NFJ-1凝胶堵漏技术在普光气田完井承压堵漏中的应用郭建华 李旭东 孙举（中原石油勘探局钻井院，河南濮阳，457001）摘 要通过对普光气田漏失层位、承压堵漏难点及现有堵漏技术局限性的分析，提出了NFJ-1凝胶堵漏技术，该技术是在桥堵的基础上加入凝胶聚合物和胶结剂，利用凝胶聚合物的弹性变形、膨胀堵塞和化学胶结作用，能较好地解决堵漏剂颗粒与漏失通道的匹配性、在漏层的驻留能力和堵漏强度等问题。在PA-2、P4-2、PB-2和P6-4等四口井上进行了承压堵漏试验，取得了很好的堵漏效果，证实了该技术具有现场适应性好和堵漏强度高的特性。与常规桥塞堵漏相比，NFJ-1堵漏技术的堵漏能力提高1倍以上，具有很好的推广应用前景。关键词普光气田 承压堵漏 NFJ-1凝胶堵漏剂 现场应用普光气田开发井完井时由于固井设计对地层承压能力提出了很高的要求，因此，固井前需要进行承压堵漏施工。由于普光气田海相地层的漏层多为产层，以孔隙为主，储层物性较好，发育程度变化大，孔喉尺寸分布广；同时存在开启裂缝，在外力下裂缝张开，开启压力变化大；另外，产层的岩石骨架应力较低，承压也低，提高地层承压能力难度大。目前多采用桥塞堵漏方法，存在以下不足：一是要求堵漏材料颗粒大小与漏层通道相匹配，否则效果差，但普光气田漏层缝洞尺寸大小很难确定，且尺寸范围广，需要多次级配，造成堵漏成功率低；二是堵漏强度低，封堵为物理堵塞，无胶结能力，提高井壁抗破能力有限，往往产生重复漏失，制约了对张开性裂缝漏失的堵漏效果。1 NFJ-1凝胶堵漏新技术1.1 组成及特点NFJ-1凝胶堵漏技术是在桥堵的基础上加入凝胶聚合物和胶结剂形成的新型堵漏技术，由凝胶聚合物、胶结剂与桥塞堵漏材料复配而成，利用凝胶聚合物的弹性变形特性，来适应漏层的不同缝洞孔喉大小，保证堵漏材料能进入漏层并能驻留，它的高弹性、强度大和抗温好的特点，能提供较高的膨胀堵塞强度，胶结剂的化学胶结作用能将堵漏材料与漏层胶结成整体，形成高强度封堵层，堵漏成功率和抗破能力大大提高，对裂缝、孔道漏失都有很好的堵漏效果。实验表明NFJ-1堵漏强度高，对不同漏失通道适应性好，与常规桥塞堵漏相比，堵漏能力提高1倍以上。该技术具有以下特点：（1）对不同的漏失通道适应性强。凝胶聚合物的良好韧性、变形性，提高了堵漏剂对漏失通道的匹配能力，能挤入不同的漏失通道内。（2）堵漏强度高。凝胶聚合物产生膨胀堵塞，胶结剂将凝胶聚合物、骨架材料、填充材料和地层很好地胶结成一个整体，承压能力高，达到整体堵漏的效果。（3）现场适应性好。可直接加入泥浆中，能用于循环堵漏、挤注堵漏。1.2 性能研究1.2.1凝胶聚合物NFJ-1由有机单体、抗温材料、化学联结剂、交联剂和引发剂共聚而成，具有较好的弹性、强度和热稳定性，不同于普通聚合物凝胶。图1 NFJ-1凝胶聚合物热稳定性试验由图1可看出，在135条件下，NFJ-1凝胶聚合物在现场泥浆中的膨胀倍数随养护时间的增加而略有下降，养护10天时膨胀倍数仍在10倍以上，而且强度高、韧性好，能满足高温条件下的挤堵要求，而常规凝胶聚合物1天后膨胀倍数明显下降，3天后全部溶化。1.2.2在砂床中的堵漏能力用DL气驱模拟堵漏试验仪评价NFJ-1在漏失砂床的堵漏能力，结果见表1。表1 NFJ-1堵漏剂在不同砂床中的堵漏能力名称加量，% 漏失量/mL（3.5MPa/30min）堵漏强度/MPa砂粒515mm砂粒20mm砂粒515mm砂粒20mmNFJ-10全漏失全漏失005漏失80漏失150承压3.5承压6.510漏失40漏失60承压7.5承压8.515漏失10漏失15承压8.0承压8.5桥塞堵漏剂10漏失100漏失250承压3.5承压5.0注：桥塞堵漏剂配方（骨架材料：填充材料=6:4），最高试验压力8.5MPa实验表明，随着NFJ-1加量的增加，漏失量降低，堵漏强度提高，加量大于10%时，砂粒大小对堵漏效果影响不大，表明NFJ-1现场适应性强，能满足不同漏失孔道的封堵；与桥塞堵漏剂相比，NFJ-1堵漏能力提高一倍以上，承压强度大于8MPa，提高了堵漏一次成功率。1.2.3堵漏强度用不同粒径的砂粒、石子模拟不同漏失地层（200mm厚度），以700mL泥浆为携带液，采用高压计量泵驱替，模拟现场挤注过程做堵漏试验，静堵16小时后，将模拟漏层上面的泥饼去除，重新倒入泥浆做堵漏强度试验，见表2。表2 堵漏强度对比试验模拟漏层 名称堵漏强度/MPa进入深度/mm1030mm石子NFJ-11450桥堵剂2.430520mm砂粒NFJ-11635桥堵剂6200.830.38mm砂粒NFJ-11645桥堵剂430由表2看出，桥堵浆在模拟漏层中形成的封堵层松散，进入模拟层2030mm，最高承压6MPa；NFJ-1堵漏浆承压大于14MPa，进入模拟层4050mm，说明NFJ-1能进入不同漏失孔道形成封堵层，并能相互胶结形成整体，大大提高地层的抗破能力。图2NFJ-1在模拟裂缝中堵漏试验图3桥堵剂在模拟裂缝中堵漏试验1.3 堵漏机理分析凝胶堵漏剂NFJ-1的堵漏机理为：（1）架桥充填作用。凝胶聚合物的变形性，提高了堵漏剂颗粒对漏失通道的匹配能力，与刚性骨架颗粒一起在地层孔道中通过架桥、充填作用起到较好的堵塞。（2）膨胀堵塞作用。凝胶聚合物具有很高的弹性和韧性，在外力作用下能变形挤入地层及骨架材料架桥形成的较小孔道内，产生膨胀堵塞，进一步提高堵漏效果。（3）化学胶结作用。胶结剂能将凝胶聚合物、桥堵材料同地层胶结成一个整体，提高封堵层的抗破能力。综合堵漏机理使NFJ-1能够适应普光气田复杂井漏和完井承压堵漏需要，在漏层近井带形成高强度封堵层，堵漏成功率高。2 现场应用 2007年上半年，NFJ-1凝胶堵漏技术在普光气田P4-2、P6-4等四口井上成功进行了完井承压堵漏作业，施工成功率100%，为完井固井的顺利施工提供了保障。2.1 P4-2井完井承压完钻井深6138m，在5766.68m、5942.48m、5947.25m处发生严重井漏，泥浆密度1.35g/cm3，桥堵后虽能满足钻进，但渗漏一直存在。完井固井作业要求井眼内泥浆密度1.50g/cm3，28L/s排量下循环不漏失，采用NFJ-1凝胶堵漏技术对产层段进行承压堵漏作业。光钻杆下钻至6138m，循环泥浆，上提钻具到5950m。配NFJ-1堵漏浆50m3（15%桥堵剂+5%凝胶聚合物NFJ-1 +1.2%胶结剂）。注入堵漏浆50m3，替浆52m3，起钻至套管鞋关井，缓慢蹩压，分七次挤入泥浆18.98m3，蹩压11.5MPa，静止30min，压降0.5MPa，符合固井施工要求。具体挤注过程见下表：开泵时间停泵时间停泵泵压（MPa）静止时间（min）压降（MPa）累计泵入泥浆（m3）2月18日21:3422:1312170.52.4622:3022:31120120.120:100:403.030368:429:365.9302514:2915:029.5304.5319:0019:0311.5300.512006年2月21日用9 1/2牙轮钻头 +5 1/2钻杆钻具组合下钻提密度至1.48g/cm3，泥浆大排量循环两周未发生漏失。2006年2月23日用9 1/2牙轮钻头 +5 1/2钻杆钻具组合带扶正器的钻具组合下钻通井，泥浆密度1.35g/cm3，未发生漏失。下入直径177.8mm套管203根，下套管过程返浆正常，1.35g/cm3泥浆循环两周正常。固井最高施工压力16MPa，施工顺利，未发生漏失。2.2 P6-4井完井承压完钻井深5795m，钻进中未发生漏失。做提密度动态承压试验，泥浆循环加重到进口1.53g/cm3，出口1.51g/cm3漏失，泥浆失返，共漏失泥浆215.23m3。完井固井作业要求井眼内泥浆密度1.55g/cm3，28L/s排量下循环不漏失，采用了NFJ-1凝胶堵漏剂对51005700m产层段进行承压堵漏作业。第一次NFJ-1承压堵漏：泥浆密度1.48g/cm3，光钻杆下钻至井深5139m，下钻过程中不返泥浆。注入NFJ-1堵漏浆50m3（22%桥堵剂+5%凝胶聚合物NFJ-1+1.2%胶结剂）。开泵替浆，排量12L/s，共替入泥浆44m3，替浆过程中，堵浆进入漏层后，出口返浆正常。起钻至套管鞋3686.77m，灌入井浆17.63m3，关井分四次挤入泥浆15.56m3，蹩压10.1MPa，静止30min，稳压9.8MPa，静堵。12h后下钻至井底循环加重，循环两周出口密度1.50g/cm3，入口密度1.51g/cm3发生漏失，泥浆失返。起钻共连续灌入泥浆92.53m3，起钻至套管鞋，静止后继续灌浆20.8m3，未灌满。探测液面位置约在338.8m，共漏失泥浆120.16m3。本次承压堵漏设计井口附加压力6 MPa，实际达到10MPa，井底当量密度达到1.65g/cm3，但下钻至井底加重到1.50 g/cm3后循环出现漏失，结合前三口井施工经验，分析原因是本井4月24日做第一次提密度动态承压试验时发生漏失，漏层段泥浆静止24h，尽管承压堵漏时井口加压10MPa，但由于泥浆稠、压力传递减弱，加上泥饼的护壁作用，造成下部漏层未充分暴露，加重后下钻到底循环泥浆，冲刷井壁，压力充分传递，使得下部薄弱地层发生漏失。2007年4月28日10：00配NFJ-1堵漏浆50m3（21%桥堵剂+5%凝胶聚合物NFJ-1+1.2%胶结剂）。注入堵漏浆40m3，注浆过程中不返浆。替入27m3泥浆时出口返浆正常，共替浆46m3。起钻至套管鞋3686.77m，关井分三次挤入泥浆22.64m3，蹩压8.8MPa，静止30min，压降2MPa，符合固井施工要求。2007年5月1日用原堵漏钻具下钻至井底，提密度至1.51g/cm3，泥浆大排量循环两周未发生漏失。2007年5月3日用9 1/2牙轮钻头 +5 1/2钻杆钻具组合带扶正器的钻具组合下钻通井，泥浆密度1.38g/cm3，未发生漏失。2007年5月7日下套管返浆正常，固井施工顺利，未发生漏失。2.3 几点认识（1）从施工过程分析，四口井承堵段有微裂缝或孔隙性渗漏，孔喉大小分布广，裂缝张开度与施工压力大小相关，NFJ-1凝胶堵漏剂能挤入不同的渗漏通道，形成致密封堵层；（2）NFJ-1在漏层形成封堵强度高的胶结体，提高了井壁的抗破能力；（3）普光气田产层段存在闭合裂缝，承压堵漏时蹩压要达到设计值，使裂缝充分开启，保证堵漏浆进入裂缝形成封堵。3 认识与建议（1）普光气田承压堵漏技术难点在于裸眼段长、漏层及缝洞孔吼尺寸难确定、存在张开性裂缝和岩石骨架承压能力低等，现场实践表明采用桥塞堵漏方法效果不理想。（2）NFJ-1凝胶堵漏技术对不同大小的漏失通道适应性好，堵漏材料与地层胶结成高强度的封堵层，承压能力10MPa以上，能够满足普光气田承压堵漏的需要，在漏层近井带形成高强度封堵层。（3）NFJ-1凝胶堵漏技术在PA-2、P4-2、PB-2和P6-4等4口井上进行了承压堵漏试验，取得了很好的堵漏效果，证实了该技术具有现场适应性好和堵漏强度高的特性。（4）建议进一步完善NFJ-1凝胶堵漏技术，并在普光气田大量推广应用，为普光气田的开发做出积极贡献