论文部分内容阅读
摘 要：针对地质钻探中的漏失现象，在介绍漏失地层分类和主要特点的基础上，提出高强度快失水堵漏、高强度化学触变堵漏、溶胀型随钻堵漏、成膜钻井液四种新型堵漏技术、材料，为地质钻探堵漏技术不断发展提供参考借鉴，不断提高地质钻探堵漏技术水平。
關键词：地质钻探;漏失;钻探堵漏
中图分类号：TE28 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2019）03-0161-02
在地质、石油、天然气和地热钻探工作中，时常会出现地层漏失问题。根据相关统计可知，井漏实际发生率可以达到钻井总数20%以上，是现在钻井过程中最常遇到，而且最难解决的实际问题，导致钻井成本大幅度提高，造成巨大经济损失。虽然目前还没有对地质钻探进行全面的统计，但漏失依然是影响钻探效率逐步提高的关键问题。其唯一的解决方法就是探讨全新地质钻探堵漏技术。
1 漏失地层的分类和主要特点
1.1 渗透性漏失
因渗透性较强的砂岩或砾岩类地层造成的漏失现象就属于渗透性漏失。受井内压差作用后，钻井液通过岩层孔隙漏出，但由于泥饼的存在会发挥一定阻止与减弱作用，所以该漏失实际速率不大，通常小于10m3/h，池中钻井液平面缓慢降低[1]。
1.2 裂缝性漏失
可将其分成地层上的自然裂缝与因为钻井液压力作用而产生的裂缝。当在有自然裂缝的地层当中进行钻井时，均会产生一定成都的漏失现象。如果在破碎带进行钻进，则会在钻速突然加快等进程中产生井漏。因为地层破裂造成的漏失，通常发生于自然裂缝数量较少，且渗透性一般的地层当中，其中可将漏失压力称作破裂压力。这种漏失的速度变化很大，通常在20～100m3/h范围内变化，池中钻井液平面快速降低。
1.3 溶洞性漏失
因地层中溶洞导致在钻进过程中产生漏失，该漏失现象多发生于灰岩地层。如果钻进过程中遇到溶洞，则会产生钻具放空，深度可以达到4～5m，之后将产生循环失灵，没有钻井液流出。其漏失的速度可以超过100m3/h，而且漏失以后还会产生一系列事故，如井塌卡钻和井喷，是最为严重的一种井漏。
2 地质钻探堵漏新技术
2.1 高强度快失水堵漏
该技术基本原理为：堵漏液受到孔隙中的压力发生快速失水，促使堵漏材料形成高强度堆积物，对孔隙进行封堵，实现对漏失进行快速封堵的目标。这项技术适用于缝宽小于5mm的裂缝及孔隙。
对于堵漏剂，其研制方法为：将拉筋、架桥材料及助滤剂等作为原材料，采用正交试验的方法进行配方优选，然后进行活化处理，以此制得专门的堵漏剂。其性能包括：①悬浮稳定性为96%;②失水速度为248mL/min;③滤饼的厚度为23mm;④当缝隙板厚度为1mm时，封堵时间仅需2s;⑤有效封堵漏失梁为0.4L;⑥可承受7MPa的强度。为增加其封堵范围，保证封堵后有较强的承压能力，可在试剂的配制过程中采用形状及粒度有所不同的材料。
2.2 高强度化学触变堵漏
该技术基本原理为：采用具有很强剪切稀释能力的粘稠溶液，使其进入孔隙中后，将通道中含有的水驱赶出去。触变剂和无机触变材料接触后，将生成不溶凝胶，不再发生流动。充分利用以上特性，先向地层中注入触变剂，再添加无机触变剂，促使聚合物体系长时间逗留于通道中，进而达到快速和广谱堵漏等根本目标。此外，还能充分结合架桥等其它技术，增加其堵漏作用范围，保证堵漏以后地层具有更高的承压强度。这项技术适用于尺寸相对较大的漏失现象，尤其是失返性漏失[2]。
该技术的关键内容包括：①对化学触变剂进行研制，它是一种能实现交联反应的聚合物;②对无机触变材料进行研制，其本质为交联剂，在与聚合物体系接触后，将产生交联固化。由膨胀剂、无机材料和促凝剂制成;③通过实验室评价选择适宜的技术参数;④实际操作中，首先，确定发生漏失现象孔段的长度与深度，然后对需要的触变材料数量进行计算，并开始配制专用的触变剂;将触变剂灌入孔隙后，在钻管内关注充足的隔离液，以此避免钻杆中有无机触变剂大量固结。
2.3 溶胀型随钻堵漏
就目前而言，将具有延迟性膨胀这一特征的材料用在钻探堵漏领域还很少见。该材料进入通道以后，可在吸水后大幅膨胀，滞留于通道当中，提高抗压强度，弥补孔壁承压能力，并因为吸水体积不断增加，应用范围明显增加。
该材料采用两种基本原理，分别为自由基聚合与交联反应。单体聚合过程中，注入一定量交联反应剂，使聚合物连接产生网状控制。采用交联度控制以及填充材料使用，能对膨胀土实际强度、时间与膨胀率进行有效控制。
将填料作为一种支撑剂，能有效提高材料韧性及强度，挤压时会发生受压与拉伸现象。拉伸时，受氢键作用，分子链将产生延展，但不会断裂，提高韧性;受压时，粒状与片状的物质能起到一定缓冲及支撑作用，分子链受到压力作用后不会产生太大的变形，进而保证产品整体强度。
对该技术的性能进行评价时，需要考虑以下因素：①分析试样中添加泥浆后对其性能造成的影响;②对实际的堵漏效果进行分析考察。基于此，需将以下作为重点评价参数：粘度（包括表观与塑性粘度）、漏失量、封闭的漏失量和时间、承压强度。溶胀型随钻堵漏材料和801堵漏剂及单向封堵剂之间的参数对比如表1所示[3]。
从表1数据对比可以看出，新材料在各项参数上都比另外两种小，但承压强度却高于其它两种材料，表现出良好的综合性能。
2.4 成膜钻井液
即使钻井液具备如同半透膜一样的性能，可在井壁表面产生致密结实的隔离膜，对地层上的裂隙进行封堵，避免地层膨胀和井壁坍塌，为油气层提供有效保护。尽管仅作为一种防塌剂，但能发挥很好的堵漏作用。
制备成膜剂时，主要采用以下反应机理：改性淀粉和聚乙烯醇反应生成水溶性硅油与成膜剂。对成膜剂的性能进行分析评价时，需要采用以下方法：根据二次滤失量对成膜效应进行评价，然后根据抑制粘土造浆率和岩屑的回收率对抑制性能进行评价。通过测试可知，该成膜剂具有良好性能：①纯基浆：表观粘度为42MPa·s;一、二次滤失量分别为5.0mL和10.2mL;岩屑回收率为10.3%。②在纯基浆中加入1%成膜剂后，表观粘度减小至11MPa·s，一次滤失量不变，二次滤失量减小至3.4mL，造浆降低率为73.5%，岩屑回收率增加至93.8%。
此外，还应制备成膜润滑剂，将石蜡作为原材料，对其进行乳化改性，同时辅以载体材料，制得固体状态的润滑剂。
将以上成膜剂和润滑剂作为钻井添加剂，充分利用其具有的成膜作用与粘接作用，并辅以超细状材料和纤维状材料，通过对配方的优化和调整，能研制出渗透性极低且速度极快的新型钻井液体系。
3 结束语
综上所述，对地质钻探工作而言，堵漏是一项国际难题。所以必须加强对新技术和新材料的开发，对钻探中出现的复杂多变的漏失问题，研究并采用有针对性的堵漏技术和方案。
参考文献
[1]吕彦军.地质钻探堵漏新技术的应用及效果分析[J].中国建材科技，2018，27（03）：79+69.
[2]张承飞.地质钻探堵漏新技术的应用及效果分析[J].低碳世界，2017（32）：99～100.
[3]陶士先，刘四海，胡继良.地质钻探堵漏新技术的初步研究[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2012，39（11）：13～16.
收稿日期：2018-12-4
關键词：地质钻探;漏失;钻探堵漏
中图分类号：TE28 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2019）03-0161-02
在地质、石油、天然气和地热钻探工作中，时常会出现地层漏失问题。根据相关统计可知，井漏实际发生率可以达到钻井总数20%以上，是现在钻井过程中最常遇到，而且最难解决的实际问题，导致钻井成本大幅度提高，造成巨大经济损失。虽然目前还没有对地质钻探进行全面的统计，但漏失依然是影响钻探效率逐步提高的关键问题。其唯一的解决方法就是探讨全新地质钻探堵漏技术。
1 漏失地层的分类和主要特点
1.1 渗透性漏失
因渗透性较强的砂岩或砾岩类地层造成的漏失现象就属于渗透性漏失。受井内压差作用后，钻井液通过岩层孔隙漏出，但由于泥饼的存在会发挥一定阻止与减弱作用，所以该漏失实际速率不大，通常小于10m3/h，池中钻井液平面缓慢降低[1]。
1.2 裂缝性漏失
可将其分成地层上的自然裂缝与因为钻井液压力作用而产生的裂缝。当在有自然裂缝的地层当中进行钻井时，均会产生一定成都的漏失现象。如果在破碎带进行钻进，则会在钻速突然加快等进程中产生井漏。因为地层破裂造成的漏失，通常发生于自然裂缝数量较少，且渗透性一般的地层当中，其中可将漏失压力称作破裂压力。这种漏失的速度变化很大，通常在20～100m3/h范围内变化，池中钻井液平面快速降低。
1.3 溶洞性漏失
因地层中溶洞导致在钻进过程中产生漏失，该漏失现象多发生于灰岩地层。如果钻进过程中遇到溶洞，则会产生钻具放空，深度可以达到4～5m，之后将产生循环失灵，没有钻井液流出。其漏失的速度可以超过100m3/h，而且漏失以后还会产生一系列事故，如井塌卡钻和井喷，是最为严重的一种井漏。
2 地质钻探堵漏新技术
2.1 高强度快失水堵漏
该技术基本原理为：堵漏液受到孔隙中的压力发生快速失水，促使堵漏材料形成高强度堆积物，对孔隙进行封堵，实现对漏失进行快速封堵的目标。这项技术适用于缝宽小于5mm的裂缝及孔隙。
对于堵漏剂，其研制方法为：将拉筋、架桥材料及助滤剂等作为原材料，采用正交试验的方法进行配方优选，然后进行活化处理，以此制得专门的堵漏剂。其性能包括：①悬浮稳定性为96%;②失水速度为248mL/min;③滤饼的厚度为23mm;④当缝隙板厚度为1mm时，封堵时间仅需2s;⑤有效封堵漏失梁为0.4L;⑥可承受7MPa的强度。为增加其封堵范围，保证封堵后有较强的承压能力，可在试剂的配制过程中采用形状及粒度有所不同的材料。
2.2 高强度化学触变堵漏
该技术基本原理为：采用具有很强剪切稀释能力的粘稠溶液，使其进入孔隙中后，将通道中含有的水驱赶出去。触变剂和无机触变材料接触后，将生成不溶凝胶，不再发生流动。充分利用以上特性，先向地层中注入触变剂，再添加无机触变剂，促使聚合物体系长时间逗留于通道中，进而达到快速和广谱堵漏等根本目标。此外，还能充分结合架桥等其它技术，增加其堵漏作用范围，保证堵漏以后地层具有更高的承压强度。这项技术适用于尺寸相对较大的漏失现象，尤其是失返性漏失[2]。
该技术的关键内容包括：①对化学触变剂进行研制，它是一种能实现交联反应的聚合物;②对无机触变材料进行研制，其本质为交联剂，在与聚合物体系接触后，将产生交联固化。由膨胀剂、无机材料和促凝剂制成;③通过实验室评价选择适宜的技术参数;④实际操作中，首先，确定发生漏失现象孔段的长度与深度，然后对需要的触变材料数量进行计算，并开始配制专用的触变剂;将触变剂灌入孔隙后，在钻管内关注充足的隔离液，以此避免钻杆中有无机触变剂大量固结。
2.3 溶胀型随钻堵漏
就目前而言，将具有延迟性膨胀这一特征的材料用在钻探堵漏领域还很少见。该材料进入通道以后，可在吸水后大幅膨胀，滞留于通道当中，提高抗压强度，弥补孔壁承压能力，并因为吸水体积不断增加，应用范围明显增加。
该材料采用两种基本原理，分别为自由基聚合与交联反应。单体聚合过程中，注入一定量交联反应剂，使聚合物连接产生网状控制。采用交联度控制以及填充材料使用，能对膨胀土实际强度、时间与膨胀率进行有效控制。
将填料作为一种支撑剂，能有效提高材料韧性及强度，挤压时会发生受压与拉伸现象。拉伸时，受氢键作用，分子链将产生延展，但不会断裂，提高韧性;受压时，粒状与片状的物质能起到一定缓冲及支撑作用，分子链受到压力作用后不会产生太大的变形，进而保证产品整体强度。
对该技术的性能进行评价时，需要考虑以下因素：①分析试样中添加泥浆后对其性能造成的影响;②对实际的堵漏效果进行分析考察。基于此，需将以下作为重点评价参数：粘度（包括表观与塑性粘度）、漏失量、封闭的漏失量和时间、承压强度。溶胀型随钻堵漏材料和801堵漏剂及单向封堵剂之间的参数对比如表1所示[3]。
从表1数据对比可以看出，新材料在各项参数上都比另外两种小，但承压强度却高于其它两种材料，表现出良好的综合性能。
2.4 成膜钻井液
即使钻井液具备如同半透膜一样的性能，可在井壁表面产生致密结实的隔离膜，对地层上的裂隙进行封堵，避免地层膨胀和井壁坍塌，为油气层提供有效保护。尽管仅作为一种防塌剂，但能发挥很好的堵漏作用。
制备成膜剂时，主要采用以下反应机理：改性淀粉和聚乙烯醇反应生成水溶性硅油与成膜剂。对成膜剂的性能进行分析评价时，需要采用以下方法：根据二次滤失量对成膜效应进行评价，然后根据抑制粘土造浆率和岩屑的回收率对抑制性能进行评价。通过测试可知，该成膜剂具有良好性能：①纯基浆：表观粘度为42MPa·s;一、二次滤失量分别为5.0mL和10.2mL;岩屑回收率为10.3%。②在纯基浆中加入1%成膜剂后，表观粘度减小至11MPa·s，一次滤失量不变，二次滤失量减小至3.4mL，造浆降低率为73.5%，岩屑回收率增加至93.8%。
此外，还应制备成膜润滑剂，将石蜡作为原材料，对其进行乳化改性，同时辅以载体材料，制得固体状态的润滑剂。
将以上成膜剂和润滑剂作为钻井添加剂，充分利用其具有的成膜作用与粘接作用，并辅以超细状材料和纤维状材料，通过对配方的优化和调整，能研制出渗透性极低且速度极快的新型钻井液体系。
3 结束语
综上所述，对地质钻探工作而言，堵漏是一项国际难题。所以必须加强对新技术和新材料的开发，对钻探中出现的复杂多变的漏失问题，研究并采用有针对性的堵漏技术和方案。
参考文献
[1]吕彦军.地质钻探堵漏新技术的应用及效果分析[J].中国建材科技，2018，27（03）：79+69.
[2]张承飞.地质钻探堵漏新技术的应用及效果分析[J].低碳世界，2017（32）：99～100.
[3]陶士先，刘四海，胡继良.地质钻探堵漏新技术的初步研究[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2012，39（11）：13～16.
收稿日期：2018-12-4