延長(zhǎng)油田西部地區(qū)隨鉆堵漏技術(shù)研究與應(yīng)用
——以X241井為例

張文哲，王 波，李 偉，侯云翌.

(1.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075；2.陜西省二氧化碳封存與提高采收率重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710075)

1 地質(zhì)工程概況

井漏是鉆井過(guò)程中常見(jiàn)的井下復(fù)雜情況之一，它不僅會(huì)耗費(fèi)鉆井時(shí)間，損失泥漿，而且有可能引起卡鉆、井噴、井塌等一系列復(fù)雜情況，甚至導(dǎo)致井眼報(bào)廢，造成重大經(jīng)濟(jì)損失[1]。延長(zhǎng)油田勘探開(kāi)發(fā)區(qū)域位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，油田部分區(qū)域在鉆井過(guò)程中存在低壓、易漏失層，根據(jù)區(qū)域鉆井情況表明，靖邊、吳起、定邊、西區(qū)等西部采油廠鉆井中時(shí)常發(fā)生井漏，漏速在5～60 m3/h不等，漏失嚴(yán)重時(shí)泥漿失返導(dǎo)致井塌甚至掩埋鉆具造成填井側(cè)鉆，嚴(yán)重影響鉆井周期、增加鉆井成本。由統(tǒng)計(jì)資料可知，延長(zhǎng)西部地區(qū)鉆井中漏失最普遍的是砂巖地層的滲透性漏失及微裂縫漏失，漏速一般在12 m3/h以內(nèi)，發(fā)生頻繁、漏失反復(fù)，堵漏措施采取不當(dāng)時(shí)易引起裂縫性井漏。為此，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究建立多孔滲濾介質(zhì)和微裂縫模型，優(yōu)選堵漏材料類(lèi)型與材料組合，建立隨鉆堵漏配方及鉆井液體系，可解決延長(zhǎng)西部油田鉆井施工中遇到的低壓漏失層、高滲透地層及裂縫地層漏失嚴(yán)重及反復(fù)漏失問(wèn)題，并對(duì)油層起到暫堵作用，達(dá)到保護(hù)產(chǎn)層目的[2-4]。

2 隨鉆防漏堵漏配方室內(nèi)研究

2.1 配伍性實(shí)驗(yàn)

鉆井作業(yè)中鉆遇地層漏失時(shí)往往需要在鉆井液體系中加入堵漏材料，而地層鉆進(jìn)時(shí)又需要鉆井液體系的性能保持穩(wěn)定，因此，保證堵漏材料與鉆井液體系的配伍性對(duì)保障地層安全鉆進(jìn)達(dá)到防漏、堵漏目的起到關(guān)鍵的作用。本文使用延長(zhǎng)油田鉆井作業(yè)中常用的聚合物鉆井液體系作為基礎(chǔ)體系1(3%鈉膨潤(rùn)土+0.5%Na2CO3+2%LV-CMC+0.8%KPAM+1.2%KPT+1.5%銨鹽+2%潤(rùn)滑劑)，加入所建立的隨鉆堵漏劑配方，經(jīng)80 ℃熱滾1 6h后測(cè)試其性能變化。

從測(cè)試結(jié)果可知，加入堵漏材料后鉆井液體系失水量由5.6 mL增加至6.8 mL變化較小，黏度和切力均在性能可控的范圍內(nèi)小幅變化，說(shuō)明堵漏劑對(duì)鉆井液體系的影響較小、配伍性較好。

2.2 砂床漏失模擬實(shí)驗(yàn)

2.2.1 實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)滲透性漏失地層特點(diǎn)及鉆井液在巖心中的線性流動(dòng)情況，將天然巖心簡(jiǎn)化為數(shù)根毛管組成的理想巖心模型(如圖1所示)?？梢?jiàn)，鉆井液中堵漏及封堵材料能否進(jìn)入孔隙，在近井壁端形成內(nèi)外泥餅封堵地層孔隙、裂縫，是堵漏漿降低流動(dòng)壓力的關(guān)鍵[5-7]。

表1 堵漏配方與鉆井液體系的配伍性測(cè)試結(jié)果Table 1 The Compatibility test results

圖1 模擬滲透性漏失的毛管束模型Fig.1 Capillary bundle model

因此，筆者以不同目數(shù)的石英砂為填充介質(zhì)模擬高滲地層，通過(guò)使用單封堵漏劑DF、隨鉆堵漏劑SD及低滲透堵漏劑LCD進(jìn)行防漏堵漏配方建立和優(yōu)化，形成高效的防漏堵漏鉆井液配方。

2.2.2 40～60目砂床堵漏實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

本文實(shí)驗(yàn)以SY/T 5840—2007 鉆井液用橋接堵漏材料室內(nèi)試驗(yàn)方法、Q/SH 0277—2009 橋接堵漏液高溫高壓封堵能力評(píng)價(jià)推薦方法等標(biāo)準(zhǔn)制定實(shí)驗(yàn)方法[8]。

以40～60目(0.425～0.250 mm)石英砂作為填充介質(zhì)為例，500 mL泥漿在0.7 MPa壓力下全部漏失實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果為6s，則漏速V1=83.33 mL/s≈0.30 m3/h。已知，砂床堵漏儀漏失橫截面面積A1=18 cm2，以215.9 mm大小井眼為例，井底橫截面積為A2。

則：

A2/A1=20.34

對(duì)應(yīng)井底的實(shí)際漏速V2=V1×20.34=6.10 m3/h。

因此，以40～60目石英砂為填充介質(zhì)可模擬漏速小于6 m3/h的鉆井漏失情況，經(jīng)過(guò)中壓砂床實(shí)驗(yàn)和高壓砂床實(shí)驗(yàn)，篩選評(píng)價(jià)堵漏配方并建立堵漏鉆井液體系。

使用延長(zhǎng)油田鉆井作業(yè)中常用的聚合物鉆井液體系，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化研究，加入所建立的隨鉆防漏堵漏配方?；A(chǔ)體系1為：3%鈉膨潤(rùn)土+0.5%Na2CO3+2%LV-CMC+0.8%KPAM+1.2%KPT+1.5%銨鹽+2%潤(rùn)滑劑，加入堵漏劑后的配方如表1所示。

表2 40～60目砂床堵漏實(shí)驗(yàn)配方Table 2 40～60 mesh sand bed plugging formula

在0.7 MPa壓力下作用30 min后測(cè)量堵漏漿在砂床中的侵入深度和侵入量。

圖2 不同配方在40～60目砂床侵入量與侵入深度變化Fig.2 Intrusion amount and intrusion depth of 40～60 mesh sand bed

由圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，未加入堵漏材料前的1#配方鉆井液侵入60 mL、侵入深度6.5 cm，加入纖維類(lèi)和細(xì)顆粒堵漏材料DF、SD、LCD后鉆井液侵入量和侵入深度均呈現(xiàn)一定程度的降低，至6#配方(基礎(chǔ)體系1+3%DF+1%SD+3%LCD)時(shí)鉆井液侵入量為10 mL，侵入深度僅為1 cm，大大降低了鉆井液在該類(lèi)地層中的漏失。 這是因?yàn)榧?xì)顆粒堵漏材料LCD能進(jìn)入滲漏地層的孔、縫之間形成架橋，然后纖維類(lèi)堵漏劑DF、SD在暫堵后形成的微孔隙中進(jìn)一步充填而降低地層滲透率，從而減少鉆井液漏失量及地層侵入量。鉆井液體系在40～60目砂床中侵入情況如圖3、圖4所示。

圖3 配方1#堵漏漿砂床侵入情況Fig.3 Formula 1# experimental phenomenon

圖4 配方6#堵漏漿砂床侵入情況Fig.4 Formula 6# experimental phenomenon

2.2.3 20～40目砂床堵漏實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

為測(cè)試堵漏配方對(duì)孔隙度較大的孔滲漏失地層的防漏堵漏效果，使用20～40目(0.850～0.425 mm)石英砂作為填充介質(zhì)，測(cè)試鉆井液配方的防漏堵漏效果。

表3 20～40目砂床堵漏實(shí)驗(yàn)配方Table 3 20～40 mesh sand bed plugging formula

圖5 不同配方在20～40目砂床侵入量與侵入深度變化Fig.5 Intrusion amount and intrusion depth of 20～40 mesh sand bed

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在孔隙度更大的20～40目石英砂介質(zhì)中1#配方漏失144 mL，相比于圖2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果漏失更嚴(yán)重。隨著堵漏劑DF、SD及LCD單獨(dú)及按比例復(fù)合加入到鉆井液體系后漏失量逐漸降低，侵入深度也從12 cm降低為2.2 cm如6#配方，但相比于圖1的6#配方而言侵入深度和侵入量仍未得到最有效控制。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究和配方優(yōu)化，最終形成的7#配方(基礎(chǔ)體系1+5%DF+3%SD+3%LCD)侵入量?jī)H為10 mL、侵入深度1.3 cm，不僅能在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆遇漏失時(shí)起到防漏堵漏效果而且阻止鉆井液及濾液向地層中侵入，具有一定的保護(hù)儲(chǔ)層效果。鉆井液體系在20～40目砂床中侵入情況如圖6、圖7所示。

圖6 配方1#堵漏漿砂床侵入情況Fig.6 Formula 1# experimental phenomenon

圖7 配方7#堵漏漿砂床侵入情況Fig.7 Formula 7# experimental phenomenon

使用20～40目石英砂對(duì)1#～7#配方進(jìn)行高壓砂床堵漏實(shí)驗(yàn)，由測(cè)試結(jié)果圖8可知1#配方加壓1 MPa后鉆井液全部漏失，隨著堵漏劑濃度和種類(lèi)增加漏失量逐漸減少。當(dāng)堵漏配方為6#配方(基礎(chǔ)體系1+3%DF+1%SD+3%LCD)、7#配方(基礎(chǔ)體系1+5%DF+3%SD+3%LCD)時(shí)累計(jì)漏失量分別為6.3 mL、0 mL，針對(duì)孔隙漏失地層的承壓和堵漏能力顯著提高。

圖8 不同配方漏失量隨壓力變化Fig.8 Leakage changes with pressure

2.3 微裂縫堵漏模擬實(shí)驗(yàn)

微裂縫漏失是鉆井漏失常遇到的情況，若鉆井液堵漏能力差往往會(huì)造成微裂縫擴(kuò)展延伸而誘發(fā)更嚴(yán)重的裂縫性井漏。研究表明，當(dāng)微裂縫開(kāi)度大于150 μm后會(huì)形成明顯的漏失情況，實(shí)驗(yàn)選用裂縫寬度為150 μm和300 μm。微裂縫堵漏模擬實(shí)驗(yàn)采用MFC-Ⅰ型高溫高壓多功能損害評(píng)價(jià)儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試方法結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5840-2007(鉆井液用橋接堵漏材料室內(nèi)實(shí)驗(yàn)方法)、SY/T 5336-2006(巖心分析方法)中的規(guī)范。實(shí)驗(yàn)儀器及所選巖心裂縫如圖9、圖10所示。

圖9 MFC-Ⅰ型多功能損害評(píng)價(jià)儀Fig.9 MFC-I multi-function damage evaluation instrument

圖10 實(shí)驗(yàn)所用裂縫形態(tài)Fig.10 Crack used in the experiment

實(shí)驗(yàn)使用上述測(cè)試效果最優(yōu)的6#配方、7#配方，分別在a、b兩種裂縫中進(jìn)行承壓堵漏測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。

圖11 不同堵漏配方漏失量與裂縫寬度、壓力的關(guān)系Fig.11 Relationship between leakage loss and crack width and pressure

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，研究建立的6#、7#隨鉆防漏堵漏配方針對(duì)150 μm裂縫在壓力達(dá)到9 MPa時(shí)累計(jì)漏失量不超過(guò)2 mL，表現(xiàn)出很強(qiáng)的防漏堵漏效果。當(dāng)裂縫開(kāi)度增大到300 μm時(shí)使用6#、7#配方測(cè)試時(shí)漏失量稍有增大，針對(duì)300 μm的裂縫7#配方漏失量?jī)H為3.4 mL，裂縫堵漏能力更強(qiáng)。這是因?yàn)?，針?duì)微裂縫漏失所研制的堵漏配方中含有剛性細(xì)顆粒和對(duì)尺寸纖維堵漏材料，進(jìn)入裂縫后顆粒材料在裂縫間形成一層暫堵填充帶，之后纖維類(lèi)堵漏材料在顆粒形成的孔隙間填充堆積形成緊密的封堵帶，從而阻止漏失發(fā)生，起到高承壓堵漏效果[5]。如圖12所示。

圖12 微孔隙、裂縫堵塞填充示意圖Fig.12 Schematic diagram of micro-pore and crack plugging

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 區(qū)域概況

X241井場(chǎng)位于延安安塞區(qū)某采油廠，含有X241-3、241-4兩口定向井。X241-3設(shè)計(jì)井深860 m。根據(jù)鄰井地質(zhì)及鉆井資料顯示，該區(qū)域在鉆進(jìn)至洛河組、直羅組、延安組底部及延長(zhǎng)組長(zhǎng)1段時(shí)易發(fā)生井漏，漏失量從20方～60方不等，最嚴(yán)重時(shí)發(fā)生失返性漏失且堵漏不成功造成井眼報(bào)廢。該井二開(kāi)使用的鉆井液體系為清水+少量聚合物，此類(lèi)體系在易滲易漏地層鉆進(jìn)時(shí)基本無(wú)防漏堵漏能力，極易發(fā)生滲透性漏失。

3.2 X241井現(xiàn)場(chǎng)堵漏施工情況

根據(jù)鄰井資料顯示，鉆井中針對(duì)井漏的處理比較單一和滯后，往往是出現(xiàn)漏失后隨機(jī)加入1～2噸隨鉆或者單封堵漏劑，繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)又會(huì)出現(xiàn)不同程度漏失，沒(méi)有形成系統(tǒng)的防漏堵漏處理措施。因此，針對(duì)這些問(wèn)題，本井堵漏施工中以“防、堵結(jié)合”為宗旨，在鉆進(jìn)漏失層前以防漏為目的，鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)漏失后選擇合理堵漏方案，從而快速解決漏失問(wèn)題避免引起其他復(fù)雜情況。

經(jīng)過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，針對(duì)不同孔滲特征的地層條件制定出不同的防漏堵漏配方體系，若漏速小于6 m3/h，則防漏堵漏配方為：井漿體系+3%DF+1%SD+3%LCD；若漏速在6～12 m3/h，則使用井漿體系+5%DF+3%SD+3%LCD。

3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)井漏情況

X241-3井在鉆進(jìn)時(shí)共發(fā)生兩次漏失，分別發(fā)生在延安組及延長(zhǎng)組長(zhǎng)1，漏失情況如表2所示。

表4 X241-3井鉆井漏失情況統(tǒng)計(jì)Table 4 Drilling loss statistics of X241-3 well

3.2.2 堵漏應(yīng)對(duì)措施

(1)進(jìn)入地層前防漏措施。

一開(kāi)完鉆井深130 m，二開(kāi)開(kāi)鉆后直接進(jìn)入洛河組、直羅組等易漏失層位，因此在配制二開(kāi)井漿時(shí)提前加入堵漏材料。二開(kāi)初始配漿80 m3，具體防漏處理措施為：約3%DF(2.4 t)+1.5%SD(1.2 t)+3%LCD(2.4 t)，與二開(kāi)井漿鉆進(jìn)時(shí)共同使用，共使用材料6 t。

(2)出現(xiàn)漏失時(shí)堵漏措施。

2017年9月22日23:10，鉆進(jìn)至430 m延安組地層時(shí)泥漿量消耗量增大，2 h內(nèi)減少10 m3，判斷為發(fā)生滲透性漏失。在30 m3泥漿中迅速加入1 t DF、1 t SD、1 t LCD，排量由28 L/s降低至20 L/s緩慢鉆進(jìn)，泥漿循環(huán)兩周無(wú)漏失后至23日02:00提高排量至28L/s繼續(xù)鉆進(jìn)。此次共計(jì)漏失液量15 m3，使用材料3 t，繼續(xù)鉆進(jìn)無(wú)漏失。

9月23日13:10，鉆進(jìn)至720 m延長(zhǎng)組長(zhǎng)1底部地層時(shí)出現(xiàn)漏失，2 h內(nèi)泥漿量減少12 m3，判斷為鉆至延長(zhǎng)組漏失帶。降低排量，通過(guò)剪切泵兩個(gè)循環(huán)周(約50 min)加完1.5 tDF、2 tSD及1 t復(fù)合堵漏劑，循環(huán)兩周后不再漏失，共計(jì)漏失泥漿18 m3，使用材料4.5 t，至完鉆無(wú)漏失發(fā)生。

在本井施工中通過(guò)配漿時(shí)加入SD、DF等堵漏劑，避免了洛河組等易漏失區(qū)內(nèi)更小漏失量的井漏情況發(fā)生，起到較好的防漏作用。當(dāng)鉆遇漏失后降低排量，在鉆進(jìn)漏失層前按3～4%DF+3～4%SD+2～3%LCD配方配制防漏體系，若遇滲漏則追加4～5%DF+4～5%SD+2～3%復(fù)合堵漏劑(30 m3堵漏漿內(nèi))，循環(huán)加入堵漏材料進(jìn)行施工，使堵漏材料能充分進(jìn)入地層孔、縫漏失帶進(jìn)行堵漏。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用可知，本井施工中共使用堵漏材料13.5 t，兩次漏失均能一次堵漏成功，減少了漏失量并縮短了施工周期，防漏堵漏效果明顯。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)配伍性評(píng)價(jià)結(jié)果表明所選取的隨鉆堵漏劑及隨鉆堵漏配方對(duì)鉆井液體系的影響較少，在鉆遇漏失時(shí)使用該隨鉆堵漏體系，不影響鉆井液其他性能，可有效保證鉆井液在漏失層段安全鉆進(jìn)。

(2)通過(guò)砂床模擬堵漏實(shí)驗(yàn)研究，得出所建立的隨鉆堵漏配方分別為：井漿+3%DF+1%SD+3%LCD及井漿+5%DF+3%SD+3%LCD，針對(duì)40～60目石英砂和20～40目石英砂的鉆井液侵入深度為1 cm、1.3 cm，相比常規(guī)鉆井液體系大大提升了防滲漏能力。

(3)該隨鉆堵漏體系針對(duì)150 μm及300 μm的微裂縫漏失，承壓9 MPa時(shí)累計(jì)漏失量不超過(guò)6 mL，微裂縫防漏堵漏能力顯著。

(4)使用該隨鉆堵漏體系現(xiàn)場(chǎng)堵漏施工效果表明，針對(duì)漏速在小于10 m3/h的地層漏失情況以隨鉆堵漏體系為主，根據(jù)鉆遇情況進(jìn)行微調(diào)可起到防漏堵漏效果，降低井漏風(fēng)險(xiǎn)、提高堵漏成功率，為快速、安全鉆過(guò)漏失層提出一種更有效的解決方案。