樹(shù)脂球堵漏工藝在塔中區(qū)塊的應(yīng)用及認(rèn)識(shí)

張覺(jué)文， 何世明， 陳世榮， 劉 剛， 榮 雄， 劉開(kāi)松

1西南石油大學(xué) 2中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 3中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院 4中國(guó)石油玉門(mén)油田分公司油田作業(yè)公司

0 引言

塔中400×104t產(chǎn)能建設(shè)項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的油氣開(kāi)發(fā)EPC總承包項(xiàng)目。塔中地區(qū)主要目的層奧陶系儲(chǔ)層發(fā)育較為連續(xù)，為碳酸鹽孔洞型和裂縫—孔洞型儲(chǔ)層[1- 5]。其孔洞、裂縫連通性非常好，存在開(kāi)泵漏失、停泵溢流的特點(diǎn)。鉆遇孔洞、裂縫時(shí)，鉆井液因與地層流體存在密度差而發(fā)生重力置換，導(dǎo)致漏溢同存復(fù)雜情況。統(tǒng)計(jì)表明，塔中EPC項(xiàng)目22口完成井中17口井目的層發(fā)生漏失，其中16口井發(fā)生惡性漏失，漏失井占完成井總數(shù)的77.27%，漏失鉆井液總量高達(dá)6.80×104m3，漏失井平均單井漏失鉆井液量3 999.27 m3。目的層井漏不僅帶來(lái)井下安全、井控安全等問(wèn)題，同時(shí)造成巨大的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本耗費(fèi)，已成為制約塔中地區(qū)油氣資源勘探開(kāi)發(fā)的重要工程技術(shù)難題。長(zhǎng)期以來(lái)，針對(duì)塔中地區(qū)奧陶系惡性漏失[6]，多次嘗試常規(guī)堵漏工藝[7- 8]均收效甚微，亟需開(kāi)展堵漏新技術(shù)研究。

針對(duì)塔里木中部地區(qū)奧陶系鉆完井過(guò)程嚴(yán)重井漏與常規(guī)堵漏技術(shù)應(yīng)用效果不佳的問(wèn)題，本文首先分析了塔中奧陶系井漏特征與堵漏作業(yè)難點(diǎn)，然后據(jù)此提出了一種樹(shù)脂球堵漏工藝技術(shù)，介紹了樹(shù)脂球堵漏的技術(shù)原理、材料組成和工藝流程，最后分析了樹(shù)脂球堵漏技術(shù)在X井的應(yīng)用效果。

1 塔中區(qū)塊奧陶系井漏特征和堵漏難點(diǎn)

由于儲(chǔ)層的特殊與復(fù)雜性[9- 12](含高濃度硫化氫)，目前塔中地區(qū)一般在儲(chǔ)層鉆進(jìn)中采用漏失即完井的作業(yè)方式。然而，EPC項(xiàng)目為實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)，需穿越多個(gè)(一般為3個(gè))地質(zhì)靶區(qū)，故采用邊漏邊鉆的強(qiáng)鉆方式，存在巨大的井控與安全風(fēng)險(xiǎn)。常規(guī)橋漿堵漏技術(shù)因存在儲(chǔ)層通道被堵死的風(fēng)險(xiǎn)，被項(xiàng)目建設(shè)方所禁止。當(dāng)前塔中奧陶系儲(chǔ)層鉆井過(guò)程的井漏[13- 14]存在以下特點(diǎn)：

(1)儲(chǔ)層以孔洞、裂縫—孔洞型為主，溶洞與裂縫型發(fā)育；上奧陶統(tǒng)以基質(zhì)孔隙和微裂縫為主，下奧陶統(tǒng)鷹山組和部分上奧陶統(tǒng)縫洞極為發(fā)育；地層溫度120～142 ℃，地層壓力系數(shù)1.00～1.26。

(2)儲(chǔ)層裂縫與溶洞具有相互伴生的特點(diǎn)，以斜交縫、高角度縫、X狀剪切縫、網(wǎng)狀縫為主。裂縫寬度在0.2～100 mm，延伸長(zhǎng)度10～100 cm，裂縫形態(tài)平直、規(guī)模大，形成溶縫或溶洞。

(3)在鉆井過(guò)程中井漏主要表現(xiàn)為溢流壓井直接壓漏地層(如鉆井液密度過(guò)高、蹩泵導(dǎo)致井漏)、鉆遇放空井段或漏層。

由于地質(zhì)條件復(fù)雜、縫洞發(fā)育，常規(guī)堵漏技術(shù)在塔中區(qū)塊應(yīng)用效果不佳，主要表現(xiàn)為：

(1)水平段長(zhǎng)，井眼尺寸小，堵漏時(shí)鉆具、井眼易堵塞。

(2)傳統(tǒng)堵漏材料高溫下易發(fā)生碳化變形，不能滿(mǎn)足塔中低密度高溫水平井的特點(diǎn)需求，導(dǎo)致堵漏成功率低，復(fù)漏幾率大。

(3)考慮油氣層保護(hù)，可選用的堵漏材料受限。

(4)塔中大型縫洞漏失采用常規(guī)橋漿堵漏、特種凝膠堵漏無(wú)法形成穩(wěn)定的有效橋堵，大部分堵漏工藝僅僅提高靜液面、減小漏速的效果，但井漏處理仍然存在挑戰(zhàn)。

2 樹(shù)脂球堵漏工藝技術(shù)

2.1 樹(shù)脂球堵漏技術(shù)思路

由于塔中區(qū)塊奧陶系儲(chǔ)層高溫、縫洞發(fā)育、縫洞規(guī)模較大，常規(guī)堵漏技術(shù)的架橋封堵和凝膠隔斷難以在大型縫洞內(nèi)形成有效封堵層，從而導(dǎo)致封堵失敗。鑒于此，本文提出一種樹(shù)脂球堵漏工藝技術(shù),首先通過(guò)大尺寸樹(shù)脂球在縫洞內(nèi)架橋，將大尺寸縫洞變成孔隙；其次利用多種堵漏材料協(xié)同充填封堵剩余孔隙，從而達(dá)到堵漏目的。樹(shù)脂球堵漏技術(shù)克服了常規(guī)堵漏材料無(wú)法形成穩(wěn)定的有效橋堵、不能滿(mǎn)足深井水平井堵漏的技術(shù)需求等難題。

利用樹(shù)脂球配合堵漏技術(shù)進(jìn)行堵漏作業(yè)，核心是通過(guò)樹(shù)脂球?qū)⒋笮涂p洞變?yōu)樾⌒涂p洞，然后使用粗、中粗酸溶性堵漏材料顆粒架橋、填充，進(jìn)一步將小型縫洞變?yōu)槲⒖紫?，最后利用?xì)顆粒、纖維類(lèi)材料填充、封堵并形成濾餅，從而實(shí)現(xiàn)有效封堵。

2.2 樹(shù)脂球和投球裝置

樹(shù)脂球作為人工合成材料，無(wú)滲漏率，可作為堵漏架橋材料，樹(shù)脂球具有比強(qiáng)度高、比模量大、抗疲勞性能好等特點(diǎn)。通過(guò)鉆具利用投球裝置向井內(nèi)漏失層泵送一定尺寸的樹(shù)脂球，通過(guò)初步架橋?qū)⒋笮涂p洞改變?yōu)樾⌒涂p洞。

(1)粒徑選擇。常用樹(shù)脂球規(guī)格為10 mm，19 mm，30 mm，依據(jù)“2/3架橋規(guī)則”確定樹(shù)脂球的規(guī)格?，F(xiàn)場(chǎng)還常常在投樹(shù)脂球堵漏后，采用下鉆探明樹(shù)脂球位置的方式來(lái)判斷樹(shù)脂球的粒徑是否與漏層縫、洞適配，再進(jìn)行下一次堵漏施工。

(2)投球裝置包括底座、連續(xù)油管滾筒及加球器。該裝置可帶壓工作，最高工作壓力可達(dá)105 MPa，且一次性裝球5×104顆，送球時(shí)出球速度全部由泵車(chē)排量控制，簡(jiǎn)單可靠，最高速率可達(dá)3 000顆/min，能滿(mǎn)足大數(shù)量快速投球作業(yè)。

2.3 堵漏劑

(1)雷特超強(qiáng)堵漏劑。一種高溫穩(wěn)定，惰性、熱固性材料，在高溫高壓作用下不會(huì)吸水、軟化或膨脹且與鉆井液的兼容性好。承壓能力高達(dá)14 MPa 以上。在樹(shù)脂球堵漏工藝技術(shù)中起到鍥形封堵的作用，鍥入地層后不易返吐，堵漏后地層承壓能力提高，封堵層穩(wěn)定。

(2)雷特隨鉆堵漏劑。其高溫穩(wěn)定、化學(xué)惰性，針對(duì)裂縫性漏失能提高地層承壓能力。在樹(shù)脂球堵漏工藝技術(shù)中起到小顆粒填充封縫堵氣的作用。

(3)雷特酸溶性堵漏劑。主要成分為酸溶性特種礦物質(zhì)，酸溶率在98%以上，適用于產(chǎn)層堵漏。在樹(shù)脂球堵漏工藝技術(shù)中起到片狀顆粒嵌入裂縫架橋、卡喉，小顆粒材料充填封堵的作用。

結(jié)合以上三種新型堵漏劑的特點(diǎn)[15]，與常規(guī)橋漿堵漏劑按照一定比例進(jìn)行復(fù)配，形成獨(dú)特的雷特超強(qiáng)堵漏橋漿。

2.4 樹(shù)脂球堵漏步驟

(1)向鉆桿內(nèi)注入一定量的前置液，由于液面不在井口，鉆具內(nèi)可能存在氣柱，足夠的前置液能保證堵漏樹(shù)脂球一直在液體中可控下行，防止堵漏樹(shù)脂球在氣柱中自由下落產(chǎn)生堆積導(dǎo)致堵水眼。

(2)用 700 型水泥車(chē)投擲注入樹(shù)脂球若干，同時(shí)注入一定量的攜帶漿，避免樹(shù)脂球在鉆桿水眼內(nèi)無(wú)序下落，造成鉆具水眼被堵。

(3)再泵入一定數(shù)量的后置液，避免攜帶漿被竄混、沖稀。

(4)替井漿，將堵漏樹(shù)脂球全部推出鉆具水眼。

(5)地面配制雷特超強(qiáng)堵漏橋漿，進(jìn)行橋漿堵漏作業(yè)。

(6)若橋漿堵漏作業(yè)未達(dá)到預(yù)期目的，則起出堵漏鉆具，選取不同顆粒大小的礫石，進(jìn)行投石、堵漏作業(yè)，以此減小裂縫尺寸，實(shí)現(xiàn)對(duì)大裂縫孔道的初步架橋，再重復(fù)前面步驟。

3 塔中區(qū)塊奧陶系樹(shù)脂球堵漏工藝技術(shù)的應(yīng)用

3.1 X井基本情況

X井用?171.45 mm鉆頭三開(kāi)鉆進(jìn)至6 803.08 m(A點(diǎn)位置6 460 m，B點(diǎn)位置6 793 m)鉆壓降為0，井口失返。隨即上提鉆具靜止觀察，后開(kāi)泵下探至井深6 805 m，鉆壓為0，出口未返，測(cè)得環(huán)空液面高度800 m。隨后將鉆井液密度由1.10 g/cm3降至1.08 g/cm3后強(qiáng)鉆至井深6 814 m，鉆進(jìn)過(guò)程中環(huán)空鉆井液一直未返。

(1)漏層情況。裸眼段：5 964～6 814 m，段長(zhǎng)850 m。

(2)地層巖性。鷹山組鷹二上亞段巖性主要為砂屑灰?guī)r和泥晶灰?guī)r，鷹二下亞段巖性主要為云質(zhì)灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、云質(zhì)砂屑灰?guī)r，夾細(xì)晶云巖。

(3)漏失原因。主要原因是鉆穿B點(diǎn)后鉆遇大的裂縫或孔洞發(fā)育地層，造成鉆井液漏失，本次漏失井段主要在井底附近的放空井段(6 803.08～6 805 m)，不排除強(qiáng)鉆井段出現(xiàn)漏失。

(4)堵漏鉆具。銑齒接頭+?101.6 mm鉆桿。

3.2 堵漏施工

3.2.1 第一次樹(shù)脂球堵漏

3.2.1.1 投樹(shù)脂球施工

分三次投19 mm樹(shù)脂球，累計(jì)投入32 000顆。第一次投球10 000顆，第二次投球11 000顆，第三次投球11 000顆。

3.2.1.2 配堵漏漿施工

(1)雷特超強(qiáng)堵漏橋漿配方。井漿45 m3(密度1.50 g/cm3，黏度118 s)+0.11%纖維+4%雷特超強(qiáng)堵漏劑(粗∶中粗=1∶1)+2%雷特隨鉆堵漏劑(水基)+2%高失水暫堵劑+2%雷特酸溶性堵漏劑Ⅱ型(中粗)+7%SQD- 98+2.2%GT- 1+4.4%GT- 2+4.4%GT- 3+4.4%GT- 4+4.4% 碳酸鈣顆粒，總濃度36.91%。

(2)堵漏施工。下堵漏鉆具至井深6 614 m處出現(xiàn)鉆壓和扭矩增大情況，起鉆至5 502 m，泵濃度36.91%堵漏漿45 m3，替井漿30 m3，排量17 L/s，立壓1.3～1.72 MPa。施工后測(cè)鉆具內(nèi)液高度1 499 m。本次施工中投入樹(shù)脂球數(shù)量少，架橋強(qiáng)度低，導(dǎo)致堵漏失敗。

3.2.2 第二次樹(shù)脂球堵漏

3.2.2.1 投樹(shù)脂球施工

分五次投19 mm樹(shù)脂球，每次9 000顆，累計(jì)投入45 000顆。

3.2.2.2 配堵漏漿施工

(1)雷特超強(qiáng)堵漏橋漿配方。井漿45 m3(密度1.50 g/cm3)+0.11%纖維+4%雷特超強(qiáng)堵漏劑(粗∶中粗=1∶1)+2%雷特隨鉆堵漏劑(水基)+2%高失水暫堵劑+2%雷特酸溶性堵漏劑Ⅱ型(中粗)+7%SQD- 98+2.2%GT- 1+4.4%GT- 2+4.4%GT- 3+4.4%GT- 4+4.4%碳酸鈣顆粒，總濃度36.91%。

(2)堵漏施工。施工前測(cè)得環(huán)空液面高度969 m。正注堵漏漿41 m3，排量20～24 L/s，立、套壓均為0，正注鉆井液31 m3(正注鉆井液20 m3時(shí)出口見(jiàn)返，關(guān)井，繼續(xù)正注鉆井液)，排量19～24 L/s，套壓0～0.7 MPa、立壓0～8.4 MPa。反擠鉆井液3 m3，套壓3.2↑4.8 MPa，立壓3.5～4.6 MPa。節(jié)流循環(huán)，排量4～9 L/s，立壓5.6 MPa，套壓2.6 MPa，無(wú)漏失。循環(huán)排出堵漏漿后驗(yàn)堵，恢復(fù)鉆進(jìn)，無(wú)漏失，堵漏成功。

4 結(jié)論與建議

(1)樹(shù)脂球堵漏技術(shù)是通過(guò)投樹(shù)脂球進(jìn)行顆粒架橋后，新材料堵漏顆粒能迅速堆積疊加，變小縫為微小縫，形成更加穩(wěn)定的墊層。堵漏漿對(duì)墊層進(jìn)行封堵，徹底堵住漏層，并形成具有一定承壓能力的穩(wěn)定井壁。

(2)X井樹(shù)脂球堵漏的成功實(shí)踐，驗(yàn)證了該工藝技術(shù)對(duì)解決大型裂縫或孔洞型漏失具備科學(xué)性、合理性、可行性，適合解決塔中區(qū)塊目的層水平段的惡性失返性漏失，建議在塔中區(qū)塊推廣和應(yīng)用樹(shù)脂球堵漏技術(shù)。

(3)對(duì)樹(shù)脂球數(shù)量的進(jìn)一步優(yōu)選研究。X井第一次投樹(shù)脂球32 000顆堵漏失敗，分析其主要原因是樹(shù)脂球數(shù)量太少，所架橋薄弱，導(dǎo)致堵漏效果欠佳；第二次投樹(shù)脂球45 000顆堵漏成功，說(shuō)明樹(shù)脂球的數(shù)量是架橋成功與否的重要因素之一。