ZYSD高失水固結(jié)堵漏技術(shù)在順北5-9井中的應(yīng)用

方俊偉，賈曉斌，劉文堂，樂明

（1.中國石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院，烏魯木齊 830011；2.中國石化縫洞型油藏提高采收率重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830011 3.中國石化中原石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院，河南濮陽 457001）

順北5-9 井是位于順托果勒低隆北緣順北5 號(hào)斷裂帶南部的一口重點(diǎn)評(píng)價(jià)井，順北5 號(hào)斷裂帶志留系斷層、裂縫發(fā)育，井漏、井壁失穩(wěn)等復(fù)雜情況[1]。5 號(hào)斷裂帶南部志留系共施工10 井次，9 井次發(fā)生嚴(yán)重漏失，漏失率為90%，現(xiàn)場(chǎng)常用堵漏技術(shù)有橋塞堵漏、水泥漿堵漏、化學(xué)凝膠堵漏等，但堵漏成功率低，重復(fù)漏失嚴(yán)重[2-4]，漏失量近10 000 m3，共損失周期485 d。針對(duì)志留系井漏、地層承壓能力低、出水等難題，采用具有快速封堵、成網(wǎng)駐留、膠凝膨脹固化等特點(diǎn)的ZYSD 高失水固結(jié)堵漏技術(shù)，克服了堵漏一次成功率低、承壓能力不足等缺點(diǎn)，提高了堵漏一次成功率和志留系地層承壓能力，成功解決了志留系井漏、出水等問題。

1 地質(zhì)工程簡(jiǎn)況

1）地質(zhì)簡(jiǎn)況。順北5-9 井三開鉆遇石炭系、泥盆系、志留系、奧陶系。志留系5510～6755 m，分為塔塔埃爾塔格組和柯坪塔格組，巖性為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主。由于泥巖較為發(fā)育、易水化膨脹、產(chǎn)生剝落掉塊、垮塌；志留系斷層誘導(dǎo)裂縫、高壓水層發(fā)育，防塌防漏防涌矛盾突出。

2）工程簡(jiǎn)況。該井三開使用φ215.9 mm 鉆頭，采用鉀胺基聚磺鉆井液從井深5115～7648 m，下入φ177.8 mm 套管中途完鉆。志留系鉆進(jìn)過程中漏失10 次，其中井深5527.9 m 處出鹽水?，F(xiàn)場(chǎng)采用橋塞復(fù)合堵漏、降排量全井堵漏漿鉆進(jìn)方式，雖能恢復(fù)鉆進(jìn)，但封堵層穩(wěn)定性差、提承壓能力不足，易重復(fù)漏失。

2 志留系堵漏難點(diǎn)

志留系鉆進(jìn)過程中，為了抑制泥巖段水化膨脹和壓水層，一般采取提密度措施，根據(jù)鄰井分析鉆井液密度至少提高至1.41 g/cm3，提高密度增加了薄弱低壓井段井漏的風(fēng)險(xiǎn)。分析面臨幾大技術(shù)難點(diǎn)：①地層承壓能力低，裂縫受井內(nèi)激動(dòng)壓力易誘導(dǎo)開啟閉合，導(dǎo)致裂縫尺寸動(dòng)態(tài)變化，橋塞堵漏材料粒徑級(jí)配困難，難以致密封堵[5-6]，重復(fù)漏失嚴(yán)重。據(jù)順北5-5 成像測(cè)井解釋，測(cè)量井段內(nèi)提取了4 處水力壓裂縫參數(shù)，裂縫寬度在6.93～19.24 mm 左右，平均裂縫寬度11.11 mm，而井漏初期，堵漏實(shí)踐表明堵漏材料顆粒粒徑大于3 mm 即會(huì)封門。②井漏伴隨著出水，常規(guī)橋塞堵漏材料、水泥漿存在抗水沖釋性差等問題[7-9]。③漏失井段長，漏失點(diǎn)多，重復(fù)漏失頻繁，且反復(fù)憋壓堵漏，會(huì)造成地層更加破碎，承壓能力更低，甚至?xí)T發(fā)井壁失穩(wěn)。

3 高失水固結(jié)堵漏機(jī)理

針對(duì)裂縫尺寸小于3 mm 的漏層多、常規(guī)橋塞堵漏材料對(duì)裂縫漏層尺寸匹配性差、密實(shí)封堵強(qiáng)度低、重復(fù)漏失頻繁的技術(shù)難點(diǎn)，開發(fā)出基于“快速濾失駐留+纖維成網(wǎng)封堵+膠凝固化”機(jī)理的高強(qiáng)度復(fù)合堵漏技術(shù)[10-12]，命名為ZYSD 高失水固結(jié)堵漏技術(shù)。高失水固結(jié)堵漏材料由濾失材料、纖維成網(wǎng)材料、膠凝材料等復(fù)配而成。主要特點(diǎn)有：①封堵速度快，封堵時(shí)間小于30 s；②膠凝固化后，承壓強(qiáng)度高達(dá)18 MPa，不易復(fù)漏；③純堵漏時(shí)間短，堵漏效率高。堵漏施工結(jié)束后，無需候凝，起鉆更換鉆具組合，下鉆掃塞，恢復(fù)鉆進(jìn)。尤其是破碎性地層和誘導(dǎo)性裂縫地層實(shí)現(xiàn)快速、高效封堵，減少重復(fù)漏失。

4 堵漏配方優(yōu)化

由于志留系誘導(dǎo)性裂縫發(fā)育，易開啟、延展、擴(kuò)大，這一特點(diǎn)增加了堵漏材料的駐留難度。因此，為提高駐留封堵成功率、地層承壓能力，避免堵漏漿濾液造成的井壁失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)堵漏需求，開展了堵漏配方優(yōu)化及性能評(píng)價(jià)。

4.1 礦化度對(duì)濾失性能的影響

針對(duì)志留系的柯坪塔格組井壁失穩(wěn)與塔塔埃爾塔格組裂縫漏失同存問題，采用清水配制的ZYSD高失水固結(jié)堵漏漿在裸眼井段高濾失堵漏過程中對(duì)井壁穩(wěn)定有一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)。通過提高高失水固結(jié)堵漏漿的礦化度，降低高失水固結(jié)堵漏漿大量濾失造成的潛在井壁失穩(wěn)及對(duì)鹽水鉆井液污染的風(fēng)險(xiǎn)。因此，考察了采用不同濃度鹽水配制的高失水固結(jié)堵漏漿的濾失性能、固化封堵性能，結(jié)果見表1。用5%KCl 水溶液配制濃度50%的高失水固結(jié)堵漏漿，將濾餅分別在常溫25、100 ℃養(yǎng)護(hù)3 h，濾餅厚度對(duì)比見圖1。由表1 可知，采用不同種類、不同濃度的鹽水配制的堵漏漿對(duì)濾失速度、濾失量、濾餅厚度影響不大，但濾餅的抗壓強(qiáng)度略有上升，實(shí)驗(yàn)表明，采用一定礦化度鹽水配制堵漏漿，不影響整體封堵效果。由圖1 可知，鹽水配制的堵漏漿濾餅在高溫作用下，體積膨脹明顯，克服了水泥漿固化后體積收縮的缺點(diǎn)，這一特點(diǎn)能有效地解決誘導(dǎo)性裂縫易開啟、閉合致漏的問題。

表1 礦化度對(duì)高失水固結(jié)堵漏漿性能的影響

圖1 不同溫度下的5%KCl 配制的堵漏漿濾餅

4.2 不同尺寸裂縫駐留封堵能力評(píng)價(jià)

失返性漏失是井漏中最嚴(yán)重的漏失類型，處理不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致卡鉆、井塌、井噴等井下事故。志留系微裂縫誘導(dǎo)性強(qiáng)，受多次憋壓影響，易擴(kuò)展至大裂縫或縫孔，導(dǎo)致失返性漏失，增加堵漏材料的駐留難度。高失水固結(jié)堵漏漿在1～3 mm 裂縫中的的有效駐留，可滿足絕大多數(shù)的天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫漏失地層。然而50%高失水固結(jié)堵漏漿在較大裂縫漏層中無法快速有效駐留。這是由于高失水固結(jié)堵漏機(jī)理與常規(guī)橋塞堵漏機(jī)理不同[13-15]，不存在架橋、填充功能，其在漏層中的駐留是在濾失富集條件下的自然堆積，在較大尺寸的垂直裂縫中，重力作用下自然沉降，駐留效應(yīng)不足。為了提高其漏失阻力和駐留速度，在堵漏漿中引入一定量的架橋材料，提高其在裂縫中的駐留速度。

在不影響ZYSD 高失水固結(jié)堵漏漿濾失性能和膠結(jié)能力的前提下，優(yōu)選出剛性架橋材料，提高高失水固結(jié)堵漏漿的駐留能力，結(jié)果見表2。復(fù)配剛性顆粒的高失水固結(jié)堵漏在10 mm 裂縫中的駐留效果見圖2?？芍?，在ZYSD 高失水固結(jié)堵漏漿中引入3%剛性顆粒（1～3 mm）和2%剛性顆粒（3～5 mm），使其在5 mm 裂縫中的漏失比例由10%降低至5%，在10 mm 裂縫中的漏失比例由100%降低至20%。但室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，剛性顆粒濃度過高會(huì)影響堵漏漿在漏失通道中形成有效封堵層。因此，剛性顆粒加量一般不能超過10%。堵漏配方如下。

圖2 復(fù)配剛性顆粒的高失水固結(jié)堵漏在10 mm 裂縫中的駐留效果

表2 高失水固結(jié)堵漏漿駐留性能評(píng)價(jià)

1#濃度50%的高失水固結(jié)堵漏漿+3%剛性顆粒(1～3 mm)

2#1#+2%剛性顆粒(3～5 mm)

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

順北5-9 井三開志留系采用ZYSD 高失水固結(jié)堵漏7 次，其堵漏情況見表3。由表3 可以看出，采用ZYSD 高失水固結(jié)堵漏方法，一次成功率達(dá)100%；堵漏時(shí)間為23.2 d，較鄰井的井漏復(fù)雜時(shí)間減少了81%，成為了順北5 號(hào)斷裂帶南部第一口無故障井。

表3 順北5-9 井志留系堵漏情況

5.1 井深5527.94 m堵漏（第1次井漏）

鉆進(jìn)至井深5527.9 m，鉆井液密度為1.38 g/cm3，發(fā)生漏失，漏速為24 m3/h，漏失鉆井液4 m3。降低排量至12 L/s，搶鉆進(jìn)至5529.57 m，漏速為12 m3/h，漏失8 m3鉆井液。搶鉆期間泵入濃度為35%的隨鉆堵漏漿25 m3；循環(huán)驗(yàn)漏，排量為12 L/s，漏失鉆井液量為14 m3，漏速為4 m3/h；堵漏漿出鉆頭后漏失量逐漸減小，停泵發(fā)現(xiàn)出口未斷流，罐面計(jì)量2 min 返液1 m3（地層出水），立管回壓3 MPa；起鉆至5104 m（套管內(nèi)），配制堵漏漿，配方為：50 m3清水+10%微裂縫封堵劑+7.5%SQD-98（細(xì)）+7.5% 礦物纖維+5%FT-1A+5%QS-2，由于地層井漏、出鹽水，橋塞堵漏效果差，決定采用高失水固結(jié)堵漏技術(shù)進(jìn)行堵漏。

1）堵漏漿配制。配制堵漏漿50 m3，堵漏漿配方：45 m3清水+5%KCl+20 t 高失水固結(jié)堵漏劑ZYSD+3 t 抗高溫高強(qiáng)承壓劑+2 t 微裂縫封堵劑。

2）施工過程。循環(huán)注入井內(nèi)35 m3堵漏漿，替漿10 m3，泵注堵漏漿期間返漿。關(guān)井?dāng)D注39 m3鉆井液，最高套管壓力為2.8 MPa，停泵不降，繼續(xù)停泵12 min 套管壓力穩(wěn)定在2.1 MPa；再次擠注1 m3鉆井液，最高套管壓力為5.3 MPa，停泵后套管壓力3.5 MPa；關(guān)井憋壓2 h，套管壓力穩(wěn)定在2.6 MPa。開井活動(dòng)鉆具、頂通循環(huán)，鉆具正常、返漿正常，堵漏施工結(jié)束。本次堵漏施工共配制50 m3堵漏漿，入井35 m3堵漏漿，擠入漏層21 m3，最高施工套管壓力為5.3 MPa。

3）效果分析。掃塞至巴楚組，有明顯遇阻現(xiàn)象，且扭矩變化異常，表明堵漏漿在該層位進(jìn)入漏層并形成封堵；結(jié)合前期鉆井存在快鉆時(shí)及粗砂巖巖性分析可知，本次堵漏有效封堵該層位井漏高風(fēng)險(xiǎn)層位；掃塞至5390～5400 m，存在扭矩變化及遇阻顯示，表明本次堵漏成功夯實(shí)原橋塞封堵層，降低該層位再次井漏風(fēng)險(xiǎn)；掃塞至5500 m 直至井底，掃塞遇阻明顯，至井底大排量25 L/s 循環(huán)無漏失。表明本次堵漏成功封堵井底重點(diǎn)漏層、水層。

5.2 井深5975.11 m堵漏（第6次井漏）

鉆進(jìn)至井深5975.11 m，循環(huán)過程中，發(fā)生漏失，漏速為0.7 m3/min，泵入15 m3濃度為20%的堵漏漿，起鉆到套管內(nèi)60 沖排量循環(huán)不漏，提高到70沖，發(fā)生漏失，漏速為0.8～1.0 m3/min，逐步降至排量到20 沖，0.2 m3/min，共漏失51 m3。停泵觀察，立管壓力為4.5 MPa，以20 沖排量泵入2.3 m3井口失返，采用高失水固結(jié)堵漏。

1）堵漏漿配制。配制堵漏漿44 m3，配方：30 m3清水+5%KCl+18 t 高失水固結(jié)堵漏劑ZYSD+2.5 t 抗高溫高強(qiáng)承壓劑+1 t 微裂縫封堵劑+1 t（1～3）mm 貝殼渣；堵漏漿性能：密度為1.22 g/cm3，失水時(shí)間為29 s，濾餅厚度為22 mm。

2）施工過程。循環(huán)泵入井內(nèi)35 m3堵漏漿，替漿10 m3，泵注堵漏漿期間返漿。關(guān)井?dāng)D注50.5 m3鉆井液，擠注過程中最高套管壓力為8.5 MPa。擠入43 m3鉆井液，套管壓力升至4.08 MPa，擠入47 m3鉆井液，壓力升至4.17 MPa，擠入50 m3鉆井液，壓力升至5.3 MPa，繼續(xù)憋擠0.5 m3鉆井液，壓力升至7.2 MPa，憋壓2.5 h，壓力升至8.5 MPa。自然泄壓，泄壓期間返吐0.5 m3鉆井液。開井活動(dòng)鉆具、頂通循環(huán)，鉆具正常、返漿正常。下鉆掃塞，鉆至井深5158 m 處遇阻，沖劃，5300 m 遇阻，沖劃至5500 m，無鉆壓沖劃，扭矩波動(dòng)幅度不大，劃至井底，循環(huán)4 h 無漏失，恢復(fù)鉆進(jìn)。

3）效果分析。施工過程中套管壓力達(dá)到8.5 MPa，說明志留系裸眼段地層骨架完好，本次高失水固結(jié)堵漏將井深5975.11 m 以上裸眼段提高承壓至1.51 g/cm3。

6 結(jié)論與建議

1.ZYSD 高失水固結(jié)堵漏劑是一種高效堵漏材料，漏層適應(yīng)性好，通過快速失水，成網(wǎng)堆積，膨脹固化形成封堵層，與縫壁黏接性好，承壓能力強(qiáng)，避免了裂縫誘導(dǎo)開啟擴(kuò)張導(dǎo)致的返吐復(fù)漏問題。

2.ZYSD 高失水固結(jié)堵漏技術(shù)具有施工簡(jiǎn)便、堵漏時(shí)效短、堵漏成功率高等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的推廣前景。