探討地質(zhì)鉆探堵漏新技術(shù)

李昊

摘 ? ?要：針對(duì)地質(zhì)鉆探中的漏失現(xiàn)象，在介紹漏失地層分類和主要特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出高強(qiáng)度快失水堵漏、高強(qiáng)度化學(xué)觸變堵漏、溶脹型隨鉆堵漏、成膜鉆井液四種新型堵漏技術(shù)、材料，為地質(zhì)鉆探堵漏技術(shù)不斷發(fā)展提供參考借鑒，不斷提高地質(zhì)鉆探堵漏技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)鉆探;漏失;鉆探堵漏

中圖分類號(hào)：TE28 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1004-7344（2019）03-0161-02

在地質(zhì)、石油、天然氣和地?zé)徙@探工作中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)地層漏失問(wèn)題。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)可知，井漏實(shí)際發(fā)生率可以達(dá)到鉆井總數(shù)20%以上，是現(xiàn)在鉆井過(guò)程中最常遇到，而且最難解決的實(shí)際問(wèn)題，導(dǎo)致鉆井成本大幅度提高，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。雖然目前還沒(méi)有對(duì)地質(zhì)鉆探進(jìn)行全面的統(tǒng)計(jì)，但漏失依然是影響鉆探效率逐步提高的關(guān)鍵問(wèn)題。其唯一的解決方法就是探討全新地質(zhì)鉆探堵漏技術(shù)。

1 ?漏失地層的分類和主要特點(diǎn)

1.1 ?滲透性漏失

因滲透性較強(qiáng)的砂巖或礫巖類地層造成的漏失現(xiàn)象就屬于滲透性漏失。受井內(nèi)壓差作用后，鉆井液通過(guò)巖層孔隙漏出，但由于泥餅的存在會(huì)發(fā)揮一定阻止與減弱作用，所以該漏失實(shí)際速率不大，通常小于10m3/h，池中鉆井液平面緩慢降低[1]。

1.2 ?裂縫性漏失

可將其分成地層上的自然裂縫與因?yàn)殂@井液壓力作用而產(chǎn)生的裂縫。當(dāng)在有自然裂縫的地層當(dāng)中進(jìn)行鉆井時(shí)，均會(huì)產(chǎn)生一定成都的漏失現(xiàn)象。如果在破碎帶進(jìn)行鉆進(jìn)，則會(huì)在鉆速突然加快等進(jìn)程中產(chǎn)生井漏。因?yàn)榈貙悠屏言斐傻穆┦Вǔ０l(fā)生于自然裂縫數(shù)量較少，且滲透性一般的地層當(dāng)中，其中可將漏失壓力稱作破裂壓力。這種漏失的速度變化很大，通常在20～100m3/h范圍內(nèi)變化，池中鉆井液平面快速降低。

1.3 ?溶洞性漏失

因地層中溶洞導(dǎo)致在鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生漏失，該漏失現(xiàn)象多發(fā)生于灰?guī)r地層。如果鉆進(jìn)過(guò)程中遇到溶洞，則會(huì)產(chǎn)生鉆具放空，深度可以達(dá)到4～5m，之后將產(chǎn)生循環(huán)失靈，沒(méi)有鉆井液流出。其漏失的速度可以超過(guò)100m3/h，而且漏失以后還會(huì)產(chǎn)生一系列事故，如井塌卡鉆和井噴，是最為嚴(yán)重的一種井漏。

2 ?地質(zhì)鉆探堵漏新技術(shù)

2.1 ?高強(qiáng)度快失水堵漏

該技術(shù)基本原理為：堵漏液受到孔隙中的壓力發(fā)生快速失水，促使堵漏材料形成高強(qiáng)度堆積物，對(duì)孔隙進(jìn)行封堵，實(shí)現(xiàn)對(duì)漏失進(jìn)行快速封堵的目標(biāo)。這項(xiàng)技術(shù)適用于縫寬小于5mm的裂縫及孔隙。

對(duì)于堵漏劑，其研制方法為：將拉筋、架橋材料及助濾劑等作為原材料，采用正交試驗(yàn)的方法進(jìn)行配方優(yōu)選，然后進(jìn)行活化處理，以此制得專門(mén)的堵漏劑。其性能包括：①懸浮穩(wěn)定性為96%;②失水速度為248mL/min;③濾餅的厚度為23mm;④當(dāng)縫隙板厚度為1mm時(shí)，封堵時(shí)間僅需2s;⑤有效封堵漏失梁為0.4L;⑥可承受7MPa的強(qiáng)度。為增加其封堵范圍，保證封堵后有較強(qiáng)的承壓能力，可在試劑的配制過(guò)程中采用形狀及粒度有所不同的材料。

2.2 ?高強(qiáng)度化學(xué)觸變堵漏

該技術(shù)基本原理為：采用具有很強(qiáng)剪切稀釋能力的粘稠溶液，使其進(jìn)入孔隙中后，將通道中含有的水驅(qū)趕出去。觸變劑和無(wú)機(jī)觸變材料接觸后，將生成不溶凝膠，不再發(fā)生流動(dòng)。充分利用以上特性，先向地層中注入觸變劑，再添加無(wú)機(jī)觸變劑，促使聚合物體系長(zhǎng)時(shí)間逗留于通道中，進(jìn)而達(dá)到快速和廣譜堵漏等根本目標(biāo)。此外，還能充分結(jié)合架橋等其它技術(shù)，增加其堵漏作用范圍，保證堵漏以后地層具有更高的承壓強(qiáng)度。這項(xiàng)技術(shù)適用于尺寸相對(duì)較大的漏失現(xiàn)象，尤其是失返性漏失[2]。

該技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容包括：①對(duì)化學(xué)觸變劑進(jìn)行研制，它是一種能實(shí)現(xiàn)交聯(lián)反應(yīng)的聚合物;②對(duì)無(wú)機(jī)觸變材料進(jìn)行研制，其本質(zhì)為交聯(lián)劑，在與聚合物體系接觸后，將產(chǎn)生交聯(lián)固化。由膨脹劑、無(wú)機(jī)材料和促凝劑制成;③通過(guò)實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)選擇適宜的技術(shù)參數(shù);④實(shí)際操作中，首先，確定發(fā)生漏失現(xiàn)象孔段的長(zhǎng)度與深度，然后對(duì)需要的觸變材料數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，并開(kāi)始配制專用的觸變劑;將觸變劑灌入孔隙后，在鉆管內(nèi)關(guān)注充足的隔離液，以此避免鉆桿中有無(wú)機(jī)觸變劑大量固結(jié)。

2.3 ?溶脹型隨鉆堵漏

就目前而言，將具有延遲性膨脹這一特征的材料用在鉆探堵漏領(lǐng)域還很少見(jiàn)。該材料進(jìn)入通道以后，可在吸水后大幅膨脹，滯留于通道當(dāng)中，提高抗壓強(qiáng)度，彌補(bǔ)孔壁承壓能力，并因?yàn)槲w積不斷增加，應(yīng)用范圍明顯增加。

該材料采用兩種基本原理，分別為自由基聚合與交聯(lián)反應(yīng)。單體聚合過(guò)程中，注入一定量交聯(lián)反應(yīng)劑，使聚合物連接產(chǎn)生網(wǎng)狀控制。采用交聯(lián)度控制以及填充材料使用，能對(duì)膨脹土實(shí)際強(qiáng)度、時(shí)間與膨脹率進(jìn)行有效控制。

將填料作為一種支撐劑，能有效提高材料韌性及強(qiáng)度，擠壓時(shí)會(huì)發(fā)生受壓與拉伸現(xiàn)象。拉伸時(shí)，受氫鍵作用，分子鏈將產(chǎn)生延展，但不會(huì)斷裂，提高韌性;受壓時(shí)，粒狀與片狀的物質(zhì)能起到一定緩沖及支撐作用，分子鏈?zhǔn)艿綁毫ψ饔煤蟛粫?huì)產(chǎn)生太大的變形，進(jìn)而保證產(chǎn)品整體強(qiáng)度。

對(duì)該技術(shù)的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，需要考慮以下因素：①分析試樣中添加泥漿后對(duì)其性能造成的影響;②對(duì)實(shí)際的堵漏效果進(jìn)行分析考察。基于此，需將以下作為重點(diǎn)評(píng)價(jià)參數(shù)：粘度（包括表觀與塑性粘度）、漏失量、封閉的漏失量和時(shí)間、承壓強(qiáng)度。溶脹型隨鉆堵漏材料和801堵漏劑及單向封堵劑之間的參數(shù)對(duì)比如表1所示[3]。

從表1數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，新材料在各項(xiàng)參數(shù)上都比另外兩種小，但承壓強(qiáng)度卻高于其它兩種材料，表現(xiàn)出良好的綜合性能。

2.4 ?成膜鉆井液

即使鉆井液具備如同半透膜一樣的性能，可在井壁表面產(chǎn)生致密結(jié)實(shí)的隔離膜，對(duì)地層上的裂隙進(jìn)行封堵，避免地層膨脹和井壁坍塌，為油氣層提供有效保護(hù)。盡管僅作為一種防塌劑，但能發(fā)揮很好的堵漏作用。

制備成膜劑時(shí)，主要采用以下反應(yīng)機(jī)理：改性淀粉和聚乙烯醇反應(yīng)生成水溶性硅油與成膜劑。對(duì)成膜劑的性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)時(shí)，需要采用以下方法：根據(jù)二次濾失量對(duì)成膜效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后根據(jù)抑制粘土造漿率和巖屑的回收率對(duì)抑制性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)測(cè)試可知，該成膜劑具有良好性能：①純基漿：表觀粘度為42MPa·s;一、二次濾失量分別為5.0mL和10.2mL;巖屑回收率為10.3%。②在純基漿中加入1%成膜劑后，表觀粘度減小至11MPa·s，一次濾失量不變，二次濾失量減小至3.4mL，造漿降低率為73.5%，巖屑回收率增加至93.8%。

此外，還應(yīng)制備成膜潤(rùn)滑劑，將石蠟作為原材料，對(duì)其進(jìn)行乳化改性，同時(shí)輔以載體材料，制得固體狀態(tài)的潤(rùn)滑劑。

將以上成膜劑和潤(rùn)滑劑作為鉆井添加劑，充分利用其具有的成膜作用與粘接作用，并輔以超細(xì)狀材料和纖維狀材料，通過(guò)對(duì)配方的優(yōu)化和調(diào)整，能研制出滲透性極低且速度極快的新型鉆井液體系。

3 ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)地質(zhì)鉆探工作而言，堵漏是一項(xiàng)國(guó)際難題。所以必須加強(qiáng)對(duì)新技術(shù)和新材料的開(kāi)發(fā)，對(duì)鉆探中出現(xiàn)的復(fù)雜多變的漏失問(wèn)題，研究并采用有針對(duì)性的堵漏技術(shù)和方案。

參考文獻(xiàn)

[1]呂彥軍.地質(zhì)鉆探堵漏新技術(shù)的應(yīng)用及效果分析[J].中國(guó)建材科技，2018，27（03）：79+69.

[2]張承飛.地質(zhì)鉆探堵漏新技術(shù)的應(yīng)用及效果分析[J].低碳世界，2017（32）：99～100.

[3]陶士先，劉四海，胡繼良.地質(zhì)鉆探堵漏新技術(shù)的初步研究[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2012，39（11）：13～16.

收稿日期：2018-12-4