加固保護(hù)井壁創(chuàng)新技術(shù)在某油田的應(yīng)用

陳香琴，劉坤翔，肖夢林，徐聰

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518064)

1 灰?guī)r天然裂縫地層漏失特點(diǎn)

灰?guī)r是以方解石為主要成分的碳酸鹽巖，在水流侵蝕作用下易溶解形成天然的裂縫和溶洞，暴露于地表的灰?guī)r層經(jīng)過長時(shí)間風(fēng)化作用，易導(dǎo)致巖石疏松、裂縫孔洞發(fā)育，在地質(zhì)作用下，經(jīng)過風(fēng)化的巖層下陷，形成天然的裂縫和溶洞，泥質(zhì)灰?guī)r中的黏土礦物吸水產(chǎn)生水化應(yīng)力，削弱了巖石強(qiáng)度，使地層更易破裂。

灰?guī)r顆粒的原生孔隙和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、成巖作用所形成的裂縫、孔洞共同構(gòu)成灰?guī)r的主要漏失通道，灰?guī)r地層裂縫具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，裂縫壁面相對光滑，裂縫較長且開口尺寸較大，常規(guī)堵漏材料難以在灰?guī)r地層裂縫中駐留，形成有效封堵層灰?guī)r地層裂縫具有較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性，其裂縫寬度并非恒定不變，隨激動(dòng)壓力變化而變化，導(dǎo)致重復(fù)漏失的發(fā)生［1］。

2 灰?guī)r天然裂縫地層漏失機(jī)理

2.1 封堵層多尺度分析

“強(qiáng)力鏈”理論：堵漏顆粒形成封堵層，是典型顆粒物質(zhì)體系，則具有以“力鏈”為核心的多尺度結(jié)構(gòu)特征，非均勻地貫穿封堵層，決定承壓封堵穩(wěn)定性。

微觀：是從單顆粒逐漸形成整體的、具有一定強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的過程；

細(xì)觀：是顆粒之間擠壓產(chǎn)生接觸應(yīng)力形成強(qiáng)力鏈結(jié)構(gòu)的過程；

宏觀：是顆粒逐漸堆積、擠壓形成承壓封堵層的過程［2］。

裂縫封堵層多尺度結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 裂縫封堵層多尺度結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 巖心測試分析

LF 某油田灰?guī)r及砂巖地層微裂縫發(fā)育，其尺度在微米級，開度數(shù)十到數(shù)百微米不等，既存在單條裂縫也存在交錯(cuò)裂縫。

LF 某油田珠江組儲(chǔ)層段微裂縫發(fā)育，鉆井液易沿孔隙及微裂縫侵入，井周微裂縫在液相尖劈和正壓差的進(jìn)一步作用下向地層深部擴(kuò)展、延伸形成貫通裂縫，引起嚴(yán)重漏失［3］。

微裂縫的存在還會(huì)影響地層強(qiáng)度，同一層位由于地層巖石的不均質(zhì)和巖石中一些微裂縫的存在，導(dǎo)致巖石強(qiáng)度降低，巖石內(nèi)部微裂縫越多、巖石強(qiáng)度越低，破壞應(yīng)力越小。漏失原因分析如圖2 所示。

3 灰?guī)r天然裂縫地層防漏堵漏系列技術(shù)

3.1 升級版快速堵漏技術(shù)

如圖3 所示，BLN D 系列較BLN1-3 粒徑大、強(qiáng)度高；PF-BLN 系列顆粒粒徑偏小，更適合原鉆具堵漏，對其進(jìn)行了剛性提升來同時(shí)滿足承壓堵漏要求；PF-BLN-D 系列顆粒粒徑大，室內(nèi)評價(jià)高壓下堵漏效果良好，但需光鉆桿堵漏。

為提高快堵堵漏技術(shù)PF-BLN 在深部地層的適用性，需要提高架橋粒子的強(qiáng)度，采用壓力機(jī)向堵漏材料加壓，堵漏材料15 MPa 下穩(wěn)壓10 min 后，稱量堵漏材料受壓后過20 目標(biāo)準(zhǔn)篩的篩余量，計(jì)算破碎率［4］。如圖4 所示，改進(jìn)后的快速復(fù)合堵漏劑可有效封堵各開度裂縫，且承壓能力均可達(dá)到20 MPa。

圖4 改進(jìn)后的復(fù)合堵漏劑封堵各開度裂縫圖

3.1.1 判斷漏失層位

針對井漏以及漏層性質(zhì)等具體情況進(jìn)行分析，能夠合理明確橋漿濃度及級配、配備數(shù)量等參數(shù)，從而確保其能夠與鉆進(jìn)的井漿密度相接近；在具體實(shí)踐中，可基于地面配漿罐連續(xù)攪拌時(shí)，嚴(yán)格按照既定配方加入適應(yīng)的堵漏材料。這一過程中應(yīng)注重預(yù)防出現(xiàn)漂浮現(xiàn)象，并注重減少沉淀和不可泵性等。當(dāng)確定配制量時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照漏層的具體位置、漏速大小以及裸眼段長、井眼尺寸等現(xiàn)實(shí)情況，有效確定最終參數(shù)。

當(dāng)科學(xué)確定各項(xiàng)數(shù)據(jù)后，可開展操作實(shí)踐，即是將鉆具下至漏層頂部，大約50～100 m 的位置，然后將已配好的橋漿泵入到漏失層段。為確保漏層得到有效堵漏，應(yīng)當(dāng)合理控制注入量，即是以能全部覆蓋漏層段并附加10～25 m3為宜。此時(shí)應(yīng)清楚本次堵漏的目的，是一般堵漏還是承壓堵漏［5］。若是以堵住為目的，那就可以適當(dāng)弱化配方(確保適當(dāng)吃入量)，達(dá)到滿足循環(huán)壓耗即可，一般為2 MPa 左右為宜，避免高套壓壓漏其他地層，導(dǎo)致堵漏失?。蝗羰浅袎憾侣?，則套壓可按預(yù)計(jì)提密度值+循環(huán)壓耗確定，此時(shí)相應(yīng)配方則要予以強(qiáng)化。

對于漏層不清的井，可注入較大量的橋漿，盡可能覆蓋全裸眼段，然后關(guān)井?dāng)D壓堵漏；對于不具備關(guān)井?dāng)D注條件的井，可以將鉆具提升到上層套管鞋內(nèi)，大排量循環(huán)，靠循環(huán)壓耗施加附加壓力到漏層進(jìn)行擠注作業(yè)。

3.1.2 堵漏施工工藝

漏速小于10 m3/h 的滲透性漏失堵漏作業(yè)，建議使用原鉆具，隨鉆橋塞堵漏，可使用PF-BLN 1 配制橋接堵漏漿進(jìn)行堵漏，建議加量為原漿+3%～5%PFSEAL+3%～5%PF-SZDL+2%～3%PF-RG+5%～8%PF-BLN D 1；漏速10～30 m3/h 的裂縫性漏失堵漏作業(yè)，建議起鉆更換簡易鉆具，進(jìn)行橋接堵漏，可使用PF-BLN配制橋接堵漏漿進(jìn)行堵漏，建議加量為原漿+5%～10%PF-SEAL+5%～10%PF-SZDL+2%～3%PFRG+5%～10%PF-BLND1+5%～10%PF-BLN D 2。

漏速大于30 m3/h 的裂縫性漏失或承壓堵漏作業(yè)，建議起鉆直接用光鉆桿下井，橋接或擠注堵漏；橋接堵漏漿，建議加量為原漿+5%～10%PF-SEAL+5%～10%PF-SZDL+2%～3%PF-RG+5%～10%PFBLN1+5%～10%PF-BLN D 2+5%～10%PF-BLN D 3+5%～10%PF-BLN D 4+3%～5%PF-STP。

3.2 強(qiáng)凝膠堵漏技術(shù)

根據(jù)適應(yīng)溫度的不同，分為CHEMGEL 140 和CHEMGEL 180 兩個(gè)系列產(chǎn)品，所有組分材料安全環(huán)保、無毒害，地下交聯(lián)，交聯(lián)時(shí)間可調(diào)可控，凝膠強(qiáng)度遠(yuǎn)超一般凍膠，可單獨(dú)治理惡性漏失，地面配制黏度低，易于泵送。

堵漏施工工藝：組合鉆具至井底，確認(rèn)井眼是否暢通、提排量至鉆進(jìn)排量，驗(yàn)證漏速及充分暴露漏失點(diǎn)，以便于后續(xù)施工中堵漏漿進(jìn)入裂縫；提鉆至漏層上方，上提位置依具施工設(shè)計(jì)而定；使用泥漿泵依次泵注前置隔離液、膠液、后置隔離液，然后使用鉆井液將段塞正替入井內(nèi)；待前置隔離液在鉆桿內(nèi)高度與環(huán)空中高度一致后，停泵，上提鉆具，直至鉆桿內(nèi)前置隔離液高度下降一半。

繼續(xù)正替膠液，待膠液在鉆桿內(nèi)高度與環(huán)空中高度一致后，停泵起鉆。緩慢起鉆至膠液液面以上1～2 柱；測靜止漏速，若靜止時(shí)井口液面下降，則補(bǔ)充泥漿，同時(shí)記錄泥漿補(bǔ)充量，待泥漿補(bǔ)充量達(dá)到注入膠液量，漏速仍未明顯降低，則堵漏失敗，若漏速明顯下降，則繼續(xù)補(bǔ)充泥漿，直至靜止漏速下降為零；若靜止時(shí)井口液面不下降，則關(guān)閉環(huán)形防噴器，開泵向地層擠注膠液。

待2/3 體積的膠液擠入地層后，停止擠注，靜置候凝4 h 以上；以1/3 的鉆進(jìn)排量循環(huán)，若液面正常，逐步提至鉆進(jìn)排量。下鉆期間分段循環(huán)(1/3～2/3 的鉆進(jìn)排量)，注意觀察遇阻情況，若有異常，及時(shí)上提鉆具，再定下步措施。

觀察振動(dòng)篩是否有大塊凝膠出現(xiàn)，并防止跑漿；下鉆完，以小排量頂通，若不漏，逐步提至鉆進(jìn)排量循環(huán)。循環(huán)一周不漏，滿足要求則化學(xué)凝膠堵漏成功；若不能滿足，則分析原因，再研究決定下步施工方案［6］。

3.3 強(qiáng)力網(wǎng)堵漏技術(shù)

該堵漏技術(shù)易與顆粒材料協(xié)同架橋，填塞漏失通道；強(qiáng)力網(wǎng)堵漏材料具有多孔、高壓縮性、高彈性等特點(diǎn)，可以變形擠入裂縫與其他顆粒材料共同架橋，增大與裂縫壁面的摩擦力，有利于封堵層的穩(wěn)定如圖5所示；同時(shí)可采用變縫為孔的方式，進(jìn)一步降低漏層的堵漏難度。比如在實(shí)踐過程中，相關(guān)人員可在裂縫處形成過濾架橋床，通過變縫為孔操作，有利于降低裂縫的滲透性，促使層位的漏失速率得到有效降低；另外，相關(guān)人員還可采用包絡(luò)顆粒材料的方式，進(jìn)而保障粒徑范圍得到有效拓寬，更容易捕獲其他類型堵漏材料，有利于構(gòu)建三維立體式的封堵隔墻(層)，保障堵漏材料的顆粒粒徑范圍得到增大，有效提高堵漏材料在裂縫中的滯留能力，確保堵漏成果良好；除此，相關(guān)人員還可促使堵漏材料快速失水，經(jīng)過聚集堆積后可形成密封封堵層。這是由于固相顆粒在一般情況下，難以透過網(wǎng)格聚集堆積，但堵漏漿內(nèi)的水分依然可以透過網(wǎng)狀泡沫材料，能夠產(chǎn)生失水作用，有助于形成致密封堵層。

圖5 強(qiáng)力網(wǎng)堵漏技術(shù)封堵示意圖

堵漏施工工藝：綜合分析井漏和漏層性質(zhì)等，可科學(xué)確定堵漏施工工藝。比如：合理確定橋漿及強(qiáng)力網(wǎng)濃度、級配和配備數(shù)量，確保橋漿密度應(yīng)接近于鉆進(jìn)的井漿密度。

配堵漏鉆井液：泥漿池倒入井漿(如用簡易鉆井液根據(jù)現(xiàn)場情況配制，合適的流變性，密度和井漿相當(dāng))，泥漿泵循環(huán)并攪拌，通過漏斗加入所需量快速復(fù)合堵漏系列材料；停止混漿泵，保持?jǐn)嚢杵鬟\(yùn)轉(zhuǎn)，從泥漿池上方加入NetLock 系列產(chǎn)品(建議按照NetLock F、NetLock M、NetLock C 順序依次加入)，加完攪拌10 min 以上可以使用(如NetLock 不均勻，可適當(dāng)短時(shí)間開啟混漿泵)，始終保持?jǐn)嚢杵鬟\(yùn)轉(zhuǎn)［7］。

將光鉆桿或簡易鉆具等，下到漏層頂部約50～100 m 的位置上，再將事先準(zhǔn)備好的的橋漿有序泵入到漏失層段，確保注入量能全部覆蓋漏層段，同時(shí)并附加10～25 m3左右。此時(shí)應(yīng)清楚本次堵漏的目的，是一般堵漏還是承壓堵漏。若是以堵住為目的，那就可以適當(dāng)弱化配方(確保適當(dāng)吃入量)，達(dá)到滿足循環(huán)壓耗即可，一般為2 MPa 左右為宜，避免高套壓壓漏其他地層，導(dǎo)致堵漏失敗；若是承壓堵漏，則套壓可按預(yù)計(jì)提密度值+循環(huán)壓耗確定，此時(shí)相應(yīng)配方則要予以強(qiáng)化；對于漏層不清的井，可注入較大量的橋漿全覆蓋可能的漏失層段，然后關(guān)井?dāng)D壓堵漏；對于不具備關(guān)井?dāng)D注條件的井，可以將鉆具提升到上層套管鞋內(nèi)，大排量循環(huán)，靠循環(huán)壓耗施加附加壓力到漏層進(jìn)行擠注作業(yè)。

4 強(qiáng)承壓堵漏技術(shù)

強(qiáng)承壓堵漏技術(shù)的代表性產(chǎn)品為PF-BLN 11-PF-BLN 20，主要功能為提高薄弱地層或者裂縫地層承壓能力，封堵強(qiáng)度和效率遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)堵漏工藝，是治理不同類型漏失的有效手段。

5 熱固性樹脂堵漏技術(shù)

針對灰?guī)r地層易發(fā)生失返性漏失，基于熱固性樹脂的分子設(shè)計(jì)和配方優(yōu)化，研選熱固性樹脂堵漏材料。該熱固性樹脂堵漏材料應(yīng)具有密度、黏度可調(diào)，方便泵送，且可在設(shè)定溫度時(shí)間內(nèi)固化，固化后的樹脂具有強(qiáng)度高、耐高溫高壓、韌性好等特點(diǎn)。

6 結(jié)語

南海東部灰?guī)r地層某油田漏失情況及地質(zhì)資料調(diào)研結(jié)果表明，LF 區(qū)域潛在漏失層位相對集中，主要為新近系珠江組灰?guī)r、砂巖及灰質(zhì)粉砂巖層段，在處理井下事故、起鉆及測壓作業(yè)等非正常鉆進(jìn)過程中井漏現(xiàn)象突出，灰?guī)r地層漏失速度高、漏失量大，漏速最高可達(dá)159 m3/h，漏失量最多的高達(dá)1 300 m3，灰?guī)r及砂巖地層存在反復(fù)漏失現(xiàn)象。

基于LF 區(qū)塊珠江組地質(zhì)及工程資料分析了漏失原因，主要包括鉆遇斷層及天然裂縫導(dǎo)致的壓差性漏失，井筒憋壓誘發(fā)的壓裂性漏失，以及珠江組微孔隙及微裂縫擴(kuò)展導(dǎo)致的裂縫擴(kuò)展性漏失，封堵層失穩(wěn)導(dǎo)致的重復(fù)性漏失。

針對井筒憋壓誘發(fā)的壓裂性漏失及微裂縫發(fā)育導(dǎo)致的裂縫擴(kuò)展性漏失，探討了提高地層承壓能力方法。針對天然宏觀裂縫及斷層發(fā)育導(dǎo)致的壓差性漏失及封堵層失穩(wěn)誘發(fā)的重復(fù)性漏失，提出了致密承壓封堵鉆井液優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，提高封堵效率及封堵層承壓能力。分別針對灰?guī)r地層及砂巖地層不同程度漏失情況制定了現(xiàn)場施工的防漏堵漏技術(shù)預(yù)案。

升級改造后的快速堵漏劑PF-BLN D 系列粒徑較大，抗壓強(qiáng)度高，摩擦系數(shù)大，具有良好的瞬時(shí)堵漏效果，更適合于陸豐惠州區(qū)域承壓堵漏作業(yè)。

研選了一種強(qiáng)力網(wǎng)堵漏材料NETLOCK，抗溫可達(dá)140 ℃，可變形擠入裂縫與其他顆粒材料共同架橋，增大與堵漏材料裂縫壁面的摩擦力，顯著提高堵漏材料在裂縫中的滯留能力，有效提高堵漏成功率。

研制了強(qiáng)凝膠堵漏劑CHEMGEL，均具有地面黏度低，地下交聯(lián)后強(qiáng)度高的特點(diǎn)，在100～180 ℃范圍內(nèi)，均可通過調(diào)整緩凝劑或促凝劑加量來調(diào)控凝膠時(shí)間研制了強(qiáng)承壓系列堵漏材料，具有良好的粒徑分布、摩擦和抗壓能力，所形成的強(qiáng)承壓堵漏配方，粒徑分布合理，最高承壓可達(dá)20 MPa 以上。

研制了一種熱固性樹脂堵漏材料，密度、黏度可調(diào)，易于進(jìn)入漏失通道中，固化后的樹脂具有耐高溫高壓、韌性好等特點(diǎn)。

研選了一種井壁增強(qiáng)防漏劑，該材料具有很好的回彈率，能明顯提高地層承壓能力。該井后的快速復(fù)合堵漏技術(shù)在LF 某井、KP 某井和HZ 某井成功應(yīng)用，強(qiáng)承壓堵漏技術(shù)在HZ 某井成功應(yīng)用。通過鉆井液密度控制、精細(xì)化操作控制ECD、井壁強(qiáng)化技術(shù)等工藝措施，LF 油田四口井均未發(fā)生漏失。