防漏堵漏理论与技术进展

1、郑力会郑力会中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）2011年年11月月 华北油田华北油田 任丘任丘与中国石油集团渤海钻探工程有限公司专家们探讨与中国石油集团渤海钻探工程有限公司专家们探讨郑力会简介郑力会简介郑力会，中国石油大学（北京）教师，研究员，郑力会，中国石油大学（北京）教师，研究员，LihuiLab（力会力会澜博澜博）创始人。创始人。1991年获江汉石油学院钻井工程学士学位、年获江汉石油学院钻井工程学士学位、1999年获年获华中理工大学西方经济学硕士学位、华中理工大学西方经济学硕士学位、2005年获中国石油大学（北京）年获中国石油大学（北京）油田化学工程博士学位油田化学工程博士学位郑力

2、会早先在中国石油集团公司塔里木油田从事钻井生产和项目郑力会早先在中国石油集团公司塔里木油田从事钻井生产和项目管理十一年。管理十一年。2002年起，一直从事油田化学工作，重点致力于钻井、年起，一直从事油田化学工作，重点致力于钻井、完井、修井、固井等油井作业过程中防漏堵漏和提高地层承压能力机完井、修井、固井等油井作业过程中防漏堵漏和提高地层承压能力机理研究和技术开发的绒囊工作流体。出版著作三部、文章理研究和技术开发的绒囊工作流体。出版著作三部、文章30余篇，申余篇，申请专利请专利10多项多项地层存在天然漏失通道地层存在天然漏失通道漏失大漏失通道看，可以分为两大类漏失大漏失通道看，可以分为两大类地层

3、存在后天漏失通道漏失可以定义为，油气井作业过程中，井筒内工作流体如钻井液、水泥浆、修井液等进入地下高渗透带、孔穴地层、天然或诱导地层裂缝的现象。其原因是存在高于地层压力的液柱压力和地层中的渗流通道。这是漏失的两个基本条件井漏耗钱费时。作业过程中，漏失既可以是流体在容器内液面慢慢降低，也可能是流入井眼有进无出漏失流体滤失不一样。滤失更多的时候与原生孔隙相关，而漏失则与原生孔隙和次生孔隙相关断层和天然裂缝地层断层和天然裂缝地层诱导裂缝地层诱导裂缝地层大洞大缝地层大洞大缝地层高渗非胶结地层高渗非胶结地层高渗非胶结地层高渗非胶结地层漏失带来的后果主要有六项漏失带来的后果主要有六项漏失定义漏失定义（1）

4、液柱压力降低而井喷液柱压力降低而井喷（2）固相清除不及时而卡管柱（3）水泥浆充填不足而无法有效封隔地层水泥浆充填不足而无法有效封隔地层（4）增长钻井周期，需要补救，增加成本（5） 加剧储层伤害加剧储层伤害（6） 严重者油井报废井漏是最常见现象而且是最烧井漏是最常见现象而且是最烧钱的井下复杂情况钱的井下复杂情况拿2003年来说，全球用于防漏堵漏的费用高达8亿美元，还不包括用于处理漏失引起的井下事故费用。随着油气田趋于衰竭，漏失越来越严重漏失的后果漏失的后果所以，为作业顺利，为经济效益和社会影响，必须防漏堵漏所以，为作业顺利，为经济效益和社会影响，必须防漏堵漏工作液中固相细度不足以封堵井壁表面，任

5、何一种地层都可能发生渗漏部分漏失则发生在高渗透率的破碎地层、天然裂缝或者是开始造缝大漏一般发生在大段破碎带、天然大裂缝、诱导宽裂缝或者溶洞地层漏失的后果漏失的后果一般说来（1） 缩短作业周期（2 ）避免经济损失（3）控制储层伤害（4）保证工作液携带信息返回地面（5）便于补充维护工作液（6）避免由于漏失引起的井下复杂状况正是因此，防漏堵漏材料正是因此，防漏堵漏材料和方法不断涌现和方法不断涌现防漏堵漏好处防漏堵漏好处遗憾的是，非常满意的很少遗憾的是，非常满意的很少诸如橡胶、水泥、纤维、诸如橡胶、水泥、纤维、塑料、聚合物、无机凝胶、塑料、聚合物、无机凝胶、树脂、沥青、微粉纤维、固树脂、沥青、微粉纤维

6、、固相颗粒等等，一直应用于油相颗粒等等，一直应用于油气井防漏堵漏。当然机械也气井防漏堵漏。当然机械也用于堵漏用于堵漏为为防漏堵漏防漏堵漏人们几乎用上人们几乎用上能找到的能找到的所有材料所有材料为防漏堵漏成功提出很多理论为防漏堵漏成功提出很多理论建立很多数学模型建立很多数学模型1、1961年，年，Garl Gatlin提出了封堵层最大密度理论提出了封堵层最大密度理论（Some Effects of Size Distribution on Particle Bridging in Lost Circulation and Filtration Tests）从室内实验出发，探讨了不同粒径粒子有效充

7、填的比例，分析漏失充填最从室内实验出发，探讨了不同粒径粒子有效充填的比例，分析漏失充填最大惰性粒径粒子作用，并在室内封堵岩心和滤失实验的基础上，验证当充填层大惰性粒径粒子作用，并在室内封堵岩心和滤失实验的基础上，验证当充填层的密度达到最大时可以有效封堵漏失或将滤失降低到最小值的密度达到最大时可以有效封堵漏失或将滤失降低到最小值 为防漏堵漏成功提出很多理论为防漏堵漏成功提出很多理论建立很多数学模型建立很多数学模型2、1973年，年，Kaeuffer M.提出了理想暂堵式充填理论提出了理想暂堵式充填理论（Optimum de Remplissage Granulometrique et Quelq

8、ues Proprietes S y Rattachant）当暂堵颗粒累积分数与粒径的平方根成正比时或在坐标图上呈直线时，可当暂堵颗粒累积分数与粒径的平方根成正比时或在坐标图上呈直线时，可实现颗粒在漏失通道的理想充填实现颗粒在漏失通道的理想充填为防漏堵漏成功提出很多理论为防漏堵漏成功提出很多理论建立很多数学模型建立很多数学模型3、1977年，年，A. Abrams提出了提出了“三分之一三分之一”架桥规则架桥规则 （Mud Design To Minimize Rock Impairment Due To Particle Invasion）钻井液中包含的架桥材料的粒径大于或等于三分之一孔隙尺寸

9、，并且架桥钻井液中包含的架桥材料的粒径大于或等于三分之一孔隙尺寸，并且架桥粒子在钻井液中的浓度达到粒子在钻井液中的浓度达到5%时，架桥粒子能够有效架桥封堵漏失通道时，架桥粒子能够有效架桥封堵漏失通道为防漏堵漏成功提出很多理论为防漏堵漏成功提出很多理论建立很多数学模型建立很多数学模型4、1992年，罗向东等人通过室内实验进一步发展了年，罗向东等人通过室内实验进一步发展了“三分之一三分之一”架架桥规则，三分之二架桥理论桥规则，三分之二架桥理论（屏蔽式暂堵技术在储层保护中的应用研究以及“裂缝性储集层的屏蔽式暂堵技术）暂堵颗粒粒径尺寸是平均孔喉直径暂堵颗粒粒径尺寸是平均孔喉直径1/32/3，同时充填粒

10、子的尺寸为平均孔，同时充填粒子的尺寸为平均孔喉直径喉直径1/41/3，暂堵剂浓度达到，暂堵剂浓度达到5%时，可以实现快速有效的封堵漏失通道时，可以实现快速有效的封堵漏失通道为防漏堵漏成功提出很多理论为防漏堵漏成功提出很多理论建立很多数学模型建立很多数学模型5、1996年，年，Mei Wenrong等建立了优化暂堵剂颗粒的孔喉网络模型等建立了优化暂堵剂颗粒的孔喉网络模型（Pore and Throat Network Model and Its Application to The Optimal Selection of Temporary Plugging Particles）认为暂堵剂堵塞

11、的孔喉数目越多，钻井液侵入岩心的深度越浅，以此优选认为暂堵剂堵塞的孔喉数目越多，钻井液侵入岩心的深度越浅，以此优选具有保护储层的暂堵剂粒径具有保护储层的暂堵剂粒径为防漏堵漏成功提出很多理论为防漏堵漏成功提出很多理论建立很多数学模型建立很多数学模型6、1998年，年，Hands N.等人依据等人依据Kaeuffer M.提出的理想充填理论，提出的理想充填理论，进一步提出了屏蔽暂堵进一步提出了屏蔽暂堵D90规则规则（Drilling in Fluid Reduces Formation Damage Increases Production Rates）暂堵颗粒在暂堵颗粒在粒径累积分布曲粒径累积分

12、布曲线上线上90%的颗粒的颗粒粒径累积值对应粒径累积值对应的粒径大小与储的粒径大小与储层最大孔喉直径层最大孔喉直径或最大裂缝宽度或最大裂缝宽度相等时，可取得相等时，可取得理想暂堵效果理想暂堵效果为防漏堵漏成功提出很多理论为防漏堵漏成功提出很多理论建立很多数学模型建立很多数学模型7、2000年，崔迎春等从分形几何学角度提出复配暂堵剂的分形暂堵模型年，崔迎春等从分形几何学角度提出复配暂堵剂的分形暂堵模型（“屏蔽暂堵剂优选的新方法 ”及“分形几何理论在屏蔽暂堵剂优选中的应用 ”）继承粒径优选的继承粒径优选的“三分之二三分之二”架桥规则，利用架桥规则，利用“分形几何学分形几何学”和和“盒维数盒维数”描

13、述孔隙及颗粒粒度的分布分维数，以分维数相近作为优选暂堵剂的原则，优描述孔隙及颗粒粒度的分布分维数，以分维数相近作为优选暂堵剂的原则，优选出不同粒子之间的最优组合配方选出不同粒子之间的最优组合配方 为防漏堵漏成功提出很多理论为防漏堵漏成功提出很多理论建立很多数学模型建立很多数学模型8、2000年，年，M.A.Dick等在理想充填理论的基础上等在理想充填理论的基础上 发展优选暂堵剂颗发展优选暂堵剂颗粒方法粒方法-理想暂堵基线理想暂堵基线（Optimizing the Selection of Bridging Particles for Reservoir Drilling Fluids）颗粒累积

14、体积颗粒累积体积与颗粒粒径的平方与颗粒粒径的平方根构建坐标图，孔根构建坐标图，孔喉尺寸分布建立理喉尺寸分布建立理想暂堵基线。认为想暂堵基线。认为与该基线最接近且与该基线最接近且稍靠左的累积曲线稍靠左的累积曲线的配方能够取得理的配方能够取得理想的暂堵想的暂堵 “墙墙”的一的一边是高压，另一边是高压，另一边是低压。边是低压。“墙墙”的强度决定了防的强度决定了防漏堵漏的成败。漏堵漏的成败。然而，然而，“墙墙”有有孔隙和渗透性，孔隙和渗透性，在流体中存在自在流体中存在自由水和压力的条由水和压力的条件下，防漏堵漏件下，防漏堵漏有条件成功有条件成功这些理论和材料的根本目的是为建立这些理论和材料的根本目的是

15、为建立“挡水墙挡水墙”环空环空钻井液钻井液封堵墙封堵墙架桥带架桥带无工作流体无工作流体侵入带侵入带小颗粒侵入带小颗粒侵入带地层压力（低）地层压力（低）液柱压力液柱压力（高）（高）这个挡水墙有时很好地挡住了受液柱压力驱动的流体，有的则不然这个挡水墙有时很好地挡住了受液柱压力驱动的流体，有的则不然这些理论和材料的根本目的是为建立这些理论和材料的根本目的是为建立“挡水墙挡水墙”一、同一漏失层，漏失通道分布十分广泛，不可能全面封堵，因而封堵低效。一、同一漏失层，漏失通道分布十分广泛，不可能全面封堵，因而封堵低效。全面封堵架桥粒子的粒径大小选择困难，不可能实现全部封堵；很有全面封堵架桥粒子的粒径大小选择

16、困难，不可能实现全部封堵；很有可能是小颗粒先进入储层造成储层伤害后，合适的颗粒再架桥形成外滤饼可能是小颗粒先进入储层造成储层伤害后，合适的颗粒再架桥形成外滤饼封堵；地层在温度、压力条件下，漏失通道大小与室内测定的不一致封堵；地层在温度、压力条件下，漏失通道大小与室内测定的不一致二、同一井眼，不同压力地层，窄安全密度窗口，选择合适钻井液密度困难。二、同一井眼，不同压力地层，窄安全密度窗口，选择合适钻井液密度困难。稳定井壁需要较高的钻井液密度，但高密度会导致漏失地层漏失；稳定井壁需要较高的钻井液密度，但高密度会导致漏失地层漏失；要控制漏失，就要封堵地层，提高漏失地层承压能力。封堵地层就要遇要控制漏

17、失，就要封堵地层，提高漏失地层承压能力。封堵地层就要遇到封堵遇到的问题；不封堵地层就要漏失，不能完成钻探目的到封堵遇到的问题；不封堵地层就要漏失，不能完成钻探目的三、封堵墙所需要的封堵材料无法达到承压要求。三、封堵墙所需要的封堵材料无法达到承压要求。封堵材料，不管是封堵同封堵材料，不管是封堵同一漏失地层，还是封堵同一井眼的不同压力系统，由于封堵材料形成的一漏失地层，还是封堵同一井眼的不同压力系统，由于封堵材料形成的是一层隔墙，材料的承压能力无法承受钻井液液柱压力，使得封堵失败是一层隔墙，材料的承压能力无法承受钻井液液柱压力，使得封堵失败四、不同作业环节，不同作业目的，不同技术措施对井壁强度要求

18、不同，这四、不同作业环节，不同作业目的，不同技术措施对井壁强度要求不同，这墙有时不总存在。墙有时不总存在。作业方式变化，封堵方式变化，导致钻井不漏完井漏、作业方式变化，封堵方式变化，导致钻井不漏完井漏、完井不漏修井漏的现象非常普遍。不同作业过程往往采取不同钻井液，完井不漏修井漏的现象非常普遍。不同作业过程往往采取不同钻井液，工作液之间的配伍性无法保证工作液之间的配伍性无法保证日期日期作业内容作业内容排量排量 L/S漏失速度漏失速度方方/时时结论结论10月月4日日下完套管循环下完套管循环22失返失返大排量造缝大排量造缝10月月5日日下完套管循环下完套管循环1740大排量造缝大排量造缝10月月6日

19、日下完套管循环下完套管循环1522.8大排量造缝大排量造缝10月月13日日地质循环地质循环3012大排量造缝大排量造缝10月月13日日地质循环地质循环256低排量闭合裂缝低排量闭合裂缝10月月14日日桥堵后循环桥堵后循环2520桥堵粒子支撑裂缝桥堵粒子支撑裂缝10月月14日日桥堵后循环桥堵后循环2211.6低排量裂缝不能闭合低排量裂缝不能闭合某油田某油田TX井钻井期间两次漏失排量与漏失速率统计井钻井期间两次漏失排量与漏失速率统计有的建立这堵墙时有的建立这堵墙时还会加剧漏失程度还会加剧漏失程度1 总体看，漏失与排量正相关。漏失发生之前，钻井液静止、循环时没有任何漏失现象。但漏失后，相同地质条件下

20、，排量越大，漏失越严重2 局部看，下套管后循环、地质循环、桥堵后循环后漏失，也存在排量与漏失速度正相关的规律3 理论分析，排量越大当量循环密度越大，即动态漏失压力越大漏失越严重。无论总体还是局部，都符合这个规律4 漏失后用桥堵浆堵漏后，同样的排量，漏失速度比封堵前还要大。这在大家看来没有堵住，堵漏材料不行或工艺条件不行。实际上不是这么简单一、普通聚合物钻井液体系自身动塑比较低，携带能力不足，清洁井眼靠表观粘度中的塑性粘度，当量循环密度远远高于当量静态密度。特别是小环空间隙提高排量实现携带目的，会加大当量循环密度与当量静态密度的差值，即增大漏失驱动压力，动态压漏地层二、普通聚合物钻井液体系自身防

21、漏能力不足。一是不能在地层漏失时实时封堵漏失通道，二是不能有效地降低当量循环密度，无法满足低地层压力、低破裂压力下施工要求三、发现漏失后挤桥堵浆，进入地层后的刚性颗粒在打开的裂缝中起支撑作用。如果加入的充填粒子和柔性粒子不能合理配伍，导流能力很强。建立循环后，墙的井眼一侧颗粒被冲走，漏失就难以避免。地层孔隙压力高时，破裂压力高，挤浆时可能不会诱导裂缝；孔隙压力低时，破裂压力低，诱导裂缝大，漏失加剧。目前，见漏就桥堵，在思想上是盲目的，理论上是错误的，行动上是有害的实质是低孔隙压力降低后，不仅增加漏失驱动力，还降低地层破裂压力。实质是低孔隙压力降低后，不仅增加漏失驱动力，还降低地层破裂压力。漏失

22、是现象，是结果。地层破裂压力下降是本质，提高地层承压能力是根本漏失是现象，是结果。地层破裂压力下降是本质，提高地层承压能力是根本因此，人们寻找降低压液柱压力的方法来防漏堵漏因此，人们寻找降低压液柱压力的方法来防漏堵漏有时建立这堵墙时有时建立这堵墙时还会加剧漏失程度还会加剧漏失程度气体型工作流体可以防漏堵漏，但不能循环也不能用于深井，而且需要气体型工作流体可以防漏堵漏，但不能循环也不能用于深井，而且需要配套设备才能完成油气井作业配套设备才能完成油气井作业气体类流体用于油气井作业气体类流体用于油气井作业降低液柱压力降低液柱压力Foam workingAir and mist drilling可循环

23、泡沫和微泡工作流体现场用于防漏堵漏不需要增加设备，但伴随着井深增加，气泡被压缩，流体密度增加，液柱压力增大。降低液柱压力失效。充气工作液存在同样的问题，而且还需要附加设备随后陆续发明了可循环泡沫、充气、微泡等工作液随后陆续发明了可循环泡沫、充气、微泡等工作液aerated workingAerated or foam and Aphrons working fluids 与地层渗流通道相匹配的常规材料很少见 气体型工作液有较低的密度，但他们由于气体抗压缩性、附加特殊设备等不足，限制了其应用范围 可循环泡沫类工作流体，不管上泡沫还是微泡，应用的有效井深为2000m常规材料和气体类材料都存在一些问

24、题常规材料和气体类材料都存在一些问题必须有一套切合实际的理论和方法！油田现场强烈要求促进了技术发展在这种情况下力会澜博创建了模糊封堵理论在这种情况下力会澜博创建了模糊封堵理论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封堵材料，采用分压、耗压、撑压方式，封堵大小、数量、形状不同的地层漏失通道LihuiLab theorize Fuzzy Plug Theory to control the lost circulation under these background在这种情况下力会澜博创建了模糊封堵理论在这种情况下力会澜博创建了模糊封堵理论从客观存在的地层漏失讲1、地层漏失通道的

25、大小，是不能逐一测定的，但可以测定其大小分布2、地层漏失通道的形态，是不能精确描述的，但可以大致描述3、地层漏失通道的数量，是不能准确测定的，但可以分类测定4、地层漏失的方式，是不能准确描述的，达到漏失量可以测量后描述5、地层漏失的位置，是不可能准确测定的，但可以测定出范围6、地层漏失的时刻，是不可能准确预测的，但可以推算可能发生地层这就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。这无疑需要新型的封堵材料且利用五年时间开发出一种新型防漏堵漏工作流体且利用五年时间开发出一种新型防漏堵漏工作流体仿 照 细菌 微 观 结构 ， 开 发了 用 于 油

26、气 井 防 漏堵 漏 的 工作 流 体 。外观看来，就 象 是 分散 在 聚 合物 胶 体 中的绒毛球已开发出五种绒囊工作液体系已开发出五种绒囊工作液体系150 pure oil Fuzzy Ball drilling fluid150 Water based Fuzzy Ball drilling fluid120 Water based Fuzzy Ball ahead fluid120 Water based Fuzzy Ball carrying fluid (no field application yet)近三年来，成功地完成了100多口井漏失井的钻井、完井、修井、固井和补救作业。

27、现带给大家十个实例120 Water based Fuzzy Ball drilling fluid井号：磨80-C1井型：开窗侧钻的短半径水平井压力系数：0.8应用井段：25572949m使用时间：2009.5.24-6.17描述：开采20年后，地层压力系数下降到0.8。邻井因为修井过程中漏失曾报废一口井。2009年5月24日至6月17日，使用绒囊钻井液顺利完井。期间，还使用PPS28型井下电子压力计测量了钻井液井下密度，发现井下2500m密度为 1.03SG，与地面密度 1.02SG相比，增加了不到1%2 6 0 02 6 5 02 7 0 02 7 5 02 8 0 05 01 0 01

28、 5 02 0 02 5 0视平移垂深垂直投影图K O P = 2 6 6 0 mK = 3 1 / 3 0 m91.29AB靶 点 垂 深 2732m,闭 合 距 50m,闭 合 方 位 295靶 点 垂 深 2728.5m,闭 合 距 200m,闭 合 方 位 295视平移,m垂深,m实例一：衰竭气田钻井过程中防漏堵漏实例一：衰竭气田钻井过程中防漏堵漏描述：水平井段横穿两条裂缝。钻井时漏失2000多方钻井液，因漏失卡钻侧钻两次。钻井作业完成后，因为漏失无法射孔完井。使用密度为0.90g/cm3绒囊完井液60方，堵漏成功。顺利完成余下作业 实例二：衰竭油田完井过程中防漏堵漏实例二：衰竭油田完

29、井过程中防漏堵漏井号：南斜60井型：水平井压力系数：0.7应用井段：25673006m使用时间：2009.6.20井号：柳林22井型：直井压力系数：0.85应用井段： 300-702m使用时间：2009.6.20 描述：一开用空气钻井。二开煤层段为提高携岩效率，使用空气、雾、泡沫和绒囊钻井液结合钻井作业。这是一个解决空气、雾、泡沫和常规钻井转化问题的创新技术。实践表明，效果很好，比设计提前8天，钻达702m井深实例三：与空气钻井配套煤层气防漏堵漏实例三：与空气钻井配套煤层气防漏堵漏井号：DFS-02-H2井型：U型井压力系数：开放性地层应用井段： 10741275m使用时间：2010.5.31

30、-2010.6.6实例四：煤层气实例四：煤层气U型井钻井过程中防漏堵漏型井钻井过程中防漏堵漏作业简述：DFS-02-H2井水平井段漏失严重，40吨常规堵漏材料，3个月没有钻穿漏失井段。绒囊钻井液只用五天就完成漏失井段钻井，顺利钻达1275m，并与距离650m的直井顺利对接。目前，此井日产气16000多方，邻井仅6000多方井号：FL-H2-L井型：多分支井压力系数：0.91应用井段： 4690m使用时间：2010.8.28-2010.10.5实例五：多分支井煤层气钻井过程中防漏堵漏实例五：多分支井煤层气钻井过程中防漏堵漏作业简述：FL-H2-L井是一口五分支井，邻井相同地层漏失严重，绒囊钻井液

31、用于钻水平井段，设计60天，32天完成4690 m，平均分支井深935m井号：J35井型：直井压力系数：0.91应用井段： 9251278m使用时间：2010.10.14-2010.10.25描述：井深925m以浅，井眼坍塌，70m沉砂。而且现场没有有效清洁井眼的手段以保证钻达井底。因此准备弃井。绒囊钻井液钻穿这些复杂井段，仅用12天完成1278m井深实例实例六六：不同压力系统共存同一井眼煤层气钻井：不同压力系统共存同一井眼煤层气钻井High pressure waterunstable gravel Easily-hydrated shaleLow pressure CoalBed简述： 2

32、011年年1月月1日至日至2011年年9月月15。修井前生产。修井前生产85天，修井后生产天，修井后生产166天（天（4天未开井），对比日平天未开井），对比日平均产液量、产油量、产气量、含水率均产液量、产油量、产气量、含水率平均值（1）产液量增加。产液量由修井前的产液量增加。产液量由修井前的249m3/d，下降到修井后的，下降到修井后的217m3/d，下降，下降13%（2）产油量增加。产油量由修井前的产油量增加。产油量由修井前的49m3/d，增加到修井后的增加到修井后的75m3/d，增加，增加53%（3）含水率下降）含水率下降。含水率含水率由修井前的由修井前的80%，下降到下降到修井后的修井后

33、的68%，下降下降15%（4）产气量变化不大。产气量由修井前）产气量变化不大。产气量由修井前104m3/d，下降到修井下降到修井后后100m3/d ，下降，下降4%。可能是产液量下降，。可能是产液量下降，溶解在产液中的气量也相对减少溶解在产液中的气量也相对减少实例七：海上修井过程中防漏堵漏实例七：海上修井过程中防漏堵漏井号：C22井型：定向井压力系数：0.95应用井段： 1878.0-1916.4m, 1934.7-1963.9m, 1976.5-2066.4m使用时间：2011.3.26-2010.11.31井号： NX2409井型：直井压力系数：0.84应 用 井 段 ： 2 8 7 5

34、. 4 2903.4m使用时间：2009.6.12简述：漏失地层固井质量较差，经常影响采油作业。使用密度为0.95g/cm3绒囊前置液40m3，封堵漏失油层，提高地层承压能力，完成挤水泥封窜作业，保证油井正常生产实例八：油井挤水泥过程中防漏堵漏实例八：油井挤水泥过程中防漏堵漏PerforationFuzzy ball in firstCement slurry in lastRe-perforated Production formation实例九：漏失地层固井前置液实例九：漏失地层固井前置液NA1-40-58 CBLCommon lost circulation materialNA1-56

35、-56 CBLFuzzy ball ahead fluid固井固井质量对比质量对比 井号： NAI1-56-56井型：定向井压力系数：0.95应用井段：2310-1865m使用时间：2011.3.21简述：漏失地层固井质量较差，影响下步作 业 。 使 用 密 度 为1.20g/cm3绒囊前置液10m3，封堵漏失油层，提高地层承压能力，完成注水泥固井作业井号： JU2-H井型：井压力系数：0.95应用井段： 1208-1981.45m使用时间：2011.6.1-82011年6月1日，三开绒囊钻井液，密度1.141.18g/cm3,，漏斗粘度4550s，动切力911Pa.氯化钾提高钻井液抑制性，重

36、晶石加重绒囊钻井液钻进。钻进过程无井漏、井塌、掉块等发生。6月8日与JU2-V井对接，对接井深1961.5m，完钻井深1981.45m，下入139.7mm套管至井深1962m。这是国内第一口大井眼（8 ”）煤层气井，邻井侧钻四次才完成。展示了绒囊提高地层承压能力实例十：煤层气大井眼提高地层承压能力实例十：煤层气大井眼提高地层承压能力绒囊是由聚合物和表绒囊是由聚合物和表面活性剂形成的可变形材面活性剂形成的可变形材料，粒径料，粒径15-150m，以，以60m居多；壁厚居多；壁厚3-10m。可根据井下条件，改变性可根据井下条件，改变性能和形状全面封堵地层漏能和形状全面封堵地层漏失通道。逐渐的高温和低

37、失通道。逐渐的高温和低压膨胀提高封堵能力。我压膨胀提高封堵能力。我们把分散着绒囊的流体叫们把分散着绒囊的流体叫绒囊工作液绒囊工作液Biological electron micrograph of foam, Ahpron, Fuzzy Ball (about1000 times) 为什么效果好？只因一种新型的防漏堵漏材料为什么效果好？只因一种新型的防漏堵漏材料commonfoamFuzzy BallAphrons气核、表面张力降低膜、高粘水层及其固定膜构成了囊泡，由于其间的结合依赖于分子的疏水聚合作用相对稳定。所以通常以整体形式出现，看起来象一个气囊，我们称之为皮球。它主要与防漏堵漏性能有关

38、ball什么是绒囊？先说囊什么是绒囊？先说囊囊泡示意图水溶性改善膜和聚合物及表面活性剂过渡层构成过渡带，主要与胶体流变性有关。它看起来象动物身上的皮毛，形象称为绒毛 ballfuzzy什么是绒毛？什么是绒毛？绒毛意图绒囊与其存在的胶体被称为绒囊工作液绒囊与其存在的胶体被称为绒囊工作液绒囊工作液防漏堵漏有着不寻常的功能绒囊工作液防漏堵漏有着不寻常的功能（1）绒囊在大尺寸漏失通道中，分解液柱压力，而常规封堵材料则形成一堵墙抵抗液柱压力（2）绒囊在尺寸相当漏失通道中，消耗了液柱压力，而常规材料由于粒径匹配无法形成墙（3）绒囊在小尺寸漏失通道表面形成非渗透膜，而常规材料无法在地层表面形成有效封堵墙Th

39、e filling theory of macro-pore and fracture大洞大缝封堵理论大洞大缝封堵理论囊泡随着高温和低压起来越大，堆积成水平放置的锥状体，分解了液柱压力。当作用在前端的压力和地层的压力相等时，流体不再进入地层。而且，由于低剪切速率下的高粘度，使流体静止下来 High fluid pressure我们称之为，分压封堵理论 equalformation pressureLow formation pressure2029rvg 回压0.5 MPa，封堵20目砂粒成功Inert material weighted fluids惰性加重材料浆Free solids fl

40、uids无固相浆dry sand干砂大洞大缝封堵理论大洞大缝封堵理论绒囊在向大小和自己相当的漏失地层通道移 动 中 ， 有 两 种 作用。一是由于Jamin效应，流动阻力提高；另一个是进入了漏失通道绒囊膨胀充填。结合低剪切下的高粘度。实现了防漏堵漏 中洞中缝封堵理论中洞中缝封堵理论我们称之为，耗压封堵理论 回压0.5 MPa，封堵60目砂粒成功Inert material weighted fluids惰性加重材料浆Free solids fluids无固相浆中洞中缝封堵理论中洞中缝封堵理论dry sand干砂dry sand干 砂绒囊体系流向微孔微缝时，凝胶强度由于低剪切速率降低而升高。绒囊

41、吸附在低压入口处。绒囊静止后，表面活性剂和大分子聚合物聚集在一起构成过渡层，进一步增大了凝胶强度，强化膜强度微孔微缝封堵理论微孔微缝封堵理论我们称之为，撑压封堵理论 回压0.5 MPa，封堵80-100目砂粒成功Inert material weighted fluids惰性加重材料浆Free solids fluids无固相浆dry sand干砂dry sand干 砂孔微缝封堵理论孔微缝封堵理论绒囊工作液可以封堵不同渗透率的岩心绒囊工作液可以封堵不同渗透率的岩心9410-3m2绒 囊 体 系可 以 封 堵 任何 渗 透 率 的岩 心 ， 只 不过 是 高 渗 透率 岩 心 侵 入的 深 度

42、大 一些!这些机理可以解释现场使用过程中出现的一些问题！绒囊工作液使用过程中出现的问题及对策绒囊工作液使用过程中出现的问题及对策一、绒囊工作液形态问题绒囊工作液中，聚合物大分子形成绒毛、表面活性剂形成囊核，所有处理剂溶解于水，标准绒囊工作液体系没有固相，是由流体、气体组成的气液两相流。由于所有的处理剂经过室内和现场应用优化，现场配制和常规处理剂一样，无需特殊方法。近年来，为了适用不同的地层，开发了无固相甲酸盐工作流体、氯化钾工作流体以及重晶石加重的加重钻井流体，并在SZ36-1油田修井和煤层气钻井作业中应用名称成核剂成膜剂囊层剂绒毛剂处理剂主要成分阳离子为主、阴离子、非离子表面活性剂复配物阴离

43、子为主、阳离子表面活性剂复配物两种相对分子量分别为20万和30万左右的天然物改性两性离子聚合物复配物天然物改性非离子聚合物，相对分子量500万左右处理剂主要作用发泡。形成绒囊钻井液囊泡的气核楔入。增强囊泡的泡膜强度敏化。形成绒囊层并使之致密吸附。形成绒囊钻井液囊泡的绒毛被包裹的气体被包裹的气体位于整个球形绒囊位于整个球形绒囊的中心，就象是绒的中心，就象是绒囊的囊的“核核”，称为，称为“气核气核”一核一核气核外侧气核外侧表面活性剂，表面活性剂，主要用于降低主要用于降低气液界面张力，气液界面张力，称为称为“表面张表面张力降低膜力降低膜”三膜（三膜（1）紧靠表面张紧靠表面张力降低膜外侧，力降低膜外侧

44、，表面活性剂亲水表面活性剂亲水端的水化作用以端的水化作用以及亲水端间的缔及亲水端间的缔合作用，使水溶合作用，使水溶液粘度远远高于液粘度远远高于连 续 相 ， 称 为连 续 相 ， 称 为“高粘水层高粘水层”二层（二层（1 1）高粘水层外表面，高粘水层外表面，与表面张力降低膜相与表面张力降低膜相对应，在极性作用下对应，在极性作用下吸附表面活性剂，形吸附表面活性剂，形成维持高粘水层高粘成维持高粘水层高粘度的表面活性剂膜，度的表面活性剂膜，称为称为“高粘水层固定高粘水层固定膜膜”三膜（三膜（2）紧密吸附于高粘水紧密吸附于高粘水层固定膜外侧的表面活层固定膜外侧的表面活性剂，在极性的作用下性剂，在极性的

45、作用下成膜。由于此膜亲水基成膜。由于此膜亲水基存在，使得绒囊具有良存在，使得绒囊具有良好水珠溶性，称此膜为好水珠溶性，称此膜为“水溶性改善膜水溶性改善膜”三膜（三膜（3）在水溶性改善膜在水溶性改善膜外侧，由聚合物和表外侧，由聚合物和表面活性剂组成，浓度面活性剂组成，浓度从膜外侧向连续相逐从膜外侧向连续相逐渐降低，没有固定厚渐降低，没有固定厚度 的 松 散 层 ， 称 为度 的 松 散 层 ， 称 为“聚合物和表面活性聚合物和表面活性剂的浓度过渡层剂的浓度过渡层”，简称简称“过渡层过渡层”二层（二层（2）气核、表面张力降气核、表面张力降低膜、高粘水层固定膜低膜、高粘水层固定膜依靠氢键与高粘水层连

46、依靠氢键与高粘水层连接，作用力强，相对稳接，作用力强，相对稳定。因而气核、表面张定。因而气核、表面张力降低膜、高粘水层和力降低膜、高粘水层和高粘水层固定膜通常以高粘水层固定膜通常以一体形式出现，称为一体形式出现，称为“气囊气囊”，是能量聚集，是能量聚集体体气囊在周围环境变化时不易被破坏，与绒囊的封堵特性有关气囊在周围环境变化时不易被破坏，与绒囊的封堵特性有关气囊气囊气囊气囊聚合物和表面活性剂聚合物和表面活性剂依靠敏化作用和分子间作依靠敏化作用和分子间作用力形成水溶性改善膜和用力形成水溶性改善膜和过渡层。与氢键相比，分过渡层。与氢键相比，分子间作用力相对较弱，扩子间作用力相对较弱，扩散作用即可使

47、水溶性改善散作用即可使水溶性改善膜和过渡层的厚度发生改膜和过渡层的厚度发生改变，导致膜层间界限模糊，变，导致膜层间界限模糊，所以合称水溶性改善膜与所以合称水溶性改善膜与过渡层为松散吸附的动态过渡层为松散吸附的动态扩散区，简称扩散区，简称 “松散区松散区”，是流变性控制体是流变性控制体绒囊扩散区在周围环境变绒囊扩散区在周围环境变化时变化，与流动特性有关化时变化，与流动特性有关气囊气囊松散区松散区松散区松散区绒囊工作液使用过程中出现的问题及对策绒囊工作液使用过程中出现的问题及对策二、绒囊工作液的适用地层问题绒囊工作液起源于储层暂堵，即期望能够有效封堵的前提下，通过自身的返排实现暂堵。在这个目标的驱

48、动下，封堵利用地层的流体压力平衡囊泡的分压，利用地层温度加强封堵强度。因此，对于开放地层如表层漏失封堵问题、溶洞型漏失地层，其控制漏失的强度，而无法封死储层。这在FL-H2-L等井得以应用。针对这个问题，我们正在开发绒囊水泥浆，旨在利用绒囊使用水泥浆降低流动速度，进而能够稠化胶结。封堵效果和胶结强度初步评价效果良好绒囊工作液使用过程中出现的问题及对策绒囊工作液使用过程中出现的问题及对策三、现场堵漏方法问题绒囊工作液封堵，是靠气囊的变形、膨胀和绒毛的连结作用实现的。因此，防漏和堵漏工作液的性能是不一样的。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

49、具备与封堵机理相匹配的工作液性能，特别是调整绒毛剂加量。体系初切在10Pa以上，防漏堵漏能力是可以保证的。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 CLH-04H&03H井位于山西省吕梁市柳林县。该井开始使用膨润土聚合物钻井液钻进。钻进过程中44m处漏失，漏速30m3/h，配制核桃皮等大颗粒堵漏浆堵漏后继续钻进；301m处漏失，漏速15m3/h，再次配制堵漏浆封堵成功；372m处漏失，漏速25m3/h，漏失速度大，配制堵漏浆封堵失败，停钻。改用绒囊钻井液。现场配制密度0.91g/cm3绒囊钻井液加

50、入少许锯末打入井内，顺利建立循环，开始钻进。钻进过程中绒囊钻井液平均漏速35m3/h，53h成功完成定向井段328米进尺绒囊工作液使用过程中出现的问题及对策绒囊工作液使用过程中出现的问题及对策四、对液柱压力的反应问题绒囊工作液封堵，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，封堵带支撑力问题。室内PVT实验表明，绒囊工作液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。C22井修井现场试压8MPa；F20井试压14MPa；M80钻井测压2500m比地面增加不足1%。漏失地层挤水泥、固井没有发生过漏失绒囊工作液使用过程中出现的问题及对策绒囊工

51、作液使用过程中出现的问题及对策五、绒囊工作液的返排问题绒囊工作液封堵后，目前有两种观点：一是返排出来，提高渗透率；二是不返排，稳油控水。延平1井使用了破胶技术，破胶后返液清洁。海上修井则不返排，稳油控水自脱壳返排理论开采时间原油产出速率T1T2T3T4T5Q0Q1Q5Q4Q3Q2启动期启动期绕流期绕流期争排期争排期液涌期液涌期清胶期清胶期T0T1T2T3T4T5Q0Q1Q5Q4Q3Q2启动期启动期绕流期绕流期争排期争排期液涌期液涌期清胶期清胶期T0井筒中的绒囊钻井液被提升到地面，井筒液柱压力降低。由于开采过程中的液柱压力低于地层压力，地层中钻井液开始返排。近井壁绒囊开始膨胀，膨胀绒囊与低剪切速

52、率下的高粘度连续相一起，产生足够的返排阻力，即使压差较大，产液也不会流向井筒。这是由于绒囊抗压特征决定的。高孔高渗储层此过程较短，低孔低渗此时间段较长原油产出速率开采时间T1T2T3T4T5Q0Q1Q5Q4Q3Q2启动期启动期绕流期绕流期争排期争排期液涌期液涌期清胶期清胶期T0经过启动期，产液绕过储层岩石颗粒、绒囊进入井筒，与生产压差大小关系未必密切，只要时间足够此现象就会发生。这是由于绒囊钻井液两亲特性决定的。在正压差下，绒囊钻井液一方面与岩石接触较紧密，不会短期内解离；另一方面，绒囊钻井液也不排斥油的进入。看起来是产液绕过了颗粒状物质，因此命名为绕流期。由于产液流向井筒过程中，钻井液或多或

53、少的被带入井筒，地下产液通道进一步打开，原油产出速率增加原油产出速率开采时间T1T2T3T4T5Q0Q1Q5Q4Q3Q2启动期启动期绕流期绕流期争排期争排期液涌期液涌期清胶期清胶期T0争排是绒囊钻井液和原油争相进入井筒。这个时期有可能绒囊钻井液流向井筒占据了主流，也可能原油占据主流。在流动过程中，绒囊摆脱连续相的包围，破壳而入井筒。此时，渗流通道中有钻井液连续相、绒囊和原油，原油受到绒囊的挤压时变少，甚至低于绕流期速率。此时原油产出速率不好确定开采时间原油产出速率排液时间T1T2T3T4T5Q0Q1Q5Q4Q3Q2启动期启动期绕流期绕流期争排期争排期液涌期液涌期清胶期清胶期T0经历争排期后，绒囊完全进入井筒，孔喉的大小受钻井液连续相影响。与封堵时相比，渗流通道进一步打开，产油速度恢复加快，表现为原油大量涌入井筒原油产出速率T1T2T3T4T5Q0Q1Q5Q4Q3Q2启动期启动期绕流期绕流期争排期争排期液涌期液涌期清胶