BK910油基鉆井液用堵漏劑的評價及應(yīng)用

曹世平， 吳申堯， 曾家新， 景岷嘉， 張亞萍

(1四川華順通能源技術(shù)開發(fā)有限公司 2四川寶石花鑫盛油氣運營服務(wù)有限公司 3中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 4成都西油華巍科技有限公司)

0 引言

四川頁巖氣已進入規(guī)模開發(fā)階段,在頁巖氣水平井段鉆井過程中，普遍使用油基鉆井液。油基鉆井液具有優(yōu)異的頁巖抑制性和防塌能力，優(yōu)異的潤滑減阻和抗污染性能，大量的推廣使用助推了頁巖氣的勘探開發(fā)。但隨著頁巖氣開發(fā)進程加快，出現(xiàn)一些新的技術(shù)問題：井網(wǎng)密度加大，壓裂井次增多，地層裂縫越來越發(fā)育，破碎程度不斷提高；采出量越來越大，地層壓力也不斷降低，井漏問題日益突出[1-2]。統(tǒng)計表明，近兩年來漏失井和井次成倍增加，已經(jīng)成為影響頁巖氣水平井安全、高效、快速鉆井的主要技術(shù)瓶頸之一，也使得鉆井難度增大和鉆井成本急劇增加，造成嚴重的經(jīng)濟損失。因此，有效的油基鉆井液堵漏劑和技術(shù)就變得尤為重要[3]。

關(guān)于油基鉆井液堵漏材料的研究很少[3-5]。常用的堵漏工藝絕大部分是沿用原有的水基鉆井液堵漏材料,由于這類堵漏劑是親水性的，與油基鉆井液的配伍性能不好，形成的濾餅質(zhì)量差，堵塞承壓能力低，在封堵漏層后由于鉆井液重新循環(huán)，易發(fā)生復(fù)漏，需要反復(fù)堵漏[6]，嚴重影響了堵漏效果[7-8]。

本文評價并應(yīng)用了一種用于油基鉆井液的專用堵漏材料BK910，在井下高溫能夠吸油膨脹，快速膠凝稠化，與其他橋接堵漏劑配合可實現(xiàn)封堵，提高油基鉆井液堵漏效率。

1 油基鉆井液用堵漏劑BK910的堵漏機理

BK910是一種吸油膨脹樹脂，表面特性表現(xiàn)為疏水親油，與油基鉆井液有良好的配伍性。具有溫敏性，在井下高溫可吸油膨脹，減少堵漏漿中的自由液相，使之產(chǎn)生膠凝稠化；吸油膨脹顆粒具有良好的填塞封堵作用。BK910加入油包水乳化液中，與其他架橋材料配合可形成具有一定流動性可泵送的堵漏漿。將其泵入井下地層漏失通道中，利用地層高溫作用吸油膨脹，失去流動性，且具有粘附性，駐留在漏失通道中，形成具有一定承壓能力的親油堵塞，從而實現(xiàn)堵漏。

在低于激發(fā)溫度的地層中，可獨立使用或與其他顆粒狀、片狀材料等復(fù)合堵漏劑配合，用于橋接堵漏；同時具有懸浮穩(wěn)定、攜帶固相作用。

2 油基鉆井液用堵漏劑BK910的實驗評價

2.1 低加量BK910膠凝稠化實驗

配制兩份油基鉆井液基漿，油水比為75∶25，在其中一份中加入1.5%的BK910，高速攪拌20 min。150℃下滾動老化16 h，觀察并測試其性能,實驗結(jié)果見表1。

表1 油基基漿和試樣漿老化后性能對比

從表1看出，老化后基漿黏度很低，而加樣漿呈果凍狀膠凝稠化，玻璃棒可豎直插入不倒。

2.2 高加量BK910膠凝稠化實驗

分別配制六份油基堵漏漿，油水比為75∶25，加入18.75% BK910，高速攪拌20 min；再分別用碳酸鈣加重至密度為1.18 g/cm3。裝入陳化釜中，在不同溫度下滾動老化16 h，冷卻后測試其流動度，實驗結(jié)果見表2。

表2 堵漏漿不同條件下的流動度

表2顯示，堵漏漿在常溫常壓下具有良好的流動性；在60 ℃下老化16 h還具有一定的流動性，但是已經(jīng)出現(xiàn)部分膠凝的現(xiàn)象；在80 ℃和100 ℃下老化16 h后流動性明顯變差，且隨著溫度的升高膠凝現(xiàn)象加劇；在110 ℃下滾動老化16 h后即發(fā)生完全膠凝稠化，失去流動性；溫度升高到140 ℃滾動老化16 h后，具有良好的粘附性，膠凝效果更好。

2.3 BK910油基堵漏漿膠凝稠度實驗

為了更好地模擬地層高溫高壓的環(huán)境，用DFC-071013型水泥漿高溫高壓稠化儀做如下堵漏漿稠化實驗：按高加量BK910膠凝稠化實驗中方法配制一份BK910加量為18.75%油基堵漏漿，將其裝入高溫高壓稠化儀泥漿杯中，模擬測試泵入井內(nèi)和在地層溫度壓力下的堵漏漿膠凝稠化行為。實驗條件為先升溫65℃，增壓45 MPa老化4 h；繼續(xù)升溫至110 ℃，增壓至63 MPa老化4 h；再繼續(xù)升溫至140 ℃，增壓至75 MPa老化。稠化曲線見圖1。

圖1可以看出，堵漏漿在常溫下和65 ℃時流動性良好，稠度低于20 BC，能確保地面配漿順利；110℃堵漏漿增稠，但仍有良好的流動性，稠度低于36 BC，能保證入井升溫過程的安全性；140℃堵漏漿迅速稠化，失去流動性，表明其在漏層的激發(fā)溫度下膠凝，完成封堵。

圖1 油基堵漏漿稠化曲線圖

2.4 BK910堵漏評價實驗

2.4.1 低加量BK910油基堵漏漿砂床封堵實驗

分別配制兩份油基鉆井液基漿，油水比為75∶25，其中一份加入1.5%BK910，高速攪拌20 min。150 ℃下滾動老化16 h后高速攪拌10 min備用。將40～70目的石英砂倒入無滲透鉆井液濾失儀的筒狀可視鉆井液杯中，至350 cm3刻度線，在加入過程中用力搖動、敦實，使砂床充實、平整。將基漿和堵漏漿分別小心緩慢沿著杯內(nèi)壁倒入無滲透濾失儀鉆井液杯中，在0.69 MPa壓力下測定30 min的砂床侵入深度和漏失量。

基漿漏失量為全漏失，而堵漏漿漏失量為0 mL，最大侵入高度60 mm，表明在0.69 MPa壓力下1.5%加量的BK910封堵效果良好。

2.4.2 高加量油基堵漏漿承壓能力實驗

將粒徑為40～70目的石英砂倒入DL-2型堵漏儀中，填平，然后將1 000 mL BK910加量為18.75%油基堵漏漿緩慢、均勻地沿器壁倒入油基堵漏漿，加蓋接上壓力源。啟動秒表以均勻的速度施加壓力，在50±5 s內(nèi)到達0.7 MPa并維持此壓力30 min，記錄濾失量并觀察濾液外觀；以均勻的速度增加壓力，在50±5 s內(nèi)到達2 MPa并維持此壓力30 min，記錄濾失量并觀察濾液外觀；按照此方法勻速增加壓力到3 MPa、4 MPa、5 MPa。由于泵壓限制，停止加壓，實驗結(jié)束后，濾失量均為0 mL。

由堵漏實驗結(jié)果可知，加入18.75%BK910的油基鉆井液能抗壓5 MPa，表明BK910油基堵漏漿封堵效果好，能夠封堵地層，提高地層承壓能力，達到提高井壁穩(wěn)定性的目的。

2.5 BK910油基堵漏漿抗污染評價實驗

稱取高加量BK910膠凝稠化實驗中經(jīng)過140 ℃高溫老化后的膠凝堵漏漿20.00 g，制作成規(guī)整形狀，分別浸泡于自來水、白油和柴油中觀察24 h。取出后用濾紙輕輕拭去表面的水分或者油分，稱重，實驗結(jié)果見表3。

表3 堵漏漿抗污染實驗

表3顯示，膠凝堵漏漿在水中基本不溶解、不分散；在白油和柴油中，24 h后邊緣僅少量的散落。說明該膠凝堵漏漿可抗水侵、抗油侵。

通過實驗驗證，高溫激發(fā)油基膠凝堵漏技術(shù)可行，該方法配制的堵漏漿常溫具備流動性和可泵性。隨著溫度的升高，BK910吸油膨脹后凝結(jié)成膠團，具有粘附性；堵漏漿能抗水、抗油等污染。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

3.1 N209H29-6井油基鉆井液堵漏

N209H29-6井采用?215.9 mm鉆頭，密度1.98 g/cm3的油基鉆井液鉆至井深5 003 m時，泵壓從28 MPa降至21 MPa，鉆壓瞬降15 kN，井口返漿量減少，隨即失返，漏失鉆井液29.29 m3。

考慮到井漏時泵壓大幅度降低，鉆壓有瞬降放空現(xiàn)象，漏失量很大，漏失速度達到失返的嚴重程度，分析漏失裂縫寬度應(yīng)超過5 mm。經(jīng)現(xiàn)場研究決定，采用BK910配合不同尺寸顆粒狀、片狀和纖維狀的復(fù)合橋堵劑進行堵漏。堵漏配方為：井漿+3.5% BK910+1.5% BK920+5% BK961+5% BK962+2% FDM-1+1.5% 云母片+3% 核桃殼，共35 m3。堵漏漿入井27 m3，進入漏層6 m3即建立橋塞，漏速降至12 m3/h，井口返漿。靜止12 h，樹脂吸油膨脹，堵漏成功。后期完井下套管、固井等作業(yè)正常。

3.2 TT1井油基承壓堵漏

TT1井采用?135.5 mm鉆頭，密度1.20 g/cm3的油基鉆井液鉆至井深6 508.13 m后，上提鉆井液密度至1.40 g/cm3時發(fā)生井漏，漏速5.8 m3/h。配制油基堵漏漿15 m3：井漿+5%LCM-1+2%LCM-2+1%BK920+3%纖維+1%BK910。堵漏漿頂替至漏層，堵漏一次性成功。通過承壓堵漏后，鉆井液密度至1.55 g/cm3未漏，恢復(fù)鉆井。

3.3 W204H33-2井堵漏

W204H33-2井采用?215.9 mm鉆頭，密度2.12 g/cm3的油基鉆井液鉆至井深3180.86 m發(fā)生溢流，關(guān)井套壓7.5 MPa。循環(huán)加重密度由2.12 g/cm3上提到2.3 g/cm3后發(fā)生井漏，最大漏速26.5 m3/h。配制油基堵漏漿28 m3：井漿+7%LCM-1+10%LCM-2+2%BK920+5%纖維+2%BK910，入井18 m3后堵漏成功。

4 結(jié)論

1)油基鉆井液用堵漏劑BK910與油基鉆井液配伍性良好，配制的堵漏漿常溫下具有良好流動性，隨著溫度的升高可以稠化膠凝，具有親油、溫敏特征，加量為18.75%時承壓能力可達5 MPa，可以用于油基鉆井液堵漏。

2)油基鉆井液用堵漏劑BK910親油型吸油膨脹樹脂現(xiàn)場應(yīng)用于N209H29-6、TT1和W204H33-2三口不同漏失程度和漏失類型的井，均取得一次性成功，并在長寧頁巖氣鉆井中逐步推廣應(yīng)用，為油基鉆井液堵漏提供了一種新的材料和方法。