下?lián)P子地區(qū)頁巖氣井失返性漏失堵漏技術(shù)研究
——以WY-1HF井為例

李大勇，肖 超，王勝建，趙小祥，朱迪斯，劉浩亞

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京100083；2.中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京100101）

水平井水平段裂縫性灰?guī)r縫洞型漏失層堵漏一直是難題。由于漏失通道大，橋接類堵漏材料很難在漏失通道內(nèi)架橋生成封堵層[1-5]，而常用的固結(jié)類堵漏漿體由于密度較高、黏度低，在水平段內(nèi)易出現(xiàn)沉降等問題，很難以段塞狀均勻推進(jìn)，影響封堵效果[6-9]。此外，堵漏材料對油基鉆井液性能，特別是對破乳電壓的影響非常大，進(jìn)而影響油基鉆井液的穩(wěn)定性。

WY-1HF井是中國地質(zhì)調(diào)查局在長江中下游下?lián)P子地區(qū)部署的一口重點水平勘探井，位于寧國凹陷的西部深凹斜坡帶構(gòu)造部位。該井水平段儲層以孤峰組（1 334.60～2 553.68 m）碳質(zhì)泥巖為主，設(shè)計水平段井眼直徑為215.9 mm，井段斜深2 553.57 m，造斜點深度為1 020 m，水平段井深1 555.52～2 553.57 m。孤峰組屬于頁巖層段，為了保證井下安全，該井從造斜段開始采取油基鉆井液鉆進(jìn)，水平鉆至2 004 m時發(fā)生惡性漏失。常規(guī)堵漏技術(shù)，如橋塞堵漏、油井水泥堵漏均無法有效封堵漏失層。針對該漏失特點開展研究，通過室內(nèi)試驗，選擇配伍性好的橋堵材料確保油基泥漿性能穩(wěn)定，優(yōu)選出低密度無機凝膠配方，通過高密度水泥（1.89 g/cm3）固化封堵結(jié)合低密度無機凝膠（1.17 g/cm3）固化封堵，配合使用油基鉆井液高濃度大顆粒橋塞堵漏漿堵漏的方法，最終實現(xiàn)了水平段漏失封堵。

1 漏失特征分析

1.1 漏失速度高和漏失量大

WY-1HF井在水平段鉆進(jìn)至2 004 m時，泵壓由12 MPa 降低為10.5 MPa，鉆壓由120 kN 降為10 kN，鉆時變快，同時發(fā)生失返性漏失，漏失速度為181 m3/h，井筒液面急劇下降到離井口800 m，強行起出旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向設(shè)備，并往井內(nèi)灌入150 m3油基鉆井液，鉆井液液面仍離井口800 m不變。分析可知，其原因是使用比重為1.25 g/cm3的鉆井液鉆開地層時，孔隙壓力為0.5 g/cm3的體積巨大的大型溶洞—裂縫性地層無法承受液柱壓力，從而造成失返性漏失。鉆井液液面下降到離井口800 m 時，鉆井液液柱壓力與地層壓力達(dá)到平衡，灌入150 m3油基鉆井液后，鉆井液液面仍無變化。

1.2 漏失地層特征

WY-1HF 井地層為裂縫發(fā)育的灰?guī)r地層，巖性為100 %灰?guī)r，在鉆遇此失返性漏失層前，測深在1 908～1 932 m（垂深1 361 m）的多處灰?guī)r地層已發(fā)生5 m3/h的漏失，累計漏失油基鉆井液187 m3。

對于前期小于5 m3/h的灰?guī)r地層微裂縫漏失，使用橋塞堵漏技術(shù)能很好地封堵漏失層。堵漏材料包括：3 %粒徑為1～3 mm 的剛性堵漏劑、3 %粒徑為0.01～0.1 mm 的石墨粉、3%粒徑為0.01～0.1 mm 的復(fù)合碳酸鈣。主要原理是選取對破乳電壓影響小的堵漏劑，將多種堵漏材料復(fù)合配置成堵漏漿，并利用高壓將其擠入地層漏失位置，堵漏材料在孔喉處掛住、架橋、填充后，形成的填塞層與裂縫或孔洞的壁面產(chǎn)生較大的摩擦而不易被推移，再利用堵漏漿中薄而光滑、易曲張變形的片狀物質(zhì)進(jìn)行填塞，利用石墨粉的滑動變形，在近井地帶形成一層致密的填塞層，達(dá)到堵孔、消除漏失、提高地層承壓能力的目的[10-11]。

但對于2 004 m 處漏失速度和漏失量大的溶洞—裂縫型漏失，上述配方?jīng)]有任何效果，初期判斷漏失層為溶洞—裂縫性地層。

1.3 漏失層的壓力特征

WY-1HF 井鉆至2 004 m 時，鉆井液的密度為1.25 g/cm3，鉆井液發(fā)生失返性漏失，地層壓力平衡時的液面為800 m，本井垂深為1 361 m，折算成漏失層的地層壓力當(dāng)量鉆井液密度為0.5 g/cm3。

式中：ρP為地層孔隙壓力當(dāng)量鉆井液密度，g/cm3；ρF為鉆井液液柱壓力當(dāng)量鉆井液密度，g/cm3；HVD為油井垂直深度，m；HFH為井筒內(nèi)鉆井液液面距井口距離，m。

2 堵漏難點分析與方案

2.1 堵漏難點分析

2.1.1 油基鉆井液與常用橋接堵漏漿配伍性差

常規(guī)的橋接堵漏原理是將纖維、片狀材料、顆粒材料進(jìn)行復(fù)配，通過顆粒材料在孔喉道處架橋，形成的填塞層與裂縫或孔洞的壁面產(chǎn)生較大的摩擦而不易被推移，再利用堵漏漿中的薄而光滑、易曲張變形的片狀物質(zhì)進(jìn)行填塞，以植物纖維的拉筋串聯(lián)形成一層致密的填塞層，達(dá)到堵漏的目的[12-14]。

橋塞堵漏技術(shù)是水基鉆井液中最常用的技術(shù)，可根據(jù)漏失速度的不同，配置不同配方的堵漏漿進(jìn)行堵漏，但橋塞堵漏技術(shù)中使用的纖維類材料、顆粒類材料表面是親水表面，且比表面積大，當(dāng)使用這些材料在油基鉆井液中配置高濃度堵漏漿封堵惡性漏失時，油基鉆井液中的乳化劑、潤濕劑等將大量吸附在纖維材料、顆粒材料表面，導(dǎo)致油基鉆井液的乳化穩(wěn)定性失效，引發(fā)包括油水分層、加重劑沉降、井眼坍塌等一系列問題，容易導(dǎo)致堵漏失敗[15-20]。

2.2.2 漏失層壓力低和漏失速度大

WY-1HF 井漏失層漏失速度大，由于地層壓力梯度低達(dá)0.5 MPa/hm，而大部分可固化的堵漏漿密度大于1.5 g/cm3，無法在漏失層滯留，因此，常規(guī)橋接堵漏漿難以在漏失層滯留。

2.2.3 水平井井筒封堵難度大

水平段井筒尺寸大，橋接堵漏材料無法有效地直接封堵215.9 mm 井筒。由于水泥漿密度高達(dá)1.89 g/cm3，而井筒內(nèi)的油基鉆井液密度為1.25 g/cm3，注入的水泥漿段塞在重力作用下，沉降到水平段的底部，密度小的油基鉆井液漂浮在水泥漿上面，水泥漿固化后，上部仍然存在油基鉆井液形成的通道。水泥、凝膠等可固化材料在水平段無法成段塞滯留，導(dǎo)致堵漏失敗。

另外，水泥在水平段由于重力作用，未能進(jìn)入漏失地層的水泥在井眼內(nèi)沿水平方向延展，而固化后將使水平段含水泥的長度增加會使得井眼實際通過直徑變小，導(dǎo)致下鉆遇阻的井段增加，造成井越堵越淺。

2.2 堵漏方案

1）采用油基鉆井液橋塞堵漏技術(shù)，使用油基鉆井液專用堵漏材料，并配合水基鉆井液中的高效堵漏材料（如核桃殼、纖維、云母片等）強化橋塞堵漏效果，通過調(diào)整油基鉆井液配方提高堵漏漿的破乳電壓，維護(hù)油基鉆井液的穩(wěn)定性；

2）采用高密度水泥（1.89 g/cm3）固化封堵結(jié)合低密度無機凝膠（1.17 g/cm3）固化封堵，縮小漏失通道橫斷面積，配合油基鉆井液高濃度大顆粒橋塞堵漏漿堵漏；

3）堵漏作業(yè)完成后，持續(xù)憋壓使得橋塞堵漏劑維持在漏失層，承壓達(dá)到5 MPa不漏后再開展后續(xù)作業(yè)。

3 堵漏漿配方室內(nèi)實驗及現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 堵漏漿配方室內(nèi)實驗

3.1.1 油基堵漏漿配方實驗

WY-1HF 井現(xiàn)場使用的油基鉆井液配方為：400 mL 柴油+3 %主乳化劑+2 %輔乳化劑+100 mL CaCl2溶液（28%）+2%CaO+3%有機土+4%氧化瀝青降濾失劑+重晶石。

配方性能：密度為1.3 g/cm3，漏斗黏度為65 s，塑性黏度為26 mPa·s，動切力為11 Pa，靜切力為4/6 Pa，高溫高壓在120 ℃下，濾失量為2.5 mL，破乳電壓為1 200 V，油水比為80∶20。

選用此基漿開展油基鉆井液堵漏漿配方實驗，結(jié)果如表1所示。

表1 不同油基鉆井液堵漏漿配方的破乳電壓Table 1 Emulsion-breaking voltage of different oil-based drilling fluid plugging slurry formulation

剛性堵漏劑以不同粒度的石英砂為主，復(fù)合堵漏劑以纖維為主且含少量核桃殼和云母片，承壓堵漏劑以一種熱處理后的纖維為主，可過80 目篩。剛性堵漏劑、承壓堵漏劑、彈性石墨、碳酸鈣對基漿的破乳電壓影響小，而復(fù)合堵漏劑、棉籽殼、核桃殼等對基漿的破乳電壓影響大。

選取了核桃殼、復(fù)合堵漏劑、棉籽殼，并配合彈性石墨、竹纖維、雙親承壓堵漏劑、復(fù)合橡膠粒子等配置成堵漏漿，對配成的堵漏漿進(jìn)行檢測，其破乳電壓的變化見表2。

表2 改進(jìn)后油基鉆井液堵漏漿配方的破乳電壓Table 2 Emulsion-breaking voltage of oil-based drilling fluid plugging slurry formulation after improvement

從實驗結(jié)果可以看出：油基鉆井液中加入堵漏劑配成橋漿后，破乳電壓從1 200 V 下降到100 V 左右，通過補充足量的乳化劑，破乳電壓能恢復(fù)到400 V以上，滿足淺井對于油基鉆井液破乳電壓的要求。

3.1.2 凝膠堵漏漿配方實驗

無機凝膠是一種水硬性堵漏材料，配置完成后密度可達(dá)1.17 g/cm3，具有良好的可泵性，固化強度較低，硬度小。選用的無機凝膠的配方為：5%預(yù)水化坂土漿+12%成膠劑+10%堵漏劑+2%交聯(lián)劑+5%增強劑。低密度無機凝膠在地層溫度（90 ℃）條件下養(yǎng)護(hù)24 h后的固化物中無機凝膠粒徑約0.01～100 μm，粒度分布合理，密實充填，進(jìn)入地層漏失通道后很快與地層發(fā)生吸引而滯留，通過固結(jié)作用形成高強度封堵。

參照國家標(biāo)準(zhǔn)《油井水泥試驗方法：GB/T 19139—2012》，測定了低密度凝膠的稠化時間和固化物強度，配置的低密度凝膠堵漏劑稠化時間為305 min，固化物抗壓強度為14.49 MPa，能滿足現(xiàn)場安全施工的要求及防止完井作業(yè)過程中再次發(fā)生漏失。

3.2 現(xiàn)場應(yīng)用

3.2.1 漏失層堵漏

1）第1 次堵漏：光鉆桿下入井底2 004 m，下鉆不返漿。橋塞堵漏漿配方：井漿+11 %剛性堵漏劑（5 %為10～20 目，2 %為40～80 目，2 %為80～120目，2%為150～200 目）+20%復(fù)合堵漏劑（核桃殼、云母片、纖維大中小顆粒復(fù)配）+2 %復(fù)合橡膠粒子（中粒橡膠，花生殼）+2%改性竹纖維+2%彈性石墨+2%主乳化劑+2%輔乳化劑。使用泥漿泵泵入16.5 m3高濃度堵漏漿，然后替入16 m3現(xiàn)場鉆井液將堵漏漿替入到井底，井口無返出，鉆井液液面距井口800 m，堵漏失敗。

2）第2 次堵漏：光鉆桿下入井底2 004 m，下鉆不返漿。橋塞堵漏漿配方：井漿+5 %剛性堵漏劑（2 %為10～20 目，1 %為40～80 目，1 %為80～120目，1%為150～200 目）+20%復(fù)合堵漏劑（核桃殼、云母片、纖維大中小顆粒復(fù)配）+1%棉籽殼+2%雙親承壓堵漏劑+12 %核桃殼（5 %為6～10 mm，5 %為2～5 mm，2 %為1～3 mm）+2 %主乳化劑+2 %輔乳化劑。使用泥漿泵泵入17 m3高濃度堵漏漿，然后替入16 m3現(xiàn)場鉆井液，將堵漏漿替入到井底，井口有少量返出。起鉆到1 765 m，灌漿不返，鉆井液液面距井口500 m，堵漏失敗。

3）第3 次堵漏：光鉆桿下入井底2 004 m，使用泥漿泵注入5 m3高濃度橋塞堵漏漿，接著使用水泥車注入4 m3密度為1.2 g/cm3的前置液，8 m3密度1.8 g/cm3的水泥漿，1 m3后置液，使用14 m3泥漿泵替漿。橋塞堵漏漿配方：井漿+10%復(fù)合堵漏劑（核桃殼、云母片、纖維大中小顆粒復(fù)配）+2%棉籽殼+2%雙親承壓堵漏劑+12%核桃殼（4%為6～15 mm，4%為2～5 mm，4%為1～3 mm）+2%主乳化劑+2%輔乳化劑。井口失返，灌漿不返，鉆井液液面距井口272 m，堵漏失敗。

4）第4 次堵漏：使用泥漿泵泵入5.5 m3橋塞堵漏漿，接著使用水泥車泵入密度為1.2 g/cm3的前置液1 m3，12 m3密度為1.8 g/cm3的水泥漿，1 m3后置液，使用10.8 m3泥漿泵替漿。橋塞堵漏漿配方：井漿+10%復(fù)合堵漏劑（核桃殼、云母片、纖維大中小顆粒復(fù)配）+2%棉籽殼+2%雙親承壓堵漏劑+12%核桃殼（4%為6～15 mm，4%為2～5 mm，4%為1～3 mm）+2%主乳化劑+2%輔乳化劑。井口失返，灌漿不返，鉆井液液面距井口307 m，堵漏失敗。

前4 次堵漏失敗，初步證實漏失層段為裂縫-溶洞性地層,油基鉆井液漏失量超過800 m3，必須盡快完成井眼封堵以利于進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。

3.2.2 水平段井筒內(nèi)堵漏

1）凝膠堵漏，凝膠堵漏漿配方：5%預(yù)水化坂土漿+12%成膠劑+10%堵漏劑+2%交聯(lián)劑+5%增強劑。下光鉆桿到井底，使用泥漿泵泵入3 m3的5%預(yù)水化坂土漿，接著使用泥漿泵泵入18 m3密度為1.17 g/cm3的凝膠漿，替漿11.4 m3，關(guān)井憋壓，最大擠注壓力為4 MPa，泵沖為10 沖，起壓至3 MPa 后每隔10～20 min 擠入一次，共擠入7 m3無機凝膠漿，井口少量返出，起鉆灌漿后，鉆井液液面由320 m 上升到280 m。

2）橋塞堵漏，橋塞堵漏漿配方：井漿+19 %核桃殼（6 %為6～10 mm，10 %為2～5 mm，3 %為0.5～1 mm）+7%竹纖維+2%雙親承壓劑+10%復(fù)合堵漏劑（核桃殼、云母片、纖維大中小顆粒復(fù)配）+1%棉籽殼+2%復(fù)合橡膠封堵劑。使用泥漿泵泵入26.3 m3高濃度橋塞堵漏漿，然后替入11 m3井漿，井口有少量返出，鉆井液液面為250 m，環(huán)空灌入7 m3油基鉆井液，憋壓5 MPa，穩(wěn)壓，堵漏成功。后續(xù)又憋壓7 h，累計擠入10 m3油基堵漏漿，穩(wěn)壓5 MPa，堵漏成功。

3.3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

使用水泥+凝膠+油基鉆井液橋塞堵漏的復(fù)合堵漏技術(shù)，成功地縮小并封堵了直徑為215 mm的水平段井眼，解決了WY-1HF 井水平段惡性漏失的技術(shù)難題，為后續(xù)作業(yè)提供了保障。通過應(yīng)用該復(fù)合堵漏技術(shù)，克服了在使用油基鉆井液時，水泥堵漏、橋塞堵漏等常規(guī)單一堵漏技術(shù)在水平段惡性漏失堵漏效果差的局限性，為該地區(qū)鉆井堵漏方法提供了新的思路。

4 結(jié)論

長江中下游下?lián)P子地區(qū)頁巖氣地層復(fù)雜，斷層多，失返性漏失多為溶洞—裂縫性漏失，通過室內(nèi)研究和現(xiàn)場試驗，解決油基鉆井液在水平段惡性漏失的技術(shù)難題，形成的主要認(rèn)識有：

1）采用高密度（1.89 g/cm3）的水泥固化封堵結(jié)合低密度（1.17 g/cm3）無機凝膠固化封堵，在進(jìn)入地層裂縫后形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)并縮小裂縫尺寸，結(jié)合油基鉆井液高濃度橋堵漿封堵漏失通道，通過憋壓使得堵漏劑保持在漏失層，從而實現(xiàn)封堵。

2）使用足量的乳化劑能提高油基橋塞堵漏漿（含大量的復(fù)合堵漏劑、棉籽殼、核桃殼等堵漏材料）的破乳電壓，保證堵漏過程中井眼穩(wěn)定。