郭建彬1 李春祥2 李春伟1 魏珊1 李泽斌1
（1．新疆贝肯能源工程股份有限公司，新疆克拉玛依834000;
2. 西部钻探克拉玛依钻井公司泥浆技术服务公司，新疆克拉玛依834000）
摘要 通过对各种漏失情况的分析，研制了一种对不同承压能力地层具有针对性的多级配承压堵漏剂。通过引入沥青橡胶这一特殊材料，可使之具备弹性和防塌两大特点，堵漏效果将明显增加，堵漏材料加量减少；对吸水树脂的吸水速率有效控制，可保证顺利施工并达到预期的承压效果，防止二次漏失。确定了室内最佳配方为55％骨架材料+30％沥青橡胶+5％活化剂+10％改性吸水树脂，即可将封堵承压能力达到最大。
关键词 堵漏剂；钻井液；吸水树脂
中图分类号：TE254.4 文献标识码：A
The development of pressure plugging agent multi grade for drilling fluid
Guo Jianbin 1 LiChunxiang2 LiChunwei2 WeiShan1 Lizebin1
(1.Xinjiang beiken energy engineering Limited by Share Ltd, xinjiangkelamayi 834000;
2. Karamay drilling company of XDEC,xinjiangkelamayi 834000)
Abstract: Through the analysis of various leakage loss, developed a different bearing capacity of formation has in view of the multilevel with pressure plugging agent. Through the introduction of asphalt rubber which is a special material, can make flexible and the two characteristics of anti sloughing, leak stopping effect will increase obviously, plugging materials with reduced; effectively control the water absorption rate of water absorbing resin, can guarantee the smooth construction and achieve the expected effect of pressure, prevent the two leakage. The best formulation of indoor 55% frameworks +30% asphalt rubber +5% activator +10% modified water absorbent resin, bearing and plugging ability can be reach the maximum.
Keywords: Plugging agent;Drilling fluid; Water absorbent resin
随着石油勘探开发的进一步深入，为力求上产，各油田老区加密开发成主要趋势，如何在窄或零安全密度窗口的井段下安全、高效、快速的进行钻井，是钻井工程技术人员和科研人员面临的重大技术挑战。然而该施工条件下一旦出现漏失，对堵漏材料的承压能力有更高的要求。多级配承压堵漏剂针对油田的不同漏失情况、漏失通道大小及漏失机理进行分析，采用与之裂缝宽度相符的堵漏材料进行堵漏，“对症下药”，保障了堵漏成功率。
1 实验部分
1.1 主要实验设备、仪器及试剂
JHB高温高压动态静态堵漏实验仪、GJ-1型高速搅拌机、高温滚子炉、恒温水浴锅、研钵、FHP-200型高速多功能粉碎机、分子筛。
刚性材料、核桃壳、锯末、棉籽壳、纤维、云母、蛭石、石棉，克拉玛依个体；沥青橡胶（自制）；活化剂，海安石油化工厂；改性吸水树脂（自制）。
1.2 钻井液用多级配承压堵漏剂的制备
1.2.1配方的确定：
1.2.1.1骨架材料的配方：
对骨架材料的原材料进行室内组合评价，结果如表1和表2所示。
表1 骨架材料配方
|
加量，％ 配方号 |
刚性 材料 |
纤维 |
云母 |
蛭石 |
棉籽壳 |
核桃壳 |
石棉 |
锯末 |
|
1 |
50 |
30 |
10 |
0 |
10 |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
30 |
50 |
0 |
20 |
|
3 |
40 |
20 |
20 |
0 |
20 |
0 |
0 |
0 |
|
4 |
70 |
10 |
10 |
0 |
10 |
0 |
0 |
0 |
|
5 |
60 |
10 |
10 |
10 |
10 |
0 |
0 |
0 |
|
6 |
70 |
10 |
10 |
10 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
7 |
60 |
10 |
10 |
10 |
0 |
0 |
10 |
0 |
|
8 |
50 |
0 |
10 |
20 |
0 |
0 |
10 |
0 |
|
9 |
60 |
0 |
0 |
10 |
0 |
0 |
30 |
0 |
|
10 |
65 |
5 |
10 |
10 |
10 |
0 |
0 |
0 |
表2 检测结果
|
配方号 |
封堵承压能力/MPa |
|
指 标 |
≥5 |
|
1 |
0.5 |
|
2 |
2.0 |
|
3 |
1.0 |
|
4 |
1.5 |
|
5 |
1.5 |
|
6 |
2.5 |
|
7 |
3.0 |
|
8 |
2.5 |
|
9 |
1.5 |
|
10 |
3.5 |
注：以1mm缝板进行静态堵漏，封堵压力为3MPa，试验温度为40℃.，下同
通过试验，我们确定了骨架材料配方为10#配方，即刚性材料65％、纤维5％、云母10％、蛭石10％、棉籽壳10％，可将承压能力达到最大。
1.2.1.2堵漏剂配方的确定：
原料配比对承压能力的影响如表3所示：
表3 原料配方
|
序号 |
骨架材料 |
活化剂 |
沥青橡胶 |
吸水树脂 |
封堵承压能力/MPa |
|
1 |
50 |
5 |
30 |
15 |
6.0 |
|
2 |
55 |
5 |
25 |
15 |
6.0 |
|
3 |
60 |
5 |
20 |
15 |
5.0 |
|
4 |
55 |
5 |
30 |
10 |
6.5 |
|
5 |
60 |
5 |
30 |
5 |
5.5 |
|
6 |
65 |
5 |
25 |
5 |
4.5 |
|
7 |
70 |
5 |
20 |
5 |
4.0 |
注：以1mm缝板进行静态堵漏，封堵压力为3MPa，试验温度为40℃.，下同
通过多次试验并验证，确定了室内最佳配方为表3中的4#配方，即55％骨架材料+30％沥青橡胶+5％活化剂+10％吸水树脂，可将封堵承压能力达到最大。
1.2.2工艺优化：
工艺：将优选的骨架材料根据现场裂缝需求进行粉碎筛分（本文以1mm缝板为例），按照先粗后细的顺序加入混料机中，以一定搅拌速度进行搅拌同时投入沥青橡胶并在升至一定温度T时加入活化剂，保温搅拌一定时间t1后拌入吸水树脂，混拌一定时间t2后出料即可。
对上述工艺进行正交试验，以确定最佳生产工艺。
表4 堵漏剂生产工艺正交试验表
|
实验次数 |
A |
B |
C |
D |
封堵承压能力/MPa |
|
搅拌速度，r/min |
温度T，℃ |
保温时间t1，min |
混拌时间t2，min |
||
|
实验1 |
30 |
50 |
40 |
15 |
6.5 |
|
实验2 |
30 |
60 |
60 |
25 |
8.0 |
|
实验3 |
30 |
70 |
80 |
35 |
9.0 |
|
实验4 |
50 |
50 |
60 |
35 |
8.5 |
|
实验5 |
50 |
60 |
80 |
15 |
7.5 |
|
实验6 |
50 |
70 |
40 |
25 |
9.5 |
|
实验7 |
70 |
50 |
80 |
25 |
9.0 |
|
实验8 |
70 |
60 |
40 |
35 |
7.5 |
|
实验9 |
70 |
70 |
60 |
15 |
9.0 |
|
K1 |
23.5 |
24 |
23.5 |
23 |
|
|
K2 |
25.5 |
23 |
25.5 |
26.5 |
|
|
K3 |
25.5 |
27.5 |
25.5 |
25 |
|
|
k1 |
7.8333 |
8 |
7.8333 |
7.6667 |
|
|
k2 |
8.5 |
7.6667 |
8.5 |
8.8333 |
|
|
k3 |
8.5 |
9.1667 |
8.5 |
8.3333 |
|
|
R |
0.6667 |
1.5 |
0.6667 |
1.1667 |
|
表5堵漏剂生产工艺方差分析表
|
变异来源 |
偏差平方和 |
自由度 |
方差 |
F值 |
Fa |
显著水平 |
|
搅拌速度，r/min |
0.8889 |
2 |
0.4444 |
|
F0.01(2,6)=10.925 |
|
|
温度T，℃ |
3.7222 |
2 |
1.8611 |
4.188 |
F0.05(2,6)=5.143 |
* |
|
保温时间t1，min |
0.8889 |
2 |
0.4444 |
|
F0.1(2,6)=3.463 |
|
|
混拌时间t2，min |
2.0555 |
2 |
1.0278 |
2.313 |
F0.25(2,6)=1.762 |
o |
|
误差e |
0.8889 |
2 |
0.4444 |
|
|
|
|
修正误差e |
2.6666 |
6 |
0.4444 |
|
|
|
|
总和 |
8.444 |
|
|
|
|
|
从表4的试验结果我们可以直接看出A2B3C1D2的封堵承压能力最大，而计算结果显示A3B3C3D3的封堵承
压能力最佳，表5方差分析结果显示温度T为显著影响因素，其余因素均不显著。通过验证和单因素评价试验，最终确定的生产工艺为搅拌速度70r/min，温度为80℃，保温时间t1为20min，混拌时间t2为15min，可将封堵承压能力提高至10.3MPa。
2 室内评价
按照相应标准进行室内检测，如表6所示：
表6堵漏剂室内评价结果
|
项 目 |
标准要求 |
检测结果 |
|
有效粒径范围内，％ |
≥95 |
97.6 |
|
酸溶率，％ |
≥20 |
24.6 |
|
封堵承压能力，MPa |
≥5 |
10.3 |
通过检测可知，本文的堵漏剂产品各项指标均满足标准要求。
3 现场应用
目前钻井液用多级配承压堵漏剂在59001、TD73027、白821等十余口井进行了现场试验。结果显示，该堵漏剂在现场试验成功率100％，达到了甲方的堵漏要求。
TD73027井于2014年11月30日1:40钻进至井深1328m发现漏失，泵压15MPa，排量48L/S，地层头屯河组，漏速1m3/min。分别以钻井液用多级配承压堵漏剂配制浓度4%、5%、7%的堵漏浆100m3、110m3、120m3对该漏层进行堵漏作业。2014年12月1日0:00开始泵入7%堵漏泥浆，排量24L/S，井深1130m，0:05泥浆返出，排量逐渐增大至，正常排量，漏失2.2m3。至5:00分段循环、划眼至井底1328m，期间漏失泥浆12.4m3，循环观察至5:30，漏失 5.6m3，提钻至810米，静止堵漏。10:30开始分段洗井（810m、955m、1100m、1245m、1328m）至井底，无漏失，16:00恢复正常钻进，复杂解除。
4结语
1.确定了钻井液用多级配承压堵漏剂的配方为55％骨架材料+30％沥青橡胶+5％活化剂+10％吸水树脂，生产工艺为搅拌速度70r/min，温度控制在80℃，保温20min，混拌15min可将封堵承压能力达到最大。
2.现场试验效果明显。工艺成功率和有效率均为100％.堵漏作业时间短，减少了钻井作业的损失时间。
3.该堵漏剂可根据承压能力的需要和作业时间对其配方进行调整，使其性能满足不同作业要求。
基金项目：克拉玛依市指导性科技项目（编号SK2014-02）的研究成果
第一作者简介：郭建彬（1985-），男，四川内江， 新疆贝肯能源工程股份有限公司，助理工程师，学士学位，从事油田化学工作液技术研究。
参考文献:
[1] 魏开鹏,罗懿,刘学全,等.高强度HGC化学堵漏剂的研究与应用[J]. 试验研究,2013,32(3):38-39.
[2] 张歧安,徐先国,董维,等.延迟膨胀颗粒堵漏剂的研究与应用[J]. 钻井液与完井液,2006,23(2):21-24.
[3] 黄贵.PAN—KHm高吸水性膨胀树脂防塌堵漏剂的研究与应用[J].建筑与发展:17-19.
[4] 陈乐亮.国外井漏处理技术发展趋势综述[J].石油与天然气化工,1994,23(4):231-237.
[5] 徐同台,刘玉杰,申 威,等.钻井工程防漏堵漏技术[M]. 北京：石油工业出版社，1997.
[6] 张东海. 防漏堵漏综合技术的应用[J]. 江汉石油科技,2005,15(2):34-35,55.