黃春雨，歐陽偉，劉向君，陳俊斌

（1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川成都 610500；2.川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院，四川廣漢 618300）

井漏是鉆井工程中常見的復(fù)雜問題之一，它不僅影響鉆井速度，還會造成巨大的經(jīng)濟損失[1]。長期以來，工程作業(yè)中所采用的堵漏方法主要是惰性材料橋接堵漏和水泥漿材料堵漏。實踐表明，這兩種材料至少存在兩方面的局限性：一是自身的變形性較差，在堵漏作業(yè)過程中，一旦與漏層裂縫孔隙尺寸不匹配就很難深入漏層，只在漏層表面堆積，形成“封口”現(xiàn)象；二是膨脹性差或不具有膨脹性，在外力的作用下難以形成穩(wěn)定的封堵層。由于上述兩種原因，在使用常規(guī)方法堵漏作業(yè)過程中，往往容易出現(xiàn)堵漏效果不佳和重復(fù)性漏失的情況[2]。

針對上述情況，國內(nèi)開發(fā)出一種新型的交聯(lián)聚合物堵漏劑GWS-1。與傳統(tǒng)堵漏材料相比，其優(yōu)越性在于，第一，堵漏材料具有較好的可變形性，對于不同開口尺寸的漏失通道具有良好的適應(yīng)性；第二，堵漏材料具有很強的吸水膨脹性，進入漏層中可以起到擴張?zhí)畛浜蛿D緊壓實的雙重作用；第三，堵漏材料抗污染性強，受鉆井液影響較小，與各種水基鉆井液配伍性好。鑒于目前對該堵漏劑性能的相關(guān)研究較少的情況，本文對這種發(fā)展前景良好的堵漏劑GWS-1 進行了室內(nèi)研究，分別評價了其在不同基液中的吸水膨脹性能、耐溫抗鹽性能、與水基鉆井液配伍性能以及對不同寬度裂縫漏失通道的封堵性能。

1 室內(nèi)性能評價實驗

1.1 吸水膨脹性能評價

評價吸水膨脹性能的指標主要有體積膨脹倍數(shù)、質(zhì)量膨脹倍數(shù)、吸水膨脹速率等[3]?；诤唵?、方便的原則，本次實驗采用直接測量體積變化的方法，用量筒精確量取一定體積的基液V0，稱取一定質(zhì)量的干燥堵漏劑顆粒加入量筒中，立即讀取量筒內(nèi)實際刻度V1，則堵漏劑顆粒本身體積為VM（VM=V1-V0），在恒定溫度下吸水膨脹一段時間或達至吸水平衡后，小心倒出量筒內(nèi)剩余基液，直至量筒內(nèi)基液不再滴落為止，重新量取體積為V0的基液倒入量筒中，讀取量筒中基液實際刻度值V2，則堵漏劑顆粒吸水膨脹后的體積VN（VN=V2-V0）。堵漏劑顆粒前后兩個體積之比即為其在一段時間內(nèi)的體積膨脹倍數(shù)。

實驗分別采用了清水、5 %的膨潤土漿和聚磺鉆井液作為基液對GWS-1 的常溫膨脹性能進行了評價。結(jié)果表明，該堵漏劑在幾種不同基液中體積膨脹倍數(shù)基本一致，常溫下都在5～6 倍。說明該堵漏劑受體系類型影響較小，具有廣泛的適用性。

表1 GWS-1 在不同基液中的膨脹倍數(shù)

圖1 GWS-1 在不同時間段吸水膨脹變化情況

1.2 耐溫抗鹽性能評價

聚合物堵漏劑在進入漏層后可能會受到漏層溫度、地層水高礦化度的影響，從而降低其堵漏效果。該實驗的目的在于評價不同溫度和不同鹽、鈣污染下堵漏劑GWS-1 的吸水膨脹性能，仍然采用上述體積膨脹倍數(shù)測定方法。實驗結(jié)果（見圖2～圖4），從圖2 可以看出，隨著溫度的增加，體積膨脹倍數(shù)逐漸增大。由圖3、圖4 可知，鹽水礦化度對其膨脹性能沒有明顯影響。這是由于GWS-1 在分子鏈中引入耐溫抗鹽基團和化學(xué)偶聯(lián)劑，將高分子與耐溫材料連接成一體，從而使其在高溫高鹽條件下具有很好的強度、韌性及熱穩(wěn)定性。

圖2 不同溫度下GWS-1 的膨脹倍數(shù)

圖3 不同NaCl 濃度對膨脹倍數(shù)的影響

圖4 不同CaCl2 濃度對膨脹倍數(shù)的影響

1.3 與水基鉆井液配伍性能評價

在鉆井堵漏施工過程中，堵漏劑與鉆井液是否配伍，成為其能否成功應(yīng)用的一個關(guān)鍵[4]。因此，對GWS-1 與水基鉆井液的配伍性進行了室內(nèi)實驗，測試了不同加量的堵漏劑在老化前后對水基鉆井液的粘度、切力以及濾失量的影響。同樣，實驗前向基漿中加入不同比例的堵漏劑GWS-1，常溫下低速攪拌后養(yǎng)護2 h，使其充分吸水膨脹。實驗結(jié)果（見表2）。

從表2 的實驗數(shù)據(jù)可以看出，堵漏劑的加入對水基鉆井液體系的性能影響較小，說明該堵漏劑與水基鉆井液配伍性良好。隨著堵漏劑加量的增加，體系粘度基本不變，切力略有提高，失水量減少，有利于增強堵漏效果，滿足鉆井作業(yè)的要求。

1.4 封堵性能評價

利用DL 型堵漏評價裝置進行模擬堵漏實驗[5，6]。按照橋堵材料的實驗方法，實驗前配制好1 000 mL 基漿，分別加入堵漏材料，常溫下低速攪拌后養(yǎng)護2 h，然后將堵漏漿倒入DL 堵漏實驗裝置進行實驗，逐步加壓，觀察并記錄其漏失情況，直至全部漏失或者承壓達到4 MPa 以上為止，由此來確定堵漏劑加量和堵漏漿配方。實驗結(jié)果（見表3 及圖5、圖6）。

從表3 中1#～3#實驗數(shù)據(jù)可以看出，隨著堵漏劑加量的增加，承壓能力明顯提高，漏失量明顯減少，說明GWS-1 具有良好的堵漏效果，GWS-1 的適宜加量為5 %。4#配方中加入常規(guī)橋接堵漏材料和超細碳酸鈣與GWS-1 復(fù)配，可進一步提高GWS-1 的承壓堵漏能力，這是由于橋堵材料的架橋拉筋作用有利于形成更為堅實的封堵層，超細碳酸鈣表面活性強，能與活性纖維和聚合物分子鏈串產(chǎn)生強烈的親和吸附作用和聚結(jié)作用，從而加快堵漏材料聚集速度和提高承壓強度。

表2 聚合物加量對鉆井液體系性能的影響

表3 GWS-1 及其復(fù)配其它材料對不同寬度裂縫的封堵效果

圖5 3#配方對2 mm 裂縫封堵情況

圖6 4#配方對3 mm 裂縫封堵情況

2 GWS-1的堵漏機理分析

交聯(lián)聚合物堵漏劑GWS-1 的堵漏機理主要可以歸納為以下三個方面：（1）架橋堵塞作用[7]。交聯(lián)聚合物具有一定的粒徑分布，粒徑級范圍廣泛，對孔隙裂縫有很強的適應(yīng)性，在漏失地層中能起到良好的架橋堵塞作用；（2）膨脹壓實作用。GWS-1 是一種吸水膨脹性很強的交聯(lián)聚合物，其吸水膨脹后聚合物顆粒具有很高的彈性和韌性，能夠在外力的作用下變形擠入架橋骨架形成的較小孔隙內(nèi)，進一步壓實充填，增強堵漏效果；（3）膠結(jié)吸附作用。吸水膨脹后的聚合物具有一定粘性，能粘接在漏失通道中，并且GWS-1 中含有非離子機團、陽離子機團，它們可以通過氫鍵和靜電作用與地層巖石表面產(chǎn)生吸附作用，從而提高封堵層的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論與認識

（1）該堵漏劑在不同基液中體積膨脹倍數(shù)基本一致，常溫下都在5～6 倍，膨脹倍數(shù)高，受體系類型影響較小，具有廣泛的適用性。

（2）隨著溫度升高，GWS-1 的吸水膨脹倍數(shù)相對增加；鹽、鈣污染對其吸水膨脹性能沒有明顯影響，說明其耐溫抗鹽性能好，可用于深井超深井堵漏。

（3）交聯(lián)聚合物堵漏劑GWS-1 與水基鉆井液配伍性良好，有利于增強堵漏效果，滿足鉆井作業(yè)的要求。

（4）對GWS-1 的模擬堵漏實驗結(jié)果表明，其能在3 mm 寬度的裂縫中形成膠結(jié)強度高、韌性好、有效期長的封堵層，并且承壓能力達到4 MPa 以上，適用于各種條件下大小裂縫的封堵。

4 問題與建議

（1）該交聯(lián)聚合物堵漏劑吸水膨脹速度較快，建議選用適當(dāng)?shù)挠H油疏水物質(zhì)對聚合物分子表面進行化學(xué)改性，使其具有延遲膨脹的特征，從而保證足夠的施工時間；（2）室內(nèi)模擬實驗和真實漏層有一定差異，建議進一步加強現(xiàn)場應(yīng)用方面的研究。

［1］ 羅興樹，蒲曉林，黃巖，等.堵漏型聚合物凝膠材料研究與評價［J］.鉆井液與完井液，2006，23（2）：28-32.

［2］ 張歧安，徐先國，董維，等.延遲膨脹顆粒堵漏劑的研究與應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2006，23（2）：21-24.

［3］ 賈佳，郭建華，趙雄虎，等.聚合物凝膠堵漏劑在鹽水中吸水膨脹性能評價［J］.精細石油化工進展，2012，13（4）：16-17.

［4］ 張凡，許明標，劉衛(wèi)紅，等.一種油基膨脹封堵劑的合成及其性能評價［J］.長江大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，7（3）：507-509.

［5］ 王睿，馬光長，曾婷.復(fù)合化學(xué)凝膠堵漏技術(shù)在四川地區(qū)的應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2009，32（1）：92-94+97.

［6］ 苗娟.可控膨脹堵漏劑的研制與性能研究［D］.四川：西南石油大學(xué)，2010，4.

［7］ 王正良，周玲革，胡三清.JPD 吸水膨脹型聚合物堵漏劑的研究［J］.石油鉆探技術(shù)，2004，32（1）：32-34.