獅202井區(qū)裂縫性地層堵漏技術(shù)

屈璠，　韋西海，　吳金星，　劉頑，　薛成，　楊海琳

（1.西部鉆探青海鉆井公司，甘肅敦煌 736202；2.青海油田鉆采工藝研究院，甘肅敦煌736202）

獅202井區(qū)位于柴達(dá)木盆地西部坳陷區(qū)獅子溝-英雄嶺構(gòu)造北端。在N1、E32地層鉆井過程中井漏頻發(fā)，該段地層巖性為灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖及泥灰?guī)r互層分布，漏失嚴(yán)重且無規(guī)律。該井段裸眼段較長，存在不同地層壓力系數(shù)，鹽下存在高壓鹽水層，常存在誘裂性漏失[1]，漏失層位多，且多為失返性漏失，漏失通道特性不一，堵漏難度大。裂縫性漏失采用常規(guī)隨鉆堵漏、橋漿堵漏、靜止堵漏措施效果差，易反復(fù)發(fā)生井漏[2-3]。堵漏成功率低的主要原因是漏層位置、裂縫寬度以及合適堵漏漿的確定，地層存在溢、漏共存現(xiàn)象，這些不確定的因素均有可能導(dǎo)致堵漏難度增加和堵漏失敗[4-5]。

1　井漏特點(diǎn)分析

1.1　地質(zhì)工程概況

獅202井區(qū)已發(fā)生漏失的地層主要有以下幾個(gè)。①鹽上地層，以砂泥巖為主，地層疏松、裂縫較發(fā)育，易發(fā)生井漏，地層壓力系數(shù)為1.0～1.1。②復(fù)合鹽膏層（2 100～4 300 m井段，分布3段鹽巖），主要發(fā)育在上干柴溝組（N1）下段和下干柴溝組（E3）[6-7]，以砂泥巖、鹽巖、膏巖、泥膏巖互層為主，局部斷層發(fā)育，地層壓力系數(shù)為1.2～1.5，極易發(fā)生井漏。③鹽下地層，含大量石膏與芒硝，儲(chǔ)層為泥質(zhì)云灰?guī)r和碎屑巖；地層壓力高，裂縫孔洞發(fā)育，溢漏風(fēng)險(xiǎn)并存，地層壓力系數(shù)為1.59～2.0。④鹽膏層，蠕變性好，為了防止在鹽膏層鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)縮徑而導(dǎo)致卡鉆等復(fù)雜情況，需要提高鉆井液密度來抑制鹽膏層的快速蠕變[8]，因裸眼井段較長，存在多套壓力系數(shù)，安全密度窗口窄，鉆井液密度的提高很容易造成井漏的發(fā)生。

以獅1-3向1井為例。該井井身結(jié)構(gòu)為φ311.2 mm×300 m+φ215.9 mm×2 560 m+φ152.4 mm×3 233 m；套管為φ244.5 mm表層套管×298 m+φ177.8 mm技術(shù)套管×2 558 m+φ127 mm油層套管×（2 260～3 228 m）尾管。該井二開在鉆進(jìn)時(shí)裸眼井段較長，對(duì)工程技術(shù)要求高。

1.2　井漏情況統(tǒng)計(jì)

2015年獅202井區(qū)的2口井發(fā)生鹽間井漏，2口井共漏失了4 076.69 m3鉆井液。獅202井在2 080～2 760 m井段發(fā)生井漏25次，漏失2 070 m3鉆井液，溢流出鹽水11次，循環(huán)排出293 m3鹽水，注水泥塞13次，損失周期45 d，在井深2 760 m處提前完井。獅204井二開（井深2 650 m）鹽間漏失9次，累計(jì)漏失2 061.4 m3鉆井液；水泥漿堵漏7次， 水泥漿用量為109.8 m3， 鉆井周期損失53 d， 采用常規(guī)隨鉆堵漏、橋漿堵漏、靜止堵漏措施效果差。

1.3　漏失通道分析

1）地層主要巖性為鹽巖地層，對(duì)地層巖心進(jìn)行電鏡掃描分析，見圖1和圖2。由圖1和圖2可以看出，地層主要以微裂縫發(fā)育，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)漏失情況，分析認(rèn)為該地區(qū)主要漏失為微裂縫漏失。

圖1　獅23井2 250～2 258 m巖心的電鏡掃描圖

圖2　獅30井2 878～2 887 m巖心的電鏡掃描圖

2）儲(chǔ)層發(fā)育溶蝕孔、晶間孔和裂縫，見圖3～圖6。

圖3　獅24井2 910～2 917 m巖心的電鏡掃描圖

可以看出，圖3中溶蝕孔洞以粒間溶孔為主，粒內(nèi)溶孔其次，孔洞大小在0.01～0.25 mm；圖4中晶間孔以白云石晶間孔為主，間距在0.5～5.0 μm；從圖5和圖6可以看出，巖心中發(fā)育高導(dǎo)縫地層，晚期形成高角度縫、角礫化孔縫。

圖4　獅23井3 011 m巖心的電鏡掃描圖

圖5　獅25井3 015 m巖心切面的電鏡掃描圖

圖6　獅41井3 073～3 075 m巖心切面的電鏡掃描圖

1.4　堵漏難點(diǎn)

①裸眼井段長，漏失層位多，易反復(fù)漏失。二開井段長度在2 200～2 400 m左右，漏層分布多，施工過程中鉆井液的沖刷作業(yè)、起下鉆作業(yè)產(chǎn)生的抽吸作業(yè)、鉆頭剮蹭井壁及開泵時(shí)的激動(dòng)壓力均有可能使進(jìn)入漏層的堵漏材料松動(dòng)或反排，重新發(fā)生漏失。②地層承壓能力低。常規(guī)的橋漿堵漏材料以顆粒架橋填塞為主，不易進(jìn)入漏層，可能直接封門，封死漏層表面，且形成的封堵層在高溫高壓下易破壞，顆粒本身抗壓不足及顆粒間摩擦阻力小，容易反吐[9]。③鹽下存在高壓鹽水，溢漏同層，堵漏施工時(shí)，堵漏漿在進(jìn)入漏失通道過程中易被稀釋，從而濃度下降，導(dǎo)致堵漏失敗。④高壓鹽水層堵漏，鉆井液密度高，堵漏材料相對(duì)密度較低，導(dǎo)致堵漏材料在堵漏漿中逐漸上浮，施工時(shí)間過長會(huì)出現(xiàn)濃度及顆粒分布不均現(xiàn)象，影響堵漏效果[10]。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所采用的常規(guī)隨鉆堵漏、橋漿堵漏、靜止堵漏措施效果差的現(xiàn)象，引入NT系列堵漏材料，以解決目前獅202井區(qū)裂縫性地層漏失難題。該系列堵漏材料具有以下優(yōu)點(diǎn)。①該系列材料主要由樹脂類改性材料以及惰性材料等組成，不受礦化度影響。②相對(duì)常規(guī)堵漏劑不易進(jìn)入漏層，且形成的封堵層在高溫高壓下易破壞，顆粒本身抗壓不足及顆粒間摩擦阻力小，易反吐的問題[11-13]，該系列堵漏材料易進(jìn)入地層，可翻轉(zhuǎn)架橋，在井底高溫高壓條件下可形成高強(qiáng)度的封堵層。③形成的封堵層具有較高的承壓能力，不易復(fù)漏[14-16]。

2　堵漏機(jī)理

NTS片狀顆?？梢苑D(zhuǎn)進(jìn)入漏層，形成的封堵層承壓能力高，顆粒間摩擦阻力大，不易反吐。NTS是一種經(jīng)高壓層壓制造的層片狀橋接堵漏樹脂類合成材料，堅(jiān)硬、薄片顆粒、抗壓能力強(qiáng)，有粗、中、細(xì)3種。NT-DS 是由不同種類的微?；袡C(jī)纖維以及礦物質(zhì)混合而成，NT-2是經(jīng)過特別處理加工的人造纖維，可形成獨(dú)特的彈性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[14]。橋塞堵漏劑SQD-98是由惰性材料和填充劑、支撐劑、助濾劑、懸浮拉筋劑以及酸溶性材料組成，粒度以小于1 mm為主。酸溶性隨鉆堵漏劑GT-1（0.3～0.5 mm）、GT-2（0.5～1.0 mm）、GT-3（1～2 mm）、GT-4（2～3.35 mm）由剛性粒子組成，酸溶率高。

對(duì)于獅202井區(qū)裂縫性漏失，NT系列堵漏劑堵漏機(jī)理主要分為顆粒架橋、鍥入承壓和封門加固3個(gè)階段[15-16]。顆粒架橋階段，片狀顆粒在裂縫孔隙中翻轉(zhuǎn)時(shí)易卡住架橋，為隨后顆粒提供屏障；鍥入承壓階段，在壓差和流速作業(yè)下，不同級(jí)配堵漏顆粒迅速地鍥入、堆積、鍥緊，形成高穩(wěn)壓層；封門加固階段，在近井壁封門加固，進(jìn)一步提高地層承壓能力。

3　室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

3.1　隨鉆堵漏劑NT-DS性能

1）配伍性。將NT-DS與井漿進(jìn)行混合，評(píng)價(jià)其與井漿的配伍性，結(jié)果見表1。從表1可以看出，隨鉆堵漏劑NT-DS對(duì)井漿性能影響較小，能滿足施工要求。

2）封堵性能。在鉆井液中加入不同濃度的堵漏材料，進(jìn)行可視砂床實(shí)驗(yàn)， 測(cè)試其封堵性能， 結(jié)果見表2。從表2可知， NT-DS對(duì)該砂床封堵效果最好， SDL次之， QS-2封堵較差；NT-DS在封堵性上較常規(guī)的封堵材料SDL、 QS-2有明顯優(yōu)勢(shì)。

表1　隨鉆堵漏劑NT-DS對(duì)井漿性能的影響

表2　可視砂床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2　靜態(tài)縫板堵漏實(shí)驗(yàn)

因NT系列堵漏材料昂貴，考慮將其作為主堵漏劑，與獅子溝油田常用堵漏劑進(jìn)行復(fù)配使用。將配制好的堵漏漿注入CDL-Ⅱ堵漏實(shí)驗(yàn)裝置，用不同縫寬的縫板進(jìn)行堵漏實(shí)驗(yàn)，分別在0～7 MPa下靜置10 min后記錄漏失量，結(jié)果見表3，堵漏漿配方如下。

1#井漿 +1%FD-1（細(xì)）+2%FD-2（中粗）+1%QS-2（特細(xì)）

2#井漿 +1%FD-1（細(xì)）+1%SDL+1%QS-2+1%NT-DS

3#井漿 +2%FD-1（細(xì)）+2%FD-2（中粗）+2%QS-2（特細(xì)）+2%FD-3（粗）+2% 單向壓力封閉劑（細(xì)）+2%FD-3（粗）+2%SDL（細(xì)）

4#井漿+2%核桃殼（細(xì)）+4%SQD-98+3%NTS（中粗）+2%GT+2%NT-T+1% NT-DS

5#井漿 +3%FD-1（細(xì)）+3%FD-2（中粗）+3%石灰石粉（細(xì)）+3%FD-3（粗）+3%單向壓力封閉劑（特細(xì)）+2%FD-3（粗）+3%SDL（細(xì)）

6#井 漿 +2%SQD-98（細(xì)）+3%SQD-98（中粗）+2%NTS-S（中粗II型）+2%NTS-S（中粗）+1%GT-1（特細(xì)）+2%GT-2（細(xì)）+2%GT-3（中粗）+4%GT-4（粗）+2%NT-DS +0.2%NT-2

表3　靜態(tài)縫板堵漏實(shí)驗(yàn)

從表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，6組不同配方的堵漏漿7 MPa壓差下都能成功封堵對(duì)應(yīng)的縫板；在相同條件下，加入NT系列堵漏材料的堵漏漿堵漏效果要明顯優(yōu)于加入常規(guī)堵漏材料的堵漏漿。

3.3　高溫高壓動(dòng)態(tài)堵漏實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

按照6#配方配制堵漏漿，在CDL-Ⅱ高溫高壓動(dòng)靜態(tài)堵漏模擬實(shí)驗(yàn)裝置上，在110 ℃下用5～3 mm梯形縫板、鋼珠（φ=7.13 mm）彈子床和圓柱條（φ=4 mm），測(cè)試其堵漏效果，結(jié)果分別見圖7～圖9。

圖7　梯形縫板（5～3 mm）堵漏實(shí)驗(yàn)

圖8　彈子床（φ=7.13 mm）堵漏實(shí)驗(yàn)

圖9　圓柱條（φ=4 mm）堵漏實(shí)驗(yàn)

從圖7看出，該配方可有效封堵梯形縫板（5 mm～3 mm），承壓能力可達(dá)13.34 MPa。從圖8看出，該配方可有效封堵彈子床（φ=7.13 mm），承壓能力可達(dá)11.12 MPa。從圖9看出，該配方可有效封圓柱條（φ=4 mm），承壓能力可達(dá)10.00 MPa。從高溫高壓動(dòng)態(tài)縫板堵漏實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，該配方能封堵住孔隙， 在110 ℃下，承壓能力均達(dá)到了10 MPa以上，可滿足獅202井區(qū)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)要求。

4　堵漏方案設(shè)計(jì)

4.1　堵漏配方

獅202井區(qū)地層裂縫發(fā)育程度不同，其漏失情況不一，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆井液漏失速度設(shè)計(jì)了3種不同配方。

1#（漏速＜10 m3/h）循 環(huán) 漿 +1.0%NT-DS+（2%～3%）NTS（細(xì)）+（1%～3%）核桃殼（0.5～1 mm）+（1%～3%）SDL+（1%～3%）SQD-98， 總 濃度為12%～13%

2#（10 m3/h≤漏速≤30 m3/h）基漿 +2%NTS（細(xì)）+ 3%核桃殼（1～3 mm）+（3%～4%）核桃殼（0.5～1 mm）+1%NT-DS+3%SDL+3%SQD-98， 總濃度為15%～16%

3#（漏速＞30 m3/h）基漿 +3%NTS（中∶細(xì) =1∶2）+（3%～5%）核桃殼（1～3 mm）+（3%～5%）核桃殼（0.5～1 mm）+（1%～2%）NT-DS+3%SDL+5%SQD-98，總濃度在25%左右。

4.2　堵漏工藝

獅子溝202井區(qū)漏失以裂縫性漏失為主， 堵漏施工要點(diǎn)主要有：堵漏材料的粒徑、 級(jí)配要合理， 最大粒徑控制在3 mm左右；堵漏漿濃度高于20%；下鉆至漏層上方盡量接近漏層位置，泵注堵漏漿。

具體施工工序如下：①第1次擠注時(shí)以3～5 L/s以下的排量控制立管壓力在3 MPa以內(nèi)，讓地層盡量多吃入堵漏漿，壓力值小于3 MPa，壓力上升緩慢或不上升時(shí)，擠注時(shí)先以3～5 L/s左右的排量擠入8～10 m3后靜止。靜止 20～30 min以后再擠注，擠入量不超過2 m3（第1次除外），在擠注的過程中，若壓力上升緩慢，擠入0.5～2 m3以后再次靜止20～30 min；若壓力不上升，擠入0.5～2 m3以后靜止60 min；若壓力均勻上升，則繼續(xù)進(jìn)行擠注；壓力上升到5 MPa以上，每次擠入量控制在0.5～1.5 m3。如果5 MPa以內(nèi)壓力擠注時(shí)有困難，可降低排量適當(dāng)增加泵壓進(jìn)行作業(yè)。施工時(shí)要特別注意；發(fā)生破裂時(shí)，立即停泵，防止在該處壓力值發(fā)生地層破裂時(shí)擠入量大，造成地層裂縫增大，影響堵漏效果。壓力每上升1～2 MPa，停泵觀察壓力變化情況，壓力下降較快時(shí)，靜止20～30 min；壓力下降較慢時(shí)，繼續(xù)擠注，但最高壓力不超過8 MPa。壓力下降到6 MPa補(bǔ)壓到8 MPa，補(bǔ)壓5～8 h以后，再開井靜止堵漏4 h以上。具體操作根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。擠注時(shí)擠注量可能較大，根據(jù)擠注情況及時(shí)準(zhǔn)備好堵漏漿量。②開井泄壓時(shí)一定要緩慢，尤其是最后2 MPa，間隔建議在15 min以上，開井后靜止2～3 h，再進(jìn)行循環(huán)驗(yàn)漏；如果泄壓時(shí)溢流過大，返吐量大（大于0.5 m3）而壓力下降緩慢，則進(jìn)行節(jié)流循環(huán)，適當(dāng)提高鉆井液密度（根據(jù)承壓值和循環(huán)壓耗）壓井。

5　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果評(píng)價(jià)

在獅202井區(qū)進(jìn)行了4口井（獅1-3向1井、獅3-2井、獅38-3井、獅41-6-1井）的試驗(yàn)應(yīng)用，堵漏成功率為100%，提高了地層承壓能力，擴(kuò)大了安全密度窗口，滿足后續(xù)施工要求。以獅3-2井現(xiàn)場(chǎng)施工為例。

5.1　獅3-2井漏失情況

獅3-2井是一口三開制直井，井深為3 250 m，三開井眼尺寸為φ152.4 mm，二開技術(shù)套管尺寸為φ177.8 mm，下至井深2 638 m。該井三開鉆進(jìn)至井深2 827 m時(shí)發(fā)生溢流，溢流物為鹽水，實(shí)時(shí)鉆井液密度為2.10 g/cm3，循環(huán)加重鉆井液密度至2.14 g/cm3時(shí)發(fā)生井漏，漏速為1.4 m3/h。停泵靜止觀察，發(fā)生溢流，溢速為10 m3/h，出口鉆井液密度由2.14 g/cm3下降至1.78 g/cm3。

5.2　獅3-2井現(xiàn)場(chǎng)堵漏施工

5.2.1第1次常規(guī)堵漏施工

堵漏配方：20 m3井漿（密度為2.20 g/cm3，黏度為94 s）+3%FD-2（中粗）+2%SDL（隨鉆）+6%石灰石粉+3%FD-1（細(xì)）+4%核桃殼（1～3 mm），總濃度18%。以小排量分多次共擠注6.5 m3井漿，擠注過程中套管壓力最高升至6.5 MPa，數(shù)小時(shí)套壓降至5.9 MPa后不再下降，地層承壓能力提高值當(dāng)量鉆井液密度為0.21 g/cm3。開泵循環(huán)，單凡爾循環(huán)1周井下未發(fā)生漏失，2個(gè)凡爾循環(huán)井下正常，以正常排量循環(huán)時(shí)循環(huán)漿加重，待入口密度到2.18 g/m3時(shí)井下發(fā)生漏失，漏速1.87 m3/h，隨即停泵觀察，靜止期間，井口外溢，外溢物為鹽水，平均溢速是2.31 m3/h。

分析堵漏失敗的原因是由于高壓鹽水層的存在， 堵漏漿進(jìn)入漏層后被鹽水稀釋， 從而使堵漏漿的濃度降低；地層反排壓力較大，將封堵類細(xì)顆粒排出， 而“骨架”類堵漏材料仍然存在， 就形成了細(xì)顆粒被排出后留下的漏失通道，而高強(qiáng)度架橋顆粒楔入地層承壓時(shí)將裂縫張開變寬， 無法閉合， 表現(xiàn)為漏速變大，主要原因是封堵類細(xì)顆粒堵漏材料濃度偏低。

5.2.2第2次承壓堵漏施工

下鉆至井深2 800 m循環(huán)45 min后泵注14.9 m3堵漏漿，泵注堵漏漿過程中漏失0.6 m3；以15 L/s排量替井漿，替井漿6.1 m3，保持鉆具內(nèi)外堵漏漿液面一致，替漿過程中漏失0.2 m3；起鉆至套管內(nèi)后關(guān)井?dāng)D注，以3～5 L/s排量共擠注施工15次，累積擠入井漿8.3 m3，擠注過程中套管壓力最高升至9.3 MPa，穩(wěn)壓2 h后穩(wěn)壓在8.2 MPa，地層承壓能力提高值當(dāng)量鉆井液密度為0.3 g/cm3，達(dá)到2.51 g/cm3滿足下部施工要求。靜止2 h后泄壓，泄壓地層回吐0.5 m3。在套管鞋處開泵循環(huán)未漏，起鉆更換鉆具組合，起鉆灌漿正常。堵漏施工后恢復(fù)鉆進(jìn)，直至完鉆井深3 250 m，井下未發(fā)生漏失。配制的堵漏漿配方如下。

18 m3井漿（密度為 2.21 g/cm3， 黏度為 96 s）+3%核桃殼（1～3 mm）+ 2.5%NTS（中粗）+2.5%NTS（粗）+12%GTBASE+3%SQD-98+2%NT-DS， 總濃度為25%。

5.3　現(xiàn)場(chǎng)承壓堵漏情況

4口試驗(yàn)井的承壓堵漏施工的現(xiàn)場(chǎng)堵漏效果見表4。從表4可以看出，4口井堵漏效果良好，提高了地層承壓能力，擴(kuò)大了鉆井施工密度窗口。

表4　獅202井區(qū)4口試驗(yàn)井的堵漏效果

6　結(jié)論

1.獅202井區(qū)地層以微裂縫發(fā)育為主，儲(chǔ)層發(fā)育溶蝕孔、晶間孔和裂縫，該地區(qū)的漏失主要為微裂縫漏失。該地區(qū)裸眼井段長，漏失層位多，易反復(fù)漏失，地層承壓能力低，鹽下存在高壓鹽水，溢漏同層，采用常規(guī)隨鉆堵漏、橋漿堵漏、靜止堵漏措施難以有效解決。

2.引入NT系列高效堵漏材料，通過室內(nèi)研究形成了高承壓堵漏配方，由不同級(jí)配、不同形狀的堵漏顆粒在裂縫內(nèi)鍥入、堆積，在壓差作用下形成高承壓封堵層，堵漏效果好，承壓能力高，形成了一套適合獅202井區(qū)裂縫性地層堵漏配方及工藝。

3.現(xiàn)場(chǎng)4口井應(yīng)用效果良好，提高了地層承壓能力，擴(kuò)大了鉆井液密度窗口，為下一步鉆井施工提供了安全保障。該堵漏技術(shù)措施在現(xiàn)場(chǎng)成功的應(yīng)用，解決了該地區(qū)裂縫性地層漏失，保證了鉆井工程的安全。