南川地區(qū)頁(yè)巖氣防漏堵漏技術(shù)研究

張 斌

（中石化華東油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇南京 210000）

涪陵平橋南區(qū)塊頁(yè)巖氣藏位于川東高陡褶皺帶萬(wàn)縣復(fù)向斜平橋背斜南部，屬涪陵頁(yè)巖氣田二期產(chǎn)能建設(shè)區(qū)。鉆井周期由2016年的90d左右降至目前的70d左右。盡管平橋南區(qū)塊整體鉆井速度有了大幅提升，但仍有部分井段受限于復(fù)雜的地質(zhì)條件，經(jīng)常發(fā)生井漏[1]。井漏嚴(yán)重地拖延了鉆井工期、并造成工程事故、影響經(jīng)濟(jì)效益，為解決井漏問(wèn)題，順利推進(jìn)產(chǎn)建，本文對(duì)南川頁(yè)巖氣田鉆井井漏情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，提出防漏堵漏發(fā)展意見(jiàn)。

1 漏失情況

目前井漏是平橋南頁(yè)巖氣鉆井過(guò)程中最普遍的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)漏失井的統(tǒng)計(jì)分析可知，漏失層位主要集中在淺表層的嘉陵江組、飛仙關(guān)組，韓家店組、小河壩組、龍馬溪地層（見(jiàn)圖1）。

圖1 漏失層位頻率與漏速示意圖

2 漏失地層特性

嘉陵江組、飛仙關(guān)組巖性特征主要為灰?guī)r，實(shí)鉆過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生失返性漏失，漏失原因主要為溶洞型漏失、縫洞型漏失、裂縫型漏失。

韓家店、小河壩巖性特征主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖及少量的泥質(zhì)粉砂巖互層，地震剖面未顯示縱向裂縫發(fā)育，漏失原因主要為層理縫漏失。

龍馬溪巖性特征主要為泥頁(yè)巖，上段有少量的粉砂巖及砂質(zhì)泥巖，巖心、地震剖面顯示裂縫發(fā)育，漏失原因主要為裂縫型漏失。

3 南川頁(yè)巖氣田防漏堵漏技術(shù)

南川頁(yè)巖氣鉆井過(guò)程中，井漏處理的主要方法有：強(qiáng)鉆、循環(huán)堵漏、靜止堵漏、承壓堵漏、注水泥堵漏與化學(xué)固結(jié)堵漏。各類(lèi)處理方法占比為：靜止堵漏44%、承壓堵漏24%、強(qiáng)鉆15%、循環(huán)堵漏10%（主要是在龍馬溪組，漏失量較小一般＜5m3/h）、注水泥5%、化學(xué)堵漏2%（見(jiàn)圖2）。

圖2 堵漏方式統(tǒng)計(jì)

3.1 強(qiáng)鉆

采用強(qiáng)鉆的方式處理井漏主要有兩種情況，一是針對(duì)淺表層的漏失，在導(dǎo)管及一開(kāi)井段采用清水強(qiáng)鉆，鉆至中完井深后，下套管封固；二是在韓家店、小河壩地層發(fā)生連續(xù)性漏失，地層漏失頻繁，具備強(qiáng)鉆條件，強(qiáng)行鉆穿漏失層，然后集中處理。

3.2 隨鉆堵漏

在鉆井過(guò)程中加入隨鉆堵漏材料，通過(guò)鉆井液的循環(huán)，堵漏材料進(jìn)入漏層中封堵微小裂縫，一般針對(duì)微小裂縫滲漏，不影響正常鉆井施工。

3.3 靜止堵漏

即在鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)漏失，且漏失量較大時(shí)，停泵觀察，起鉆至安全井段，向井底泵入一定量堵漏漿，憑借靜液柱壓力與漏失位置的壓差，將堵漏材料壓入地層裂縫，進(jìn)行封堵。

3.4 承壓堵漏

將復(fù)配好的堵漏漿注入井內(nèi)，同時(shí)關(guān)閉井口，附加一定的壓力，將堵漏漿擠進(jìn)地層。堵漏漿的材料種類(lèi)與配比基本與靜止堵漏一致。

3.5 注水泥堵漏

一般采用比重為1.8的水泥漿20～30m3通過(guò)鉆桿注入井內(nèi)，通過(guò)水泥漿固結(jié)封堵漏層。

3.6 化學(xué)堵漏

以化學(xué)固結(jié)劑或化學(xué)凝膠為主的堵漏配方，一般高濃度能到達(dá)30%～40%，進(jìn)入地層后失水快，通過(guò)化學(xué)作用固結(jié)或者膠聯(lián)在漏層中形成一定強(qiáng)度的封閉層，主要針對(duì)惡性漏失。

各類(lèi)處理方法在使用過(guò)程中并非單一使用，承壓堵漏的過(guò)程中，為了讓堵漏漿固結(jié)形成強(qiáng)度，也在配方中添加一定量水泥，憋擠進(jìn)地層進(jìn)行堵漏；注水泥堵漏時(shí)也提前注入一定量堵漏漿，防止水泥漿全部從裂縫中漏失，無(wú)法在漏失通道中停留。

3.7 措施效果

淺表層漏失均采用清水強(qiáng)鉆穿漏失層后，下套管封固。二開(kāi)后的漏失層一旦漏失量過(guò)大，則無(wú)法強(qiáng)鉆（鉆井液跟不上，消耗過(guò)大）需要逐一漏點(diǎn)處理，多采用靜止+承壓堵漏。一般情況下靜止堵漏基本成功，但是在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆井液的不斷循環(huán)與循環(huán)壓力易造成復(fù)漏。所以處理時(shí)，一般都采用井口憋擠，在這種情況下，承壓堵漏效果井口一般壓力只有2～5MPa，也會(huì)有承壓不穩(wěn)或承壓失敗的情況出現(xiàn)。

二開(kāi)鉆進(jìn)至龍馬溪組過(guò)程中，存在漏失風(fēng)險(xiǎn)，且漏失量也較大，經(jīng)過(guò)處理后能有效控制。龍馬溪組中部三開(kāi)鉆進(jìn)過(guò)程中，采用油基鉆井液施工，鉆井井漏易造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，從目前鉆井的情況看，龍馬溪組漏失速度較小，采用隨鉆堵漏能有效控制，其主要的問(wèn)題在于固井施工前，為了提高地層承壓能力，進(jìn)行承壓堵漏施工，造成了油基鉆井液的二次損失。

4 隨鉆堵漏技術(shù)

目的層龍馬溪組地層作為主要目的儲(chǔ)層，集中表現(xiàn)為微、小漏失為主，且漏失最為頻繁，天然裂縫、誘導(dǎo)裂縫發(fā)育是造成井漏的主要原因，它區(qū)別于一般性滲透性?xún)?chǔ)層，屬于裂縫性?xún)?chǔ)層。而針對(duì)天然裂縫性?xún)?chǔ)層漏失的關(guān)鍵，一是利用隨鉆測(cè)井工具，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)儲(chǔ)層壓力，及時(shí)調(diào)整工作液性能，有意識(shí)地改變井底循環(huán)壓力（ECD），實(shí)現(xiàn)近平衡或欠平衡鉆進(jìn)，從而避免鉆井液漏失和降低儲(chǔ)層損害等問(wèn)題；二是采用屏蔽暫堵-堵漏工藝技術(shù)，提高儲(chǔ)層承壓能力，盡可能地提高儲(chǔ)層安全密度窗口，精確預(yù)測(cè)裂縫寬度和優(yōu)選堵漏材料尺寸是該技術(shù)的核心。

4.1 隨鉆堵漏技術(shù)關(guān)鍵

隨鉆堵漏技術(shù)就是在鉆井液中引入一定濃度的由尺寸合適、強(qiáng)度較高的顆粒狀物質(zhì)按合理級(jí)配形成的封堵劑，當(dāng)裂縫擴(kuò)大到致漏程度時(shí)，封堵顆粒隨著鉆井液漏失進(jìn)入裂縫中，大的封堵顆粒在裂縫中某個(gè)位置卡死架橋，較小的封堵顆粒填充裂縫中剩余的空間，最終堵死裂縫，實(shí)現(xiàn)即堵。隨鉆堵漏技術(shù)的關(guān)鍵是，在隨鉆過(guò)程中能在很短的時(shí)間內(nèi)、在漏失量很少的情況下迅速堵住天然致漏裂縫，并能制止其進(jìn)一步擴(kuò)大；同時(shí)，它能防止天然非致漏裂縫由于誘導(dǎo)作用開(kāi)啟、擴(kuò)大到致漏程度的漏失，即只要及時(shí)封堵裂縫的速度大于誘導(dǎo)裂縫擴(kuò)大的速度，則誘導(dǎo)作用停止，地層不再因誘導(dǎo)作用而漏失。因此只要加有隨鉆封堵劑的鉆井液能對(duì)鉆遇的天然致漏和誘導(dǎo)擴(kuò)展到致漏寬度的裂縫具有封堵能力，則此鉆井液就能做的到即堵防漏[2]。由于天然致漏裂縫較少，在其開(kāi)啟擴(kuò)大到顆粒合適寬度（顆粒剛好能進(jìn)去，并能在其中架橋的寬度）時(shí)就已實(shí)現(xiàn)即堵，因此只要加有封堵劑的鉆井液能對(duì)某一寬度的裂縫具有封堵能力，則此鉆井液就能隨鉆即堵防漏。實(shí)際使用的隨鉆堵漏顆粒較小，粒徑一般為0.125～0.18mm，使用量也很少，通常為1%～2%（見(jiàn)圖3）。

圖3 顆粒粒徑對(duì)封堵的影響

理論和實(shí)際證明，只要封堵顆粒的大小、級(jí)配、形狀、性質(zhì)等合理，加有封堵劑的鉆井液就能形成很好的封堵層，實(shí)現(xiàn)隨鉆即堵，大幅度提高地層承壓能力，至少能到達(dá)3～5MPa。另外，針對(duì)發(fā)生漏速小于5m3/h的井漏時(shí)，受地層因素及井身結(jié)構(gòu)的限制，不能降低鉆井液密度，而降低排量又沒(méi)有效果時(shí)，可采用隨鉆堵漏法。

另一方面，根據(jù)“應(yīng)力籠”模型描述井眼強(qiáng)化現(xiàn)象（見(jiàn)圖4）：當(dāng)鉆井液液柱壓力超過(guò)地層的破裂壓力時(shí)，井壁便會(huì)產(chǎn)生裂縫，在裂縫形成后，固相顆粒和泥餅迅速在裂縫的近井眼處形成封堵，形成一個(gè)楔子楔進(jìn)裂縫當(dāng)中，對(duì)地層形成了壓縮；鉆井液液柱壓力通過(guò)“楔子”作用在裂縫兩側(cè)形成壓縮環(huán)，即“應(yīng)力籠”，它的產(chǎn)生使得井眼的強(qiáng)度得以提高；當(dāng)鉆井液液柱壓力大于裂縫尖端的閉合壓力時(shí)，漏失便會(huì)發(fā)生。因此，阻隔液液柱壓力向裂縫尖端的傳導(dǎo)是堵漏的關(guān)鍵。

圖4 “應(yīng)力籠”模型描述井眼強(qiáng)化現(xiàn)象

為了封堵裂縫的尖端，必須有能深入裂縫當(dāng)中起架橋作用的橋堵材料，還要有能迅速濾失、在裂縫中沉積出非常厚的濾餅的高失水材料，一旦裂縫中充滿(mǎn)這種堅(jiān)韌的濾餅，井眼強(qiáng)度便會(huì)提高。根據(jù)這一理論可知，封堵材料的粒徑、級(jí)配是材料能否進(jìn)入裂縫之中，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與研究選用了兩類(lèi)適應(yīng)性較為理想的封堵材料。

5 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

5.1 封堵實(shí)驗(yàn)測(cè)試

利用CLDL-II型高溫高壓漏失儀針對(duì)選用的兩種暫堵劑進(jìn)行封堵實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，以驗(yàn)證其隨鉆堵漏及提高地層承壓能力的效果。根據(jù)不同類(lèi)暫度劑，按其粒徑分布，選擇合理的模擬孔隙或裂縫類(lèi)型，評(píng)價(jià)其封堵能力（見(jiàn)表1）。

表1 暫堵劑封堵實(shí)驗(yàn)

從上述室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，暫堵劑于剛性封堵劑針對(duì)微小孔隙能夠起到較好的封堵作用，同時(shí)較大程度上能提高地層承壓能力。鉆井過(guò)程中通過(guò)添加封堵材料能有效減少壓力激動(dòng)而造成的非致漏裂縫的擴(kuò)張，減少漏失的風(fēng)險(xiǎn)。但是單一堵漏粒徑材料封堵效果較差，主要原因是尺寸的不匹配或者單一充填漏造成失量會(huì)顯著增大。理想情況下兩種或兩種以上材料復(fù)配充填能有效而快速充填孔隙通道，隨著孔隙尺寸的增大，封堵能力有所下降，一旦各類(lèi)材料尺寸粒徑均不匹配時(shí)（實(shí)驗(yàn)中10～20目砂模擬時(shí)），失去封堵能力。

通過(guò)添加不同尺寸、級(jí)配的封堵材料能有效提高地層承壓能力，上述內(nèi)容主要是針對(duì)非致漏裂縫，作為前期預(yù)防井漏的手段。當(dāng)漏失發(fā)生以后還是需要采用更多大粒徑的堵漏材料添加進(jìn)鉆井液中，或者配制專(zhuān)門(mén)針對(duì)性的堵漏漿泵入井筒，采用的靜止堵漏與橋接材料堵漏結(jié)合的方式對(duì)易發(fā)生井漏的地層進(jìn)行處理。因此堵漏材料的粒徑、濃度等會(huì)直接影響處理效果。

5.2 封堵效果室內(nèi)模擬

同樣采用高溫高壓漏失儀，通過(guò)其中裂縫與孔隙模擬塊模擬不同程度地層裂縫，對(duì)不同的堵漏材料配比進(jìn)行封堵評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)圖5）。根據(jù)理論研究與實(shí)際效果，避免對(duì)鉆井液流變性影響過(guò)大，而現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法泵入的情況，應(yīng)控制封堵材料濃度控制在3%～5%以下。

圖5 高溫高壓漏失儀及模塊結(jié)構(gòu)

用來(lái)模擬微小漏失，從表2看出，采用剛性封堵材料能有效封堵，隨著濃度的增加能減少漏失鉆井液量，承壓能力提高至3-5MPa。

表2 漏失封堵實(shí)驗(yàn)

從表3看出，5mm鋼珠模擬孔、滲地層承壓能到達(dá)7.2MPa，裂縫地層根據(jù)裂縫大小堵承壓能力各不相同。實(shí)際漏失過(guò)程中，孔隙的非均質(zhì)性、裂縫不規(guī)則與裂縫面摩阻的情況，承壓能力應(yīng)比實(shí)驗(yàn)中更高。所以針對(duì)滲漏及裂縫地層采用這類(lèi)堵漏方案能夠滿(mǎn)足鉆井要求。

表3 漏失封堵實(shí)驗(yàn)

針對(duì)南川區(qū)塊常用的堵漏配方進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，完成了幾種堵漏配方的封堵效果評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上確定適合該區(qū)塊井漏處理方按如下：

（1）漏速小于5m3/h時(shí)，向鉆井液中加入剛性封堵材料，累計(jì)含量在3～5%，同時(shí)降低排量，進(jìn)行隨鉆封堵。

（2）漏速5～10m3/h，油基鉆井液中加入3%～4%剛性封堵材料和1～3%的果殼（F）配制堵漏漿，將上述20m3堵漏漿泵入漏層后起鉆至套管鞋，靜止堵漏，靜止時(shí)間8～12h。

（3）漏速大于10m3/h時(shí)或只進(jìn)不出，油基鉆井液中加入3～4%剛性封堵材料、2%～3%片狀堵漏材料、3～5%的果殼（F和M）配制堵漏漿，將上述30m3堵漏漿泵入漏層后起鉆至套管鞋，靜止堵漏，靜止時(shí)間8～12h。

此外，針對(duì)漏速＞10m3/h的裂縫性漏失，可以采用不同與靜止堵漏、橋接堵漏的方法，主要技術(shù)要點(diǎn)如下：

（1）裂縫性地層，漏速10～30m3/h，采用抗反吐交聯(lián)成膜堵漏技術(shù)，引入耐油浸的顆粒材料、與膨脹的顆粒材料，提高韌性的纖維材料及致密填充材料，滿(mǎn)足油基堵漏要求，通過(guò)抗高溫、高強(qiáng)度堵漏材料的顆粒級(jí)配、化學(xué)交聯(lián)，形成彈性封體，承壓＞15MPa，抗反吐＞3MPa。

（2）裂縫地層、漏失30m/h至失返。采用新型化學(xué)固結(jié)堵漏技術(shù)，引入正電納米級(jí)BA-AI-Si材料，電位+28mV，粒徑10～25nm，堵漏漿易進(jìn)入地層漏失通道，與地層發(fā)生電性吸引而滯留；混入柴油后強(qiáng)度有所下降，但48h強(qiáng)度仍可達(dá)到10MPa以上。

6 認(rèn)識(shí)與建議

1） 針對(duì)淺表層微裂縫地層可鉆至中完井深后，下套管封固。對(duì)于韓家店、小河壩地層發(fā)生連續(xù)性漏失，地層漏失頻繁，具備強(qiáng)鉆條件，強(qiáng)行鉆穿漏失層，然后集中處理。

2） 鉆井液密度的控制以及鉆井液中不同粒徑暫堵劑的使用，龍馬溪組裂隙發(fā)育井段防漏。

3） 現(xiàn)階段堵漏工藝不能精確、高效地對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行封堵，可探討應(yīng)用物理堵漏技術(shù)，采用新工藝，新工具，如堵漏材料送入工具，實(shí)現(xiàn)精確堵漏、高效堵漏。