化學(xué)凝膠堵劑承壓堵漏技術(shù)在順北3井的應(yīng)用

方俊偉， 呂忠楷， 何仲， 李圓， 于培志

順北區(qū)塊位于塔里木盆地北部坳陷中西部，其中順北1斷裂帶近期部署的6口井均獲高產(chǎn)油氣流，表明順北區(qū)塊具有良好的油氣勘探前景，近幾年已成為中石化西北油田分公司增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要區(qū)塊。由于二疊系火成巖裂縫發(fā)育，承壓能力弱[1-3]，鉆井時(shí)普遍發(fā)生井漏，井漏復(fù)雜的處理嚴(yán)重影響了順北區(qū)塊的鉆井速度。同時(shí)，下套管施工過程中，水泥漿返高較低，導(dǎo)致中途完鉆固井質(zhì)量普遍較差。因此要求鉆穿二疊系地層后進(jìn)行承壓堵漏作業(yè)[4-5]。目前現(xiàn)場(chǎng)采用橋漿、水泥漿及復(fù)合堵漏等方式進(jìn)行承壓堵漏，一次堵漏成功率低，堵漏周期較長[6]。室內(nèi)研究了一種化學(xué)凝膠堵劑，其具有稠化時(shí)間可調(diào)（4～20 h）、滯留能力強(qiáng)、承壓能力強(qiáng)（24 h可達(dá)12 MPa以上）、密度可調(diào)（0.8～2.25 g/cm3）等特點(diǎn)，在順北3井二疊系地層進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，應(yīng)用效果良好，一次堵漏成功，地層承壓能力當(dāng)量密度達(dá)到1.55 g/cm3，滿足設(shè)計(jì)要求，成功地解決了順北3井二疊系的漏失問題。

1 順北3井概況

1.1 工程概況

順北3井是位于塔里木盆地順托果勒低隆北緣構(gòu)造的一口勘探井，設(shè)計(jì)井深為7 804 m，目的層為奧陶系中統(tǒng)鷹山組，井身結(jié)構(gòu)見表1。二開長裸眼井段鉆遇白堊系、三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系等多套地層，其中二疊系井深在4 437～4 845 m，厚度為408 m，二疊系火成巖裂縫發(fā)育，地層破碎、膠結(jié)性差，承壓能力弱，在進(jìn)行固井施工作業(yè)時(shí)，因漏失常常造成水泥漿返高不夠，嚴(yán)重影響固井質(zhì)量，因此要求在鉆穿二疊系之后進(jìn)行承壓堵漏作業(yè)[7-9]。

表1 順北3井井身結(jié)構(gòu)

1.2 漏失情況

順北3井二疊系鉆進(jìn)期間，共發(fā)生了6次井漏，井深分別在4 525、4 577、4 585、4 750、4 768、4 850 m處，雖然采取多種堵漏方式進(jìn)行堵漏施工，但還是累計(jì)漏失942.13 m3鉆井液（其中含堵漏漿338.15 m3）。為提高二疊系承壓能力，現(xiàn)場(chǎng)先后采用橋漿堵漏及水泥漿堵漏工藝，其中水泥漿硬度較大，在施工中可能會(huì)出現(xiàn)新井眼；橋漿堵漏材料在高溫高壓下長時(shí)間浸泡易水化變軟變形，導(dǎo)致反復(fù)漏失的現(xiàn)象[10]。因此為了有效地提高二疊系承壓堵漏效果，開展了化學(xué)凝膠堵劑承壓堵漏技術(shù)的研究，在順北3井二疊系井段進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

2 化學(xué)凝膠堵劑承壓堵漏技術(shù)

2.1 承壓堵漏原理

化學(xué)凝膠堵劑承壓堵漏漿是由多種特殊納米級(jí)材料配制而成，主要包括懸浮劑XF-1、交聯(lián)劑GJ-1、成膠劑CJ-1、堵漏劑DL-1和緩凝劑HN-1等組成，命名為HND-1。該堵漏漿容易進(jìn)入地層，在地層溫度和壓力的作用下，各組分之間發(fā)生不同程度的物理、化學(xué)反應(yīng)，充分發(fā)揮各組分之間的最佳協(xié)同效應(yīng)。HND-1漿體在進(jìn)入漏失通道一定深度時(shí)，先發(fā)生滯留、堆積、架橋、填充加固，然后形成封堵率高、填充加固能力強(qiáng)的承壓封堵帶，從而提高了漏失地層的膠結(jié)能力及封堵承壓能力，達(dá)到了承壓堵漏的目的。

HND-1技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：①針對(duì)水泥漿稠化時(shí)間不易控制、常規(guī)的化學(xué)堵漏漿稠化時(shí)間短的難點(diǎn)，采用了一種低分子量聚合物作為緩凝劑，HN-1是一種由甲基硅油改性而成的有機(jī)硅醇類產(chǎn)品，該分子能延緩化學(xué)凝膠堵劑的交聯(lián)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)交聯(lián)時(shí)間可調(diào)的特點(diǎn)。②“多元協(xié)同封堵”大幅提高地層的承壓能力，首先大分子交聯(lián)劑形成的致密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)起到架橋封堵作用，然后小分子成膠劑與交聯(lián)劑分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)一步封堵地層，最后無機(jī)顆粒狀堵漏劑填充小間隙，加固封堵層（如圖1所示）。 “多元協(xié)同封堵”形成封堵率很高、填充加固能力強(qiáng)的承壓封堵帶，大幅提高漏失地層的承壓能力。

2.2 化學(xué)凝膠堵漏漿性能評(píng)價(jià)

在實(shí)驗(yàn)室模擬漏失井下地層溫度、壓力條件，評(píng)價(jià)HND-1漿體的稠化時(shí)間、固結(jié)強(qiáng)度及與井漿的配伍性能。

圖1 化學(xué)凝膠堵劑“多元協(xié)同封堵”原理圖

HND-1漿體配方為：水＋8% XF-1+2%GJ-1+（8% ～ 12%） CJ-1+（8% ～ 10%） DL-1+2% 流 型調(diào)節(jié)劑+（0.6%～1.5%） HN-1

2.2.1 稠化時(shí)間

為了保證施工安全，在進(jìn)行化學(xué)凝膠堵劑堵漏施工時(shí)，注完堵漏漿后，需上提鉆具至堵漏漿液面之上進(jìn)行憋壓擠注作業(yè)，因此需要控制堵漏漿的稠化時(shí)間，防止出現(xiàn)“灌香腸” 、“插旗桿”等井下復(fù)雜的發(fā)生[11]。室內(nèi)模擬地層溫度和壓力，進(jìn)行了HND-1漿體的稠化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2。由表2可知，化學(xué)凝膠堵劑漿體的稠化時(shí)間在4～20 h可控，能夠滿足不同漏失層堵漏的安全施工要求。

表2 HND-1漿體的稠化性能

根據(jù)鄰井的井溫資料，確定順北3井二疊系的地層溫度為90 ℃，HND-1漿體密度為1.25 g/cm3。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇4#配方進(jìn)行了稠化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖2。由圖2可知，該配方的稠化時(shí)間為8 h，完全可以滿足稠化時(shí)間不小于4 h的堵漏設(shè)計(jì)要求。

2.2.2 固結(jié)強(qiáng)度

在90 ℃、20 MPa下，考察了HND-1漿體固結(jié)物強(qiáng)度隨時(shí)間的變化，結(jié)果見表3。由此可知，化學(xué)凝膠堵漏漿固化后，12 h內(nèi)強(qiáng)度可達(dá)到5 MPa以上，16 h內(nèi)可達(dá)到8 MPa以上，24 h內(nèi)強(qiáng)度可達(dá)到12 MPa以上，可以滿足承壓4.5 MPa以上的堵漏設(shè)計(jì)要求。

圖2 順北3井HND-1漿體稠化曲線

表3 HND-1漿體固結(jié)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化

2.2.3 與井漿的配伍性

采用化學(xué)凝膠堵劑漿體4#配方，考察了化學(xué)凝膠堵劑與現(xiàn)場(chǎng)井漿混合后的成膠效果實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4。由表4可知，井漿對(duì)化學(xué)凝膠堵漏漿的成膠性能基本沒影響，表明化學(xué)凝膠堵劑與井漿的配伍性很好，滿足現(xiàn)場(chǎng)承壓堵漏要求。

表4 HND-1漿體與井漿混合后的成膠效果

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

順北3井實(shí)鉆二疊系井段為4 437～4 845 m，二疊系火成巖裂縫發(fā)育，地層破碎、承壓能力弱，鉆井時(shí)發(fā)生6次井漏，現(xiàn)場(chǎng)采用橋接、水泥漿堵漏方法共進(jìn)行9次堵漏，均未見明顯效果。后采用化學(xué)凝膠堵漏承壓技術(shù)，成功封堵住漏失層位，承壓值不小于4.5 MPa，滿足了正常鉆進(jìn)的要求。

3.1 堵漏施工過程

化學(xué)凝膠堵劑漿配方：根據(jù)鄰井的井溫資料，確定順北3井二疊系地層溫度為86.8～91.5 ℃，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)確定采用4#配方。堵漏漿密度為1.25 g/cm3，稠化時(shí)間為8 h，固化強(qiáng)度達(dá)12 MPa。

為確?；瘜W(xué)凝膠承壓堵漏順利進(jìn)行，防止憋壓擠注過程出現(xiàn)大的漏失，在化學(xué)凝膠堵漏漿頂部補(bǔ)充濃度為38%的橋漿，橋漿配方為：井漿+3%核桃殼（中粗）+3%核桃殼（細(xì)）+3%SQD-98（粗）。

施工過程：①擠注堵漏漿：下光鉆桿至井深4 850 m處，小排量開泵循環(huán)，泵入30 m3濃度為38%的橋漿，隨后注35 m3化學(xué)凝膠堵劑入井，替44.5 m3井漿，保證環(huán)空堵漏漿充滿二疊系井段，鉆桿內(nèi)預(yù)留10 m3，防止起鉆過程中井漿污染化學(xué)凝膠堵劑。②關(guān)井憋壓候凝：起鉆至套管內(nèi)（井深3 570 m），關(guān)井憋壓進(jìn)行擠注堵漏漿作業(yè)，累計(jì)泵入7 m3堵漏漿，施工最高泵壓為5.36 MPa，停泵后壓力穩(wěn)定在5 MPa，候凝10 h。③掃塞試壓：掃塞至原井深（5 991.16 m），未發(fā)生漏失。隨后提鉆至套管內(nèi)關(guān)井憋壓驗(yàn)堵，試壓5 MPa，30 min壓力降至4.8 MPa后穩(wěn)定，壓降為0.2 MPa，符合工程設(shè)計(jì)要求，承壓值不小于4.5 MPa，達(dá)到二疊系承壓堵漏施工要求[12-13]。

3.2 承壓堵漏效果

順北3井替漿到位后，開始關(guān)井憋壓擠注作業(yè)，采用間歇式憋壓擠注工藝，經(jīng)過5次作業(yè)。憋壓過程及變化情況見表5。

表5 順北3井二疊系憋壓過程及變化情況

4 結(jié)論與建議

1.化學(xué)凝膠堵劑具有稠化時(shí)間在4～20 h內(nèi)可調(diào)、24 h強(qiáng)度可達(dá)12 MPa以上、密度在0.8～2.25 g/cm3之間可調(diào)等特點(diǎn)，可根據(jù)地層的漏失程度及承壓要求，調(diào)整承壓堵漏漿的稠化時(shí)間和承壓強(qiáng)度。

2.化學(xué)凝膠堵劑屬于納米級(jí)材料，既能封堵滲透性漏失，又能提高裂縫性和溶洞型漏失地層的承壓能力，特別適合長裸眼段地層的承壓堵漏施工。

3.在順北3井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，根據(jù)掃水泥塞和試壓情況，化學(xué)凝膠堵劑承壓效果良好，停泵立壓5 MPa，30 min后壓降0.2 MPa，二疊系當(dāng)量密度達(dá)到1.55 g/cm3，滿足了后續(xù)鉆井施工要求。

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