钻井堵漏用特种凝胶的流变性研究

特种凝胶是一种处理钻井恶性漏失的堵漏剂,它必须具备特殊的流变性才能满足封堵裂缝性及破碎性地层恶性漏失的要求。为此,用可控的HAAKE RS6000型流变仪锥板系统稳态测试了凝胶的流动曲线和黏度曲线,采用了多种经验本构模型拟合凝胶的流动曲线和黏度曲线,均获得了较高的相关系数。在此基础上对凝胶的黏弹性、黏温性以及触变性进行了研究。结果表明,黏弹性实验确定了凝胶的零剪切黏度数量级在102 Pa.s,且具有Burger模型蠕变回复曲线特征;通过密闭同轴旋转系统稳态测试凝胶的黏温性质确定了温度从室温上升到50℃时凝胶表现出轻微的升温增稠现象,当温度高于50℃时,凝胶的黏度温度曲线满足Arrhenius关系;用直观的触变环法测量了凝胶的触变性,凝胶的下行曲线始终低于凝胶的上行曲线,表明凝胶是一种剪切稀释流体,且随着温度升高,凝胶的剪切稀释作用有增强的趋势;凝胶的流变性足以满足解决裂缝性及破碎性地层恶性漏失的要求。

钻井堵漏用特种凝胶的适用性

特种凝胶是一种处理钻井恶性漏失的堵漏剂,它必须不与(或难与)地层水混合而被冲稀才能满足解决裂缝性及破碎性地层恶性漏失的要求。为此,对凝胶与常用钻井液体系的配伍性、拓展其应用范围的交联体系、抗二氧化碳和硫化氢气体的腐蚀性能和其与水泥浆的相容性等适用性进行了研究。结果表明,凝胶与聚合物、聚磺及KCl体系等的配伍性良好,具有改善失水造壁性,提高钻井液黏度切力的作用;化学交联的凝胶体系抗温达到150℃;二氧化碳和硫化氢气体对凝胶的影响小,但在高温下,低pH值对凝胶性能影响大,凝胶可以用于处理高含二氧化碳和硫化氢地区的恶性漏失井漏;凝胶与水泥浆接触不会发生结块和沉淀,凝胶与水泥浆相容性良好;凝胶的适用性足以满足解决裂缝性及破碎性地层恶性漏失的要求。

凝胶堵漏技术在冀东油田唐29X1(侧)井的应用

针对唐29X1(侧)井潜山寒武系地层多裂缝、孔洞发育的特点,在多次常规堵漏方法无效的情况下采用了APGEL-1凝胶堵漏技术。介绍了该凝胶堵漏技术的室内评价和现场应用情况。结果表明,该技术在APGEL-1凝胶浓度为3%时,满足该地区潜山堵漏要求,成功封堵了漏失层位,具有工艺技术操作简单、堵漏剂使用量小、堵漏效果明显等特点,有利于保护油气层,具有很好的推广应用前景。

特种凝胶在钻井堵漏中的应用

针对钻井中出现的恶性漏失情况,根据结构流体理论与超分子化学原理,研制开发出了1种新型堵漏剂——特种凝胶。它是在大分子链上引入特种功能单体的水溶性高分子材料,在水溶液中,大分子链通过分子间相互作用自发地聚集,形成可逆的超分子结构——动态物理交联网络,该结构使其溶液具有特殊的性能特点。介绍了特种凝胶的主要性能及堵漏原理,举例介绍了其在四川、长庆及吐哈油田的应用情况。现场应用结果表明,特种凝胶对大漏、失返、返出量太小的裂缝性、孔洞性、破碎性地层,以及用桥塞堵漏、随钻堵漏等方法无法解决的漏失问题具有很好的堵漏效果,尤其对付含水层以及喷漏同层的漏失问题具有独到之处。

塔河油田碳酸盐岩储层恶性漏失空间堵漏凝胶技术

塔河油田10区某些碳酸盐岩储层段缝洞发育,且非均质性强、漏失空间大,常规桥堵技术很难实现有效封堵。聚合物凝胶易充填于漏失通道,通过自身交联强度以及与漏层壁面的黏结性实现有效封堵。以部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)、六亚甲基四胺(HMTA)、对羟基苯甲酸甲酯(NIPAGIN)为核心处理剂,研制出了储层用抗高温堵漏凝胶。通过性能评价可知:该抗高温堵漏凝胶表观黏度在40～45 mPa·s范围内,140℃下成胶时间在4～10 h内可控;利用裂缝钢铁岩心(长5 cm)进行封堵能力评价,凝胶可有效封堵2～5 mm缝隙,封堵压力可达2.5 MPa,并在18 d内保持良好的封堵能力,22d后可实现自破胶返排;使用破胶剂可进一步提高破胶效率,在8 h内实现凝胶解除。该堵漏凝胶既可实现高效封堵,又能有效解堵,对储层段恶性漏失有着广泛的应用前景。

凝胶承压堵漏技术在普光地区的应用

普光地区承压堵漏技术存在裸眼段长、漏层及缝洞孔喉尺寸难确定、存在张开性裂缝和岩石骨架承压能力低等难点,桥塞堵漏的效果不理想。因此对桥塞堵漏剂进行改进,通过引入凝胶聚合物和胶结剂形成凝胶堵漏剂。性能评价结果表明,凝胶堵漏剂对不同漏失通道的适应性好,能与地层胶结成高强度的封堵层,对由5～20mm砂粒组成的砂床或10～30mm石子模拟漏层均具有很好的封堵能力,封堵层的承压能力大于9MPa;该剂的弹性变形能力、膨胀堵塞和化学胶结作用能有效提高材料进入和驻留漏层的能力。凝胶堵漏技术在普光地区4口井中进行了试验,成功率为100%,取得了很好的承压堵漏效果,证实了该技术具有现场适应性好和堵漏强度高的特性。

凝胶复合防漏堵漏技术在火焰山腹地表层的应用

吐哈盆地鲁克沁油田火焰山腹地表层钻井过程中,恶性井漏频繁发生,堵漏时间占表层钻井周期的60%以上,严重影响了鲁克沁油田的开发上产效果。针对火焰山腹地表层恶性漏失技术难题,在多次常规堵漏、注水泥堵漏、综合堵漏、膨胀堵漏、雷特堵漏和凝胶堵漏等多种堵漏方式效果不佳的情况下,研发了凝胶复合防漏堵漏技术。该技术的主剂是一种水溶性高分子聚合物堵漏凝胶,其分子链呈空间网状凝胶结构,利用结构性流体较强的剪切稀释性,通过引入不同粒径的刚性堵漏材料和可变形颗粒实现紧密堆积和压实,提高地层承压能力,形成具有防漏和堵漏双重功能的堵漏体系。凝胶复合防漏堵漏技术在火焰山腹地玉北10-20、玉北8-17、玉北8-16等5口井表层进行了现场试验。应用结果表明,比同区块平均漏失量降低74.3%,堵漏损失时间节约93.5%,表层钻井周期节约57.8%。该技术对失返性漏失、溶洞型漏失以及返出量较小的裂缝性漏失具有良好的堵漏效果。

新型FM超级凝胶复合堵漏技术

为提高复杂漏失地层的堵漏成功率,研究了抗温达140℃的新型FM超级凝胶的堵漏性能和堵漏机理。FM超级凝胶以吸水膨胀性聚合物为主体,复合刚性骨架材料,利用其吸水变形特性和自膨胀物理堵塞作用,提供较高的膨胀堵塞强度。使用0.3~2.0 mm的石英砂、4.3~7.8 mm的钢珠及1.0~5.0 mm的缝隙板模拟高渗透、大孔道和裂缝性漏失地层,测得总漏失量分别为86~113、204~381和22~64 m L,均堵住,承压达7.0 MPa。与刚性颗粒、弹性颗粒材料、纤维材料、可变形充填材料复配使用后,在钢珠床及缝隙板的总漏失量分别降为63~95和15~43 m L,承压提高到9.0 MPa,进一步提高了FM超级凝胶的承压能力和适应性。该技术在南堡13-1170和大吉4-9向4井堵漏中进行了应用,堵漏均一次成功,满足了后续施工的要求。表明FM超级凝胶能够适应不同孔隙、裂缝性漏失地层的堵漏。

温敏型凝胶堵漏剂的室内研究

针对凝胶堵漏成胶可控性差、高温下结构强度弱的问题,以为基础,制备了一种温敏型凝胶堵漏剂BZ-WNJ,并对其成胶性能进行了综合评价。室内研究表明,BZ-WNJ在80~180℃之间均可形成固态凝胶,具有广谱温敏效应,凝胶强度较可得然胶提高137%,同时BZ-WNJ解决了大颗粒固相对高温成胶的影响,可与其他颗粒状、纤维状堵漏剂复合使用,封闭漏层裂缝同时提升漏失通道内黏滞阻力,提升地层承压能力。

抗高温纤维强化凝胶颗粒堵漏剂

井漏是钻井过程中常见的复杂难题,针对常用聚合物凝胶堵漏剂抗温性能差、承压封堵能力弱的问题,通过分子结构设计,以丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸为单体,柔性纤维为强化材料,过硫酸铵为引发剂,通过与自制大分子交联剂BWL聚合反应,制备了一种新型抗高温纤维强化凝胶堵漏剂。研究了柔性纤维对凝胶堵漏剂流变性能的影响,通过扫描电镜、热重、承压堵漏实验等对凝胶堵漏剂的微观结构、热稳定性、吸水膨胀性和承压堵漏性能进行了研究。结果表明:柔性纤维增强了凝胶堵漏剂的空间网架结构,使其韧性更强;凝胶堵漏剂颗粒具有良好的热稳定性和吸水膨胀性,通过“吸水膨胀、挤压充填”的堵漏原理对漏失通道进行封堵,在140℃下对高渗透性漏失层的封堵承压高于7 MPa,对宽裂缝漏失通道封堵后承压高于5 MPa,可满足高温高压漏失地层中堵漏目的。

可控化聚合物凝胶堵漏材料的研究进展

现今钻井过程中的井漏问题严重,聚合物凝胶堵漏材料具有高黏弹性、可变形性的优势。但是,聚合物凝胶堵漏材料成胶不可控,严重制约了其在钻井堵漏中的应用。综述了可控化聚合物凝胶堵漏技术的研究进展、刺激响应聚合物凝胶材料的类型与作用机制及其在可控化凝胶堵漏方面的应用前景,总结出延迟交联、微胶囊化、触变自愈合、剪切响应成胶以及离子诱导成胶等刺激响应聚合物凝胶堵漏材料日益成为现今可控化堵漏材料研究的热点;同时,刺激响应功能聚合物凝胶材料的研究业已成熟,钻井液环境能够提供聚合物凝胶堵漏材料的刺激响应条件。因此,开发刺激响应功能的聚合物凝胶堵漏材料将有利于实现智能化、可控化堵漏。

可控胶凝堵漏剂的研究与应用

针对重庆涪陵焦石坝区块页岩气开发过程中,从钻表层至完钻频繁发生溶洞、裂缝性恶性漏失,且堵漏成功率低的难题。中原固井公司通过对堵漏胶凝材料、触变剂、纤维增韧剂、膨胀剂、微胶囊及表面调节剂等材料的研究,研制出一种可控胶凝堵漏剂,并在室内对其堵漏性能、机理进行了评价、分析。可控胶凝剂对渗透性、大孔道、裂缝性和溶洞性漏失地层具有很好的堵漏效果。该堵剂适应温度为30～80℃,凝结时间可调,固化体强度常压4 h可达到5.0 MPa,8 h强度达到10 MPa以上,承压强度大于14 MPa,并具有抗水侵能力和强触留能力。现场应用的45口井,堵漏成功率达到了80%以上。可控胶凝堵漏剂为溶洞、裂缝性漏失堵漏的探索作出了积极的贡献。

超深井长裸眼井底放空井漏失返桥接堵漏工艺技术

Wh-1X井φ215.9 mm井眼井底6828 m(裸眼长1178 m)处溢流压井压开的压裂缝、侧钻井眼井底7114.65 m(裸眼长1464.65 m)放空处的洞穴裂缝均导致钻井液失返井漏,需井底堵漏。研究认为,砂泥岩互层的长裸眼井底桥接堵漏,要消减钻具在裸眼段对井底实施桥堵压开上部薄弱地层造成的卡钻风险,就要建立全裸眼井筒承压理念。首先钻具在技术套管内对井底以上的薄弱地层进行桥堵提高承压,然后钻具再进裸眼对井底进行堵漏,并配合使用旋转控制头技术措施消减卡钻风险。研究认为,桥堵材料的级配及使用浓度存在严重的缺陷是导致原井眼多次桥堵失败的根本原因,裂缝及洞穴裂缝桥接堵漏要取得成功,桥堵浆堵漏材料的级配和浓度必须满足头等尺寸材料的大尺寸和高浓度、种类多样的次等尺寸材料梯度匹配及合理浓度、高的桥堵浆总浓度这3个条件,缺一不可。畅通的井眼通道对桥堵浆稠塞顺利到达漏层位置很重要。采用以上技术和原理,侧钻井眼通过2次钻具在套管内桥堵堵住了5650~5668 m、5830~5842 m、6279~6288 m三个漏层,一次钻具在裸眼内桥堵堵住了6644~6649 m及7114.54~7114.65 m井底放空段2个漏层,共计堵住了5个漏层,恢复了钻井作业并成功建井。