南海鶯瓊盆地高溫高壓井堵漏技術(shù)

韓 成， 黃凱文， 羅 鳴， 劉賢玉， 鄧文彪

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

南海鶯瓊盆地的主要目的層為黃流組二段，構(gòu)造面積大、砂體厚度大，地層溫度高達(dá)200 ℃，地層壓力系數(shù)大于2.3，水深90.00 m。目前，該盆地高溫高壓井完鉆井深4 200.00～4 500.00 m，一般采用五開井身結(jié)構(gòu)：一開，采用φ914.4 mm鉆頭鉆進(jìn)，下入φ762.0 mm套管；二開，采用φ660.4 mm鉆頭鉆進(jìn)，下入φ508.0 mm套管；三開，采用φ444.5 mm鉆頭鉆進(jìn)，下入φ339.7 mm套管；四開，采用φ311.1 mm鉆頭鉆進(jìn)，下入φ244.5 mm套管；五開，采用φ212.7 mm鉆頭鉆進(jìn)，裸眼完井。鉆進(jìn)黃流組二段地層時(shí)井漏頻發(fā)，漏失量大，堵漏難度大，堵漏成功率低，嚴(yán)重影響了鶯瓊盆地的勘探開發(fā)進(jìn)程[1-2]。國內(nèi)外針對(duì)高溫高壓井的漏失機(jī)理尚未認(rèn)識(shí)清楚，沒有有效的堵漏手段，堵漏效果差。多年鉆井實(shí)踐及研究表明，鶯瓊盆地地層的安全密度窗口極窄，鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的激動(dòng)壓力極易超過地層漏失壓力，且在高壓下易產(chǎn)生誘導(dǎo)裂縫[3-7]。常用堵漏材料抗高溫能力差，在高溫條件下易碳化，且很難準(zhǔn)確掌握高壓誘導(dǎo)裂縫的尺寸，造成堵漏材料對(duì)誘導(dǎo)裂縫的適應(yīng)性差，導(dǎo)致堵漏成功率低，復(fù)漏頻發(fā)。為此，筆者在分析鶯瓊盆地地層漏失原因的基礎(chǔ)上，優(yōu)選抗高溫堵漏材料，針對(duì)誘導(dǎo)性裂縫的特點(diǎn)，將抗高溫剛性堵漏材料與彈性堵漏材料復(fù)配，形成了適用于高溫高壓井的堵漏漿。該堵漏漿在鶯瓊盆地10口高溫高壓井進(jìn)行了應(yīng)用，堵漏成功率得到顯著提高，堵漏效果較好。

1 井漏原因分析

1.1 安全密度窗口窄

鶯瓊盆地從上至下依次鉆遇樂東組、鶯歌海組和黃流組地層，其中樂東組及鶯歌海組地層巖性以灰色厚層狀泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，厚度超過2 000.00 m，為天然良好蓋層。目的層黃流組地層巖性為淺灰色中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖和灰色泥巖，且砂巖與泥巖呈不等厚互層。鶯瓊盆地底部發(fā)育大型泥-流體底辟構(gòu)造，且成群成帶分布，在快速沉積、大型泥-流體底辟作用及熱流體活動(dòng)共同作用下，底辟帶形成了高溫高壓環(huán)境，造成地層壓力抬升快、臺(tái)階多，鶯歌海組地層壓力系數(shù)自垂深2 000.00 m由1.0迅速升至2.0，黃流組局部地層壓力系數(shù)超過2.3，同時(shí)地層溫度高達(dá)200 ℃[8]；同時(shí)，黃流組砂層薄弱，承壓能力低，導(dǎo)致目的層安全密度窗口極窄。鶯瓊盆地部分高溫高壓井目的層井段的安全密度窗口統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表 1 鶯瓊盆地高溫高壓井目的層井段安全密度窗口統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Statistical result of safety density windows of HTHP wells in the Yingqiong Basin

由表1可以看出，目的層井段安全密度窗口在0.10 kg/L左右，部分井幾乎無安全密度窗口。鉆井過程中，起下鉆速度、排量、轉(zhuǎn)速等變化產(chǎn)生的激動(dòng)壓力極易超過上層套管鞋及薄弱層的漏失壓力，造成井漏。

1.2 地層誘導(dǎo)裂縫發(fā)育

鶯瓊盆地目的層滲透率為0.1～5.0 mD，泥質(zhì)含量較高，部分井段地層泥質(zhì)含量高達(dá)59%。井壁成像測(cè)井結(jié)果顯示，目的層井壁發(fā)育誘導(dǎo)裂縫，誘導(dǎo)裂縫寬且長。這是由于井下存在著各種應(yīng)力，高溫高壓井眼內(nèi)鉆井液液柱壓力大，將在井壁最大主應(yīng)力方向上產(chǎn)生足以使井壁發(fā)生張性破裂的張應(yīng)力，從而產(chǎn)生誘導(dǎo)裂縫，鉆井液在壓差作用下通過誘導(dǎo)裂縫進(jìn)入地層，加上目的層井段地層泥質(zhì)含量高，導(dǎo)致誘導(dǎo)裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大、延伸，進(jìn)而引發(fā)井漏[9-11]。

2 堵漏漿構(gòu)建及性能評(píng)價(jià)

2.1 堵漏思路

由于鶯瓊盆地高溫高壓井目的層井段安全密度窗口窄，同時(shí)井底溫度高，要求所使用的堵漏材料與其他鉆井液添加劑配伍性好，不能影響高密度鉆井液的性能，以避免因鉆井液性能變化引起激動(dòng)壓力過大，導(dǎo)致井漏進(jìn)一步惡化；同時(shí)，要求堵漏材料抗溫能力強(qiáng)，避免在高溫環(huán)境下失效。

為有效封堵誘導(dǎo)裂縫，采用剛性堵漏材料及彈性堵漏材料相結(jié)合的方式：首先選用高強(qiáng)度剛性材料在誘導(dǎo)裂縫端部架橋，再選用具有高壓縮性、能夠自適應(yīng)不同尺寸及不同形狀裂縫形態(tài)的彈性堵漏材料，在壓力作用下充填在誘導(dǎo)裂縫根部及端部空隙中，形成致密封堵層，以阻止誘導(dǎo)裂縫進(jìn)一步延伸擴(kuò)大，提高地層承壓能力。

2.2 堵漏劑評(píng)價(jià)

目前大部分堵漏材料在溫度超過180 ℃時(shí)容易碳化，造成其強(qiáng)度降低。經(jīng)過大量試驗(yàn)篩選出了剛性堵漏材料高硬度果殼粉DXD和抗高溫彈性堵漏材料彈性石墨TXD。果殼粉DXD和石墨TXD在200 ℃下老化前后的粒度分布如圖1所示。從圖1可以看出，經(jīng)過200 ℃老化后，DXD和TXD的粒度分布與老化前相差不大。高溫老化前，DXD和TXD的抗壓強(qiáng)度分別為10和34 MPa；高溫老化后，DXD和TXD的抗壓強(qiáng)度分別為8和33 MPa。這說明DXD和TXD沒有出現(xiàn)高溫碳化現(xiàn)象，其抗溫能力超過200 ℃。

圖1 堵漏材料高溫老化前后的粒度分布Fig.1 Particle size distribution of plugging materials before and after high temperature aging

2.3 堵漏漿配方的確定

井壁成像測(cè)井解釋結(jié)果表明，鶯瓊盆地目的層誘導(dǎo)裂縫的寬度集中在120～200 μm，根據(jù)三分之一架橋理論，堵漏材料的粒徑在40～66 μm時(shí)架橋堵漏效果最好，5.0%DXD和3.0%TXD復(fù)配后的平均粒徑為50～60 μm，可取得較好的架橋堵漏效果。將5.0%DXD和3.0%TXD加入鶯瓊盆地某井使用的密度為2.30 kg/L的井漿（配方為0.8%膨潤土+0.6%燒堿+3.0%有機(jī)樹脂Resinex+0.3%高溫降濾失劑Calovis+3.5%褐煤樹脂XP-20K 2.0%磺化瀝青Soltex+3.0%碳酸鈣QWY）中，評(píng)價(jià)其在200 ℃下老化16 h后的流變性及濾失性能，結(jié)果見表2。從表2可以看出，加入堵漏材料后井漿的API濾失量和高溫高壓濾失量均有所降低，漏斗黏度和塑性黏度有所增大，但仍滿足現(xiàn)場(chǎng)泵入要求。因此，堵漏漿的配方可確定為：0.8%膨潤土+0.6%燒堿+3.0%有機(jī)樹脂Resinex+0.3%高溫降濾失劑Calovis+3.5%褐煤樹脂XP-20K+2.0%磺化瀝青Soltex+3.0%碳酸鈣QWY+5.0%剛性堵漏材料DXD+3.0%彈性堵漏材料TXD。

2.4 砂盤漏失試驗(yàn)

選取了2個(gè)滲透率相當(dāng)?shù)奶沾缮氨P（砂盤滲透率分別為4.6和5.3 mD，孔喉直徑為80～200 μm，接近地層誘導(dǎo)裂縫大?。M(jìn)行井漿和堵漏漿的砂盤漏失試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度設(shè)置為200 ℃，試驗(yàn)壓差設(shè)置為6.89 MPa，結(jié)果見表3。由表3可知，堵漏漿的瞬時(shí)濾失量為18 mL，低于井漿瞬時(shí)濾失量（32 mL），2 h后堵漏漿的濾失量僅為25 mL，而井漿的濾失量為60 mL，說明堵漏漿的降濾失性能較強(qiáng)。

表 2 堵漏漿基本性能評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2 Results of basic performance evaluation of plugging slurry

表 3 堵漏漿及井漿砂盤漏失試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of plugging slurry and original mud sand disc leakage test

用掃描電鏡觀測(cè)堵漏漿砂盤漏失試驗(yàn)所用的砂盤，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，漏失試驗(yàn)后砂盤的孔隙被堵漏材料封堵，形成了致密的封堵層。主要是剛性堵漏材料首先充填在砂盤孔隙中，可壓縮的彈性石墨材料在高壓作用下，進(jìn)一步充填于剩余孔隙中，形成了致密的封堵層。

圖2 砂盤漏失試驗(yàn)前后砂盤掃描電鏡觀測(cè)結(jié)果Fig. 2 Scanning electron microscope results before and after sand disc leakage plugging

2.5 封堵性能評(píng)價(jià)

應(yīng)用傳統(tǒng)裂縫堵漏儀評(píng)價(jià)堵漏漿封堵性能時(shí)，采用了平行縫方式，無法真實(shí)模擬地層裂縫形態(tài)，因此，利用CDL-Ⅱ型高溫高壓動(dòng)態(tài)堵漏儀，用1.0 mm梯形縫（進(jìn)口縫寬3.0 mm、出口縫寬1.0 mm）模擬井壁裂縫來評(píng)價(jià)堵漏漿的封堵性能，試驗(yàn)溫度為200 ℃。密度2.30 kg/L井漿及堵漏漿對(duì)梯形縫的堵漏效果如圖3所示。由圖3可知，井漿承壓能力約為5 MPa，堵漏漿的承壓能力穩(wěn)定在18 MPa，與井漿相比，堵漏漿的承壓堵漏能力更強(qiáng)。分析認(rèn)為，剛性堵漏材料DXD在裂縫中先進(jìn)行架橋，然后具有較高壓縮率的彈性堵漏材料TXD在壓差作用下繼續(xù)充填于裂縫剩余孔隙中，形成致密封堵層，從而提高了承壓能力[11-14]。

圖3 井漿及堵漏漿承壓堵漏性能評(píng)價(jià)結(jié)果Fig. 3 Evaluation on the under-pressure plugging performances of original mud and plugging slurry

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

鶯瓊盆地高溫高壓井堵漏技術(shù)在10口井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，堵漏漿密度最高達(dá)2.40 kg/L，井底溫度最高達(dá)212 ℃?？傮w應(yīng)用效果良好，在堵漏的同時(shí)提高了地層承壓能力，復(fù)漏發(fā)生次數(shù)大大減少，堵漏成功率由采用常規(guī)堵漏技術(shù)的不到30%提高到了80%以上。下面以LD101-E井為例介紹具體應(yīng)用情況。

LD101-E井鉆至井深4 105.00 m（已進(jìn)入目的層）時(shí)，錄井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示，泵壓由10.34 MPa突然降至8.28 MPa，返出鉆井液量由24%降至1%，判斷發(fā)生了井漏。靜止觀察3 h，計(jì)量罐液量突然增加1 m3，判斷發(fā)生了溢流，現(xiàn)場(chǎng)關(guān)井進(jìn)行節(jié)流排氣，開井后鉆井液出口密度降至2.22 kg/L。該井段上層套管鞋處漏失當(dāng)量密度為2.40 kg/L，發(fā)生井漏時(shí)鉆井液密度為2.24 kg/L，隨鉆顯示井底當(dāng)量循環(huán)密度為2.33 kg/L，可見井深4 105.00 m處的安全密度窗口小于0.10 kg/L。循環(huán)排氣結(jié)束后，通過控制排量維持井底當(dāng)量循環(huán)密度在2.28～2.29 kg/L進(jìn)行鉆進(jìn)，期間逐步將鉆井液密度提高至2.23 kg/L。鉆至井深4 138.00 m時(shí)，返出鉆井液量增多，活動(dòng)池液量增加3.5 m3，再次發(fā)生溢流，關(guān)井循環(huán)排氣，控制排量維持井底當(dāng)量循環(huán)密度在2.32～2.33 kg/L，將鉆井液密度調(diào)整至2.29 kg/L，靜止觀察井筒穩(wěn)定性。

由于安全密度窗口窄，決定起鉆，下光鉆桿靜止擠入堵漏漿，提高地層承壓能力。按照配方在井漿中加入抗高溫堵漏材料DXD和TXD配制堵漏漿，并調(diào)整其性能滿足要求后，向井底泵入15 m3堵漏漿，關(guān)防噴器，從環(huán)空擠堵堵漏漿。LD101-E井?dāng)D堵漏漿時(shí)的地面泵壓曲線如圖4所示。由圖4可知，地面最高泵壓4.48 MPa，并穩(wěn)定10 min，折算鉆井液當(dāng)量密度為2.40 kg/L。

圖4 LD101-E井?dāng)D堵漏漿地面泵壓曲線Fig. 4 Curve of surface pumping pressure during plugging slurry squeezing in Well LD101-E

擠堵漏漿結(jié)束后，起出光鉆桿，下鉆控制井底當(dāng)量循環(huán)密度不超過2.40 kg/L繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆至完鉆井深4 352.00 m，鉆進(jìn)期間未發(fā)生井漏及溢流。該井電測(cè)結(jié)果顯示井底溫度為198 ℃，井壁成像測(cè)井結(jié)果如圖5所示。由圖5可見，該井4 097.00～4 113.00 m井段發(fā)育縱向延伸的誘導(dǎo)裂縫，裂縫寬度為0.2 mm。LD101-E井堵漏成功，說明優(yōu)化后的堵漏漿能封堵誘導(dǎo)裂縫，提高地層承壓能力。

圖5 LD101-E井目的層井壁成像測(cè)井結(jié)果Fig. 5 Results of target layer borehole wall imaging logging in Well LD101-E

4 結(jié)論與建議

1）鶯瓊盆地高溫高壓井發(fā)生井漏的原因是鉆井液安全密度窗口窄和目的層誘導(dǎo)裂縫發(fā)育。

2）針對(duì)鶯瓊盆地高溫高壓井井漏的原因，采用耐高溫剛性堵漏材料和耐高溫彈性堵漏材料相結(jié)合的方法，構(gòu)建了密度達(dá)2.40 kg/L、抗溫能力200 ℃的堵漏漿，顯著提高了堵漏成功率，減少了復(fù)漏的發(fā)生。

3）分析堵漏漿的堵漏原理得知，堵漏漿中的剛性堵漏材料在誘導(dǎo)縫中形成架橋，彈性堵漏材料充填于剩余孔隙中，封堵了誘導(dǎo)裂縫，較好地防止了誘導(dǎo)縫的進(jìn)一步延伸擴(kuò)大，提高了地層承壓能力。

4）建議進(jìn)一步開展用于深水高溫高壓井的堵漏漿研究，為南海深水高溫高壓油氣資源的高效勘探開發(fā)提供技術(shù)支持。