兩段式橋堵增效技術(shù)在南堡27-平201 井應(yīng)用

郭明紅，張克正，呂東華，來東風(fēng)，王保軍，徐文光，劉艷，李秀妹

（1.渤海鉆探泥漿技術(shù)服務(wù)分公司,天津 300280；2.天津市復(fù)雜條件鉆井液企業(yè)重點(diǎn)實驗室，天津 300280；3.冀東油田勘探開發(fā)建設(shè)工程事業(yè)部,河北唐山 063000；4.渤海鉆探第四鉆井分公司,河北河間 062450；5.渤海鉆探華北石油工程事業(yè)部，河北任丘 062552）

隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入、井身結(jié)構(gòu)的不斷簡化，鉆井安全密度窗口矛盾更加突出，井漏成為制約鉆井提速的主要問題，據(jù)統(tǒng)計處理井漏復(fù)雜時間超過鉆井所有事故復(fù)雜時效的50%，其中惡性漏失占所有井漏復(fù)雜時效的60%以上[1-5]。橋接堵漏作為一種全天候堵漏手段仍然是處理井漏的首選，但是橋堵對漏失通道尺寸判斷至關(guān)重要，部分井裂縫處于動態(tài)顆粒尺寸匹配尤為困難，尤其是針對高溫井，常規(guī)橋堵材料抗溫能力不夠，發(fā)生復(fù)漏幾率極高。因此，從抗高溫異形體橋堵材料優(yōu)選，橋堵+固結(jié)漿體優(yōu)化等兩方面著手，借助堵漏專用混輸裝置形成一套兩段式橋堵增效技術(shù)，解決惡性漏失橋堵效率低，易復(fù)漏的問題[6-11]。

1 工程地質(zhì)概況

1）地質(zhì)概況。南堡27-平201 井是冀東油田南堡2 號構(gòu)造2-27 區(qū)塊一口開發(fā)井，四開主要鉆遇下第三系東三段下部地層，巖性主要為灰色、深灰色泥巖，夾薄層粉砂巖，發(fā)育厚層火山巖，火山巖頂部發(fā)育凝灰質(zhì)砂巖。泥巖易發(fā)生垮塌，火山巖裂縫發(fā)育，極易發(fā)生漏失，安全密度窗口窄，鄰井實鉆過程中發(fā)生多次惡性漏失，處理難度極大，且因井漏引發(fā)多次井下垮塌，導(dǎo)致阻卡。

2）工程概況。該井三開使用Φ244.5 mm 技術(shù)套管下至井深3970 m，坐進(jìn)東三段上部，四開采用Φ215.9 mm鉆頭鉆至井深4608 m 完井。四開鉆井液密度為1.49 g/cm3，實鉆過程中分別在井深4279、4307、4346、4432、4442、4457、4461～4478、4484 和4574 m 發(fā)生了不同程度的漏失，其中在井深4484 m 和4574 m 兩個漏層漏失嚴(yán)重，采取的堵漏方式主要為橋接堵漏，4484 m 多次橋堵無效后，注水泥堵漏成功，4574 m 兩次橋堵無效后，采用兩段式橋堵增效技術(shù)堵漏成功。

2 堵漏難點(diǎn)分析

①東三段輝綠巖裂縫發(fā)育，4574 m 發(fā)生失返漏失后，進(jìn)行了2 次橋接堵漏均未返漿；②東三段輝綠巖段裂縫對壓力比較敏感，4484 m 堵漏過程中，多次出現(xiàn)漏速忽大忽小現(xiàn)象；③井深4574 m，井底溫度高達(dá)120 ℃，常規(guī)橋堵材料易發(fā)生復(fù)漏；④該井井斜54.5°，堵漏施工過程中部分堵漏劑會貼下井壁，易發(fā)生阻卡；⑤東三段泥巖段易發(fā)生井壁失穩(wěn)；⑥目的層后效明顯，施工過程須確保井控安全。

3 兩段式橋堵增效原理

橋堵增效技術(shù)通過物理、化學(xué)兩方面來提高橋接堵漏的成功率，降低復(fù)漏幾率，借助堵漏專用混輸裝置實現(xiàn)兩段式工藝，具體思路如下：第1 段橋堵漿以中細(xì)顆粒為主，輔助2%～5%固結(jié)材料，采用堵漏專用裝置進(jìn)行泵送，進(jìn)入漏層深部后堵漏材料堆積成塞后，隨著時間延長固結(jié)材料將橋堵塞的黏結(jié)為一個整體，避免后期復(fù)漏；第2 段橋堵漿增大中粗顆粒加量，同時選用抗高溫樹脂顆粒，該顆粒外觀為三角錐形，具有易進(jìn)入、易滯留、抗返排的特點(diǎn)，施工時粗顆粒在開泵后從罐面加入，實現(xiàn)分級堵漏，采用泥漿泵進(jìn)行泵送。

4 橋堵增效堵漏漿配方優(yōu)化

4.1 第一段堵漏漿配方優(yōu)化

4.1.1 基漿性能優(yōu)化

針對前2 次橋接堵漏結(jié)果來看，最大顆粒3～5 mm 的果殼可以進(jìn)入漏層，因此結(jié)合前2 次橋堵配方，暫定第一段堵漏漿基本配方為：基漿+3%果殼（3～5 mm）+3%果殼(1～3 mm)+5%水化膨脹復(fù)合堵漏劑BZ-STA Ⅱ型+5%水化膨脹復(fù)合堵漏劑BZ-STA Ⅰ型+3%隨鉆堵漏劑BZ-ACT+2%石棉纖維+2%貝殼粉+2%固結(jié)材料，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化基漿性能，結(jié)果見表1。表1 結(jié)果表明：基漿黏度太高，加入橋堵和固結(jié)材料后整體流動性變化較大，分別加入10%、20%膠液對基漿黏度進(jìn)行調(diào)整后，整體流動性較好，綜合考慮流動性和封堵效果，選擇2#基漿作為第一段堵漏漿基漿。

表1 第一段堵漏漿基漿的性能優(yōu)化

4.1.2 固結(jié)材料加量對堵漏漿性能的影響

在確定好基漿性能基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察不同加量固結(jié)材料對堵漏漿性能的影響，結(jié)果見表2。堵漏塞強(qiáng)度評價方法：采用CLD-II 型高溫高壓堵漏儀按照封堵實驗操作規(guī)程，加壓至7 MPa（120℃）穩(wěn)壓30 min 后，關(guān)閉出液閥，使入口處封堵層與液相充分接觸，同時防止出口封堵層水分蒸發(fā)。憋壓候堵一段時間后取出楔板，將楔板兩側(cè)螺絲去掉后平放在平穩(wěn)桌面上，固定住下楔板，在上楔板前端裝上活動鉤，采用拉力計測試摩擦力，讀取上楔板發(fā)生相對運(yùn)動的瞬時拉力數(shù)值。

表2 在橋接堵漏漿中加入不同加量固結(jié)材料對堵漏漿性能的影響

從實驗結(jié)果可以看出，隨著固結(jié)材料加量增大，堵漏漿流動度逐漸降低，固結(jié)材料加量在3%以內(nèi)時，堵漏漿流動度均在可泵范圍內(nèi)，加量達(dá)到5%時，流動性明顯變差，不具有安全泵送條件。候堵時間越長，封堵層中的固結(jié)材料膠結(jié)效果越好，封堵層與楔板之間的摩擦力越大，且固結(jié)劑加量越大，膠結(jié)越好，確定固結(jié)材料加量為3%。

綜上所述，在基漿性能和固結(jié)材料加量優(yōu)化基礎(chǔ)上，確定了第一段堵漏漿配方為：2#基漿+3%果 殼（3～5 mm）+3%果 殼（1～3 mm）+5%水化膨脹復(fù)合堵漏劑BZ-STA Ⅱ型+5%水化膨脹復(fù)合堵漏劑BZ-STA Ⅰ型+3%隨鉆堵漏劑BZ-ACT+2%石棉纖維+2%貝殼粉+3%固結(jié)材料。

4.2 第二段堵漏漿配方優(yōu)化

4.2.1 抗高溫三角錐顆粒性能評價

優(yōu)選一種外觀為三角錐體（6 mm）的熱固型樹脂顆粒材料，具有抗溫性強(qiáng)、強(qiáng)度高、易進(jìn)漏層、抗返排的特點(diǎn)。采用破碎率試驗機(jī)對高溫滾動后的三角錐堵漏材料進(jìn)行破碎率測試。稱取200 g樣品，放入破碎率試驗機(jī)的模具中，在20 MPa 下壓5 min，后取出測篩余量S，計算破碎率P：

實驗結(jié)果表明：經(jīng)過150 ℃滾動16 h 后，當(dāng)顆粒尺寸為8、6、5 mm 時，三角錐樹脂顆粒破碎率分別為9.5%、8.4%和7.7%，均不超過10%，如圖1 所示。

圖1 三角錐樹脂顆粒

4.2.2 第二段堵漏漿配方優(yōu)化

在前期所用配方基礎(chǔ)上加入三角錐（6 mm）和果殼（5～8 mm），采用CLD-II 型高溫高壓堵漏模擬試驗裝置，選用5 mm×8 mm 楔板，對各堵漏配方進(jìn)行評價，結(jié)果見表3。從實驗結(jié)果可以看出，6#配方承壓能力和返排壓力均相對較高，且封堵層致密，加入三角錐顆粒的3 個配方承壓能力遠(yuǎn)高于未加三角錐顆粒的配方，綜合考慮承壓效果和經(jīng)濟(jì)性，確定6#配方為第二段堵漏漿配方。6#配方模擬堵漏實驗效果圖見圖2。

表3 針對5 mm 裂縫配方優(yōu)化實驗結(jié)果

圖2 6#配方模擬堵漏實驗效果

5 兩段式橋堵增效堵漏工藝優(yōu)化

1）起鉆換光鉆桿，下鉆通井，驗漏；起鉆至安全位置，正常排量測漏速，測量環(huán)空液面，準(zhǔn)備注堵漏漿。

2）配堵漏漿。分2 次配堵漏漿，第一罐在堵漏專用混輸裝置中配制，先向堵漏專用混輸裝置儲備罐中泵入基漿15 m3（密度為1.49 g/cm3,黏度為75 s 左右），按1#配方依次加入堵漏劑，最后準(zhǔn)備入井之前加入3%固結(jié)劑，第二罐在泥漿罐中配制，井漿20 m3（密度為1.49 g/cm3,黏度為100 s 左右），按2#配方依次加入堵漏劑，準(zhǔn)備一根氣管線，配漿過程中吹氣使堵漏漿攪動均勻，在開始泵入之后向罐中加入三角錐和果殼（5～8 mm）。

3）注堵漏漿。用堵漏專用裝置注第一罐堵漏漿，用泥漿泵注第二罐堵漏漿，然后替鉆井液，當(dāng)?shù)谝还薅侣{出鉆具水眼前1 m3，提前關(guān)井，采用平推工藝將第一罐堵漏漿推入鉆具水眼以下井段，在套壓允許范圍內(nèi)盡量多進(jìn)入漏層。

4）候堵結(jié)束，分段下鉆試循環(huán)排堵漏漿。

6 現(xiàn)場應(yīng)用

在南堡27-平201 井鉆進(jìn)至井深4574 m，發(fā)現(xiàn)漏失0.7 m3，鉆井液失返。

堵漏施工過程：起鉆至井深4426 m，開泵泵入8 m3井漿井口無返出，打入堵漏漿31 m3，替堵漏漿37.5 m3時井口返出，繼續(xù)替漿3 m3至堵漏漿全部出鉆頭水眼，起鉆20 柱至技術(shù)套管內(nèi)(起鉆按理論體積灌漿)，靜置候堵6 h，灌漿1.5 m3返出，開泵驗漏，逐步提排量至30 L/s，無漏失，下鉆分段循環(huán)至井底，逐步提高至30 L/s，無漏失。

其中：①第一段堵漏漿15 m3，配方：井漿+3%果殼（3～5 mm）+3%果殼(1～3 mm)+5%BZSTA Ⅱ型+5%BZ-STA Ⅰ型+3%BZ-ACT+2%石棉絨+2%貝殼粉+3%固結(jié)材料，總濃度24%；配制要求：固結(jié)材料在準(zhǔn)備泵送前從罐面加入，貝殼粉在泵注過程中在泵送裝置料斗中邊泵邊加入。②第二段堵漏漿16 m3，配方：井漿+4%果殼（5～8 mm）+3%果殼（3～5 mm）+3%果殼(1～3 mm)+7%BZ-STA Ⅱ型+5%BZ-STA Ⅰ型+3%BZ-ACT+2%石棉絨+2%貝殼粉+3%三角錐顆粒（6 mm），總濃度32%；配制要求：5～8 mm 果殼和三角錐顆粒在準(zhǔn)備泵送前從罐面加入。

7 結(jié)論及認(rèn)識

1.橋堵增效技術(shù)通過物理、化學(xué)兩方面來改善堵漏漿的封堵性能，借助堵漏專用裝備實現(xiàn)兩段式堵漏工藝，提高堵漏的成功率，有效降低復(fù)漏幾率。

2.橋堵漿中加入3%以內(nèi)的固結(jié)材料，高溫老化后堵漏漿流動性良好，且堵漏塞強(qiáng)度明顯增加。

3.橋堵漿中引入三角錐樹脂顆粒，能夠有效提高堵漏承壓能力和抗返排能力。