淺談蘇東區(qū)塊儲(chǔ)氣庫注采井鉆井防漏堵漏技術(shù)

宋 健，魏舉行，侯 毅，劉 銀，陸 川，夏 陽，李 鵬

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安 710018）

蘇東39-61儲(chǔ)氣庫位于蘇里格氣田東區(qū)中南部召10井區(qū)東部，是集團(tuán)公司重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，屬于國(guó)家重點(diǎn)工程。該地區(qū)長(zhǎng)期開發(fā)后目的層地層壓力系數(shù)極低（0.1～0.5）且不均衡，屬枯竭氣藏。2019年施工的第一口注采井蘇東38-60A鉆至目的層馬家溝組時(shí)發(fā)生失返型漏失，多次堵漏，堵漏周期長(zhǎng)達(dá)34.63 d。

隨著注采井任務(wù)的逐步實(shí)施，目的層極易漏失的問題導(dǎo)致鉆井的提速提效、儲(chǔ)層物性甚至后期的改造效果均受影響。目前尚未對(duì)蘇東區(qū)塊馬家溝組漏失有過針對(duì)性研究及解決措施。為了提高鉆井效率，保護(hù)儲(chǔ)氣庫井儲(chǔ)層質(zhì)量，本文總結(jié)2019-2020年儲(chǔ)氣庫注采井鉆井防漏堵漏施工經(jīng)驗(yàn)，旨在分析出一套適用于蘇東區(qū)塊目的層的防漏堵漏工藝[1]。

1 漏失情況分析

1.1 典型井分析

蘇東38-60A是蘇東39-61儲(chǔ)氣庫實(shí)施的第一口注采井，于2019年3月20日開鉆，4月27日4：00三開鉆進(jìn)至井深3 183 m馬家溝出現(xiàn)失返性漏失（本井3 164 m馬家溝頂界，對(duì)應(yīng)垂深3 106 m），泥漿性能：密度1.20 g/cm3，黏度60 s，失水3.5 mL，pH為10，通過橋塞堵漏11次，打水泥堵漏6次，隨鉆堵漏4次，承壓試驗(yàn)4次，靜止堵漏10次，成功堵漏并完井，累計(jì)漏失量6 289 m3，損失時(shí)間831 h。

1.2 漏失原因分析

蘇東區(qū)塊注采井目的層長(zhǎng)期開采虧空嚴(yán)重，注氣前開展全氣藏關(guān)井測(cè)試地層壓力，核心區(qū)地層壓力為5.8～6.9 MPa，平均為6.4 MPa，較原始地層壓力下降了22.8 MPa，下降幅度78%，鉆井液液柱壓力大于地層漏失壓力；馬家溝組發(fā)育大型裂縫或溶洞發(fā)育地層，發(fā)生較大漏失，導(dǎo)致漏失量大于3 m3/h，甚至有進(jìn)無出。

（1）裂縫性漏失。本井目的層馬五段，屬于碳酸鹽巖沉積，通過復(fù)雜的成巖作用改造，形成了大量的次生孔、洞、縫、各種孔隙，這個(gè)一方面構(gòu)成氣藏的儲(chǔ)集空間，但另一方面形成自然漏失通道，導(dǎo)致鉆井施工時(shí)發(fā)生漏失。

（2）馬家溝組地層孔隙壓力系數(shù)較低，導(dǎo)致發(fā)生漏失。地層存在漏失通道時(shí)，井筒中鉆井液作用于井壁的壓力超過地層的漏失壓力時(shí)，即發(fā)生漏失。該區(qū)塊馬家溝組壓力系數(shù)約為0.3（見表1），即便是清水（1.0）也會(huì)發(fā)生漏失。

表1 蘇東39-61井區(qū)老井實(shí)測(cè)地層壓力表

1.3 堵漏過程簡(jiǎn)述

第一階段：鉆至井深3 183 m鉆井液失返，歷經(jīng)3次橋塞堵漏，1次靜止堵漏，1次隨鉆堵漏，消耗堵漏漿750 m3，后打水泥堵漏成功；

第二階段：鉆至井深3 192 m鉆井液失返，歷經(jīng)7次橋塞堵漏，3次靜止堵漏，4次隨鉆堵漏，3次打水泥，堵漏漿3 090 m3，堵漏后可以搶鉆；

第三階段：搶鉆至井深3 266 m，采用40 m3超分子凝膠進(jìn)行承壓堵漏，滿足要求后進(jìn)行電測(cè)作業(yè)；

第四階段：電測(cè)后，通井至井底后進(jìn)行注水泥承壓，經(jīng)過2次橋塞+注水泥作業(yè)后，打入水泥漿70 m3，承壓滿足要求，下套管完井。

1.4 堵漏經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1）針對(duì)馬家溝組裂縫及溶洞性漏失，使用橋塞+水泥的方式，經(jīng)過多次擠封和注水泥堵漏，可逐漸提高地層承壓能力。本井施工中使用兩次低密輕珠水泥及4次常規(guī)水泥，逐漸封堵地層裂縫。注水泥之前先進(jìn)行橋塞擠封，起阻流作用，可使水泥更好的留于地層裂縫中。

（2）超分子凝膠用于地層承壓堵漏。本井完鉆后進(jìn)行承壓堵漏，使用橋塞擠封一次，效果不佳，改用超分子凝膠堵漏，該井配制凝膠，關(guān)井?dāng)D封，套壓達(dá)到12 MPa，30 min穩(wěn)壓達(dá)到11.8 MPa，滿足承壓要求。但后期由于通井循環(huán)，逐漸使高分子凝膠濃度稀釋，最終使用水泥進(jìn)行工藝承壓堵漏，承壓滿足固井要求。

（3）超分子凝膠進(jìn)入地層后形成了橋堵，實(shí)現(xiàn)了堵漏材料留得?。缓笃?，因該材料無法實(shí)現(xiàn)可固化，堵漏失效，但還有一定的橋堵能力，因此，第二次打少量水泥就成功堵漏。

因此可得出結(jié)論，堵漏成功的三要素：進(jìn)得去，留得住，能固化。在蘇東38-60A堵漏過程中發(fā)現(xiàn)，凝膠滿足“進(jìn)得去”、“留得住”，水泥滿足“進(jìn)得去”、“能固化”，合理利用凝膠及水泥可有效進(jìn)行漏層封堵。

2 防漏堵漏技術(shù)

2.1 堵漏思路

20世紀(jì)90年代“井眼強(qiáng)化”概念首次被提出，繼而有學(xué)者提出了“應(yīng)力籠”理論。當(dāng)泥漿液柱壓力超過地層的破裂壓力時(shí)，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就像一個(gè)“楔子”一樣楔進(jìn)裂縫當(dāng)中，對(duì)地層形成了壓縮此時(shí)泥漿的液柱壓力通過“楔子”作用在裂縫的近井眼端的兩側(cè)形成了壓縮環(huán)即“應(yīng)力籠”而它的產(chǎn)生使得井眼的強(qiáng)度得以提高。當(dāng)泥漿液柱壓力大于裂縫尖端的閉合應(yīng)力時(shí)漏失便會(huì)發(fā)生，因此阻隔液柱壓力向裂縫尖端的傳導(dǎo)是承壓堵漏的關(guān)鍵[1]。結(jié)合儲(chǔ)氣庫井鉆井施工，形成以“隨鉆防漏、及時(shí)堵漏、提高承壓”為主要思路：在鉆井液中依次加入填充、封堵等堵漏材料進(jìn)行防漏，按照漏失情況選擇采用具有滯留性能強(qiáng)、架橋效果好、封堵凝結(jié)性的堵漏技術(shù)進(jìn)行堵漏，并在堵漏過程中進(jìn)行承壓試驗(yàn)，強(qiáng)化地層承壓能力，減少后續(xù)漏失發(fā)生可能。

2.2 明確堵漏難點(diǎn)

（1）馬家溝儲(chǔ)氣層長(zhǎng)期開采虧空嚴(yán)重，目前雖然通過注采，地層壓力有所提高，根據(jù)目前注氣井口壓力和天然氣物質(zhì)平衡方程，初步預(yù)測(cè)目前平均地層壓力11.0 MPa。但由于儲(chǔ)層非均質(zhì)性和注采運(yùn)行的不均衡性，地層壓力分布不均勻，該井井底附近地層壓力在6～17 MPa，地層壓力系數(shù)預(yù)計(jì)只有0.4～0.6，不具備基礎(chǔ)的承壓能力；

（2）馬家溝組存在多道裂縫帶，橫向縱向交替，堵漏難度大；

（3）漏層井溫＞90 ℃，對(duì)橋塞材料、凝膠材料的抗溫性要求高，多種可固化堵漏工藝無法實(shí)施；

（4）失返性漏失，且漏失層位在井底，由于堵漏劑及砂子沉積，堵漏時(shí)裂縫“假性閉合”，堵漏材料無法有效進(jìn)入漏層，導(dǎo)致堵漏難度加大；

（5）因馬家溝產(chǎn)層后期需要注氣，對(duì)堵漏材料的酸溶性、降解性要求高，導(dǎo)致堵漏技術(shù)可選空間小；

（6）三開完需要承壓至當(dāng)量密度1.50 g/cm3，承壓工藝難度較大。

2.3 防漏堵漏技術(shù)

2.3.1 提前儲(chǔ)備堵漏材料 提前儲(chǔ)備堵漏材料（見表2）并配制堵漏漿，鉆開目的層前加入堵漏劑進(jìn)行隨鉆防漏，隨鉆堵漏劑以GT-MF、TP-2為主；鉆開馬家溝組前調(diào)整鉆井液性能：密度1.16～1.18 g/cm3，黏度60～65 s，pH值9，失水5～6 mL。

表2 堵漏材料明細(xì)

2.3.2 優(yōu)選堵漏技術(shù)

（1）防漏與隨鉆堵漏（＜5 m3/h）：高固相塞體堵漏技術(shù)。漏速3～5 m3/h時(shí)，原鉆具擠封堵漏：鉆具下至漏層以下10～20 m位置，泵入堵漏漿，頂替平衡后，起至安全位置，進(jìn)行靜止/循環(huán)加壓/擠封，原漿35～40 m3+2～3 t片狀碳酸鈣（30目）+2～3 t GT-MF/DF-A+2～3 t石灰石顆粒+3～5 t HD-2+3～5 t石灰石，密度1.35～1.40 g/cm3。

（2）中大型儲(chǔ)層段漏失（5～20 m3/h）：復(fù)合顆粒級(jí)配堵漏技術(shù)。采用光鉆桿+鋸齒接頭，將漏層位置劃通，起鉆至漏層以上80～100 m的位置，泵入堵漏漿，頂替平衡后，起至安全位置，進(jìn)行擠封。堵漏漿配方：原漿35～40 m3+2～3 t片狀碳酸鈣（20目）+3 t GT-MF+3 t HD-2+3 t NTBASE+6～8 t石灰石顆粒+4 t KSD-1。在模擬堵漏試驗(yàn)中使用1 mm楔形縫板、2 mm、3 mm、4 mm和5 mm縫板模具在模擬堵漏裝置上對(duì)堵漏漿配方進(jìn)行了裂縫封堵能力試驗(yàn)。該堵漏漿對(duì)全部模塊一次堵漏成功，測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果（見表4）。

（3）大型漏失（＞20 m3/h）：雙纖維凝膠混合細(xì)堵技術(shù)。雙纖維高效細(xì)堵漏劑+可固化酸溶水泥應(yīng)用，可提升失返型漏失一次堵漏成功率，減少漏失消耗，縮短堵漏周期。纖維在液體中分散后具有搭橋成網(wǎng)作用，形成纖維堵漏漿體系（見圖1）。當(dāng)橋接堵漏材料通過漏失通道時(shí)，在表面及喉道產(chǎn)生掛阻“架橋”，形成橋堵的骨架；凝膠吸水倍數(shù)高，膨脹倍數(shù)穩(wěn)定，相對(duì)于傳統(tǒng)橋塞堵漏劑，承壓能力大大提高至8 MPa，能進(jìn)入不同漏失孔道形成封堵層更為密實(shí)（見圖2），尾追酸溶性水泥，提高堵漏效果。

圖1 纖維架橋-微觀結(jié)構(gòu)

圖2 凝膠堵漏效果圖

2.3.3 工藝承壓堵漏 在漏失基本得到控制后，采用超分子凝膠+酸溶水泥進(jìn)行工藝承壓堵漏。鉆井液+8%～15%結(jié)構(gòu)劑+10%碳酸鈣（180～200目）+1.5%～2%超分子凝膠，光鉆桿擠封。通過橋塞及超分子凝膠堵漏后，馬家溝組地層漏失量得到明顯控制，或不發(fā)生漏失，但儲(chǔ)氣庫井后期是一個(gè)連續(xù)注采過程，所以對(duì)固井質(zhì)量要求極高，通過計(jì)算，馬家溝組地層要承壓1.50 g/cm3當(dāng)量密度，僅靠前期擠封，承壓能力有限，遠(yuǎn)不能滿足后期施工要求，因此，下套管前需進(jìn)行打水泥承壓，來提高固井質(zhì)量，滿足后期注采安全。擠封完成后，鉆具下入井底，循環(huán)出井底的凝膠，然后起鉆至漏層以上50～80 m，注入酸溶水泥。候凝掃塞完成后，配制30%橋塞堵漏漿原鉆具進(jìn)行承壓，判斷地層承壓當(dāng)量密度是否達(dá)到1.50 g/cm3，如滿足要求，短起下后充分循環(huán)，打潤(rùn)滑封閉漿下套管。承壓若達(dá)不到要求，起鉆下入光鉆桿，繼續(xù)打入酸溶水泥，承壓。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

2020年9～10月，以上述方法為指導(dǎo)，蘇東區(qū)塊共實(shí)施3口儲(chǔ)氣庫注采井鉆井作業(yè)。鉆至馬家溝組時(shí)，3口井均出現(xiàn)失返型漏失。采取復(fù)合顆粒級(jí)配堵漏技術(shù)、雙纖維凝膠混合細(xì)堵技術(shù)、高固相塞體堵漏技術(shù)，3口井井漏情況均堵漏成功，漏失情況（見表3）。

新鉆3口注采井平均漏失量較去年降低87%，大大減少了鉆井液及堵漏材料對(duì)儲(chǔ)層物性的影響；堵漏耗時(shí)減少55%，提高了鉆井速率，并減少了井筒在發(fā)生井漏時(shí)的井控風(fēng)險(xiǎn)?？芍鲜龆侣┕に囋谔K東區(qū)塊儲(chǔ)氣庫注采井中效果顯著，可得到應(yīng)用推廣。

表3 新鉆注采井漏失情況

表4 模擬堵漏試驗(yàn)參數(shù)