文志明，等.基于斷裂力學的誘導裂縫性井漏控制機理分析明.西南石油大學學報：自然科學版，2011，33（1）：131-134．WANG Gui，PU Xiaolin，WEN Zhiming，et a1.Mechanism of controlling lost circulation in inducedfracture formation based on fracture mechanics[J].Journal of Southwest Petroleum University（Science &Technology Edition），201l，33（1）：131-134．

[4] 邱正松，王在明，徐加放，等.復合堵漏材料優化實驗研究及配方評價新方法[J].天然氣工業，2006，26（11）：96-98.QIU Zhengsong， WANG Zaiming， XU Jiafang， et al.Experimental research on optimization compound LCM and a new method for formula evaluation[J]. Natural Gas Industry， 2006， 26（11）：96-98.

[5] 薛玉志， 劉振東， 唐代緒， 等. 裂縫性地層堵漏配方及規律性研究[J]. 鉆井液與完井液， 2009，26（6）：28-30.XUE Yuzhi， LIU Zhendong， TANG Daixu，et al.Study on formula and regularity of plugging in fractured formation[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid， 2009，26（6）： 28-30.

[6] 魏宏超，唐志進，張凌. 裂隙性儲層堵漏劑配方優選實驗[J]. 鉆井液與完井液，2010，27（3）：38-40.WEI Hongchao， TANG Zhijin， ZHANG Ling. Formula optimization of plugging agent in fractured reservoir[J].Drilling Fluid & Completion Fluid， 2010， 27（3）：38-40.

[7] 柴金鵬，邱正松，劉海鵬，等.國外Y區S25井堵漏技術[J].鉆井液與完井液，2015，32（3）：47-50.CHAI Jinpeng，QIU Zhengsong，LIU Haipeng，et al.Control lost circulation in well S25 of block Y[J].Drilling Fluid & Completion Fluid， 2015， 32（3）： 47-50.

[8] 侯士立，黃達全，楊賀衛，等．剛性楔入承壓封堵技術[J].鉆井液與完井液，2015，32（1）：49-52．HOU Shili，HUANG Daquan，YANG Hewei，et a1.Smdy and application of rigid wedging mud loss control under pressure[J].Drilling Fluid & Completion Fluid，2015，32（1）：49-52.

[9] 李曉嵐，蘇雪霞，鄭志軍，等.微裂縫封堵護壁材料FPS的制備及性能研究[J].鉆井液與完井液，2015，32 （4）：25-27.LI Xiaolan，SU Xuexia，ZHENG Zhijun，et a1．Preparation and study of fracture sealing and plugging agent FPS[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid，2015，32（4）：25-27．

[10] 羅鳴，韓成，陳浩東，等. 南海西部高溫高壓井堵漏技術[J].石油鉆采工藝，2016，38（6）：801-804.LUO Ming， HAN Cheng， CHEN Haodong， et al.Plugging technology for HTHP wells in Western South China Sea[J]. Oil Drilling & Production Technology，2016， 38（6）： 801-804.

[11] 程智，仇盛南，曹靖瑜，等. 長裸眼隨鉆防漏封堵技術在躍滿 3-3 井的應用 [J].石油鉆采工藝，2016，38（5）：612-616.CHEN Zhi， QIU Shengnan， CAO Jingyu， et al.Application of plugging-while-drilling technology in long open-hole interval of the Well Yueman-3-3[J]. Oil Drilling & Production Technology， 2016， 38（5）：612-616.

[12] 許杰，何瑞兵，劉小剛，等. 渤中沙河街水平井安全鉆井及儲層保護[J].石油鉆采工藝，2016，38（5）：568- 572.XU Jie， HE Ruibing， LIU Xiaogang， et al. Safe drilling of horizontal wells and reservoir protection in Shahejie Formation， Bozhong Block[J]. Oil Drilling & Production Technology， 2016， 38（5）：568-572.