井眼強(qiáng)化隨鉆防漏技術(shù)研究與應(yīng)用

李銀婷，高 強(qiáng)，董小虎，申 威，嚴(yán)思明

1中國石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院 2中國石化縫洞型油藏提高采收率重點實驗室 3中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 4西南石油大學(xué)

1 地層漏失特征對井眼強(qiáng)化隨鉆防漏技術(shù)的需求

越來越多的長段裸眼孔隙—裂縫發(fā)育帶來的漏失問題，嚴(yán)重影響鉆井提速，并造成相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失。以某地區(qū)對其同一井段志留系11個漏點進(jìn)行成像測井為例(如圖1)。測井圖顯示，5 492～6 220 m誘導(dǎo)縫寬度相對較大(>0.1 mm)，以砂巖孔隙型漏失為主；6 220～6 843 m天然裂縫較發(fā)育，其中漏點10和11漏失量最大，可能與溝通斷裂有關(guān)。

圖1 某地區(qū)志留系成像測井圖

從成像測井資料分析，該地區(qū)志留系井漏呈現(xiàn)如表1漏失特征，即5 492～6 200 m井段基本為孔隙性漏層和誘導(dǎo)裂縫性漏失，以誘導(dǎo)裂縫性漏失為主，6 220～6 843 m井段以天然裂縫性漏失為主。

表1 某地區(qū)志留系地層漏失特征

因此，針對長段裸眼孔隙——裂縫發(fā)育地層防漏的重點是[1]：①有效封堵地層中的孔隙性漏失通道；②有效防止地層中誘導(dǎo)裂縫性漏失的發(fā)生；③有效快速封堵地層中天然微裂縫性漏失。

2 井眼強(qiáng)化隨鉆防漏體系的建立

針對孔隙—微裂縫地層或誘導(dǎo)性裂縫地層(漏速<5 m3/h)，往往鉆井液密度較低時會出現(xiàn)井壁不穩(wěn)定現(xiàn)象，而鉆井液密度較高時又出現(xiàn)井漏、安全密度窗口較窄，為很好地解決這一問題，在微裂縫發(fā)育地層鉆進(jìn)前，將一種微納米級的井眼強(qiáng)化劑AT-MUP 2%～4%直接加入鉆井液中，形成隨鉆防漏體系。該體系中井眼強(qiáng)化劑AT-MUP是一種由微納米級剛性樹脂、有機(jī)材料、纖維及脂肪酸植物衍生物、表面活性劑經(jīng)高溫合成的纖維顆粒材料，在清水、清潔鹽水及不同種類的鉆完井液中均具有良好的封堵性能，能大幅度改善井壁強(qiáng)度，提高地層承壓能力和安全密度窗口，具有優(yōu)良的封堵、防漏、防塌性能。

井眼強(qiáng)化劑在體系中的作用機(jī)理見圖2。

圖2 井眼強(qiáng)化劑作用機(jī)理示意圖

(1)井眼強(qiáng)化劑中的微米級和納米級高強(qiáng)度剛性顆粒隨鉆頭破巖時迅速嵌入到井周孔隙和微裂縫中，產(chǎn)生沿井眼切線方向的擠壓[2]。

(2)無數(shù)已填充微裂縫沿切線方向的同時擠壓，大大提高了井眼承壓能力和井壁穩(wěn)定性。

(3)在井壁形成“桶箍效應(yīng)”[3]。

(4)優(yōu)選粒徑的顆粒和特殊的填充介質(zhì)，對先期剛性架橋顆粒形成的封堵塞進(jìn)一步封堵填充，徹底封堵滲濾通道，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；高強(qiáng)度封堵塞，避免了堵塞的二次破壞[4]。

(5)致密的網(wǎng)絡(luò)封堵結(jié)構(gòu)，在近井地帶迅速阻止鉆井液向地層深部滲入，防止微裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，達(dá)到預(yù)防井漏的目的[5]。

井眼強(qiáng)化隨鉆防漏體系基本配方：井漿+2%～4%井眼強(qiáng)化劑AT-MUP+1%高分子剛性顆粒AT-RP+1%瀝青粉。

3 井眼強(qiáng)化隨鉆防漏體系封堵能力評價

3.1 實驗基漿的基本配方和性能指標(biāo)

實驗基漿配方為：3%～4%膨潤土漿+0.3%KPAM+0.5%聚胺+1%PAC-LV+7%KCl+3%SMP-2+3%SPNH+3%FT-1+2%RHJ-3+3%QS-2。

實驗基漿性能要求：密度1.35～1.40 g/cm3；漏斗黏度50～60 s；PV15～25 mPa·s；YP5～10 Pa；靜切力(10″/10′)1～4/3～12 Pa；API失水/濾餅厚度≤5 mL/<0.5 mm；HPHT失水/濾餅厚度≤10 mL/<1.5 mm；pH值9～10；膨潤土含量30～35 kg/m3；固相含量≤13%；含砂量≤0.1%；濾餅粘滯系數(shù)Kf<0.10；K+濃度≥15 000 mg/L。

井眼強(qiáng)化隨鉆防漏體系綜合評價的所有實驗均采用上述鉆井液作為實驗基漿進(jìn)行測試。

3.2 封堵能力評價裝置

封堵能力評價采用的可視化高壓漏失測試儀[6]，是一種模擬深井(高壓)高滲透孔隙性地層和裂縫性地層的承壓堵漏測試儀器，用于評價油田鉆井用隨鉆堵漏劑、儲層保護(hù)劑、堵漏劑的堵漏承壓能力。儀器由注液泵和測試主體兩部分構(gòu)成。注液泵可泵注清水或基礎(chǔ)油，其額定頂替壓力為80 MPa。測試主體的模擬漏層有不同粒徑的砂床和不同尺寸的縫板兩種。砂床是將不同粒徑的砂子填裝到可視管中用以模擬高滲透孔隙性漏層，實驗過程中可觀察封堵劑的浸入深度，其額定工作壓力為10 MPa。

3.3 井眼強(qiáng)化隨鉆防漏體系封堵能力評價

3.3.1 井眼強(qiáng)化劑AT-MUP在清水中的封堵能力評價(20～40目砂床)

在清水中加入1%～3%的井眼強(qiáng)化劑，考察其在20～40目砂床上的封堵能力。

在清水中分別加入1%、2%、3%井眼強(qiáng)化劑，均能形成5 MPa的封堵能力(如圖3)。將圖3中的4#實驗完成后，將砂床上部封堵漿抽掉換成清水，然后考察其已形成封堵的承壓能力(如圖4)。通過井眼強(qiáng)化劑封堵能力評價，添加了井眼強(qiáng)化劑的封堵漿，針對砂床不僅具備5 MPa以上的封堵能力，其所形成的封堵層具備清水承壓5 MPa的能力。

圖3 5 MPa封堵能力評價

圖4 形成的封堵層的承壓能力評價

3.3.2 井眼強(qiáng)化劑AT-MUP在井漿中的封堵能力評價(20～40目砂床)

推薦的井眼強(qiáng)化隨鉆防漏體系配方：井漿+4%井眼強(qiáng)化劑AT-MUP+1%高分子剛性顆粒AT-RP(0.1 mm)+1%瀝青粉(高軟化點)。

按表2所列配方的評價試驗表明(表3)，在添加了井眼強(qiáng)化劑的體系中，封堵能力都有明顯提高，在采用推薦的井眼強(qiáng)化隨鉆防漏體系配方實驗中，封堵能力≥7 MPa。

表2 井眼強(qiáng)化隨鉆防漏體系實驗配方表

表3 井眼強(qiáng)化隨鉆防漏體系封堵能力評價表

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 井眼強(qiáng)化隨鉆防漏體系在YT6井的應(yīng)用

YT6井是中石油部署在湖北當(dāng)陽市的一口頁巖氣水平井，目的層為龍馬溪組，屬于重點預(yù)探井，設(shè)計井深5 505 m。

該井二開施工井段2 590～3 780 m，依次鉆遇棲霞組、馬鞍組、黃龍組、紗帽組、羅惹坪組及龍馬溪組地層，二開使用密度1.67 g/cm3的高性能水基鉆井液開鉆，現(xiàn)場情況表明，該體系無法滿足施工需要，從二開開鉆井下就伴隨比較嚴(yán)重的井壁垮塌，現(xiàn)場不斷優(yōu)化水基鉆井液性能，重點提高了鉆井液的抑制、封堵能力，高溫高壓失水最低時降到了4.2 mL，但仍然無法解決井壁失穩(wěn)的問題。由于本開次安全密度窗口窄，超過1.70 g/cm3后容易發(fā)生誘導(dǎo)性漏失，無法通過提密度的方式來解決問題。鑒于以上原因，在鉆至井深3 100 m后轉(zhuǎn)換為油基鉆井液施工，轉(zhuǎn)換后井下掉塊雖然有所減小，但鉆井液安全密度窗口窄的問題依然存在，鉆井施工仍然比較困難，每鉆進(jìn)一米都需要倒劃確保上部井段穩(wěn)定，而且倒劃眼過程非常困難。

鉆至井深3 170 m開始使用井眼強(qiáng)化劑，按照2%的加量一次性補(bǔ)充到位，在后續(xù)施工中，井下情況逐漸好轉(zhuǎn)，鉆至井深3 300 m基本沒有掉塊產(chǎn)生，起下鉆正常，無需劃眼。維持鉆井液密度1.70 g/cm3至中完，井下不垮不漏。中完電測顯示，2 590～3 170 m井段平均井徑擴(kuò)大率為17.3%，3 170～3 780 m井段井徑擴(kuò)大率僅2.8%，使用效果顯著。

4.2 井眼強(qiáng)化隨鉆防漏體系在JY197-6HF井應(yīng)用

JY197-6HF井是中石化部署在涪陵頁巖氣田平橋南區(qū)的一口開發(fā)井，目的層為龍馬溪組。該井采用密度為1.53 g/cm3的油基鉆井液鉆進(jìn)至3 721 m處發(fā)生井漏，為減輕漏失程度，常規(guī)堵漏后降低密度至1.48 g/cm3鉆進(jìn)。由于本開次安全密度窗口窄，鉆進(jìn)至井深3 865 m時發(fā)生掉塊，出現(xiàn)上漏下塌的復(fù)雜情況。為了解決這一復(fù)雜的情況，需要有效提高井漏地層的承壓能力，井漿密度至少要恢復(fù)到1.51～1.53 g/cm3才能有效防止井壁掉塊，維持井壁穩(wěn)定。

在井漿中先加入3%的井眼強(qiáng)化劑后，逐步提高井漿密度至1.51 g/cm3，井下無漏失，掉塊現(xiàn)象逐漸消失。后進(jìn)一步將井漿密度提高至1.53 g/cm3，井下無漏失無掉塊發(fā)生，并維持該密度至完鉆。加入井眼強(qiáng)化劑后，井漿消耗量從0.11 m3/m降至了0.06 m3/m，提高了井漿的防滲漏能力。加入井眼強(qiáng)化劑后井漿性能見表3。

表3 加入井眼強(qiáng)化劑后的井漿性能

4.3 井眼強(qiáng)化隨鉆防漏體系在MaHW6006井應(yīng)用

MaHW6006井位于準(zhǔn)格爾盆地中央坳陷瑪湖凹陷區(qū)，設(shè)計垂深3 902.64 m，斜深5 284.97 m，造斜點3 555 m，A點位于4 108 m。MaHW6006井是一口平臺井，相鄰于MaHW6005井、MaHW6007井和MaHW6008井，在前兩口井的三開施工過程中均存在漏失現(xiàn)象，進(jìn)而由漏轉(zhuǎn)噴。

MaHW6006井三開有機(jī)鹽鉆井液起步密度1.55 g/cm3，后期密度逐漸提升至1.68 g/cm3。針對白堿灘及克上的大段泥巖，可鉆性強(qiáng)、鉆時快，由于鄰井在3 140～3 450 m發(fā)生過漏失，所以該井在每次提密度之前先加入1%～2%的井眼強(qiáng)化劑，以增強(qiáng)井壁的承壓能力。加入井眼強(qiáng)化劑有改善濾餅質(zhì)量降低失水的作用，且對鉆井液性能沒有大的影響。通過對比，鄰井在同一密度同一井段均發(fā)生過漏失，而該井在加入井眼強(qiáng)化劑后未發(fā)生漏失。

以鄰井MaHW6008井為例，鉆至井深3 438 m地層克上發(fā)生漏失，鉆井液密度1.67 g/cm3，黏度70 s，漏速12 m/h。MaHW6006井在進(jìn)入鄰井發(fā)生漏失的對應(yīng)地層前提前加入了2%～3%的井眼強(qiáng)化劑，鉆井液密度1.65～1.68 g/cm3，黏度57 s，鉆進(jìn)過程中未發(fā)生漏失。

5 結(jié)論和建議

(1)通過井眼強(qiáng)化劑清水封堵能力評價，在清水中添加了井眼強(qiáng)化劑，針對砂床不僅具備5 MPa以上的封堵能力，其所形成的封堵層具備清水承壓5 MPa的能力。

(2)針對孔隙/誘導(dǎo)性微裂縫地層井眼強(qiáng)化隨鉆防漏體系的基本配方：井漿+2%～4%井眼強(qiáng)化劑AT-MUP+0.5%～1%高分子剛性顆粒AT-RP(0.1 mm)+0.5%～1%瀝青粉(高軟化點)。該體系抗溫150 ℃，砂床模擬漏失層封堵承壓7 MPa以上。

(3)現(xiàn)場應(yīng)用表明，井眼強(qiáng)化隨鉆防漏體系針對安全密度窗口很窄的情況有很好的治理效果，既能有效防止鉆井液漏失，又能提高地層的承壓能力。

(4)針對孔隙/誘導(dǎo)性微裂縫地層井眼強(qiáng)化隨鉆防漏體系的實驗研究主要采用的是砂床模擬的孔隙性漏層，缺乏微裂縫漏層模擬系統(tǒng)的封堵數(shù)據(jù)。微裂縫漏層模擬系統(tǒng)目前還是個空白，建議開展針對性的研究開發(fā)。