隨鉆堵漏劑含量對裂縫性灰?guī)r承壓能力的影響

李軍偉 (長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100；中海油田服務(wù)股份有限公司，河北 燕郊 065201)

馬夢 (長江大學(xué)期刊社，湖北 荊州 434023)

楊鴻波，馬德新 (中海油田服務(wù)股份有限公司，河北 燕郊 065201)

隨鉆堵漏劑含量對裂縫性灰?guī)r承壓能力的影響

李軍偉 (長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100；中海油田服務(wù)股份有限公司，河北 燕郊 065201)

馬夢 (長江大學(xué)期刊社，湖北 荊州 434023)

楊鴻波，馬德新 (中海油田服務(wù)股份有限公司，河北 燕郊 065201)

漏失造成地層承壓能力低是裂縫性灰?guī)r鉆井面臨的主要問題，隨鉆堵漏是解決該問題的有效方式。隨鉆堵漏劑的含量與提高地層承壓能力的數(shù)量關(guān)系是確定鉆井液密度范圍和固井液柱壓力、保障井壁穩(wěn)定和固井質(zhì)量的關(guān)鍵。針對裂縫性灰?guī)r開展了隨鉆堵漏劑對承壓能力影響的試驗(yàn)研究。研究表明，隨鉆堵漏劑含量越高，地層承壓能力增強(qiáng)；地層壓力越高，隨鉆堵漏對提高地層承壓能力的效果越強(qiáng)；孔隙度越大，隨鉆堵漏對提高地層承壓能力的效果越弱。該技術(shù)應(yīng)用在米桑油田灰?guī)r鉆井過程中，提高地層承壓壓力0.27～0.34g/cm3，有效解決了卡鉆、卡儀器和固井質(zhì)量不合格等問題，為同類井作業(yè)提供借鑒。

隨鉆堵漏劑含量；裂縫性灰?guī)r；承壓能力；米桑油田

提高地層承壓能力技術(shù)能較好地防范井漏、擴(kuò)大安全密度窗口，利于鉆井施工，并對快速安全鉆進(jìn)、優(yōu)質(zhì)固井以及儲(chǔ)層保護(hù)具有重要意義[1～4]?；?guī)r地層承壓堵漏是鉆井施工的難題，國內(nèi)外為此開展了一系列研究，分析了地層承壓能力的影響因素，建立了裂縫性漏失壓力、裂縫溝通壓力和裂縫擴(kuò)展壓力等計(jì)算模型，探索了各種堵漏配方針對不同漏失的封堵效果，揭示了鉆井液堵漏阻止誘導(dǎo)裂縫延伸并提高裂縫重啟壓力的作用機(jī)理等[5～10]。這些研究提高了對灰?guī)r地層堵漏的認(rèn)識(shí)并探索了不同配方采用靜止堵漏的效果，但都未能確定隨鉆堵漏劑含量與提高地層承壓能力的關(guān)系。筆者通過試驗(yàn)研究總結(jié)了米桑油田下部灰?guī)r地層鉆井堵漏劑含量與提高地層承壓能力的數(shù)量關(guān)系，經(jīng)過實(shí)踐應(yīng)用擴(kuò)大了鉆井液密度窗口，實(shí)現(xiàn)了順利作業(yè)，為隨鉆堵漏作業(yè)提供了借鑒。

1 基本情況及鉆井難點(diǎn)

米桑油田群位于伊拉克東南部米桑省。地質(zhì)構(gòu)造為NW-SE走向的長軸背斜，處于扎格羅斯低角度褶皺帶，儲(chǔ)層段為白堊紀(jì)地層。油田8in井段地層壓力系數(shù)為1.08，地層最高溫度110℃，最大埋深3800m。該井段地層自上而下分別為古近系的Jeribe組到白堊系Nahr Umer組，厚1430m，其中古近系的Jeribe組至Kirkuk組，巖性以灰?guī)r、白云巖為主，中白堊統(tǒng)Shiranish組至Mishrif組，為易坍塌的泥晶灰?guī)r。

圖1 返出的藍(lán)灰色及灰褐色泥巖掉塊

進(jìn)一步分析漏失特征發(fā)現(xiàn)，主要漏失層位為Kirkuk和Mishrif層，漏失層位具有較低的GR(自然伽瑪)值和相對規(guī)則的井徑，漏失時(shí)使用的泥漿密度最高為1.30g/cm3，室內(nèi)實(shí)測米桑油田最小水平地應(yīng)力1.70～1.80g/cm3，遠(yuǎn)低于裂縫延伸壓力2.40g/cm3，90%以上的漏失井均可通過減小排量、降低密度和泵注堵漏泥漿的方式成功實(shí)現(xiàn)堵漏，表現(xiàn)出較強(qiáng)的正相關(guān)性，這些特征都符合裂縫性漏失特征。取心發(fā)現(xiàn)地層巖心發(fā)育有垂向和縱向微裂縫，綜合判斷該井漏失類型為裂縫性漏失。

圖2 米桑油田壓力預(yù)測剖面

2 試驗(yàn)設(shè)備與原理

隨鉆堵漏產(chǎn)生的非生產(chǎn)時(shí)間較少，因而發(fā)生井漏后優(yōu)先選擇隨鉆堵漏方式。筆者為確定隨鉆堵漏劑含量與提高地層承壓能力的數(shù)量關(guān)系，開展了試驗(yàn)研究。該試驗(yàn)設(shè)備采用中國石油大學(xué)(華東)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室自行研制的巖心動(dòng)態(tài)堵漏測試儀進(jìn)行試驗(yàn)(見圖3和圖4)，該設(shè)備主要由鉆井液循環(huán)系統(tǒng)、漏失試驗(yàn)筒和加溫系統(tǒng)3部分組成。試驗(yàn)基本原理如圖5所示。首先將含堵漏劑的鉆井液經(jīng)第1通道對巖心進(jìn)行堵漏，當(dāng)?shù)?通道漏失量明顯降低后，打開第2通道，完成鉆井液在巖心端面的堵漏過程，堵漏成功后，用基漿換含堵漏劑的鉆井液進(jìn)行承壓能力測試，即關(guān)閉第2通道，使用輔助裝置使基漿經(jīng)第一通道對封堵后的巖心進(jìn)行穿透試驗(yàn)。

圖3 巖心動(dòng)態(tài)堵漏測試儀 圖4 基漿穿透輔助裝置

圖5 堵漏試驗(yàn)原理圖

3 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)設(shè)定相同孔隙度條件下巖石的滲透率相同?，F(xiàn)場巖心縫寬為0.3～1.7mm。鑒于現(xiàn)場巖心數(shù)量有限，取露頭灰?guī)r和白云巖標(biāo)本，加工成標(biāo)準(zhǔn)巖心(見圖6)，制成0.5、1和1.5mm縫寬的人造裂縫，可代表實(shí)際巖石裂縫。

根據(jù)裂縫性灰?guī)r地層的堵漏經(jīng)驗(yàn)，選用由果殼、鋸末、云母片和谷殼末等惰性材料和添加劑復(fù)配成復(fù)合堵漏劑。為確定堵漏劑與裂縫的匹配性，堵漏試驗(yàn)前用光學(xué)顯微鏡對堵漏劑的粒徑進(jìn)行測試，其粒徑大約在1.5～2.0μm(見圖7)。

圖6 露頭巖心標(biāo)準(zhǔn)試樣

圖7 堵漏劑粒徑分析結(jié)果

4 試驗(yàn)結(jié)果

部分巖心堵漏試驗(yàn)后結(jié)果如圖8所示?？梢钥闯觯芽p越寬充入巖石的堵漏劑越多，堵漏劑沿裂縫延伸距離越遠(yuǎn),這也意味著裂縫越寬堵漏對地層承壓能力的提高效果越不明顯。

從堵漏結(jié)果(見表1)可以看出，對裂縫性漏失地層，堵漏后地層的承壓能力不僅與圍壓有關(guān)，而且與裂隙孔隙度有很大關(guān)系。首先根據(jù)結(jié)果對堵漏后地層承壓能力的影響因素進(jìn)行單因素回歸：

圖8 試驗(yàn)巖心結(jié)果圖

1)同一堵漏劑不同含量(分別為10%、20%和30%)、不同裂縫寬度(用裂隙孔隙度表示)下承壓能力隨圍壓(井深)變化曲線如圖9～圖11所示。由圖9～圖11可以看出，同一堵漏劑含量，同一裂隙孔隙度下，承壓能力與圍壓呈較好的指數(shù)關(guān)系，即隨著圍壓增大，地層承壓能力增加；裂隙孔隙度越大，地層承壓能力相對較低。

2)同一裂隙孔隙度、不同堵漏劑含量下承壓能力隨圍壓(井深)變化曲線如圖12～圖14所示。由圖12～圖14可以看出，同一堵漏劑含量，同一裂隙孔隙度下，承壓能力與圍壓呈較好的指數(shù)關(guān)系，即隨著圍壓增大，地層承壓能力增加；堵漏劑含量越高，承壓能力越大，當(dāng)堵漏劑含量由20%提高至30%時(shí)，地層承壓能力明顯提高，而且在低裂隙孔隙度下增加幅度顯著，如當(dāng)裂隙孔隙度為2.55%時(shí)，地層承壓能力約增加5MPa。

表1 灰?guī)r堵漏結(jié)果表

圖9 堵漏劑含量10%時(shí)，地層承壓能力隨裂隙孔隙度、圍壓變化規(guī)律 圖10 堵漏劑含量20%時(shí)，地層承壓能力隨裂隙孔隙度、圍壓變化規(guī)律

圖11 堵漏劑含量30%時(shí)，地層承壓能力隨裂隙孔隙度、圍壓變化規(guī)律 圖12 裂隙孔隙度2.55%時(shí)，地層承壓能力隨堵漏劑含量、圍壓變化規(guī)律

圖13 裂隙孔隙度5.10%時(shí)，地層承壓能力隨堵漏劑含量、圍壓變化規(guī)律 圖14 裂隙孔隙度7.64%時(shí)，地層承壓能力隨堵漏劑含量、圍壓變化規(guī)律

3)同一堵漏劑含量、不同圍壓(井深)下承壓能力隨裂縫孔隙度變化曲線如圖15～圖17所示，由圖15～圖17可以看出，承壓能力隨裂隙孔隙度呈指數(shù)遞減。

圖15 堵漏劑含量10%時(shí)，地層承壓能力隨裂隙孔隙度、圍壓變化規(guī)律 圖16 堵漏劑含量20%時(shí)，地層承壓能力隨裂隙孔隙度、圍壓變化規(guī)律

由以上的單影響因素分析結(jié)果可以看出，堵漏后，巖心的承壓能力與裂隙孔隙度，圍壓等有著密切的關(guān)系。為更加清楚地表現(xiàn)三者之間的關(guān)系，將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了二元回歸，即在堵漏劑含量一定的情況下，分析裂隙孔隙度以及圍壓對地層承壓能力的影響。

設(shè)x1為裂隙孔隙度，x2為圍壓，y為承壓能力，堵漏劑含量為10%時(shí)，二元回歸結(jié)果為：

y=15.484exp(-22.246x1)+0.374exp(0.078x2)

堵漏劑含量為20%時(shí)，二元回歸結(jié)果為：

y=14.479exp(-16.961x1)+0.488exp(0.074x2)

堵漏劑含量為30%時(shí)，二元回歸結(jié)果為：

y=22.620exp(-26.374x1)+1.998exp(0.045x2)

5 應(yīng)用

圖17 堵漏劑含量30%時(shí)，地層承壓能力隨裂隙孔隙度、圍壓變化規(guī)律

應(yīng)用上述回歸結(jié)果，結(jié)合米桑油田不同區(qū)域的壓力、孔隙度對所需隨鉆堵漏劑含量進(jìn)行預(yù)測，并依據(jù)預(yù)測結(jié)果確定堵漏劑含量。由圖18可以看出，BUCN-52井3000～3100m為主要易漏失段，若在該段漏失后，采用堵漏劑含量為30%的鉆井液進(jìn)行堵漏，堵漏后地層的承壓能力增加約為0.27g/cm3。由具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果(見表2)可知，F(xiàn)QCS-27井與BUCN-52井類同，堵漏劑含量需要達(dá)到30%，對于裂隙孔隙度偏小的AGCS-24井堵漏劑填加至10%以上即可實(shí)現(xiàn)成功堵漏。采取上述堵漏技術(shù)之后，該井段固井沒有再出現(xiàn)漏失，固井質(zhì)量測量的聲幅值由之前的30%以上降低至20%以下，達(dá)到了固井質(zhì)量要求。

表2 米桑油田部分井堵漏后地層承壓能力統(tǒng)計(jì)表

6 結(jié)論及建議

1)通過試驗(yàn)可以評估隨鉆堵漏劑含量與地層承壓能力的關(guān)系，擴(kuò)大鉆井液密度窗口，增強(qiáng)工程可行性。

圖18 BUCN-52井地層承壓能力縱向剖面圖

2)隨鉆堵漏劑含量越高，地層承壓能力增強(qiáng)；地層壓力越高，隨鉆堵漏對提高地層承壓能力的效果越強(qiáng)；孔隙度越大，隨鉆堵漏對提高地層承壓能力的效果越弱。

3)給定的堵漏劑含量與地層承壓能力關(guān)系適用于裂縫性灰?guī)r地層。

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[編輯] 洪云飛

2016-12-28

中海油總公司重點(diǎn)科研項(xiàng)目(CNOOC-KJ 125 ZDXM 12 LTD YF 2013-01)。

李軍偉(1976-)，男，碩士生，高級工程師，現(xiàn)主要從事鉆井技術(shù)方面的研究工作；通信作者，馬夢，499351810@qq.com。

TE282

A

1673-1409(2017)05-0027-07

[引著格式]李軍偉，馬夢，楊鴻波，等.隨鉆堵漏劑含量對裂縫性灰?guī)r承壓能力的影響[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2017,14(5)：27～33.