新型油基钻井液堵漏剂性能

李红梅，申　峰，吴金桥，李　伟，马振锋

（陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，西安710075）

新型油基钻井液堵漏剂性能

李红梅，申峰，吴金桥，李伟，马振锋

（陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，西安710075）

李红梅等.新型油基钻井液堵漏剂性能[J].钻井液与完井液，2016，33（2）：41-44.

页岩地层裂缝发育，易膨胀破碎，在钻井过程中极易发生裂缝性井漏等井下复杂事故，且多采用油基钻井液，其价格昂贵，若发生漏失，将造成重大经济损失。研制了一种具有疏松多孔内部微观结构的亲油型高分子树脂类油基钻井液封堵材料YDLJ-1。经实验证明，YDLJ-1具有良好的韧性与可变形性，能够保证注入地下时在地层裂缝中变形充填裂缝；具有良好的吸油膨胀性，5 h最大吸油膨胀量可以达到其干重的5倍；抗温达150 ℃，在150 ℃老化30 d仍然具有较高的抗压强度和变形特性；抗压强度是其他同类产品的20倍，正向封堵突破压力大于15 MPa，反向突破压力为0.9 MPa，能够满足防漏堵漏的要求。YDLJ-1在延长油田云页平1-1井石千峰组下部地层进行了试验，YDLJ-1用量2 t，钻井液漏失量比邻井减少30 m3，缩短堵漏时间2 d，其堵漏效果良好。

油基钻井液；堵漏剂；吸油膨胀；突破压力

鄂尔多斯盆地页岩地层裂缝发育，非均质性和各向异性强，承压能力较低，易膨胀破碎，在钻井过程中极易发生裂缝性井漏。目前化学堵漏是处理井漏的基本手段之一，其堵漏材料大致可分为凝胶、树脂和膨胀聚合物3大类。水基钻井液堵漏材料已形成体系，产品种类丰富，但是中国尚缺少油基钻井液堵漏剂相关产品。因此，研发与油基钻井液相配套的封堵材料，对保证安全快速钻井具有重要的现实意义[1-6]。研制了一种适合于油基钻井液的堵漏剂YDLJ-1，这是一种亲油型高分子树脂材料，树脂在成型阶段受热，继续反应，交联而固化，能够有效封堵页岩储层裂缝，减少钻井液漏失。

1　堵漏剂YDLJ-1的特点

1）吸油膨胀性。新型油基钻井液堵漏剂YDLJ-1为亲油型高分子树脂材料，能够吸油膨胀，以保证其在裂缝地层体积增大，进而填充在裂缝地层，起到堵漏效果，其吸油后膨胀倍数为4～6倍[7-8]。

2）多孔结构。YDLJ-1是一种高分子聚合物，具有疏松多孔的内部微观结构，这种内部孔隙为油提供了良好的储集空间，因此作为一种多孔介质它能够更好地吸油，同时保持一定量的油在其内部。

3）良好的强度和弹性。新型油基钻井液堵漏剂YDLJ-1具有良好的强度和弹性，具备较高的抗压强度和抗剪切性能，能够保证在地层中变形充填裂缝[9-10]。

4）热稳定性好。YDLJ-1在150 ℃下老化10 d后，仍具有较高的抗压强度和变形特性，其耐温性能良好，可适用高温地层。

2　堵漏剂YDLJ-1的堵漏机理

1）由于YDLJ-1具备良好的可变形性和膨胀特性，在地层压力与钻井液柱压差作用下可以被挤入地层裂缝，通过变形自动填充在裂缝中，随着裂缝压力的传递，堵漏材料在裂缝区域聚集并向裂缝内部运移。随着裂缝被逐渐封堵，裂缝内部压力升高并最终与钻井液液柱压力达到平衡，此时封堵材料停止进入裂缝区域。具体原理见图1。

2）YDLJ-1在压差作用下被挤入地层后，当其与地层流体接触后其体积膨胀，并产生二次封堵压力，开始自动填充并挤压地层裂缝，最终形成较高强度的封堵段塞。具体过程见图2。

3）YDLJ-1表面具有大量的聚合物链，在地层流体和地温的作用下能够铺展，形成类似于栗子壳式的结构，聚合物链上的亲油基团相互缠绕同时在地层油和岩石裂缝表面吸附，也可以在钻井液中的固相颗粒表面大量吸附，降低钻井液失水量。其良好的吸附性保证了这种材料对于裂缝的有效封堵。

图1　YDLJ-1在压差作用下进入地层裂缝堵漏

图2　YDLJ-1进入裂缝并形成封堵带

3　YDLJ-1堵漏性能评价

3.1吸油膨胀性

将1 cm3立方块堵漏材料，在室温下放入白油中，用吸油前后质量比来评价吸油膨胀性。堵漏材料吸油倍数随浸泡时间的变化见图3。由图3可知，随着浸泡时间的增加，膨胀倍数增大，在5 h时膨胀倍数为5，即堵漏剂的吸油膨胀量可以达到其干重的5倍左右。表明堵漏剂具有良好的吸油膨胀性，可在短时间内迅速吸油膨胀达到封堵裂缝的目的。

图3　YDLJ-1吸油膨胀率随时间变化

3.2抗温性能

在150 ℃条件下将堵漏剂分别老化1、4、10、18、24、30 d后，测其膨胀倍数和抗压强度，结果见图4。由图4可知，在150 ℃条件下老化，随着老化时间的延长，堵漏剂的膨胀倍数逐渐增大，30 d时膨胀倍数可达8倍左右；抗压强度随老化时间增加而逐渐减小，老化时间小于10 d时，强度损失小于13%，由于该堵漏剂抗压强度较高，这个强度损失不影响堵漏剂正常使用；超过10 d后，强度损失加快，30 d时强度损失60%以上。高温条件下，建议使用该堵漏剂堵漏时间不超过10 d。

图4　150 ℃下YDLJ-1吸油膨胀倍数和抗压强度损失率随老化时间的变化

3.3抗压强度

用WDB-2000橡胶塑料拉力试验机测试吸油后堵漏材料的抗压强度。分别测定了YDLJ-1和国外同类产品的应力应变曲线，结果见图5。由图5可知，国外树脂材料SN-1、SN-2在应力为1 MPa左右时，应变即达到95%，而YDLJ-1达到相同应变需应力20 MPa，表明YDLJ-1抗压强度可达其他产品的20倍左右。

图5　YDLJ-1与国内外同类产品的应力-应变曲线

3.4堵漏突破压力测定

把人造裂缝岩心夹入堵漏评价装置中，采用平流泵驱替加入5%YDLJ-1的白油基油包水钻井液（油水比为80∶20），使其通过裂缝岩心，记录岩心端面处装置内部的压力变化动态。压力在上升过程中会达到最大后骤降，此最大压力即为突破压力。堵漏模拟装置及突破压力实验见图6。

3.4.1实验过程记录

1）驱替，使加入5%堵漏材料的钻井液通过裂缝岩心，测正向突破压力。恒流驱替，以4 mL/min的流量进行加压，保持围压比压力表读数大于1 MPa左右。当泵压为0.6～0.7 MPa时，接在钻井液中的压力表开始有读数，因为设备中活塞的压力损耗为0.6～0.7 MPa。随着泵压的增大，压力表的读数逐渐上升，压力表读数为0～5 MPa时，压力表读数持续上升，表明堵漏材料封堵住了岩心；当压力表读数为5 MPa和9 MPa左右时，钻井液突破裂缝岩心，但是马上又封堵住，压力继续升高。当压力表读数为15 MPa时，由于泵压限制，停止加压。打开装置发现有很少的钻井液突破岩心。

2）加压驱替蒸馏水通过已封堵的裂缝岩心测试反向突破压力和正向突破压力，测定完毕后，反向驱替蒸馏水通过裂缝岩心。观察泵压的最大值即为反向突破压力。当泵压为0.9 MPa时，泵压骤降，岩心另一端有水流出。

图6　堵漏模拟装置及突破压力实验

3.4.2堵漏模拟实验

由堵漏模拟实验结果可知，加入5%堵漏材料的钻井液正向突破压力为15 MPa，反向突破压力为0.9 MPa，表明YDLJ-1封堵效果好，能够封堵地层，提高地层承压能力，达到提高井壁稳定性的目的，反向突破压力低，有利于后期解堵采油。

4　现场试验

YDLJ-1在延长油田云页平1-1井石千峰组下部地层进行了现场试验，石千峰地层为泥质砂岩互层，裂缝发育，钻井过程中易发生井漏及坍塌。将YDLJ-1加入现场使用的柴油基钻井液中进行随钻堵漏，YDLJ-1用量为2 t，钻井液漏失量比邻井减少30 m3，缩短堵漏时间2 d，且避免了再次漏失，取得了良好的经济效益。

5　结论

1.YDLJ-1通过吸油膨胀能够封堵页岩储层裂缝，其5 h最大吸油量可达到自身干重的5倍。

2.YDLJ-1具有良好的抗温性和较高的抗压强度，可抗150 ℃高温，适用于高温地层，抗压强度是其他同类产品的20倍。

3.YDLJ-1具有良好的封堵效果，其正向封堵突破压力达到15 MPa，能够实现对裂缝的有效封堵，减少钻井液漏失。

4.现场试验表明，YDLJ-1能进行裂缝地层的堵漏，满足页岩气水平井安全、快速钻进的要求。

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Study on Performance of A New Oil Base Mud Lost Circulation Material

LI Hongmei, SHEN Feng, WU Jinqiao, LI Wei, MA Zhenfeng
(Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Ltd., Xi’an, Shaanxi 710075,China)

Fractures are usually highly developed in shale formations, making the shale easily swelling and breaking. Mud loss is another problem frequently encountered in shale drilling. To ensure hole stability， oil base drilling fluids are usually used and the losses of these expensive drilling fluids mean severe economic loss. To prevent the loss of oil base drilling fluids， an organophilic high molecular weight resin lost circulation material, YDLJ-1, has been developed. It has been proved that the YDLJ-1 has good stiffness and deformability， making it easy for the YDLJ-1 to fill the fractures through which the mud is lost. The capability of the YDLJ-1 to absorb oil makes it expandable, and in 5 h the volume of the YDLJ-1 that has absorbed oil is 5 times of its original volume. After ageing at 150 ℃ for 30 days, YDLJ-1 still retains certain compressive strength and deformability. The compressive strength of YDLJ-1 is 20 times that of the other similar products. Breakthrough pressure in forward direction against the surface of YDLJ-1 is greater than 15 MPa, and in backward direction against the surface of YDLJ-1 0.9 MPa, satisfying the needs for mud loss control. YDLJ-1 has been used in drilling the lower part of the Shiqianfeng formation penetrated by the Well Yunyeping-1 in Yanchang oilfield. 2 ton of YDLJ-1 was used and the volume of mud loss was 30 m3less than the offset well, time spent controlling the mud loss was shortened by 2 days, proving the efficiency of YDLJ-1 in mud loss control.

Oil base drilling fluid； Lost circulation material； Expand through oil absorption； Breakthrough pressure

TE254.4

A

1001-5620（2016）02-0041-04

10.3696/j.issn.1001-5620.2016.02.009

国家863计划资源环境技术领域页岩气勘探开发新技术项目“页岩气钻完井及储层评价与产能预测技术研究”（2013AA064501）课题的部分内容。

李红梅，1981年生，毕业于中国石油大学 （北京）油气井工程专业，现从事钻井液工艺技术研究工作。电话 18133906973；E-mail：247596200@qq.com。

（2016-01-05；HGF=1601C4；编辑王超）