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

2、工程博士学位 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

3、漏失通道看，可以分为两大类 地层存在后天漏失通道 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

4、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）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

5、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

6、，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、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 distrib

7、ution 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

8、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 quelques 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

9、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，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

10、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 （po

11、re and throat network model and its application to the optimal selection of temporary plugging particles） 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

12、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

13、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

14、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

15、 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

16、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

17、，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

18、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

19、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

20、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，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

21、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

22、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，

23、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 working air and mist drilling 可循环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

24、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 working aerated 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

25、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

26、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 气 井 防 漏 堵 漏 的 工

27、 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 fluid 150 water based fuzzy ball drilling fluid 120 water based fuzzy ball ahead fluid 120 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。现带

28、 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 0 2 6 5 0 2 7 0 0 2 7 5

29、0 2 8 0 0 5 01 0 01 5 02 0 02 5 0 视平移 垂深 垂直投影图 k o p = 2 6 6 0 m k = 3 1 / 3 0 m 91.29 a b 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。

30、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：

31、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：2010.5.31-2010.6.6 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

32、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 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

33、气钻井 high pressure water unstable gravel easily-hydrated shale low pressure coalbed 简述： 2011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

34、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

35、, 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 . 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 perforation fuzzy ball in first cement slurry in

36、 last re-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 cbl common lost circulation material na1-56-56 cbl fuzzy 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

37、， 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：2011.6.1-8 2011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

38、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

39、) 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 common foam fuzzy ball aphrons 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 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 ball fuzzy 什么是绒毛？什么是绒毛？ 绒毛意图 绒囊与其存在的胶体被

40、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 the 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

41、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 equal formation pressure low formation pressure 2 0 2 9 r vg 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 fluids 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

42、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

43、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 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

44、！ 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 阴离子为主、 阳离子表面活 性

45、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

46、面张紧靠表面张 力降低膜外侧，力降低膜外侧， 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

47、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

48、” 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

49、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

50、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

51、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

52、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

53、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 t1 t2t3t4t5 q0 q1 q5 q4 q3 q2 启动期启动期 绕流期绕

54、流期 争排期争排期液涌期液涌期清胶期清胶期 t0 t1 t2t3t4t5 q0 q1 q5 q4 q3 q2 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 t1 t2t3t4t5 q0 q1 q5 q4 q3 q2 启动期启动期绕流期绕流期

55、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 t1 t2t3t4t5 q0 q1 q5 q4 q3 q2 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

56、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 t1 t2t3t4t5 q0 q1 q5 q4 q3 q2 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 t1 t2t3t4t5 q0 q1 q5 q4 q3 q2 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 绒囊钻井液由连续相和绒囊组