模糊封堵在煤层气钻井中的应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇模糊封堵在煤层气钻井中的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：本文对各种漏失、封堵理论进行了系统的调研，充分考虑钻井过程中地层因素及外部材料、设备的影响，开发出了绒囊钻井液，创立了与之对应的模糊封堵理论。以模糊封堵理论为基础，现场应用数口煤层气钻井，在防漏、堵漏上获得了预期的效果，一定程度上缩短了钻井周期，并为后续作业打下了良好的基础。

关键词：模糊封堵 绒囊 漏失 煤层气钻井

传统分析认为，钻井液中固相细度不足以封堵井壁表面，任何地层都可能发生滤失或漏失，人们为了更好地进行漏失控制，先后提出了很多理论。1996年，Mei Wenrong4等建立优化暂堵剂颗粒的孔喉网络模型；1998年，Hands N.5等依据Kaeuffer M.提出的理想充填理论提出了屏蔽暂堵D90规则；2000年，M.A.Dick6等人找到理想暂堵基准线。

这些技术，只是刚性封堵、柔性封堵材料应用前后顺序变化。材料上没有突破。其缺陷可想而知。因此，必须有切合实际的理论和方法满足现场需要。在这种情况下LihuiLab创建了模糊封堵理论。

一 、模糊封堵理论及目前实现模糊封堵技术

模糊封堵理论中心思想是，用大小、数量、形状都是自然形成的符合模糊数学规律封堵材料，采用分压、耗压、撑压等非确定封堵方式，封堵尺寸、数目、形态符合模糊数学范畴的地层漏失通道。

地层漏失通道的尺寸，是不能逐一测定的，但可以测定其等效大小分布；地层漏失通道的数目，是不能准确测定的，但可以分类测定；地层漏失的方式，是不能准确描述的，只能分类可能漏失强度；地层漏失的位置，是不可能准确测定的，只可以测定出漏失的井段；地层漏失的时刻，是不可能准确预测的，但可以推算漏失的时间。这些用区间、范围、分布描述的地层，要求封堵材料具备尺寸分布广泛、形状可变、数量足够且能够预防漏失、不需要确定准确位置和地层的特性。常规的材料是无法满足的。

LihuiLab仿照细菌微观结构，历经五年时间，开发了用于油气井防漏堵漏的工作流体——绒囊工作流体。外观看来，就象是分散在聚合物胶体中的绒毛球。把这种微观结构形似绒毛球状的结构称之为绒囊。

绒囊，是由聚合物和表面活性剂自然形成的可变形材料，粒径15-150μm，60μm居多；壁厚3-10μm。可根据井下条件，改变性能和形状全面封堵地层漏失通道。高温和低压下膨胀提高封堵能力、地层承压能力。把分散着绒囊的流体叫绒囊工作流体。

LihuiLab经过大量的室内实验和现场应用，总结出绒囊具有“一核，二层，三膜”的微观结构。

二、绒囊封堵方式

绒囊的数目、尺寸大小、封堵方式、封堵位置、封堵时刻等是不可以进行具体控制的，但是可以但是也可以用不同的区间、范围来描述，根据地层情况来自适应。这和地层条件的复杂多样和不可精确描述是一致的，符合模糊数学的理论。具备尺寸分布广泛、形状可变、数量足够且能够预防漏失、不需要确定准确位置和地层的特性。

根据地层条件的不同，绒囊的封堵机理也不尽相同，与常规堵漏材料对比也有显著不同。绒囊在大尺寸漏失通道中分解液柱压力，常规封堵材料则希望大颗粒充填形成隔墙抵抗液柱压力；绒囊在尺寸相当漏失通道中，消耗液柱压力，常规材料则希望颗粒堵住漏失通道形成隔墙；绒囊在小尺寸漏失通道表面形成非渗透膜，常规材料则在地层表面形成有效封滤饼。

1.分压封堵模式

当遇到大洞大缝时，囊泡随着高温和低压，堆积成水平放置的锥状体，分解了液柱压力。当作用在前端的绒囊分得的压力和地层压力相等时，流体不再向地层流动。而且，由于低剪切速率下高粘度，使流体稳定下来，称之为分压封堵模式。

实验室利用20目砂粒模拟地层，施加0.5MPa回压，分别用惰性加重材料绒囊工作流体和无固相绒囊工作流体进行填砂实验。实验过程中，逐步施加驱压，最高达到7MPa，惰性材料加重绒囊工作流体产生了有效封堵，封堵效果良好。

2.耗压封堵模式

绒囊在向大小和自己相当的漏失地层通道移动中，有两种情况发生。一是单个囊泡往低压区移动时，阻力增加，流动阻力提高；二是连续进入了漏失通道绒囊膨胀充填。流动速度下降，绒毛吸附，低剪切下高粘度，消耗液柱压力，实现防漏堵漏。称之为耗压封堵模式。

实验室利用60目砂粒模拟地层，施加0.5MPa回压，分别用惰性加重材料绒囊工作流体和无固相绒囊工作流体进行填砂实验。实验过程中，逐步施加驱压，最高达到7MPa，惰性材料加重绒囊工作流体和无固相绒囊工作流体都产生了有效封堵，封堵效果良好。

3.撑压封堵模式

绒囊工作液流向微孔微缝时，凝胶强度由于低剪切速率降低而升高。绒囊首先吸附在低压入口处。在低压吸引下静止后，表面活性剂和大分子聚合物聚集在一起构成过渡层，即长绒毛。进一步增大了凝胶强度，强化膜强度。与低渗透膜不同，它包含着绒囊。称之为撑压封堵模式。

实验室利用80～100目砂粒模拟地层，施加0.5MPa回压，分别用惰性加重材料绒囊工作流体和无固相绒囊工作流体进行填砂实验。实验过程中，逐步施加驱压，最高达到7MPa，惰性材料加重绒囊工作流体和无固相绒囊工作流体都产生了有效封堵，封堵效果良好。

4.绒囊工作流体现场堵漏方法

绒囊工作流体封堵，是靠气囊的变形、膨胀和绒毛的粘结作用实现的。因此，防漏和堵漏工作液的性能不一样。正常作业时应该及时预测、发现漏失地层，调整工作液性能。

如果发现漏失地层，应调整处理剂加量使之具备与封堵机理相匹配的工作液性能，特别是调整成核剂和绒毛剂加量。体系初切力在10Pa以上，防漏堵漏能力可以保证，但要控制表观粘度不能很高，以满足正常作业需要。这一点在对付开放性地层，如表层尤其重要。如果漏失通道太光滑还可以加入锯末等增加摩阻。

5.绒囊工作流体对压力的反应

绒囊工作流体对压力的反应，在两个方面需要关注：一是囊泡自身在外在压力的作用下溶解于连续相问题；二是封堵带承受力问题。室内PVT实验表明，绒囊工作流体在温度和压力的共同作用下，绒囊依然存在。室内堵漏实验0.5MPa回压下，加压7MPa不漏失。

三、模糊封堵实例

通过三年努力，成功完成15个地区现场作业20多口井，包括直井、水平井、分支井。完成漏失地层钻井、完井、修井、固井和补救作业，成功率100%。

1.Well 1#

Well 1# 位于陕西省彬县，水平段地层漏失通道裂缝发育。在二开三开段均多次发生漏失，其中在三开钻至1074m时发生钻井液失返，使用棉籽壳、堵漏材料近40吨，多次顶驱钻进，耗时一个多月，均无法钻穿漏失段。

2010年5月31日，配制绒囊钻井液，密度0.95g/cm3，动切力20～30Pa。考虑储层保护，以保持渗流通道畅通利于排采，控制2m3/h漏失速率，采取边漏边钻措施。6月6日钻达目的井深1275m，一次性与水平距离650m的Well 1#对应的直井穿针成功，形成U形井。

Well 1# 钻遇断层，发生开放性漏失，常规封堵材料没有效果，而使用绒囊钻井液后，在断层处可以形成分压封堵模式，有效控制了漏失速度。保证煤层气渗流通道畅通的前提下，控制3～5m3/h漏失速率。绒囊钻井液的使用，有效提高了机械钻速。膨润土钻井液机械钻速5.63 m/h；绒囊钻井液机械钻速6.28 m/h。提高11.5%。此外，在使用绒囊钻井液过程中，U型井穿针信号传输及MWD信号传输均不受任何影响。

Well 1# 在后期排采过程中，日产气最高达16000多方，创全国“U”型井产气量之最，这表明绒囊钻井液具有良好的储层保护特性，排采效果良好。

2.Well 2#

Well 2# 位于山西柳林县，是一口五分支井，绒囊钻井液应用于以下井段：第一分支：850m～1900m；第二分支：1117m～1900m；第三分支：1088m～1862m：第四分支：862m～1815m；第五分支：1060 m～1678m。

2010年8月28日，采用直径152.4 mm钻头三开分支井，使用无固相绒囊钻井液，至10月5日完成全部五个水平分支，该井设计水平段总长度4000m，实际钻进4690m，单分支水平段最长1050m，平均长935m。

在钻井作业过程中，控制漏失速度0.5～1.0m3/h，始终保持煤层渗流通道打开，利于煤层气排采。目前出水量正常，表明储层保护效果良好。此外，绒囊钻井液有效降低钻井成本：膨润土钻井液机械钻速6.86m/h，绒囊钻井液平均机械钻速7.5m/h。提高9.3%，实际施工周期比设计周期缩短了28天，大幅度地节约井队、定向、录井、地质勘探及现场用水等费用。

3. Well 3#

Well 3# 位于山西柳林县，是一口煤层气直井。一开使用膨润土钻井液，钻至井深135m时，出现钻井液失返，配制密度0.95g/cm3绒囊钻井液堵漏，堵漏成功。二开使用绒囊钻井液衡钻进。为满足现场钻井设备，希望环空中降低钻井液密度以及液柱压力，减轻对储层的污染，环空中有助于携岩。循环至地面，囊泡自行破灭，有利于岩屑自然沉降。

Well 3# 应用绒囊钻井液有效封堵了漏失地层，封堵能力强。与此井类似的两口井应用绒囊钻井液钻进过程中未出现漏失，全井顺利完钻，表明了绒囊钻井液防漏堵漏能力强。膨润土钻井液平均机械钻速2.16m/h，绒囊钻井液平均机械钻速2.34m/h。提高8.3%，提前3天完钻，缩短钻井周期有效节约钻机日费、钻井液用料等费用，经济效益明显。

四、结论

1.刚性封堵理论、柔性封堵理论、减压封堵理论各自存在缺陷，模糊封堵理论充分考虑到之前封堵理论的缺陷，以模糊数学为基础，用大小、形状，数量上都是自然形成的绒囊封堵漏失通道。

2.绒囊钻井液是一种新型的钻井工作液，具有“一核，二层，三膜”独特的微观结构并采用分压、耗压、撑压等非确定封堵方式，封堵不同尺寸的漏失通道。

3.绒囊钻井液可根据现场实际需要，调整各成分的加量，使其性能达到最佳，且绒囊本身具有一定的抗压、抗温能力，封堵漏失地层，保证快速钻进。

4.以模糊封堵理论为依托，绒囊钻井液现场使用效果良好，在煤层气钻井中解决了一些难题，指明了新的发展方向并创造了较好的经济效益。

参考文献

[1]罗向东， 罗平亚. 屏蔽式暂堵技术在储层保护中的应用研究[J]. 钻井液与完井液， 1992， 9（2）： 19-27.

[2]M.A.Dick， T.J.Heinz， C.F.Svoboda. Optimizing the Selection of Bridging Particles for Reservoir Drilling Fluids[C]. SPE58793 was presented at the 2000 SPE International Symposium on Formation Damage held in Lafayette， Louisiana， 23-24 February 2000.

[3]Helio Santos， Jesus Olaya. No-Damage Drilling： How to Achieve this Challenging Goal？[C]. SPE77189 was prepared for presentation at the IADC/SPE Asia Pacific Drilling Technology held in Jakarta， Indonesia， 9-11 September 2002.

[4]吕开河， 邱正松， 魏慧明等. 自适应防漏堵漏钻井液技术研究[J]. 石油学报， 2008， 29（5）： 757-760.