適用于鄂爾多斯盆地天環(huán)塌陷西翼的體膨脹堵漏工藝

李志宏 ， 陳鵬偉 ， 高果成

（1.川慶鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院，西安710018；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安710018）

隴東地區(qū)鄂爾多斯盆地天環(huán)塌陷西翼為長(zhǎng)慶油 田原油主要產(chǎn)建區(qū)， 洛河層漏失嚴(yán)重：①邊底水活躍；②地層不穩(wěn)定；③華池、洛河組地層承壓能力差，其中洛河層地層破裂壓力系數(shù)為1.25～1.40，地層壓力系數(shù)低，為0.85～0.95，深度分布范圍為600～1 250 m；導(dǎo)致每口井都漏失嚴(yán)重，甚至發(fā)生鉆井液失返現(xiàn)象，防漏堵漏難度大，一次堵漏成功率低，處理復(fù)雜時(shí)間較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了該地區(qū)的勘探開(kāi)發(fā)速度[1-6]。結(jié)合聚胺脂PU材料和聚丙烯酸鹽SAP吸水樹(shù)脂的遇水膨脹特性，開(kāi)發(fā)出體膨脹承壓堵漏劑HSW-1[7-9]。因HSW-1遇水膨脹和固化時(shí)間短的特征，研發(fā)出一種定點(diǎn)投送工具，形成體膨脹堵漏工藝，該工藝主要針對(duì)漏失速率為20～100 m3/h的惡性漏失井。通過(guò)室內(nèi)研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，形成了適合鄂爾多斯盆地天環(huán)塌陷西翼的體膨脹堵漏施工工藝，為加快隴東地區(qū)油氣資源開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)保障[10-12]。

1 體膨脹堵漏材料的研究

對(duì)裂縫型漏失利用傳統(tǒng)堵漏方法的成功率低，難以有效封堵，因此優(yōu)選出體膨脹承壓堵漏劑HSW-1，HSW-1在現(xiàn)場(chǎng)條件下可順利膨脹結(jié)網(wǎng)，架橋成塞，對(duì)后期成功堵漏形成先決條件，然后注水泥塞封堵。將HSW-1配制成漿液，用投送工具將其灌入地層或縫隙內(nèi)，使其擴(kuò)散、膠凝或固化，以達(dá)到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體的目的。通過(guò)對(duì)HSW-1的研究，有針對(duì)性地進(jìn)行了性能及堵漏機(jī)理的分析。

1.1 體膨脹承壓堵漏劑原材料

體膨脹承壓堵漏劑原材料有：①水溶性膨脹體P，主要成分為端基含有過(guò)量游離異氰酸根基團(tuán)（—NCO）的高分子化合物和聚丙烯酸鹽SAP吸水樹(shù)脂；②催化劑S，加速漿液與水的反應(yīng)；③稀釋劑T，降低漿液的黏度，提高漿液的流動(dòng)性；④乳化劑W，提高催化劑在漿液中的分散性及漿液在水中的分散性；⑤增強(qiáng)劑G，水泥基膠凝材料-鋁酸鈣水泥，提高堵漏劑的承壓能力。

1.2 配方優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

體膨脹承壓堵漏劑HSW-1配方組成如下。

（65%～80%）P+（0.05%～0.10%）S+（10%～20%）T+1%W+10%G

為了尋找堵漏劑的最佳性能，在原有生產(chǎn)工藝不變的情況下，通過(guò)調(diào)整5種原材料的配比，調(diào)配出4個(gè)配方A、B、C、D，并對(duì)4個(gè)平行樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1）漿液相對(duì)密度實(shí)驗(yàn)。采用比重瓶法來(lái)測(cè)量相對(duì)密度。配方A、B、C、D的相對(duì)密度為1.216、1.196、1.181、1.183?？梢钥闯?，配方A、B、C、D中稀釋劑依次遞增，隨著稀釋劑摻量遞增，相對(duì)密度總體上呈下降趨勢(shì)。從灌漿材料角度來(lái)看，相對(duì)密度越接近1，材料的流動(dòng)性就越好，因此可知C配方較優(yōu)。

2）漿液體積膨脹率。按高吸水性樹(shù)脂GB/T 22875—2008“吸水率測(cè)定方法”進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：漿液體積膨脹率均在500%～800%，C配方漿液膨脹率最大。

表1 不同組成的漿液體積膨脹率對(duì)比

3）漿液的膠凝時(shí)間。4種不同配比的膠凝時(shí)間測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 不同配比漿液的4種配方的膠凝時(shí)間

表3 體膨脹承壓堵漏劑（HSW-1）耐溫能力和承壓能力

從表2可以看出,漿液的膠凝時(shí)間為2～6 min，從防水堵漏施工角度考慮，堵漏劑膠凝時(shí)間太長(zhǎng)，不易將水堵住，C配方漿液膠凝時(shí)間合適。從表3可以看出，C配方在60、80、100、120 ℃溫度下，24 h強(qiáng)度最大，C配方在40 ℃時(shí)，強(qiáng)度也可以達(dá)4.45 MPa,滿足后期施工要求。從表2，表3可以得知，優(yōu)選C配方。

1.3 模擬流動(dòng)性漏失堵漏效果評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)裝置

該裝置的作用是對(duì)鉆井過(guò)程中各動(dòng)水條件下的惡性漏失（漏失速率為20～100 m3/h且堵漏材料無(wú)法滯留），進(jìn)行固井法堵漏前的實(shí)驗(yàn)室模擬評(píng)價(jià)，其能夠?qū)λ玫亩侣┎牧霞捌潴w系的堵漏效果進(jìn)行前期的實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)。裝置簡(jiǎn)圖和實(shí)物圖見(jiàn)圖1和圖2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖1 堵漏評(píng)價(jià)裝置簡(jiǎn)圖

圖2 堵漏評(píng)價(jià)裝置實(shí)物圖

該裝置可以定性評(píng)價(jià)堵漏劑堵漏效果。從圖3可以得知，堵漏劑在模擬井筒中，建立了一定結(jié)構(gòu)體，出水口水流速度變慢，逐漸停止流動(dòng)。

圖 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2 投送工具的研究

體膨脹堵漏技術(shù)是通過(guò)體膨脹送入工具將HSW-1擠注在環(huán)空及漏層裂縫中，使其在進(jìn)入漏失通道后與水即產(chǎn)生反應(yīng)，生成滯流體，延緩漏失速度。由于體膨脹材料與地層水反應(yīng)后架橋成網(wǎng)，在液柱壓力下逐步堆積，最終形成緊密堆積的強(qiáng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的聚合物，相互黏接填孔，以至在孔隙或細(xì)裂縫中成網(wǎng)、成餅、成塞，最終形成一種“凸”形塞子，有效地封堵孔隙或裂縫，膠凝強(qiáng)度不斷增加，使漏層承壓能力逐漸變大，從而達(dá)到堵漏的目的。

2.1 投送工具結(jié)構(gòu)

投送工具示意圖見(jiàn)圖4。

圖 4 投送工具示意圖

體膨脹堵漏劑送入工具組件包括：盲板浮鞋、循環(huán)短節(jié)、膠塞座、安全接頭以及與之配套使用的專用膠塞等。盲板浮鞋和循環(huán)短節(jié)連接在套管串的最下端，中間隔有6根特殊管；膠塞預(yù)裝于膠塞座內(nèi)，膠塞座下端與特殊管通過(guò)螺紋連接，上端則通過(guò)剪釘與安全接頭連接，安全接頭與φ127 mm鉆桿相連接。在井口將盲板浮鞋+循環(huán)短節(jié)+6根特殊管連接好后，灌裝堵漏材料進(jìn)入特殊管，然后連接膠塞座+安全接頭，體膨脹堵漏劑送入工具通過(guò)φ127 mm鉆桿下入井筒內(nèi)的設(shè)計(jì)位置。

2.2 投送工具工作原理

堵漏材料填裝于特殊管管串之中，特殊管管串的上下分別連接有膠塞座和盲板浮鞋，用以將禁水怕潮的堵漏材料與鉆桿及井筒內(nèi)的鉆井液相隔絕，因體膨脹承壓堵漏劑遇水膨脹容易堵塞循環(huán)通道，所以必須設(shè)計(jì)水泥漿的循環(huán)通道——循環(huán)短節(jié)。盲板浮鞋和循環(huán)短節(jié)的作用不同，盲板浮鞋主要用于循環(huán)體膨脹承壓堵漏劑，盲板浮鞋開(kāi)啟壓力為15 MPa， 循環(huán)短節(jié)主要用于循環(huán)水泥漿，循環(huán)短節(jié)開(kāi)啟壓力為5 MPa。體膨脹堵漏劑送入工具入井后，每下10柱鉆桿灌漿一次，直至鉆具下入完畢。工具到達(dá)設(shè)計(jì)位置后，鉆桿內(nèi)與井筒均灌漿，至完全灌滿。關(guān)閉環(huán)空封井器，單泵單凡爾開(kāi)泵，泵壓至15 MPa時(shí)盲板浮鞋打開(kāi)，繼續(xù)單凡爾推注膠塞，堵漏劑從浮鞋處流出，泵入約0.4 m3液體時(shí)，注意觀察泵壓，一旦起壓，則為膠塞到達(dá)循環(huán)短節(jié)封閉座位置，及時(shí)停泵。此時(shí)等待3 min，堵漏材料與鉆井液充分反應(yīng)，然后上提鉆具，起出堵漏劑送入工具。

如果在下入過(guò)程中遇到井控風(fēng)險(xiǎn)，則直接接入方鉆桿，循環(huán)壓井；如果堵漏材料充分反應(yīng)后上提鉆具遇阻，則直接投球，銅球到位后憋壓至25 MPa，安全接頭丟手，堵漏送入工具與鉆具脫離，可將鉆具安全起出，堵漏送入工具所有零件均為鋁合金材質(zhì)，易鉆，將工具及附件鉆除后可進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。

2.3 應(yīng)急處置措施

1）下送入鉆具過(guò)程中如果發(fā)生鉆具內(nèi)掉落物，要及時(shí)匯報(bào)，起出鉆具，清理落物。

2）下送入鉆具時(shí)，必須按要求及時(shí)灌漿，鉆具和環(huán)空內(nèi)均灌漿。

3）送入鉆具遇阻，上下活動(dòng)處理時(shí)，拉力或壓縮力均應(yīng)控制在抗拉強(qiáng)度范圍內(nèi)，并保持安全系數(shù)不小于1.50。

4）在推注堵漏材料出堵漏送入工具時(shí)，膠塞在循環(huán)短節(jié)循環(huán)堵頭處碰壓，如果替量已夠，但未碰壓，應(yīng)停泵，防止鉆井液將堵漏材料沖散。

5）如果在下入過(guò)程中，遇到井控風(fēng)險(xiǎn)，則直接接方鉆桿，循環(huán)壓井。

6）如果堵漏材料充分反應(yīng)后上提鉆具遇阻，則直接投球，銅球到位后憋壓至25 MPa，安全接頭丟手，堵漏送入工具與鉆具脫離，可將鉆具安全起出，堵漏送入工具所有零件均為鋁合金材質(zhì)，易鉆，將工具及附件鉆除后可進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。

7）及時(shí)收集資料，特別是在異常情況下的施工過(guò)程要記錄清楚。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

彭291-77井是鄂爾多斯盆地天環(huán)塌陷西翼一口定向采油井，地理位置為寧夏自治區(qū)固原市彭陽(yáng)縣城陽(yáng)鄉(xiāng)澇池村，漏失層位為洛河層，漏失位置為井深1 241 m。

1）前期堵漏情況。鉆進(jìn)至井深1 241 m時(shí)，注水泥塞堵漏失敗。

2）體膨脹堵漏施工工藝。連接體膨脹堵漏送入工具：盲板浮鞋+循環(huán)短節(jié)+特殊管5根+φ139.7 mm套管1根；再灌裝堵漏劑345 L，堵漏工具送入到位；關(guān)封井器，打開(kāi)盲板浮鞋，排量為300 L/min，壓入液體750 L，壓力從12 MPa減低到0，盲板浮鞋打開(kāi)。注推體膨脹承壓堵漏劑，排量為150 L/min，擠注壓力為1.5 MPa，泵入量至330 L后，碰壓3 MPa，停泵；封井器打開(kāi)，上提鉆具25 m，關(guān)封井器；水泥車打壓，從5 MPa降低到0，循環(huán)短節(jié)打開(kāi)，間歇擠注500 L，擠注壓力為5 MPa。注入常規(guī)密度水泥漿8 m3，候凝8 h，下鉆探塞，水泥塞位置為井深1 128 m，堵漏成功。

4 結(jié)論

1.體膨脹承壓堵漏劑遇水膨脹率高（500～800倍），承壓能力可達(dá)11 MPa（7 MPa條件下），耐溫120 ℃，固化時(shí)間為2～6 min。結(jié)合定點(diǎn)投送工具，對(duì)惡性漏失井的堵漏效果明顯，成功通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

2.定點(diǎn)投送工具在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程中的壓力參數(shù)與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)完全吻合，工具安全可靠，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要定點(diǎn)投送和定位候凝的目的，提高堵漏成功率。

3.對(duì)于長(zhǎng)慶油田鄂爾多斯盆地天環(huán)塌陷西翼的漏失井，漏失速率為20～100 m3/h，體膨脹承壓堵漏劑作為先導(dǎo)漿，在漏失層形成結(jié)構(gòu)承壓體，避免漏失點(diǎn)動(dòng)水沖刷。架橋成塞，對(duì)后期的注水泥塞堵漏形成先決條件，為加快隴東地區(qū)油氣資源開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)保障。

參 考 文 獻(xiàn)

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