海坨區(qū)塊高效堵漏體系的優(yōu)化與應(yīng)用

孫威威

（大慶鉆探工程公司鉆井四公司鉆井液分公司，吉林 松原 138000）

0 引言

近年來針對大型漏失、惡性漏失等復(fù)雜地層的堵漏技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究工作，主要集中在堵漏工具的研制、堵漏工藝的優(yōu)化、堵漏材料的制備。堵漏材料主要包括無機(jī)堵漏材料、凝膠堵漏材料、聚合物堵漏材料、機(jī)械堵漏材料等。但是，針對復(fù)雜地層的堵漏，仍存在很大挑戰(zhàn)，多次堵漏的現(xiàn)象時常發(fā)生，堵漏成功率比較低。由于井漏問題導(dǎo)致棄井的現(xiàn)象時有發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失［1-3］。井漏問題是困擾國內(nèi)外石油鉆探開發(fā)的重大工程難題［4-6］。全球井漏發(fā)生的概率占鉆井總數(shù)的25%左右，其中失返性惡性漏失更是占據(jù)了漏失井的50%以上［7-11］。全世界惡性漏失導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失每年高達(dá)幾十億人民幣［12］。堵漏技術(shù)是解決井漏的關(guān)鍵技術(shù)，近年來國內(nèi)外針對井漏問題開展了大量研究，目前的堵漏技術(shù)也有多達(dá)十幾種［13-17］，但是每一種堵漏技術(shù)都有局限性，因此豐富完善堵漏技術(shù)十分必要。

海坨區(qū)塊位于海坨子油田的南部，構(gòu)造為松遼盆地南部中央坳陷，地層破裂壓力較低，存在著垂直、單斜、水平、網(wǎng)狀等天然裂縫，且多為高角度裂縫、垂直裂縫，縫寬約0.3 mm，地層中裂縫的開度分布范圍廣，鉆井深度達(dá)到1627～2152 m時極易發(fā)生滲透性漏失等井漏問題。前期通過不同的封堵技術(shù)，開展了大量的堵漏施工，均沒有取得良好的封堵效果，單井平均漏失量達(dá)到了200 m3，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。針對海坨區(qū)塊的漏失問題，本文制備了一種新型的隨鉆堵漏劑，同時研究了一種新的封堵體系有望解決海坨區(qū)塊漏失問題。對于提高海坨區(qū)塊的勘探開發(fā)進(jìn)程具有非常重要的意義。

1 海坨區(qū)塊漏失簡況

1.1 漏失情況簡介

近期海坨區(qū)塊完成5口井，均出現(xiàn)不同程度井漏，漏失井段1627～2152 m（青山口組），累計(jì)漏失量800 m3左右，并有1口井因井漏引發(fā)嚴(yán)重掉塊，導(dǎo)致劃眼。5口井的漏失情況如表1所示。

表1 海120區(qū)塊5口井漏失情況統(tǒng)計(jì)Table 1 Summary of recent circulation losses in the Hai 120 block

1.2 井漏情況分析

確定易漏井區(qū)漏層性質(zhì)，是預(yù)防及處理井漏成功的關(guān)鍵?，F(xiàn)場主要通過分析法確定漏層性質(zhì)，即井漏發(fā)生后，首先確定漏層位置，并根據(jù)巖性、井深、工況、鉆時、漏失井段長度、井漏程度等判斷漏失性質(zhì)，完井后根據(jù)測井資料結(jié)合鄰井情況，進(jìn)一步深入分析。

1.2.1 發(fā)生井漏的條件

（1）地層中有孔隙、裂縫，使鉆井液具備通行的條件；

（2）地層孔隙中的流體壓力小于鉆井液液柱壓力，在正壓差作用下，發(fā)生漏失；

（3）地層破裂壓力小于鉆井液液柱壓力和環(huán)空壓耗或激動壓力之和，將地層壓裂，發(fā)生漏失。

1.2.2 發(fā)生井漏的原因

（1）鉆井過程中，鉆遇膠結(jié)偏差、孔隙度偏高、滲透率偏高或裂縫發(fā)育地層，易發(fā)生井漏；

（2）鉆井液密度控制不理想，壓漏裸眼井段中較薄弱地層；

（3）下鉆或接單根時，下放速度過快，造成激動壓力，壓漏地層；

（4）鉆井液密度、粘度偏高，導(dǎo)致開泵時激動壓力偏大，壓漏地層；

（5）快速鉆進(jìn)時，洗井效果不理想，巖屑濃度偏高，環(huán)空中有大量巖屑沉積，易將地層壓漏；

（6）井內(nèi)鉆井液靜止時間長，觸變性差，易造成井漏。

1.2.3 漏失層位的判斷

（1）鉆進(jìn)中井漏：鉆開新地層時，井底漏；

（2）分析原來曾發(fā)生過井漏的層段，判別重新漏失的可能性；

（3）根據(jù)地層壓力和破裂壓力的資料對比，最低壓力點(diǎn)是首先要考慮的位置，特別是已鉆過的油、氣、水層及套管鞋附近；

（4）根據(jù)地質(zhì)剖面圖和巖性對比，漏層往往在孔隙、裂隙發(fā)育的位置；

（5）和鄰井相同井段進(jìn)行對照分析。

1.2.4 井漏的類別

根據(jù)現(xiàn)場井漏情況，將井漏問題進(jìn)行了分類，如表2所示。

表2 根據(jù)漏失速度判斷井漏類型Table 2 Determination of the circulation loss type according to the loss rate

1.2.5 不同井段漏失情況判斷

通過分析地層特性，海坨區(qū)塊井漏主要是由于垂直裂縫發(fā)育、鉆井液液柱壓力（鉆井液密度為1.12 g/cm3）＞地層破裂壓力等造成。對不同井段的漏失情況進(jìn)行了匯總，如表3所示。

表3 海120區(qū)塊漏失性質(zhì)分析Table 3 Analysis of the nature of circulation loss in the Hai 120 block

2 隨鉆堵漏劑YTZ的制備及其特點(diǎn)

2.1 材料

纖維素、淀粉、天然高分子木質(zhì)素、氫氧化鈉、增塑劑（聚乙烯醇、聚乙烯乙烯醇共聚物（甘油））、泥炭、pH試紙。

2.2 隨鉆堵漏劑YTZ制備過程

將上述各組分按照質(zhì)量配比混合均勻，40%纖維素，35%淀粉，15%木質(zhì)素和10%增塑劑。使用過氧化二苯甲酰作為引發(fā)劑，在130℃、常壓下反應(yīng)2.5 h，即可獲得天然可降解高分子復(fù)合材料。將該復(fù)合材料作為母料，加工成纖維，在加工過程中應(yīng)除去引發(fā)劑。纖維需在水中漂洗30～60 min。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后可以對制備的隨鉆堵漏劑YTZ定型。

2.3 隨鉆堵漏劑YTZ的使用方式

將隨鉆堵漏劑按照質(zhì)量比加入到鉆井液中。用量控制在1%～3%。確保隨鉆堵漏劑的加入不會影響鉆井液的流變性，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颉?/p>

2.4 隨鉆堵漏劑YTZ的特點(diǎn)

該堵漏劑系改性天然植物高分子復(fù)合材料，具有良好的水溶脹、橋接封堵功能，粘附性強(qiáng)，不受粒徑“匹配”限制，與聚合物鉆井液體系配伍良好。能夠很好地封堵裂縫，具有較高的應(yīng)用價值，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

3 堵漏材料的室內(nèi)封堵性評價

根據(jù)地層特點(diǎn)和前期施工經(jīng)驗(yàn)，通過室內(nèi)試驗(yàn)，對抑制劑、防塌劑、降濾失劑、流型調(diào)節(jié)劑進(jìn)行優(yōu)選，有效改善鉆井液性能并提高穩(wěn)定井壁能力；優(yōu)選防漏堵漏材料，科學(xué)確定復(fù)配比例，以滿足不同漏失性質(zhì)井段的防漏、堵漏施工要求。

3.1 最優(yōu)鉆井液配方優(yōu)選

通過對不同類型助劑的性質(zhì)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合分析，形成了適合海坨區(qū)塊地層特點(diǎn)的防漏堵漏鉆井 液 基 本 配 方：5%膨 潤 土+0.05%純 堿+2%銨鹽+1%腐殖酸類降濾失劑+0.3%聚丙烯酰胺鉀鹽+2%聚脂物+3%瀝青共聚物。

3.2 堵漏材料的性能評價

3.2.1 隨鉆堵漏材料堵漏機(jī)理

隨鉆堵漏技術(shù)適用于鉆進(jìn)過程中漏速較低的情況，主要是在鉆井液中添加顆粒直徑較小的纖維類、可變形顆粒類堵漏材料，在鉆井液柱正壓差的作用下，使堵漏材料在地層孔隙上架橋、填充和封堵，堵塞流體流動通道，達(dá)到堵漏效果。隨鉆堵漏機(jī)理如圖1所示。

圖1 隨鉆堵漏機(jī)理Fig.1 Plugging-while-drilling mechanism

3.2.1.1 YTZ隨鉆堵漏劑

該堵漏劑系改性天然植物高分子復(fù)合材料，具有良好的水溶脹、橋接封堵功能，粘附性強(qiáng)，不受粒徑“匹配”限制，與聚合物鉆井液體系配伍良好。利用QD-2型堵漏裝置進(jìn)行封堵試驗(yàn)，模擬滲漏實(shí)驗(yàn)壓差分別為0.1、0.3和0.69 MPa。在20、40和100目的砂床中進(jìn)行漏速測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，砂床目數(shù)越大，鉆井液的漏速越低。實(shí)驗(yàn)壓差越大，鉆井液的漏速越大。但是基漿中加入YTZ隨鉆堵漏劑后，能夠有效提高鉆井液的封堵能力，并且隨著加量的增多，封堵能力逐步提高。基于長期的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)加入YTZ隨鉆堵漏劑超過2%時會影響鉆井液的流變性，本研究最大量取2%YTZ隨鉆堵漏劑。

圖2 YTZ隨鉆堵漏劑堵漏效果評價Fig.2 Evaluation of plugging effect of YTZ drilling-while-plugging agent

3.2.1.2 復(fù)合植物纖維XA

該堵漏劑主要組成為：改性酰胺聚合水解而成的XA-1型膨脹體、0.1～0.5 mm的核桃殼固體顆粒、適應(yīng)漏層地溫的瀝青LQ-1、通過200目篩網(wǎng)的石灰石顆粒SHF-1。利用QD-2型堵漏裝置進(jìn)行封堵實(shí)驗(yàn)，模擬滲漏試驗(yàn)壓差分別為0.1、0.3和0.69 MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，砂床目數(shù)越大，鉆井液的漏速越低。實(shí)驗(yàn)壓差越大，鉆井液的漏速越大。但是基漿中加入XA后，能夠有效提高鉆井液的封堵能力，并且隨著加量的增多，封堵能力逐步提高。考慮到加入過量的堵漏材料會影響鉆井液的流變性，本研究最大量取2%XA隨鉆堵漏劑。

圖3 復(fù)合植物纖維XA堵漏效果評價Fig.3 Plugging effect evaluation of composite plant fiber XA

3.2.1.3 快速封堵劑KFD

該助劑主要成分為60%～90%膨化稻殼、5%～20%高分子變性纖維素、2%～12%兩性纖維素、4%～20%碳酸氫鈣。利用QD-2型堵漏裝置進(jìn)行封堵實(shí)驗(yàn)，模擬滲漏實(shí)驗(yàn)壓差分別為0.1、0.3和0.69 MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，砂床目數(shù)越大，鉆井液的漏速越低。實(shí)驗(yàn)壓差越大，鉆井液的漏速越大?；鶟{中加入KFD快速封堵劑后，能夠有效提高鉆井液的封堵微裂隙能力，并且隨著加量的增多，封堵能力逐步提高?？紤]到加入過量的堵漏材料會影響鉆井液的流變性，本研究最大量取2%快速封堵劑KFD。

圖4 快速封堵劑KFD堵漏效果評價Fig.4 Evaluation of plugging effect of fast plugging agent KFD

3.2.2 橋接堵漏材料

鉆進(jìn)過程中漏失量較大時，主要采用橋接堵漏技術(shù)進(jìn)行處理。利用多種堵漏材料按照一定配比配制堵漏漿，使固體顆粒堵塞裂縫、孔隙通道，其中剛性顆粒在漏失通道中起架橋和支撐作用，纖維和片狀堵漏劑在剛性顆粒間起連接封堵作用，可變形堵漏劑起填充作用，通過擠壓變形堵塞剛性顆粒、纖維、片狀堵漏劑封堵后的孔隙空間，降低封堵滲透率，達(dá)到堵漏目的，堵漏機(jī)理如圖5所示。

圖5 橋接堵漏機(jī)理示意Fig.5 Bridge plugging mechanism

目前解決海坨區(qū)塊惡性漏失問題的主要方式是應(yīng)用橋接堵漏技術(shù)，涉及到的材料主要為：YTZ隨鉆堵漏劑，快速封堵劑KFD和復(fù)合植物纖維XA。復(fù)配堵漏配方為：5%膨潤土+0.05%純堿+2%銨鹽+1%腐殖酸類降濾失劑+0.3%聚丙烯酰胺鉀鹽+2%聚脂物+3%瀝青共聚物+2%隨鉆堵漏劑YTZ+2%快速封堵劑KFD+2%復(fù)合植物纖維XA。利用QD-2型堵漏裝置進(jìn)行封堵實(shí)驗(yàn)，模擬滲漏實(shí)驗(yàn)壓差分別為0.5、0.75和1.0 MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。結(jié)果表明，砂床目數(shù)越大，鉆井液的漏速越低；實(shí)驗(yàn)壓差越大，鉆井液的漏速越大。但是基漿中加入復(fù)配好的堵漏劑，能夠有效提高鉆井液的封堵微裂隙能力，并且隨著加量的增多，封堵能力逐步提高。考慮到加入過量的堵漏材料會影響鉆井液的流變性，本研究最大量取6%復(fù)配堵漏劑。

圖6 橋接堵漏材料堵漏效果評價Fig.6 Evaluation of plugging effect of bridge plugging materials

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 防漏

鉆進(jìn)過程中發(fā)生井漏是不可避免的，但可通過調(diào)整鉆井液性能進(jìn)行預(yù)防。在鉆井過程中處理井漏問題堅(jiān)持預(yù)防為主的原則，主要包括降低井筒內(nèi)激動壓力、提高地層承壓能力等技術(shù)措施。

4.1.1 保持較低的液柱壓力

根據(jù)施工區(qū)塊地層壓力情況，科學(xué)確定同一裸眼井段所需鉆井液密度，合理控制液柱壓力，避免壓漏。

4.1.2 提高地層承壓能力

對于輕微滲透性漏失井段，進(jìn)入漏層前適當(dāng)提高鉆井液粘度、切力，增大漏失阻力；對于較嚴(yán)重漏失井段，進(jìn)入漏層前在鉆井液中加入堵漏材料，在壓差作用下，堵漏劑進(jìn)入漏失通道，提高地層的承壓能力。

4.1.3 降低鉆井液環(huán)空壓耗和激動壓力

在保證攜帶鉆屑的前提下，盡可能降低鉆井液粘度。鉆井過程中，定期清理沉砂罐，強(qiáng)化固控設(shè)備的使用效果，最大限度清除有害固相。加入瀝青、封堵類助劑，進(jìn)一步改善泥餅質(zhì)量，降低濾失量，防止因井壁泥餅較厚引起環(huán)空間隙較小，導(dǎo)致壓耗增大。快速鉆進(jìn)井段做到早開泵晚停泵，每鉆進(jìn)一單根劃眼1次，確保井眼暢通。易漏井段起下鉆作業(yè)過程中，下鉆到底開泵要上下活動鉆具，并開動轉(zhuǎn)盤，以破壞靜切力，降低循環(huán)壓耗。鉆井液加重時，控制加重速度，并且加量均勻。

4.2 堵漏

井漏發(fā)生后，根據(jù)現(xiàn)場情況，制定“安全、快速、有效”的處理措施，對近井筒漏失通道進(jìn)行有效封堵。

4.2.1 處理井漏的規(guī)程

（1）詳細(xì)掌握并分析井漏發(fā)生的原因，確定漏層位置、類型及漏失程度。

（2）根據(jù)實(shí)際情況，若可強(qiáng)行鉆進(jìn)，盡量鉆穿漏層，避免重復(fù)處理。

（3）合理配制堵漏漿，并通過科學(xué)計(jì)算，確保堵漏材料進(jìn)入漏層近井筒處。

（4）施工過程中要不停地活動鉆具，避免卡鉆。

（5）使用粒徑較大的橋堵材料，要卸掉循環(huán)管線及泵中的濾清器、篩網(wǎng)等，防止憋泵。

（6）憋壓試漏時要緩慢進(jìn)行，壓力不能過大，避免發(fā)生新的誘導(dǎo)性井漏。

4.2.2 處理井漏方法

（1）合理控制密度：研究分析裸眼井段各組地層孔隙壓力、破裂壓力、坍塌壓力、漏失壓力，確定防噴、防塌、防漏的最低鉆井液密度窗口，有效降低井底靜液柱壓力。

（2）合理控制鉆井液粘度、切力，鉆進(jìn)砂泥巖膠結(jié)差的地層發(fā)生井漏時，可通過提高鉆井液粘度、切力，增大鉆井液進(jìn)入漏層的流動阻力控制井漏。下部井段鉆進(jìn)過程中發(fā)生井漏，在保證井壁穩(wěn)定和攜帶與懸浮巖屑的前提下，通過降低鉆井液粘度、切力來減低環(huán)空壓耗和下鉆激動壓力控制井漏。

（3）靜止堵漏：漏失量不大時，將鉆具起出漏失井段或起至技術(shù)套管內(nèi)或?qū)@具全部起出靜止一段時間（一般4～16 h），定時向井內(nèi)灌注鉆井液，防止裸眼井段地層坍塌，通過漏進(jìn)地層的井漿具有觸變性，隨靜切力增加，起到了粘結(jié)和封堵裂縫的作用，從而控制井漏。在發(fā)生部分漏失的情況下，循環(huán)堵漏無效時，在起鉆前替入堵漏鉆井液封閉漏失井段，增強(qiáng)靜止堵漏效果。下鉆時，控制下鉆速度，盡量避開在漏失井段開泵循環(huán)?；謴?fù)鉆進(jìn)后，鉆井液密度和粘切力不宜立即作大幅度調(diào)整，要逐步進(jìn)行，控制加重速度，防止再次發(fā)生漏失。

（4）漏失量較大時，綜合分析漏速、漏層壓力、液面深度和漏層段長、漏層形狀等因素，合理選擇級配和濃度的惰性材料，配成堵漏漿直接注入漏層，在漏失通道中形成“架橋”。

4.3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

通過防漏堵漏鉆井液技術(shù)在海120-21-13井應(yīng)用，成功解決了該井漏失及其引發(fā)的掉塊等情況，鉆井液密度為1.11 g/cm3，施工井順利鉆至設(shè)計(jì)井深。

現(xiàn)場施工配方為：5%膨潤土+0.05%純堿+2%銨鹽+1%腐殖酸類降濾失劑+0.3%聚丙烯酰胺鉀鹽+2%聚脂物+3%瀝青共聚物+2%隨鉆堵漏劑YTZ+2%快速封堵劑KFD+2%復(fù)合植物纖維XA。

現(xiàn)場封堵情況如表4所示?，F(xiàn)場應(yīng)用效果顯示，該堵漏體系可以有效解決海坨區(qū)塊的嚴(yán)重漏失問題，從而滿足鉆井需求，具有良好的應(yīng)用價值。

表4 復(fù)配堵漏劑在海120-21-13井現(xiàn)場應(yīng)用情況Table 4 Usage of the compound plugging agent in Well Hai-120-21-13

5 結(jié)語

（1）本文分析了海坨區(qū)塊易漏井區(qū)漏層性質(zhì)，為預(yù)防及處理井漏問題提供了理論指導(dǎo)。現(xiàn)場主要通過分析法初步確定漏層性質(zhì)，并根據(jù)測井資料結(jié)合鄰井情況，做了深層次的分析。

（2）本文制備了一種隨鉆堵漏劑YTZ，室內(nèi)評價顯示該堵漏劑具有良好的封堵效果，可以有效地解決微裂縫和小裂縫漏失問題。同時優(yōu)選出了與基漿配伍良好的復(fù)合植物纖維XA、快速封堵劑KFD，3種堵漏劑復(fù)配可以有效地封堵嚴(yán)重漏失。從而達(dá)到滿足不同漏失地層的使用需求。

（3）本文研制的堵漏體系配方為：5%膨潤土+0.05%純堿+2%銨鹽+1%腐殖酸類降濾失劑+0.3%聚丙烯酰胺鉀鹽+2%聚脂物+3%瀝青共聚物+2%隨鉆堵漏劑YTZ+2%快速封堵劑KFD+2%復(fù)合植物纖維XA，在海坨區(qū)塊進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)場應(yīng)用顯示，該堵漏體系可以很好地解決海坨區(qū)塊的漏失問題。