斷層固化堵漏劑的研究及在渤海油田的應(yīng)用

王偉 肖劍 王洪偉 張偉

摘 要：渤海油田地層完整性差，斷層破碎帶井漏是困擾鉆井工程的一大技術(shù)難題。統(tǒng)計分析了渤海油田斷層破碎帶井漏的概況，針對斷層破碎帶井漏的特點和海上工程實際，研制出了一種具有快速形成堵塞、濾餅強度高、易酸溶的斷層固化堵漏劑，并通過現(xiàn)場應(yīng)用優(yōu)化形成了一套常規(guī)橋漿堵漏劑與固化堵漏劑配合使用的斷層固化堵漏工藝。室內(nèi)評價和現(xiàn)場應(yīng)用表明，該堵劑對鉆井液性能影響小，酸溶率80%以上，承壓能力達7MPa，配置簡單，便于現(xiàn)場操作，非常適合海上油田的斷層堵漏。

關(guān)鍵詞：斷層破碎帶;井漏;固化堵漏劑;渤海油田

1 引言

渤海油田是目前中國海上最大的油田，地質(zhì)特點是構(gòu)造破碎、斷裂發(fā)育、油藏復(fù)雜。由于渤海海域構(gòu)造運動劇烈，各區(qū)塊斷層均比較發(fā)育。斷層破碎帶如果沒有在后續(xù)地質(zhì)年代中被充填，則存在大量的中～大裂隙，形成鉆井液進入的漏失通道及儲集空間，鉆進時極易發(fā)生井漏[1]。上世紀末以來，渤海油田對付斷層破碎帶漏失的方法主要是橋塞堵漏，雖然取得了 一定的效果，但仍然存在橋塞強度低，容易復(fù)漏，堵漏一次成功率低等問題，從而影響鉆進速度，造成鉆井成本的大幅度增加[2]。針對這一問題，結(jié)合海上工程實際，研制開發(fā)了提高地層承壓能力的斷層固化堵漏劑，取得了良好的應(yīng)用效果。

2 渤海油田斷層破碎帶井漏現(xiàn)狀及特點

渤海油田30個區(qū)塊149口井353次井漏情況的綜合分析表明，斷層破碎帶漏失占渤海油田井漏的16%（圖1），多發(fā)生在三開、四開鉆進階段（12-1/4”和8-1/2”井眼），中、小漏速占80%。漏失主要發(fā)生在館陶組～東營組斷層破碎帶，部分發(fā)生在沙河街組斷層破碎帶。渤中地區(qū)的斷層破碎帶位于垂深2700～3700m，金縣和錦州地區(qū)的斷層破碎帶層位在明化鎮(zhèn)組～東營組，垂深800～1600m之間。上述區(qū)塊明化鎮(zhèn)組至館陶組地層巖性以大段砂巖、砂礫巖、泥巖為主，東營組至沙河街組泥巖段多、砂巖段相對較短。

圖1? ?渤海油田漏失類別比例

對于斷層破碎帶漏失，海上常用的堵漏方法有隨鉆堵漏、橋塞堵漏和水泥堵漏，堵漏一次成功率46.6%。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，橋塞堵漏成功率只有38.1%。分析認為，橋塞堵漏成功率偏低的主要原因是：堵漏材料選配不合理，堵漏后地層和堵漏層承壓能力不足。

3 固化堵漏劑的機理

影響井漏的因素很多，主要有兩個方面：一是漏失通道性質(zhì)，二是漏失壓差。通常漏失通道的幾何開口尺寸越大，井漏越嚴重;漏失通道之間的連通性越好，井漏越嚴重;漏失通道傾角越大，井漏越嚴重。進行斷層堵漏，就需要堵漏漿能穿過斷層表面，深入到地層中，并最終形成高強度和高承壓能力的封堵帶，最終堵塞住漏失通道。

斷層固化堵漏劑就是一種集高失水、高強度和高酸溶率為一體的堵漏劑，對漏失通道尺寸選擇性小，具有一定的廣譜堵漏特點。當(dāng)該堵劑漿進入漏層，在壓差作用下進入到漏失孔道深處并迅速受壓失水（或剪切稠化），很快形成具有一定初始強度的濾餅封堵漏層，其初始承壓能力高，在地溫作用下，所形成的濾餅還將逐漸凝固，最終形成高抗壓強度的濾餅，使漏層的承壓能力得到大幅度提高。如果在堵劑中混配一定量的顆粒狀惰性材料，利用顆粒材料的橋接作用，使原有漏失通道的橫截面積相對變小，有利于建立壓差，形成堵塞，可以封堵較大的漏失通道。

4 固化堵漏劑的室內(nèi)評價

4.1 失水性評價

快速失水和高濾失量是該堵劑的第一大特性。按照SY/T5621-93“鉆井液測試程序”中濾失量的測試方法進行失水性能評價，由于濾失速度快，一般在30秒左右濾失完，按7.5min時間和相應(yīng)濾失量就不大合適了，因此實驗采用直接讀取濾完時間和相應(yīng)濾失量來反映濾失速度和濾失量的大小。實驗結(jié)果如表1所示：

由表1可以看出，隨著固化堵漏劑濃度的增加，濾失量與濾失速率（濾失量/濾失時間）都相應(yīng)減小，而濾餅厚度增加。

4.2 濾餅強度

可固化形成高強度的濾餅，是該堵劑的又一特性。室內(nèi)測試了濾餅的24h強度。濾餅的24h強度是指用清水配制不同濃度的固化堵漏漿并壓制濾餅，在密封條件下存放24h，在自制針入強度儀上測針入強度。

由結(jié)果可知，隨著固化堵漏劑濃度的增加，濾餅的24h針入強度上升。因此固化堵漏劑濃度越高，形成的堵漏塞的強度也越高。

4.3 酸溶率

濾餅的酸溶率高是該堵劑的第三大特性，其酸溶率測定方法參照SY/T5559-92“鉆井液用處理劑通用試驗方法”中酸不溶物的測定。不同濃度堵漏漿濾餅的酸溶率均大于80%，其中堵漏漿濃度為40%時，酸溶率最大，達到90%以上。

4.4 封堵性能評價

選取渤海常用的PEM鉆井液，對固化堵漏劑的封堵性能進行評價。評價方法：稱取固化堵漏劑試樣78g（稱準至0.01g）加入到裝有260mL清水的高攪杯中，攪拌3min，把攪好的試樣倒入裝有石英砂（200g）的高溫高壓失水失水儀，用氮氣把水排凈;再取配制好的鉆井液200mL，高攪5min后倒入高溫高壓失水儀，進行濾失試驗。試驗結(jié)果表明，固化堵漏劑對PEM體系都具有較好的封堵效果，且承壓能力大于7MPa。

4.5 對鉆井液性能影響

用PEM鉆井液體系評價固化堵漏劑對鉆井液性能影響，結(jié)果表明，固化堵漏劑對鉆井液性能影響很小，尤其是在加量較少的時候，幾乎對鉆井液性能無影響。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

預(yù)探井JZ14-2-2井，三開12-1/4″井眼鉆進至1618m發(fā)生失返性井漏，根據(jù)鉆進過程判斷該斷層破碎帶區(qū)間為垂深1618～1693m，斷距約75m，鉆遇斷層時鉆井液密度1.35g/cm3，初始漏速35m3/h。該井進行了4次常規(guī)橋漿堵漏（期間降鉆井液密度至1.31g/cm3），無法完全堵住斷層，共計漏失鉆井液近300m3。在判斷斷層已全部揭開后，決定采用大顆粒橋漿堵漏漿+固化堵漏漿進行斷層堵漏?，F(xiàn)場泵入30 m3橋堵漿從井底覆蓋斷層，同時在橋堵漿之上泵入15 m3固化堵漏劑，起鉆至固化堵漏劑上部關(guān)井憋壓，將橋堵漿全部擠入斷層，固化堵漏劑隨之從1618m到井底1698m發(fā)揮高效固化作用，憋壓壓力下降，說明固化劑發(fā)生強失水作用，隨后穩(wěn)壓在1.2MPa，下鉆繼續(xù)鉆進中未發(fā)生漏失，斷層堵漏成功。

四開8-1/2″井眼鉆進至2554m時發(fā)生井漏，井口失返，橋堵成功。揭開油氣層逐漸提高比重，鉆進至2632m發(fā)生井涌，當(dāng)時井漿密度1.70 g/cm3，關(guān)井求壓，測算平衡地層壓力需1.73 g/cm3的鉆井液密度，加上安全附加密度0.07 g/cm3，成功壓井的鉆井液密度需1.80 g/cm3。但鉆井液密度由1.74g/cm3提高至1.75g/cm3過程中發(fā)生井漏，初始漏速28m3/hr。再次采用橋漿+固化堵漏漿堵漏，關(guān)環(huán)形防噴器正向擠注堵漏漿2.5m3，擠注壓力1.7MPa，停泵，壓力穩(wěn)定至1.6MPa，憋壓靜止堵漏1h，堵漏成功。下鉆恢復(fù)鉆進至完鉆井深，沒有發(fā)生復(fù)漏。

6 結(jié)論

①固化堵漏劑具有的“高失水、高強度和高酸溶率”特性，部分彌補了常規(guī)橋漿堵漏材料的不足，也可與橋漿堵漏材料配合使用;②固化堵漏劑既能有效封堵漏失通道，又能顯著提高地層的承壓能力，起到強化井壁的作用;③室內(nèi)評價和現(xiàn)場應(yīng)用表明，固化堵漏劑及其堵漏工藝較好的滿足了海上油田斷層破碎帶堵漏的要求。

參考文獻：

[1]徐同臺，劉玉杰，申威等.防漏堵漏技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1997.

[2]王洪偉.層鋪固化堵漏技術(shù)[C].中海油田服務(wù)股份有限公司技術(shù)交流會，2009.