CN107722954A - 一种用于钻井裂缝性漏失的堵漏剂、堵漏浆液及堵漏施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于钻井裂缝性漏失的堵漏剂、堵漏浆液及堵漏施工方法。该堵漏剂包括以下重量份的组分：水泥80～85份，漂珠6～10份，微硅6～10份，石棉纤维1～3份。本发明的用于钻井裂缝性漏失的堵漏剂，由水泥、漂珠、微硅、石棉纤维复配形成堵漏剂主体，其中石棉纤维对裂缝起到架桥桥塞作用，漂珠、微硅对裂缝起到填充封堵作用，各组分协调作用使堵漏剂容易进入漏层，起到桥塞、架桥、填充封堵的综合作用，尤其适用于裂缝宽度在3～10mm、漏速为5～100m3的裂缝性漏失，堵漏见效快、作业周期短、堵漏成功率高。
Description
技术领域
本发明属于钻井漏失的封堵领域，具体涉及一种用于钻井裂缝性漏失的堵漏剂、堵漏浆液及堵漏施工方法。
背景技术
钻井钻遇存在断层、高度角连通性裂缝或泥岩破碎带等地质构造特征的地层层位时，由于漏失压力与地层压力之间的窗口窄，若钻井液密度控制不合理、激动压力过大，易导致钻井漏失，甚至恶性漏失。而且，在处理井漏过程中，易诱发井壁失稳坍塌、井喷、钻具卡钻事故，将井眼情况复杂化。钻井漏失或因漏失导致的井壁坍塌，将严重影响钻井进度，延长钻井周期，增大建井成本。
根据漏层性质、漏速及发生井漏的原因，可将井漏分为渗透性漏失、裂缝性漏失和溶洞性漏失。由地质构造或钻井工程因素导致的裂缝性漏失，无论在地理区域或是地层纵向均广泛存在。地理区域如国内鄂尔多斯盆地、新疆塔河和顺北等地区；地层分布上如鄂尔多斯杭锦旗区块的延安组、延长组、刘家沟组、石千峰组等，顺北段长约400m二叠系地层等，裂缝性漏失严重。申请公布号为CN102443382A的专利公开了一种适合大型漏失的堵漏剂，包括如下质量比的组分：清水：HSD：HD-1：HD-2：LD-102：DF-A：重晶石＝100：(12～15)：(4～5)：(7～8)：(4～5)：30；该技术主要用于大型漏失使用桥塞堵漏或凝胶+桥塞后，漏失量相对较小，但仍然不能正常钻进或注水泥效果不是很好，采用复合结构塞体堵漏工艺堵漏。换言之，该技术对于大型漏失情况需要其它堵漏工艺对地层进行预处理。
对于裂缝宽度3～10mm的裂缝性漏失，常规钻井堵漏的大颗粒材料附着在井壁难以进入漏层，复钻后阻挡层迅速被破坏；小颗粒堵漏材料虽能进入地层，但因与地层的胶结力和自身的结构力不够，表现出堵漏见效快、复漏周期短的特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于钻井裂缝性漏失的堵漏剂，从而解决现有堵漏剂堵漏成功率低问题。
本发明的第二个目的在于提供使用上述堵漏剂的堵漏浆液。
本发明的第三个目的在于提供上述堵漏浆液的配套堵漏施工方法。
为实现上述目的，本发明的用于钻井裂缝性漏失的堵漏剂的技术方案是：
一种用于钻井裂缝性漏失的堵漏剂，包括以下重量份的组分：
水泥80～85份，漂珠6～10份，微硅6～10份，石棉纤维1～3份。
本发明的用于钻井裂缝性漏失的堵漏剂，由水泥、漂珠、微硅、石棉纤维复配形成堵漏剂主体，其中石棉纤维对裂缝起到架桥桥塞作用，漂珠、微硅对裂缝起到填充封堵作用，各组分协调作用使堵漏剂容易进入漏层，起到桥塞、架桥、填充封堵的综合作用，尤其适用于裂缝宽度在3～10mm、漏速为5～100m3的裂缝性漏失，堵漏见效快、作业周期短、堵漏成功率高。
可进一步添加助剂来优化上述堵漏剂的施工性能和适应性。优选的，上述堵漏剂由以下重量份的组分组成：水泥80～85份，漂珠6～10份，微硅6～10份，石棉纤维1～3份，降失水剂1～2份，膨胀剂0.5～1.5份，缓凝剂0.2～0.3份，聚丙烯酸钾0.02～0.06份。
优选的，水泥的粒径为0.68～63μm，微硅的粒径为0.04～0.68μm，漂珠的粒径为0.063～0.256mm。
优选的，石棉纤维的长度为1～6mm。进一步优选的，石棉纤维由1mm≤长度<3mm的短石棉纤维和3mm≤长度≤6mm的长石棉纤维复配而成，短石棉纤维、长石棉纤维的质量比(1.5～2.5):1。短石棉纤维、长石棉纤维以上述比例复配，可进一步优化桥塞、架桥作用，可以提供更加优良的封堵效果。
进一步的，本发明的用于钻井裂缝性漏失的堵漏剂，通过进一步增加助剂来优化堵漏剂的降失水性、改善流型，可以适应不同漏层深度、温度和施工时间的变化；水泥石强度适中，减少了扫塞难度，避免“新井眼”的形成；水泥石还具有止裂增韧性能，防止扫塞时水泥石因受力破碎开裂影响堵漏效果。
本发明的用于钻井裂缝性漏失的堵漏浆液的技术方案是：
一种使用上述用于钻井裂缝性漏失的堵漏剂的堵漏浆液，由水和堵漏剂组成，水灰比为0.8～0.9。
本发明的用于钻井裂缝性漏失的堵漏浆液，水泥、微硅、漂珠按照一定条件混掺，实现最大的干混物堆积体积百分比，获得密度为1.40～1.45g/cm3的低密度水泥浆，避免了堵漏水泥浆密度过大而加剧井漏程度；堵漏浆液施工性能好，其可泵时间长，进入漏层后可迅速稠化；同时具有一定的触变性，辅助浆体滞留于裂缝内。
该堵漏浆液具有短促凝、较差流动性和触变性的性能特点，增加堵漏浆在漏层流动阻力；早期强度发展快，可迅速固化漏层，提高封堵能力。
本发明的堵漏施工方法的技术方案是：
一种采用上述堵漏浆液的堵漏施工方法，包括以下步骤：堵漏管柱下深至漏点以上位置，注入堵漏浆液，替浆、起钻，关井推挤，候凝即可。
优选的，堵漏管柱下深深度与水泥塞设计封堵段顶部之间的距离＝15m+关井推挤前静止漏失段长；其中，水泥塞设计封堵段的长度不小于150m；静止漏失段长＝VLoss/S2×t1，式中VLoss为起钻后静止漏速，m3/min；S2为裸眼段井眼截面积，m2；t1为开始注浆至关井推挤前施工时间，min。
优选的，堵漏浆液的注入量为井内水泥塞设计封堵段长对应体积、候凝期间漏失量与推挤至地层的10m3三者之和；其中，候凝期间漏失量为VLoss×(T2-t)，式中为T2稠化时间，min；t为堵漏作业全程施工时间，min。
优选的，注入堵漏浆液前后分别注入前置隔离液、后置隔离液；前置隔离液、后置隔离液起到分隔堵漏浆、钻井液的作用，前置隔离液的注入量为2m3，后置冲洗液注入量按照平衡法打水泥塞原则进行设计。注入堵漏浆液的排量为400～700L/min。
替浆、起钻过程中，替浆至平衡面以上100～150m；替浆的排量为500～700L/min。起钻至堵漏浆液理论返高以上至少100m。起钻后开泵冲洗钻杆，防止堵漏浆滞留钻杆内，保证安全；冲洗量为替浆位置至钻杆底部段长对应的钻杆内容积。
优选的，关井推挤的推挤量QR＝Qt+10-QLoss；Qt＝S2×(HLoss-Hd)；Qt为钻杆下深位置至目标漏层底部段长对应的环空容积，m3；其中，S2为裸眼段井眼截面积，m2；HLoss为漏点所在层位底深，m；Hd为堵漏管柱下深，m；QLoss为堵漏浆出钻具至泵注结束期间的实测漏失量，可通过隔离的钻井液替浆罐与回收罐的液面变化，结合水泥车泵注量，实测计算QLoss。
堵漏作业全程施工时间t与可泵时间T1的关系：T1＝t+(20～30min)。
候凝后，钻具探塞承压，以正常钻进排量循环20min验漏，记录塞顶、塞底；若判断无漏失，采用正常钻进排量扫塞。
进一步的，可依据漏点或漏速变化，调整上述堵漏施工方法，具体为：
(1)堵漏作业中漏点闭合或漏速减少。该情况下堵漏浆液顶界会向上移动；钻杆短起段长要遵循理论短起段长附加100m的原则；关井推挤量应达到堵漏浆底部到漏层底部的井眼容积以及进入地层10m3的总量；
(2)堵漏作业中完全失返。该情况下堵漏浆出钻杆后底界向下移动，替浆后短起仍然按照全返状态操作，钻杆到位后仅冲洗钻具不做推挤；
(3)半返半漏。该情况下准确记录堵漏浆出钻具到泵注结束阶段漏失总量，钻杆短起到位后，实际推挤总量QR＝S2×(HLoss-Hd)+10-QLoss。
本发明的堵漏施工方法，对堵漏管柱下深、堵漏浆液注入量、关井推挤量进行细化，促使大部分堵漏浆液进入地层，剩余少量留作水泥塞；在漏点判断有误时，推挤作业中二次自动寻找下部漏点，实现堵漏。
本发明的堵漏施工方法，尤其适用于裂缝宽度在3-10mm、漏速5-100m3/h的裂缝性漏失。钻井漏失发生后，若漏速大于5m3，无需进行漏层预处理，直接起钻更换堵漏管柱，下至设计井深，注入堵漏浆进行堵漏；可定量控制进入漏层的堵漏浆量，并避免堵漏浆挤入漏层速度过快导致憋通漏失通道恶化漏失情况；堵漏见效快、作业周期短，应用范围广，施工机械化程度高，程序简捷、操作简便，堵漏材料成本低，不存在残留堵漏浆排放而造成环境污染。该技术适用于鄂尔多斯盆地裂缝性漏失地层的钻井堵漏，在该盆地北部边缘的杭锦旗区块堵漏72次，一次堵漏成功率达87.5％，有效保证井下安全，显著提高钻井效率，大幅降低钻井成本。
附图说明
图1为漂珠粒径的微分百分比；
图2为漂珠粒径的累计百分比；
图3实施例1的水泥石破碎前(a)和破碎后(b)的外观形态；
图4为实施例1的堵漏施工方法中堵漏管柱下深设计示意图；
图5为实施例1的堵漏施工方法中的注浆示意图；
图6为实施例1的堵漏施工方法中的起钻清洗示意图；
图7为实施例1的堵漏施工方法中的关井推挤示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的实施方式作进一步说明。以下实施例涉及的主要数据和关键参数为：
1)漏点所在层位底深HLoss，m；
2)设计封堵井段L，m；
3)起钻后静止漏速VLoss，m3/min；
4)堵漏浆出钻具至泵注结束期间的实测漏失量QLoss，m3；
5)堵漏钻具内截面积S1，m2；
6)裸眼段井眼截面积S2，m2；
7)堵漏浆可泵时间T1，min；稠化时间T2，min；
8)堵漏作业全程施工时间t，min；开始注浆至关井推挤前施工时间t1，min；
9)堵漏管柱下深Hd，m；
10)钻杆下深位置至目标漏层底部段长对应的环空容积Qt，m3；
11)实际推挤量QR，m3。
降失水剂为G309油井水泥降失水剂，购自卫辉市化工有限公司；膨胀剂为XJP-1油井水泥晶格膨胀剂，购自河南新星建材有限公司；缓凝剂为XJH-1油井水泥缓凝剂，购自河南新星建材有限公司。
实施例1
本实施例的堵漏剂，由以下重量份的组分组成：G级水泥84份，漂珠8份，微硅8份，石棉纤维2份，降失水剂1.8份，膨胀剂1份，缓凝剂0.22份，聚丙烯酸钾(KPAM)0.05份；水泥在0.68～63μm粒径范围的累计百分比达到93.8％；漂珠为电厂漂珠，在0.063～0.256mm粒径范围的累计百分比达到95.21％(如图1和图2所示)；微硅在0.04～0.68μm粒径范围的累计百分比达到97.4％；石棉纤维由1mm≤长度<3mm的短石棉纤维和3mm≤长度≤6mm的长石棉纤维按2:1的质量比复配而成，两类纤维是在各自长度范围内的多种长度不等混合物。
采用短石棉纤维、长石棉纤维复配的石棉纤维对不同宽度裂缝的封堵作用如表1所示。
表1纤维长度对不同宽度裂缝封堵作用
| 裂缝宽度 | 3.00 | 4.00 | 5.00 | 7.00 | 9.00 | 10.00 |
| 短石棉纤维 | 桥塞、架桥 | 桥塞、架桥 | 桥塞 | 桥塞 | 桥塞 | --- |
| 长石棉纤维 | ---- | ---- | 架桥 | 桥塞、架桥 | 桥塞、架桥 | 桥塞 |
本实施例的堵漏浆液，由本实施例的堵漏剂和水混合而成，水灰比为0.85。水泥浆液固化后的水泥石的结构示意图如3(a)所示，具有较好的致密程度，破碎后的结构示意图如图3(b)所示，具有良好的止裂增韧性能，可有效防止扫塞时水泥石因受力破碎开裂而影响堵漏效果。
本实施例的堵漏施工设计，包括以下内容：
1)顶漏钻进：为充分暴露漏层，避免对同一层位重复堵漏，以小排量继续钻井以钻穿漏层；钻井期间，注意井口观察和测量液面，保证井下稳定；
2)下入堵漏管柱(光钻杆)，注入前置隔离液、堵漏浆液、后置隔离液组成的堵漏浆柱；前置隔离液的组成为“清水+5％XJCX-1”，注入量为2m3，后置隔离液的注入量按照平衡法打水泥塞原则进行设计，其组成为“清水+2％XJG-1”；注浆排量为400～700L/min；XJCX-1是是复合型高效冲洗液，XJG-1是一种经过高分子改性的纤维素，两种外加剂均购自河南新星建材有限公司；
堵漏管柱的下深深度为水泥塞设计封堵段顶以上与关井推挤前静止漏失段长之和；关井推挤前静止漏失段长＝VLoss/S2×t1，下深设计如图4所示；
堵漏浆液的注入量＝井内水泥塞设计封堵段长对应体积、候凝期间漏失量与推挤至地层10m3三者之和；设计封堵段长不小于150m；候凝期间漏失量＝VLoss×(T2-t)；注浆过程示意图如图5所示；
3)替浆至平衡面以上100～150m，替浆排量为500～700L/min；
4)短程起钻至堵漏浆液理论返高以上至少100m，开泵冲洗钻杆，冲洗量为替浆位置至钻杆底部段长对应的钻杆内容积，其施工示意图如图6所示；
5)短起后关井推挤，推挤量QR＝Qt+10-QLoss；Qt＝S2×(HLoss-Hd)；QLoss按如下方法测定：分别隔离两泥浆罐，一罐作为替浆罐，一罐作为回收罐；推挤前根据两泥浆罐体积变化，结合水泥车泵注量，计算堵漏浆出钻杆至泵注结束期间的实际漏失量；关井推挤作业示意图如图7所示；
堵漏作业全程施工时间t与可泵时间T1的关系为：T1＝t+(20-30min)；
6)候凝不小于8h，钻具探塞承压，以正常钻进排量循环20min验漏，记录塞顶、塞底；若判断无漏失，采用正常钻进排量扫塞。
以上施工设计采用高注低堵原则，钻具下深高于漏点，在漏点判断有误时，推挤作业中二次自动寻找下部漏点，实现堵漏。
按照上述施工设计应用于鄂尔多斯杭锦旗区块的JPX-3Y1井，该井钻至2699.6m时，发生裂缝性漏失，以小排量14L/min检验漏速，钻井液失返。采用上述堵漏施工方法进行施工，具体过程如下：
1)采用小颗粒、高浓度常规堵漏浆10m3，自井底逐段封堵，通过井口灌浆和泵压变化判断漏点位置，确定漏点为刘家沟中下部；刘家沟组井深2513-2653m；
2)采用0:30、1:30两点法灌浆测得静止漏速为0m/h；
3)堵漏光钻杆由2136.2m普通钻杆和348.8m加重钻杆组成；光钻杆下深到2585m，注入堵漏水泥浆13m3，平均密度1.45g/cm3，替浆19.19m3；堵漏浆出钻具后漏失7.4m3；
4)起钻至安全井段2182m，关闸板防喷器，推挤钻井液5.6m3；候凝8h后探塞面，堵漏浆塞顶2593m；以正常钻进排量循环20分钟验漏，无漏失；后扫塞，扫塞排量为29L/s，扫塞后井内循环正常，恢复钻进。
采用上述实施例的堵漏施工方法在鄂尔多斯杭锦旗区块堵漏72次，一次堵漏成功率达87.5％，有效保证井下安全，显著提高钻井效率，大幅降低钻井成本。于常规堵漏方法相比，该堵漏施工方法具有现场操作方便、堵漏作业时间短、堵漏见效快、复漏周期长、堵漏成本低的特点，可有效减少因长期堵漏诱发的各种井下复杂情况；该堵漏施工方法也可有效应用于经石子泥球、长纤维物等架桥填堵后的溶洞性漏失。
实施例2
本实施例的堵漏剂，由以下重量份的组分组成：G级水泥81份，漂珠7份，微硅10份，石棉纤维1份，降失水剂1份，膨胀剂0.8份，缓凝剂0.2份，聚丙烯酸钾(KPAM)0.03份；石棉纤维由1mm≤长度<3mm的短石棉纤维和3mm≤长度≤6mm的长石棉纤维按1.8:1的质量比复配而成。
本实施例的堵漏浆液，由本实施例的堵漏剂和水混合而成，水灰比为0.82。
实施例3
本实施例的堵漏剂，由以下重量份的组分组成：G级水泥85份，漂珠10份，微硅7份，石棉纤维3份，降失水剂2份，膨胀剂1.2份，缓凝剂0.28份，聚丙烯酸钾(KPAM)0.06份；石棉纤维由1mm≤长度<3mm的短石棉纤维和3mm≤长度≤6mm的长石棉纤维按2.2:1的质量比复配而成。
本实施例的堵漏浆液，由本实施例的堵漏剂和水混合而成，水灰比为0.88。
采用实施例2和实施例3的堵漏浆液进行堵漏施工，工艺过程可参考实施例1，可获得效果相当的堵漏效果。
Claims (10)
1.一种用于钻井裂缝性漏失的堵漏剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：水泥80～85份，漂珠6～10份，微硅6～10份，石棉纤维1～3份。
2.如权利要求1所述的用于钻井裂缝性漏失的堵漏剂，其特征在于，堵漏剂由以下重量份的组分组成：水泥80～85份，漂珠6～10份，微硅6～10份，石棉纤维1～3份，降失水剂1～2份，膨胀剂0.5～1.5份，缓凝剂0.2～0.3份，聚丙烯酸钾0.02～0.06份。
3.如权利要求1或2所述的用于钻井裂缝性漏失的堵漏剂，其特征在于，水泥的粒径为0.68～63μm，微硅的粒径为0.04～0.68μm，漂珠的粒径为0.063～0.256mm。
4.如权利要求1或2所述的用于钻井裂缝性漏失的堵漏剂，其特征在于，石棉纤维的长度为1～6mm。
5.如权利要求4所述的用于钻井裂缝性漏失的堵漏剂，其特征在于，石棉纤维由1mm≤长度<3mm的短石棉纤维和3mm≤长度≤6mm的长石棉纤维复配而成，短石棉纤维、长石棉纤维的质量比(1.5～2.5)：1。
6.一种使用如权利要求1或2所述的用于钻井裂缝性漏失的堵漏剂的堵漏浆液，其特征在于，由水和所述堵漏剂组成，水灰比为0.8～0.9。
7.一种使用如权利要求6所述的堵漏浆液的堵漏施工方法，其特征在于，包括以下步骤：堵漏管柱下深至漏点以上位置，注入堵漏浆液，替浆、起钻，关井推挤，候凝即可。
8.如权利要求7所述的堵漏施工方法，其特征在于，堵漏管柱下深深度与水泥塞设计封堵段顶部之间的距离＝15m+关井推挤前静止漏失段长；其中，水泥塞设计封堵段的长度不小于150m；静止漏失段长＝VLoss/S2×t1，式中VLoss为起钻后静止漏速，m3/min；S2为裸眼段井眼截面积，m2；t1为开始注浆至关井推挤前施工时间，min。
9.如权利要求7或8所述的堵漏施工方法，其特征在于，堵漏浆液的注入量为井内水泥塞设计封堵段长对应体积、候凝期间漏失量与推挤至地层的10m3三者之和；其中，候凝期间漏失量为VLoss×(T2-t)，式中为T2稠化时间，min；t为堵漏作业全程施工时间，min。
10.如权利要求7或8所述的堵漏施工方法，其特征在于，关井推挤的推挤量QR＝Qt+10-QLoss；Qt＝S2×(HLoss-Hd)；其中，Qt为钻杆下深位置至目标漏层底部段长对应的环空容积，m3；S2为裸眼段井眼截面积，m2；HLoss为漏点所在层位底深，m；Hd为堵漏管柱下深，m；QLoss为堵漏浆出钻具至泵注结束期间的实测漏失量，可通过隔离的钻井液替浆罐与回收罐的液面变化，结合水泥车泵注量，实测计算QLoss。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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