迟军， 马川， 尹达， 蒲晓林， 李家学， 王涛

裂缝性漏失是钻井过程中最常遇到的漏失类型，其大约占井漏总数的70%，花费占90%以上。因此解决裂缝性漏失问题意义重大[1-3]。目前最常用的解决方法是桥塞堵漏，桥塞堵漏材料有矿物颗粒、果壳、植物纤维、合成纤维等[4-6]。这些常规的堵漏材料在堵漏施工中取得了一定的效果，但是存在可变形性差，不易进入漏层，形成的封堵墙强度低等问题，尤其是在漏失严重的裂缝性地层，常规的堵漏材料在波动、抽吸压力等外力作用下，易被返排，造成堵漏效果不佳或者重复漏失[7-11]，因此研究新型桥塞堵漏材料，合理选取其种类和浓度，对提高裂缝性地层承压能力、提高钻井工程安全性和成功率都有着重大的意义[12-13]。研制出了新型的网状泡沫堵漏材料，并进行了裂缝性漏失的桥塞堵漏研究，评价其在裂缝内的封堵效果。探明其堵漏机理，并复配出了效果良好的堵漏配方。

1 实验材料

1.1 网状泡沫堵漏材料

实验用网状泡沫堵漏材料是一种多孔、密度约为0.02 g/cm3、纤维直径为0.05 mm、网格直径约为0.3～0.6 mm的固体泡沫，其成分是聚氨基甲酸乙酯。网状泡沫结构极端开放，几乎没有封闭的泡或细胞窗，只遗留泡相遇处的线性边界，因此能够浸润于不同钻井液体系中。网状泡沫材料具有高弹性，可挤入裂缝，在裂缝处形成一个过滤网，同时起到骨架支撑的作用。钻井液体系中的微小颗粒充填进泡沫网状结构，进而改善其性能，也相当于对颗粒材料起到了交联作用。

实验用网状泡沫堵漏材料由网状泡沫板材切割加工而成，颗粒尺寸约为2～10 mm，如图1所示。取部分网状泡沫材料和碳酸钙、核桃壳颗粒，对其膨胀性和强度进行了测试，结果见表1和表2。由表1可以看出，网状泡沫堵漏材料具有吸油膨胀特性，且在高温柴油中热滚后膨胀程度更大。由表2可以看出，高温老化以及柴油浸泡都会对网状泡沫堵漏材料的抗拉强度产生影响，在柴油中热滚后其抗拉强度会大大减弱。因此网状泡沫堵漏材料更适合于在低温水基钻井液中使用。

图1 网状泡沫和筛网堵漏材料照片

表1 不同测试条件下堵漏材料的体积相对膨胀率

表2 不同堵漏材料热滚前后（100 ℃、16 h）的强度

1.2 筛网堵漏材料

筛网堵漏材料是一种高摩阻片状材料，其强度高，表面凹凸不平，边缘呈纤维状。片状筛网材料相互之间可以将颗粒材料包裹在中间，并且在压力作用下，增强封堵隔墙中材料之间以及封堵隔墙与裂缝面之间的摩擦力。材料的边缘呈现出纤维状，容易插入或挂靠于裂缝面上，为封堵隔墙在光滑裂缝条件中的形成起到重要作用。因此它的加入能够增强封堵隔墙的稳定性，从而更加有效地封堵裂缝。实验用筛网堵漏材料粒径为0.076 mm，厚度为0.1 mm，长为2～4 mm的矩形金属多孔薄片。

2 实验部分

2.1 实验装置

实验装置为QD-2型长裂缝堵漏材料评价装置，其模拟的裂缝具有30 cm长的深度，实验完成后可以打开裂缝模块，观察堵漏材料在裂缝内的封堵位置和形态，探索桥接堵漏材料封堵裂缝的机理和规律。该装置结构由主体装置、裂缝模块和压力源3部分组成，主体结构示意图见图2。该实验装置密封效果好、操作简单、使用方便；裂缝模块与裂缝垫片可以贴合为各种尺寸的楔形裂缝[14-15]。

图2 QD-2型长裂缝堵漏装置示意图

2.2 堵漏基浆配方及性能

油基基浆为塔里木盆地库车山前区块UDM-2油基钻井液。水基和油基基浆的基本性能见表3，配方如下。

水基基浆 水+4%膨润土+0.2%无水碳酸钠+0.5% CMC-HV

油基基浆 柴油+10%水+2.7% CaCl2+2%主辅乳化剂+2.3%辅乳化剂+0.6%黏度调节剂+1.2%降失水剂+2.7% CaO+重晶石

表3 水基基浆与高密度油基钻井液的基本性能

2.3 堵漏材料基本配方

堵漏材料基础配方如下。

0#水基基浆+1%核桃壳（细）+1%SQD-98（中粗）+1%SQD-98（细）+1%ZDS-1+1%ZDS-2+1%ZDS-3

其中，SQD为纤维与颗粒混合物，ZDS为刚性矿物颗粒，ZDS-3粒径为2.0～0.9 mm，ZDS-2粒径为0.9～0.45 mm，ZDS-1粒径为0.125～0.05 mm。

2.4 实验方案

①准备3 000 mL水基钻井液，按质量比加入堵漏材料，搅拌均匀。②将入口2 mm出口1 mm的长裂缝模块装入堵漏装置，保证仪器密封完好。③将搅拌好的钻井液倒入实验筒内，旋好注气筒和钢盖。④水龙头下准备好量程烧杯，打开阀门，静置10 min，记录无外界压力下的漏失量。⑤10 min后无外界压力下自然封堵成功后，打开注气筒加压到1 MPa。⑥以1 MPa为间隔，逐步加压到5 MPa，分析不同压力下的承压封堵效果。

3 实验结果

3.1 网状泡沫封堵裂缝实验

考察了不同压力下网状泡沫封堵裂缝的情况，结果见表4。在堵漏基础配方中加入0.04%的网状泡沫或0.6%筛网堵漏材料，其在裂缝模块内的封堵情况如图3所示。由表4可以看出，单独使用堵漏基础配方或网状泡沫材料不能成功封堵裂缝，加入0.08%的网状泡沫堵漏材料就可以成功封堵裂缝，但随着网状泡沫堵漏材料质量分数的增加，在相同压力作用下的漏失量减少并不显著。由图3可以看出，在尾部形成的封堵隔墙实际完全由刚性颗粒构成。网状泡沫堵漏材料则是滞留于裂缝之中。

表4 加入网状泡沫堵漏配方后在裂缝模块内的封堵情况

图3 加有网状泡沫和筛网材料的堵漏浆在裂缝模块内的封堵情况

网状泡沫极易压缩，可随基浆漏失出来一部分。经分析认为，在实际地层中，网状泡沫材料可在裂缝深处较窄孔隙中压缩，从而与刚性颗粒共同组成封堵隔墙，对在其中流动的流体产生极大的阻力，因此可以减少漏失速率。滞留在裂缝较宽处的一部分网状泡沫压缩形变较小，形成的封堵隔墙较弱，但是大量的网状泡沫分布于裂缝之中，相当于形成了多层微弱的封堵隔墙，承担了部分压力，减少对刚性堵漏颗粒的冲击，提高了整体的承压能力。

3.2 筛网堵漏材料封堵裂缝实验

筛网堵漏材料封堵裂缝情况见表5。由表5可以看出，筛网堵漏材料的添加质量分数小于0.9%时，随着加量增加，漏失量大为减少，而加量超过0.9%后，随加量的增加漏失量减少幅度降低。考虑到使用的经济性，0.9%质量分数即为筛网材料的合理加量。与表2对比可知，筛网堵漏材料添加量要远远大于网状泡沫堵漏材料，其加量的增加对漏失总量影响较大。由图3还可以看出，筛网堵漏材料依靠高摩阻的性质增强封堵隔墙的稳定性，与固相颗粒共同封堵裂缝末端。

表5 筛网堵漏材料在裂缝模块内的封堵情况

3.3 堵漏材料复配实验

考察了网状泡沫和筛网堵漏材料复合配方的堵漏情况，结果见表6。由表6可以看出，2种堵漏材料复配使用，堵漏效果更好。0.9%筛网堵漏材料+0.04%网状泡沫即达较好堵漏的效果。考虑到网状泡沫材料的加量要比筛网低很多，且成本低廉和更易于分散，确定0.45%筛网堵漏材料+0.04%网状泡沫配方为最佳堵漏配方。由图4可知，2种材料相互组合，优势叠加，在模拟长裂缝中形成了稳固的封堵隔墙。

表6 网状泡沫和筛网复合配方在裂缝模块内的封堵情况

图4 14#配方在裂缝模块内的封堵情况

3.4 不同宽度裂缝条件下的堵漏实验

将裂缝模块换成入口1 mm出口为0.5 mm的裂缝模块，同时在14#配方的基础上去掉1%ZDS-1，形成17#配方；将裂缝模块换成入口为3 mm出口为1.5 mm的裂缝模块，同时在14#配方的基础上加入1%核桃壳中粗，形成18#配方，其封堵效果见见表7和图5。由表7可知，在入口1 mm出口0.5 mm的裂缝下，网状泡沫材料进入较少，原因在于入口较窄的情况下网状泡沫需要更大的形变量才能进入裂缝，这个过程中需要克服较大的阻力；并且总漏失量较小，随堵漏浆流动的堵漏材料不多。由于网状泡沫的多孔特性在低压缩的情况下可以透过钻井液，受到流动压差的影响较小，而在狭窄孔隙中由于受到了更大的压缩，流通孔隙减小，因此受到了流动压差更大的影响，从而与刚性架桥颗粒共同架桥，封堵裂缝，其作用相当于一般可变形颗粒。由图5可知，在入口3 mm出口1.5 mm的条件下，网状泡沫大量地进入裂缝中，并且与尾部堵漏隔墙存在一定的分层。原因可解释为在较大入口条件下，网状泡沫随堵漏浆能够轻易进入裂缝中，由于其多孔特性以及尾部封堵隔墙承担着主要作用，沉积的网状泡沫材料受到压差的影响并不显著，进而随着裂缝的收窄产生阻卡沉积于裂缝的某一区域。

表7 不同宽度的裂缝对复合堵漏配方堵漏情况的影响

图5 17#（左）和18#（右）配方堵漏材料在裂缝模块内的封堵情况

3.5 库车山前区块高密度油基钻井液堵漏实验

将14#配方基浆换成高密度油基钻井液形成19#配方进行堵漏实验，结果见表8和图6。

表8 高密度油基钻井液堵漏实验结果

图6 19#配方在裂缝模块内的封堵情况

由此可知，在高密度油基钻井液中漏失量相比水基钻井液更大，原因在于实验用油基钻井液相比实验用水基基浆更易流动，并且油基钻井液浸泡下的网状泡沫堵漏材料强度变弱，形成的封堵隔墙整体较弱，进而更易发生漏失。但总体而言19#配方能够成功封堵漏失裂缝。

4 结论与认识

1.通过对新型网状泡沫堵漏材料进行研究，并与筛网堵漏材料进行对比和复配,从而形成了针对裂缝性漏失堵漏效果良好的配方。

2.通过在水基基浆中进行实验，考虑到堵漏效果，兼顾经济性，得出在基本堵漏配方下加入0.45%筛网和0.08%网状泡沫即为最佳方案。

3.网状泡沫堵漏材料在油基钻井液和高温条件下强度变弱，因此更适于在低温水基钻井液中使用。

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