西南石油大学特色堵漏技术

西南石油大学堵漏特色技术及原理苏俊霖（博士、副教授）13518119856西南石油大学石油与天然气工程学院2016.11成都2在主体实验室领导下，积极参与石油行业重大生产技术需求涉及的钻井液理论与技术研究。以油为目标，气为特色，从事钻井液的深层作用机理研究，新型处理剂开发与应用，钻井液新体系新技术研究与应用。解决油气钻井中各种复杂地质钻井条件下的喷、漏、塌、卡、毒、慢及高温高压所要求钻井液解决的关键理论、技术及应用工艺研究。将本室建设成为我国钻井液新技术创新基地和油气井钻井液化学与力学学术方向高层次人才培养基地。1、定位CNPC钻井液重点研究室3①常规、非常规钻井抗高温钻井液技术研究；②常规、非常规钻井超高、低密度钻井液技术研究；③常规、非常规钻井防塌钻井液技术研究；④常规、非常规钻井防漏堵漏钻井液技术研究；⑤常规、非常规钻井特种功能钻井液技术研究；⑥以上钻井液技术中的关键处理剂和材料研究；⑦以上钻井液技术研究中的特殊性能测试评价方法研究；⑧以上钻井液技术研究中的处理剂、钻井液作用机理研究。2、研究方向CNPC钻井液重点研究室一、特种凝胶堵漏技术二、封缝即堵承压堵漏技术提纲缝洞性地层恶性漏失是钻井技术最古老而至今未能有效解决的重大难题。当它与高压油、气、水层(特别是高压高产高含H2S的气层)位于同一裸眼井段(构成窄或负安全密度窗口)时则不仅使钻井无法正常进行而且将会十分危险，是当前国家安全监督部门重点关注的问题。由于它在深部复杂地层的钻井中频繁出现的必然性，使它已成为阻碍我国深部油气资源勘探开发最为重大的技术难题之一。1研究背景一、特种凝胶堵漏技术(1)漏速很大、大到无法建立正常的循环(例如“有进无出”……)(2)无法采取随钻堵漏,必须专门堵或停钻堵(3)用常规桥塞堵漏技术无法解决；或目前各种常用堵漏技术无法解决；或无法在几（1-3）次之内解决(需很多次重复，反复堵才能堵住)。这类漏失大多发生在地下裂缝(洞)发育的地层，在探井中最易遭遇。2恶性漏失特点溶洞及天然裂缝有进无出的严重漏失长井段地层承压能力低的严重漏失一、特种凝胶堵漏技术3恶性漏失堵漏难点⑴漏层位置难以准确确定⑵漏速快，漏失量大,堵剂不能在漏层内入口附近停住起到堵漏作用，也不能占满漏层全部空间，堵死漏失通道⑶堵漏剂被水冲稀①冲稀使堵剂粘度下降更易流走，堵漏材料更难滞留堆集在漏层入口附近，②堵漏液冲稀后，难以凝结固化，或使凝结强度大大降低，难以支撑(P泥)的破坏作用，从而使堵漏失败。（4）裂缝性（特别是垂直裂缝)气层的喷漏同层一、特种凝胶堵漏技术4对恶性漏失堵剂的要求（1）堵漏液在地面管线、钻具水眼及环空中流动容易，而进入漏层则难流动，最后滞流在入口附近；（2）堵漏液进入漏层中排走地层流体(油、气、水),并填满整个漏失通道的全部空间，完全隔断井眼与地层的联系；（3）堵漏液不与(或难与)地层水混合而被冲稀；（4）堆集的堵漏材料凝结后的强度大于(P泥)的破坏作用。漏液在裂缝“流得进、站得住、排得净、充得满、隔得断、抗得住”一、特种凝胶堵漏技术目前国内外按此思路而设计产生和发展起来所使用的多种技术，比如：剪切稠化液堵漏技术、柴油—膨润土—水泥堵漏技术、柴油—膨润土浆技术、封包堵剂井下混合增稠法、触变水泥技术、袋式堵漏技术、延时交联聚合物……等。它们都有一定的效果，但都很难同时满足以上各项要求，因此还不能有效解决这种恶性漏失问题。4对恶性漏失堵剂的要求一、特种凝胶堵漏技术5特种凝胶堵剂的提出⑴一种水基流体，但其自身的内聚力大大的大于它与水之间的亲合力，水很难与它混合并冲稀它；⑵流体有很高的粘度和很好的剪切稀释能力；⑶流体有很好的粘弹性，且弹性比例高；⑷液体静置后产生内部结构而且会随时间而增强，欲使之恢复流动必须附加更大的应力以克服此静切力；⑸此流体能与其它固体材料（如桥塞粒子、水泥、搬土……）混合而不影响流体上述特性；⑹油、气混入此流体后很难移动；⑺能在地层中形成一个能将井筒与地层完全隔离且长度可调的特种段塞，且段赛具有可调的启动压差；⑻成本不高。一、特种凝胶堵漏技术6.1凝胶的抗冲稀性能1.2%ZND-2稀释1分钟1.2%ZND-2稀释60分钟1.5%ZND-2稀释60分钟1.5%ZND-2稀释30分钟图转速60±5rad/min凝胶稀释时凝胶的宏观形态（凝胶：水=1：1）20%20%AD=50%205DDDD强，0较强，-0中等，-0%弱,-10%0%采用20目筛网筛余凝胶量相对被冲稀前凝胶量的变化量，定义被冲稀前凝胶体积，被稀释后筛余凝胶量，冲稀程度，即可表示以下表达式：D211100%VVVD一、特种凝胶堵漏技术6.2凝胶隔断气、液性能图3-5气体和钻井液在凝胶中的形态气体进入凝胶后，以较大的梭状气泡存在，在凝胶内移动十分缓慢。而高密度钻进液进入凝胶后，也保持连续存在，难以移动。一、特种凝胶堵漏技术3隔断式凝胶段塞研究6.2凝胶隔断气、液性能图3-6气体在凝胶中滑脱静置5小时后，凝胶中才出现有一个明显的气窜通道，为空气发生滑脱所致。表明：气体（压差P=0.083MPa）进入凝胶后难以移动。3隔断式凝胶段塞研究6.3凝胶在突扩孔道中的流动特征突扩流道内的压力分布（a)S=0，We=0(b)S=0.122，We=0.07(c)S=1，We=0.6PTT流体在1：4突扩流道附近压力等值线图显示随着S增加，黏弹性准数We增加，流道流动压降降低。说明，在保持流量（或流速）一定情况下，随松弛时间增加，黏弹性准数We增加，流体的弹性增加起到减小流动压差的作用。6.3凝胶在突扩孔道中的流动特征突扩流道内的速度分布3隔断式凝胶段塞研究(a)S=0，We=0(b)S=0.122，We=0.07(c)S=1，We=0.6PTT流体在1：4突扩流道的速度分布图显示在不同的We时，速度均波及接近凸角点，随着S增加，黏弹性准数We增加，速度分布逐渐向凸角移动，速度在流道内分布更均匀。3隔断式凝胶段塞研究6.3凝胶在突扩孔道中的流动特征突扩流道内流线分布(a)S=0，We=0(b)S=0.122，We=0.07(c)S=1，We=0.6PTT流体在1：4突扩流道的流线分布图，随着S增加，We增加，流体的弹性增加，在突扩流道内，弹性导致凸角漩涡的范围和密度不断减小。即，弹性增加有利于提高流体的充填效率。3隔断式凝胶段塞研究6.3凝胶在突扩孔道中的流动特征流道边界对流线分布的影响(a)，(c)，(d)在凸角处形成了涡旋，与1：4直角扩张流道类似，(b)中不存在涡旋，无流体回流现象。当突扩处出现倒角变得更光滑时，凸角处的回流量更小，流向凸角处逼近更多，在弹性作用下的充填效率和排驱效率更高。5裂缝性恶性漏失的隔断式凝胶段塞堵漏6.4凝胶在裂缝中段塞形成情况图凝胶在宽3mm裂缝中形成段塞图凝胶在宽2mm裂缝中形成段塞凝胶未与裂缝中红色水相混，不会变稀；凝胶呈活塞式推进，完全驱走裂缝中的水和气，形成了凝胶段塞。7特种凝胶堵漏原理特种凝胶堵漏材料进入漏层能自动停止流动，并充满漏失裂缝、溶洞空间，且难与油、气、水相混合，形成能隔断地层内部流体与井筒流体的“凝胶段塞”，而使该段塞具有足够的启动压力并大于泥浆柱压力与地层流体压力的差来达到堵漏的目的。(即P泥一P漏小于凝胶堵漏剂段塞移动时所需压力)。一、特种凝胶堵漏技术8特种凝胶堵漏对象对付大漏、失返、返出量太小（漏速几十方以上/小时）的裂缝性、破碎性地层。用桥塞堵漏、随钻堵漏、一般常规稠泥浆静止堵漏等方法无法解决的漏失问题。含大量地层水，用桥塞堵漏、随钻堵漏、一般常规稠泥浆静止堵漏等，甚至用纯水泥浆都无法堵住的裂缝性、破碎性地层。一、特种凝胶堵漏技术9特种凝胶系列堵漏技术（1）只使用特种凝胶的堵漏技术（2）特种凝胶中加入常规堵漏材料的堵漏技术（3）特种凝胶中加水泥浆配套堵漏技术（4）特种凝胶后跟特种纤维水泥浆堵漏技术一、特种凝胶堵漏技术凝胶堵漏现场施工要求施工设备：带搅拌器的清洁泥浆罐潜水泵或螺杆泵大于等于6寸的上水管线泥浆泵或水泥车或压裂车施工过程：1、配制凝胶2、进行试注（按方案设计的排量从凝胶罐上水，再打回凝胶罐，进行试注，观察泵压和设备状态）3、下光钻杆4、泵注凝胶5、侯凝一、特种凝胶堵漏技术特殊凝胶施工示意图一、特种凝胶堵漏技术ZND凝胶尾追水泥示意图一、特种凝胶堵漏技术南方公司达州双庙1井该井设计井深4373m，三开后，从2083—3573.01m，须家河、雷口坡、嘉陵江共六个漏点：3483m（失返）、3448m（失返）、3436m（失返）、2769m、2749m、2231m；承压能力1.70—1.80。1.60g/cm3泥浆正常钻进至3573m高压气层，P气为1.90。加重泥浆压井则上部漏层漏失，高压高产的天然气喷出地面，产生极大的危险。用桥塞堵漏剂+稠浆、水泥浆堵漏均全部漏光，失返，每次200多方，耗时近2个多月堵漏未成功；两个单闸板防喷器，其中上闸板损害失效，四根防喷管线中有三根破损；节流放喷降套压极为困难，环空反挤重浆多次，降低套压至0，但不到10h，套压又升至18MPa以上；于井眼的长时间浸泡，其水化膨胀较严重，又由于高压气体滑脱上升对井壁的冲刷，造成部分井壁垮塌，最终钻头被卡死一、特种凝胶堵漏技术达州双庙1井现场堵漏效果注入ZND（650公斤、凝胶液54m3)凝胶，随后泵入水泥浆，在注入重浆，侯凝，关井观察，24小时后立压为0，套压为0，封固、堵漏成功，纯施工用时7小时；测井结果表明，水泥环在2250-3200m，返高2355m，返高以上至漏层环空ZND凝胶柱近100m，进一步表明凝胶增阻-减速，防气窜，彻底封固、堵漏成功。一、特种凝胶堵漏技术长庆油田柳67-72井堵漏情况柳67-72井设计井深1745.5米，设计水平位移456.48米，设计方位：266.25度，造斜点260米，该井为采油井。该井在1629米处发生漏失时，采用的泥浆密度1.02-1.03g/cm3，漏失液面最大200米，采用桥浆架桥物质粒径3-5mm，打水泥塞九次堵漏均失败。7月10日，探得液面29米，下光钻杆至1500米，11日，0：00：-4：30泵入ZND-2凝胶34方，随后注入清水12方，起出钻具静置6小时。15：00下钻至井底，开泵外返排量正常。循环15分钟后，150KN+65rpm钻进8米，泵压排量均正常，堵漏成功。一、特种凝胶堵漏技术特种凝胶现场应用开县罗家2井堵漏情况罗家2井于1999年11月12日开钻，于2000年5月30日完井，井深3404m,测试产量63×104m3/日，无阻流量265×104m3/日。2006年2月5日进行二次完井作业，3月2日循环发生现井漏，已证实7套管损坏，分析认为大约在2190m左右，且与相邻124.57m的罗家注1井管外环空窜通，发生地下井喷事故。发生地表地层破裂，距井口1.2Km的地方气体和液体窜出地面，并有加剧的趋势。一、特种凝胶堵漏技术一、特种凝胶堵漏技术3月21日HHH堵漏剂堵漏压井,失败；3月22日桥浆堵漏压井,失败；3月24日注水泥49t堵漏,失败；3月27日大剂量注水泥186t堵漏,失败；喷、漏同在一个井段（重大难题）飞仙关气产气量极大（265万方/日）漏层破碎、裂缝四通八达为一“无底洞”漏层中含大量水井下钻具状况对堵漏极为不利高含H2S综合作用构成钻井史上一个罕见的技术难题主要难题：先期堵漏措施：一、特种凝胶堵漏技术第一次特种凝胶+水泥封堵：3月31日注浓度1.5%的特种凝胶235M3,反注水泥84t(水泥浆67.5M3)，关井候凝。套压、立压均为0。罗家注1井放喷管口的火焰持续减小，火焰呈忽大忽小至间断熄灭的波动状态。封堵基本成功。第二次特种凝胶+水泥封堵4月2日环空注入浓度1.5%特种凝胶注63M3，环空注水泥71.0M3(90t),整个施工过程，罗注1井油套压无变化。第三次特种凝胶+水泥封堵(封堵飞仙关气层)4月3日环空注特殊凝胶185M3，环空注水泥浆86M3(110t