鉆井作業(yè)期間發(fā)生井漏是一個(gè)非常棘手和麻煩問題，出現(xiàn)這種情形會(huì)使鉆井作業(yè)面臨很大的潛在危險(xiǎn)。環(huán)空循環(huán)的泥漿脫離井筒、部分或全部進(jìn)入地層被稱作井漏。鉆井作業(yè)過程中，鉆井液或泥漿占去了總成本的 5~10%，因此任何的泥漿損失都會(huì)增加鉆井 總 成 本， 甚 至 使 總 成 本 增 加 至25~40%，還會(huì)產(chǎn)生大量的非生產(chǎn)時(shí)間。此外，因井漏造成的有害影響如卡鉆、井噴、昂貴的棄井事件都不應(yīng)當(dāng)忘記。當(dāng)發(fā)生儲(chǔ)層堵漏導(dǎo)致產(chǎn)量下降時(shí)，試油和試采出現(xiàn)的最低產(chǎn)量甚至都會(huì)歸咎于井漏。最 近， 為 了 封 堵 大 的 裂 縫 漏層，人們使用化學(xué)活性的交聯(lián)堵漏劑在井下高溫高壓環(huán)境下已顯現(xiàn)出很好的堵漏效果。這些堵漏劑被交聯(lián)劑、時(shí)間和溫度所激活，在配制和設(shè)定恰當(dāng)時(shí)，可以生成一種被形象為橡膠和海綿狀的能順應(yīng)各種形狀的物質(zhì)，這種物質(zhì)呈現(xiàn)出了一種良好的封堵效果，經(jīng)過酸處理可以很容易地除去堵塞，這種材料不會(huì)損害地層。
發(fā)生井漏最棘手的問題是鉆遇天然裂縫地層，遇到這種地層可能會(huì)導(dǎo)致泥漿全部漏失，環(huán)空無(wú)泥漿返出。在鉆遇空穴或大裂縫時(shí)常常由于裂縫太大，常規(guī)堵漏材料往往無(wú)法封堵住漏層；因使用常規(guī)堵漏材料造成地層傷害則是另一個(gè)關(guān)注點(diǎn)。許多大的石油公司投資研究不同的解決方法，改進(jìn)一些錯(cuò)誤且損害儲(chǔ)層的堵漏方法。治愈嚴(yán)重井漏的新方法是向漏層設(shè)置堵塞，堵漏漿在封堵漏層時(shí)會(huì)產(chǎn)生膠化或固化，與傳統(tǒng)堵漏材料不同，可固化漿液的主要好處是不會(huì)堵塞鉆頭噴嘴，能夠滲入或浸入各種寬度的裂縫。在堵漏漿離開井筒漏入地層時(shí)，由于流速的減慢，堵漏漿應(yīng)當(dāng)會(huì)迅速膠化，形成凝膠，如交聯(lián)聚合物。應(yīng)用水泥塞水泥塞設(shè)計(jì)用來封堵漏層，水泥漿滲入或擠入漏層、凝固和封堵地層空隙或裂縫，水泥漿也會(huì)填塞部分裸眼井段。如果水泥塞封堵失敗，也可考慮其它選擇。對(duì)于鉆井承包商來說，堵漏是代價(jià)高昂的工藝，不但鉆井液漏入地層，還可能耗費(fèi)大量時(shí)間，如起下鉆、侯凝等，同時(shí)，處理井漏還會(huì)花費(fèi)大量資金投入。
活性劑（黏性物質(zhì)）
被稱為黏性物質(zhì)的 Gunk 是一種柴油、斑脫土和水的混合物，水使混合物膨脹。水會(huì)在最后階段加入。許多活性反應(yīng)劑采用雙注入液形式，實(shí)際過程中使用兩種液體，活性液以高排量經(jīng)鉆具泵入，而第二種反應(yīng)液以同樣的高排量從環(huán)空注入，兩種液體的交界面設(shè)計(jì)在漏層附近相遇，這種交界面的湍流或紊流使兩種流體混合，通常會(huì)迅速形成粘性和膠性的固體物質(zhì)，通常被稱作“gink”，在環(huán)空加壓，將固體物質(zhì)擠入漏層。Gunk 是一種用柴油與斑脫土配制的高濃度混合物，這種流體與水混合時(shí)會(huì)產(chǎn)生水合作用，形成一種硬塞。Gunks 有一些缺點(diǎn)，第一有時(shí)很難將其注入正確的位置；第二柴油的使用對(duì)環(huán)境是不友好的，可能會(huì)違反環(huán)境法規(guī)。
交聯(lián)聚合物凝膠
交聯(lián)又稱作交叉耦合，它的簡(jiǎn)單定義是：兩種獨(dú)立或不相干的聚合物鏈，通過縛住或連接兩鏈進(jìn)行的重新分組耦合，形成交聯(lián)劑。配制時(shí)這種處理劑經(jīng)過交叉鏈接被激活，形成一種被描述為像橡膠、海綿和能順應(yīng)各種形狀的物質(zhì)，如圖1 展示的是交聯(lián)聚合物凝膠。
終凝時(shí)間被定義為液體呈現(xiàn)為硬的粘彈性物質(zhì)時(shí)所需的時(shí)間，這就是聚合復(fù)合物達(dá)到最大切變強(qiáng)度的時(shí)間。 根據(jù)漏層深度和井底溫度，通過采用緩凝劑或加速劑，凝固時(shí)間是完全可控的。對(duì)于大的天然裂縫或海綿狀地層發(fā)生的井漏，交聯(lián)聚合物已被設(shè)計(jì)為一種混合物，由高分子量交聯(lián)聚合物、交聯(lián)劑和中粗纖維堵漏材料組成。隨著時(shí)間和溫度的激活，混合物形成一種軟到中硬、類似于橡膠的、順應(yīng)形狀的海綿狀的固體凝膠。對(duì)于井底鉆遇天然裂縫或海綿狀漏層時(shí)，可以采用直接植入的方法將聚合物注入漏層，堵漏漿脫離鉆頭后要求迅速凝固。設(shè)計(jì)用于天然裂縫或海綿晶簇狀漏層的聚合物在堵漏劑預(yù)混時(shí)加入交聯(lián)劑，并進(jìn)行良好的攪拌。像交聯(lián)聚合物一樣，混合攪拌需在同一時(shí)間進(jìn)行。
對(duì)于誘發(fā)性裂縫或地層基質(zhì)漏層，如大范圍微裂縫地層或滲透性地層，交聯(lián)聚合物體系已重新設(shè)計(jì)為最大的滲透能力和更高的強(qiáng)度。遇到這種情況，混合物包括中等分子量交聯(lián)聚合物和細(xì)纖維材料，當(dāng)加入生物高聚物和以交聯(lián)劑、時(shí)間和溫度于一體激活時(shí)，會(huì)生成一種中到硬強(qiáng)度、橡膠似的、順應(yīng)裂縫形狀的堵塞。
較小顆粒分布的橋接材料增強(qiáng)了交聯(lián)聚合物堵漏漿滲透進(jìn)毛細(xì)孔穴或誘發(fā)性裂縫漏層的能力。壓力是另一個(gè)能影響聚合物凝固時(shí)間的因素，較高的壓力會(huì)縮短聚合物體系的凝固時(shí)間，會(huì)使其更快的形成凝膠。最有效的凝膠堵塞對(duì)應(yīng)的配方具有最高的粘彈性質(zhì)（涉及凝膠的濃度）和切變強(qiáng)度。如果我們考慮兩板之間賓漢流體的流動(dòng)，為的是模擬封堵液侵入裂縫，會(huì)看到墻壁上的切變應(yīng)力最大。描述墻壁方向切變應(yīng)力的方程， τ wall ，沿裂縫長(zhǎng)度單位和裂縫寬度，w 是：為了確保有效堵漏，墻壁上的切變應(yīng)力必須不超過屈服應(yīng)力。屈服應(yīng)力越高，能被凝膠支撐的壓降值就越高。采用聚合物封堵裂縫開口可能導(dǎo)致不成功的其它因素還包括 pH 值、鹽濃度及聚合物的比例／濃度等，這些屬性應(yīng)當(dāng)與目標(biāo)地層一致或兼容。
一種剪切敏感的
堵漏液（SSPF）SSPF 是一種設(shè)計(jì)研發(fā)的快速膠化堵漏液，它能在正常鉆井作業(yè)中在其通過井底鉆具組合（BHA）后迅速膠化，形成一種固體，治愈嚴(yán)重泥漿漏失。SSPF 由一個(gè)單一“松散”或“剪切敏感”的逆乳液（油包水型乳化）組成。“松散”或“剪切敏感”這個(gè)術(shù)語(yǔ)定義的意思是所制的乳液對(duì)高剪切力具有一定程度的不穩(wěn)定性。正是這種不穩(wěn)定乳液被用來創(chuàng)造新的技術(shù)。
SSPF 是從封裝的交聯(lián)劑在連續(xù)的油基液和水相中水溶性高分子環(huán)境下制備而成。乳化液是通過一種低濃度的親油性表面活性劑或乳化劑來維持的， 在這種 “松散” 狀態(tài)下，交聯(lián)劑的表面被油弄濕并留在油相中，盡管水滴很大，表面活性劑能在水滴周圍形成良好的曲率。從油相到水相交聯(lián)劑出現(xiàn)最小的轉(zhuǎn)移或遷移。 如圖 2 所示， 高剪切變形前 “松散”乳液的狀態(tài)。
為了利用這種新乳液技術(shù)，必須獲得最小的剪切門檻，以激發(fā)兩種活性粒子或組分的化學(xué)反應(yīng)。上面介紹的 SSPF 在穿過小孔、壓降大于 2.76MPa 時(shí)，“松散的”逆乳液會(huì)經(jīng)歷非?？焖俚淖冃危?dāng)乳液被注入井下經(jīng)過鉆頭時(shí)，所經(jīng)歷的高剪切力會(huì)引發(fā)乳液的界面膜破裂，使乳液急速轉(zhuǎn)變成一種更穩(wěn)定的直接狀態(tài)（水包油）。在這一點(diǎn)上，乳液反轉(zhuǎn)使交聯(lián)劑變成現(xiàn)在的水連續(xù)相，引發(fā)或觸發(fā)交聯(lián)反應(yīng)。如圖2 所示。
這次觸發(fā)事件后的 30 秒到 30分鐘之間，液體交聯(lián)形成一種堅(jiān)硬的凝膠結(jié)構(gòu)，交聯(lián)凝膠的快速定型使凝固時(shí)間幾乎與溫度無(wú)關(guān)。SSPF是一種無(wú)水泥的、低固相的流體，具有與許多鉆井液一樣的流變性能，因此，這種流體容易進(jìn)入高滲透性地層或漏層。急速轉(zhuǎn)變的乳液在展現(xiàn)出任何凝膠化特性之前很快滲入漏層，在選定凝膠的凝固時(shí)間后，預(yù)計(jì)凝膠已將漏層封住，可以繼續(xù)進(jìn)行正常鉆進(jìn)。
在中東一口 8 1 / 2 ′ 井眼 1,540~1,589m 的一段裂縫地層，這種材料的應(yīng)用就是其中一個(gè)成功案例，漏失量超過 114m 3 /hr.，盲鉆持續(xù)至 1,591m， 打 水 泥 塞 不 成 功，12.7m 3 SSPF 堵漏液以 1.35m 3 /min的排量被替入井下，跨越鉆頭噴嘴產(chǎn)生的壓降達(dá) 3.4MPa，完整的替換作業(yè)完成后很快看到了穩(wěn)定的泥漿返出，最后 9.5m 3 SSPF 堵漏液以0.69MPa 的壓力擠了 7 分鐘。上提鉆具一個(gè)單根，停泵，井筒靜止 60分鐘，測(cè)到的漏失量為 19m 3 /hr.，漏失率降低了 80%，最后，一次水泥塞堵住了漏層。圖 3 展示了堵漏的效果對(duì)比。
交聯(lián)水泥
交 聯(lián) 水 泥（Cross linkedCements 簡(jiǎn)稱 CC）可以幫助臨時(shí)封堵極端井段，這種井段由于極嚴(yán)重井漏使鉆井完井作業(yè)很難順利完成。作為普通水泥漿，CC 是一種水泥與裂縫材料結(jié)合混在凝膠液中的混合漿液。在井下環(huán)境中，CC 能獲得非常好的交聯(lián)裂縫堵漏液的特點(diǎn)，并能達(dá)到快速一次將堵漏液安置到位的效果。堵漏后可用一種簡(jiǎn)單的鹽酸處理方法去除，恢復(fù)儲(chǔ)層原有的滲透率。CC 在交聯(lián)之前有一種賓漢流體的形態(tài)，而其在交聯(lián)形態(tài)上的變化類似于一種攜砂壓裂液。
使用 CC 的一個(gè)范例是在阿根廷 的 內(nèi) 烏 肯 盆 地。 這 個(gè) 油 田 施 工的幾口井都出現(xiàn)了嚴(yán)重井漏，由于漏層位于非儲(chǔ)層井段，因此選擇了RCC（強(qiáng)力交聯(lián)水泥漿），鉆具下至漏層下方 15m，一個(gè)攪拌罐中準(zhǔn)備了 4m 3 膠化水，是通過向水中加入千分之 35 的凝膠劑配成的，并讓其水合 15 分鐘；另一個(gè)攪拌罐裝著所需的伴有 1.2% 緩沖液（通過凝膠體積算出的）的淡水，攪拌 10 分鐘后， 加入 0.8% 交聯(lián)劑、 0.2% 防泡劑，最后，需要準(zhǔn)備的 4m 3 A 級(jí)水泥漿被添加進(jìn)去，膠化水和配制的漿液以 0.5m 3 /min 的排量被分別泵入，兩種流體沿排出管線混合和交聯(lián)，用 1.1m 3 水作為前置液沖洗，然后用 0.8m 3 水替堵漏漿，接著泵入泥漿。上提鉆具，觀察堵塞頂部和堵漏效果。3 小時(shí)等待后，重獲循環(huán)，繼續(xù)進(jìn)行鉆井作業(yè)，此次堵漏使鉆進(jìn)持續(xù)至設(shè)計(jì)井深。
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