塔中碳酸鹽巖儲層惡性井漏治理現(xiàn)狀及對策淺析

陳 柳，劉 翔，洪英林，向朝剛，王衛(wèi)陽

（1.塔里油田分公司塔中油氣開發(fā)部，新疆庫爾勒841000；2.四川省重點實驗室，四川廣漢618300；3.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，四川廣漢618300）

塔中奧陶系碳酸鹽巖油氣藏屬于超深縫洞型碳酸鹽巖凝析氣藏，是塔中主要開發(fā)的油氣田。該區(qū)碳酸鹽巖儲層為裂縫、巖溶孔洞和洞穴構(gòu)成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)孔隙系統(tǒng)，鉆井過程中常出現(xiàn)失返性漏失、放空性漏失以及“溢漏同層”等復(fù)雜現(xiàn)象。該區(qū)塊31口漏失井統(tǒng)計結(jié)果表明，漏失以目的層井漏為主，占統(tǒng)計漏失井的90%，累計漏失5.89m3，占全部漏失量的93.34%，平均單井目的層漏失2172.36m3，其中放空井占50%，如某14-3H、某441-H6、某441-H3以及某14-H5出現(xiàn)不同程度地放空，其中某14-H5井在6358.41～6906.86m放空7.34m，發(fā)生惡性漏失，累計漏失鉆井液7076.1m3，因堵漏無效提前完鉆。目前塔中惡性井漏問題未得到良好的解決，儲層惡性漏失已成為制約了塔中碳酸鹽巖油氣藏勘探開發(fā)的瓶頸。因此，認(rèn)識塔中碳酸鹽巖儲層井漏特征，分析塔中儲層井漏治理難點，探索提高塔中堵漏成功率途徑具有重要的意義[1-4]。

1 塔中碳酸鹽巖儲層惡性井漏特征及治理現(xiàn)狀

1.1 塔中碳酸鹽巖儲層惡性井漏特征

塔中奧陶系碳酸鹽巖孔洞縫發(fā)育，是油氣主要的滲濾通道與儲集空間。鉆井過程中井漏頻繁，常發(fā)生失返性井漏、放空和溢流等，井漏治理難度大，堵漏成功率低。表1統(tǒng)計結(jié)果表明塔中碳酸鹽巖惡性漏失層位主要分布在上奧陶統(tǒng)良里塔格組和中下奧陶統(tǒng)鷹山組，漏失井段從5000～7000m左右；其漏失類型主要縫洞型漏失以及洞穴性漏失，在空間規(guī)模上呈現(xiàn)“串珠”地震反射。圖1為縫洞型漏失通道成像測井圖。圖2為縫洞型儲層地震剖面圖，其中水平段A點地震響應(yīng)特征為中強串珠地震反射，B點地震反射為弱片狀地震反射，鉆遇B的漏失情況較鉆遇A的漏失情況通常更為嚴(yán)重。在此類井段鉆進時，鉆遇串珠狀反射地層，均會鉆遇不同程度的放空井段，且漏失量大。

圖1 裂縫/縫洞型漏失通道成像測井圖

1.2 塔中碳酸鹽巖儲層惡性井漏治理難點分析

塔中碳酸鹽巖儲層漏失通道的復(fù)雜性決定堵漏難度大。主要表現(xiàn)在以下幾點：

（1）塔中碳酸鹽巖屬于非均質(zhì)巖溶伴生的縫洞系統(tǒng)，宏觀—微觀多尺度結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且應(yīng)力擾動下裂縫動態(tài)寬度變化呈現(xiàn)出的“呼吸效應(yīng)”，導(dǎo)致選擇堵漏材料顆粒級配難準(zhǔn)確把握以及對形成的“封堵隔墻”的抗壓強度、膠結(jié)強度與回彈性能提出高要求，而目前橋塞堵漏技術(shù)難很實現(xiàn)以上要求。

（2）碳酸鹽巖漏失通道壁面光滑，且大部分被流體充填，導(dǎo)致架橋顆粒難以在壁面駐足形成穩(wěn)固的封堵層，而且堵漏漿進入漏層快速與地層流體置換導(dǎo)致堵漏漿有效濃度降低。

（3）目前塔中多采用多串珠水平井的方式直抵儲層，而水平井更易溝通碳酸鹽巖非均質(zhì)巖溶伴生的縫、洞或者洞穴，形成復(fù)雜的漏失通道系統(tǒng)，從而導(dǎo)致惡性漏失、放空性漏失以及溢漏同存等復(fù)雜井漏問題[5-7]。

圖2 串珠狀地震反射剖面圖

表1 惡性漏失井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計

1.3 塔中碳酸鹽巖儲層惡性井漏治理現(xiàn)狀

針對塔中目的層惡性漏失，目前主要采用降鉆井液密度與精細(xì)控壓鉆井相結(jié)合方式鉆進，盡可能減少漏失量，沒有更好更有效地防漏堵漏措施減少漏失量和減少鉆井液對儲層的傷害，在實際鉆井開發(fā)中，很多井因鉆遇溶洞而出現(xiàn)嚴(yán)重放空現(xiàn)象，被迫提前完鉆。如表2所示，部分井雖采取了現(xiàn)有惡性井漏堵漏措施，包括橋塞堵漏技術(shù)、投球堵漏技術(shù)、雷特堵漏技術(shù)、凝膠堵漏技術(shù)等，但效果不理想。如塔中區(qū)塊某井以密度1.15g/cm3的鉆井液鉆進至產(chǎn)層井段6031.2～6045.5m時，鉆遇大裂縫和大孔洞，井漏失返，鉆桿內(nèi)外鉆井液液面在井口以下250～300m處，前期采用堵漏劑濃度45%～53%并以雷特超強堵漏劑和雷特酸溶性堵漏劑為主的橋塞堵漏漿進行了8次堵漏作業(yè)，空靜液面由298m減低到90m，漏速由失返性漏失降低到14.5m3/h；后期通過投球設(shè)備投入19mm樹脂堵漏球10萬顆，再配合堵漏劑濃度50%的高濃度橋塞堵漏漿漏后漏速降低至12.5m3/h，該井段共漏失密度1.15g/cm3的鉆井液和堵漏漿4000m3。，累計漏失量達4000m3。由此可見，現(xiàn)有堵漏技術(shù)在提高靜液，減少漏速方面具一定的效果，但堵漏次數(shù)多，累計漏失量大，一次堵漏成功率低。

2 探索治理塔中碳酸鹽巖儲層惡性井漏新方法

2.1 現(xiàn)有堵漏技術(shù)局限性

橋塞堵漏技術(shù)常選用多粒徑的顆粒材料，復(fù)配纖維狀和片狀材料，配制成一定濃度和配比的橋塞堵漏漿，注入漏層，以顆粒堆積原理，調(diào)節(jié)堵漏材料的粒徑配比和濃度，通過橋堵材料的架橋、填充作用堵塞漏失通道，此方法為石油行業(yè)最主要的承壓堵漏方法，塔中儲層井漏堵漏技術(shù)也主要以此類堵漏材料及其配套堵漏技術(shù)為主[7-9]。

橋塞堵漏材料局限性主要體現(xiàn)在以下幾方面：其一，橋塞堵漏通過物理堆積的方式形成封堵層，顆粒粒徑難以與復(fù)雜漏失通道尺寸相匹配。物理堆積方式形成的封堵層與裂縫壁面膠結(jié)強度弱，承壓能力低，易返吐造成復(fù)漏。其二，現(xiàn)有橋塞堵漏材料大多由天然礦物類材料和天然植物類材料復(fù)合而成，而天然礦物類堵漏材料由于密度過大，配漿易沉導(dǎo)致堵漏漿中堵漏材料有效濃度偏低，抗壓強度低，易崩解破碎、封門或淺層封堵；而天然植物類堵漏材料密度過低，配漿易漂浮且在高溫環(huán)境下易發(fā)生高溫變質(zhì)（如碳化、降解等）失去其力學(xué)性能，核桃殼、棉籽殼以及纖維在高溫環(huán)境下均發(fā)生不同程度的碳化降解軟化的變質(zhì)特征。

表2 塔中井漏治理工藝及漏失情況

2.2 探索治理惡性井漏新技術(shù)

針對井下惡性漏失問題，綜合運用巖石力學(xué)、流體力學(xué)及泥漿化學(xué)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論和實驗方法，深入研究惡性漏失的成因及堵漏原理，設(shè)計并研發(fā)新型堵漏材料和特種井下堵漏工具，形成有效解決惡性漏失的實用技術(shù)。

2.2.1 化學(xué)固化材料復(fù)配新型橋接材料形成“隔絕式”封堵帶治理嚴(yán)重井漏

為解決傳統(tǒng)橋塞堵漏材料依靠物理堆積方式形成的封堵層與裂縫壁面膠結(jié)強度弱、承壓能力低、易返吐造成復(fù)漏等問題，有待研發(fā)出固化劑或者熱固性樹脂材料，這種固化材料與惰性堵漏材料具有良好配伍性，通過調(diào)整配方可在地層多溫度條件下膠結(jié)固化，并能根據(jù)需要調(diào)節(jié)固化時間。將這種固化材料與上述新型承壓堵漏材料混合復(fù)配，作為一種新型橋塞承壓堵漏漿注入漏層，在擠注堵漏作業(yè)過程中，前期依靠新型承壓堵漏材料在漏失通道架橋、填充形成堵塞段，具備一定的承壓能力，隨著候堵時間延長，固化劑或者熱固性樹脂在地層溫度作用下逐漸膠凝固化，將新型承壓堵漏材料顆粒全部膠結(jié)固化成一個整體，同時與漏失通道的巖石表面粘結(jié)在一起，提供后期承壓堵漏能力。交接固化成一個整體后的流動阻力顯著增強，很難被擠入地層或者返吐回井筒，可大幅減少頻繁性復(fù)漏現(xiàn)象和卸壓后大量返吐現(xiàn)象，其堵漏原理如圖3所示。

圖3 隔絕式封堵原理

2.2.2 抗高溫高啟動壓力聚合物凝膠段塞帶治理嚴(yán)重井漏

目前凝膠堵漏劑由于其抗溫能力、抗水沖稀能力以及啟動壓力低等原因?qū)е露侣┬Ч患?。借助“結(jié)構(gòu)流體流變學(xué)”與“超分子化學(xué)”研發(fā)抗高溫聚合物凝膠，所研制的凝膠堵漏劑需具有以下特性：（1）抗高溫可達到150℃以上，滿足超深井惡性井漏堵漏需要；（2）強剪切稀釋特性，有利于泵送和進入漏層后滯留；（3）具有很好的粘彈性，且彈性比例高，能過喉道膨脹、占據(jù)和充滿整個縫洞空間，能形成將地層流體與井筒完全隔斷的段塞。靜止后要使其移動必須克服足夠的彈性阻力；（4）與水混合后不影響其成膠能力。

2.2.3 采用膨脹波紋管“補疤”技術(shù)對隔絕將漏失通道隔離方法處理井漏失

研發(fā)一種特殊封隔短套管，彌補現(xiàn)有波紋管技術(shù)的不足。該短套管內(nèi)部裝有剪切銷釘和倒齒，以水力壓力剪斷銷釘后短套管膨脹，之后不需要滾子整形器的多次機械膨脹；以卡瓦式倒齒做支撐提供強大抗外擠強度，保證不會擠壓變形造成后續(xù)卡鉆事故；以螺紋連接，改變現(xiàn)場焊接質(zhì)量難以保證的現(xiàn)狀。

該短套管下端裝有可鉆性引鞋和球座，上端裝有丟手裝置，通過投球憋壓膨脹后緊貼在井壁上，其本體上裝有裸眼封隔器部件，提供密封隔離能力。相對于波紋管的管串結(jié)構(gòu)（下堵頭及下過渡接頭+下封隔器+波紋管+上封隔器+上堵頭+倒扣螺母及提拉桿），該短套管結(jié)構(gòu)明顯簡化，現(xiàn)場入井時安裝簡便。

3 結(jié)論

（1）塔中碳酸鹽巖惡性井漏治理成功率低主要原因為漏失通道復(fù)雜性、水平井布井方式以及基于“架橋理論”形成的系列傳統(tǒng)堵漏技術(shù)及工藝的局限性。

（2）現(xiàn)有橋塞堵漏技術(shù)治理的不足主要體現(xiàn)橋塞堵漏通過物理堆積的方式形成封堵層膠結(jié)強度弱，承壓能力低以及高溫環(huán)境下易發(fā)生高溫變質(zhì)（如碳化、降解等）失去其力學(xué)性能。

（3）提出了諸如研制新型化學(xué)固化材料、抗高溫高啟動壓力聚合物凝膠段塞以及采用膨脹波紋管“補疤”技術(shù)對等新方法和新工藝解決惡性井漏問題。

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