惡性井漏治理現(xiàn)狀及展望

陳軍，王先兵，劉松，李其龍，王仁德，范萬升

（1.中國石油塔里木油田分公司塔中油氣開發(fā)部，新疆庫爾勒841000；2.油氣田應用化學四川省重點實驗室，四川廣漢618300；3.中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，四川廣漢618300；4.塔里木石油勘探開發(fā)指揮部第二勘探公司，新疆庫爾勒841000）

惡性井漏治理現(xiàn)狀及展望

陳軍1，王先兵2，3，劉松1，李其龍2，3，王仁德1，范萬升4

（1.中國石油塔里木油田分公司塔中油氣開發(fā)部，新疆庫爾勒841000；2.油氣田應用化學四川省重點實驗室，四川廣漢618300；3.中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，四川廣漢618300；4.塔里木石油勘探開發(fā)指揮部第二勘探公司，新疆庫爾勒841000）

通過實例闡述了當前石油鉆井工程中存在的諸多惡性井漏現(xiàn)象，包括溶洞型井漏，地下水層漏失，承壓堵漏中的頻繁性復漏和大量返吐現(xiàn)象。分析了治理此類嚴重井漏的多種現(xiàn)有技術的缺陷，現(xiàn)有橋漿/智能凝膠+快干水泥漿或者投樹脂堵漏球+橋漿+快干水泥漿等方法，治理溶洞型井漏和地下水層漏失時成功率低；膨脹波紋管技術施工工期長，工藝復雜，成本高，配套工具質量可靠性差；堆積堵漏原理中常用植物堵漏材料抗溫抗壓抗腐蝕性差，常用礦物堵漏材料易破碎，堵漏材料顆粒彼此獨立未膠結固化成一個整體。為更好地解決此類復雜井漏狀況提出了新方法和新工藝，包括研發(fā)一種特殊封隔短套管解決溶洞型井漏和地下水層漏失；研制出系列新型承壓堵漏材料和固化劑/熱固性樹脂復配形成新型橋堵漿，解決頻繁性復漏和大量返吐現(xiàn)象。

惡性漏失；堵漏；新材料；新工具；新工藝

長期以來，井漏問題是鉆井工程中最普遍最常見且十分棘手的技術難題，嚴重制約油氣田勘探開發(fā)進程，國內外至今一直未能找到有效解決方法。據(jù)統(tǒng)計，全世界井漏發(fā)生率約占總井數(shù)的百分之二十到百分之二十五，全球石油行業(yè)中每年因為井漏而耗費的資金高達數(shù)十億美元；井漏不僅浪費大量鉆井時間，損失大量材料和鉆井液，而且還可能引起井噴、井塌、卡鉆等一系列復雜事故，甚至可能導致整個井眼報廢，造成重大經(jīng)濟損失。而因大裂縫大溶洞漏失、地下水層暗河漏失和嚴重復漏及大量返吐等原因造成的惡性井漏，更是制約油氣田勘探開發(fā)進程的世界級技術難題，束手無策，無有效應對措施，時常導致該類井提前完鉆或者填井側鉆，甚至成為報廢井[1-4，8]。

1 惡性井漏現(xiàn)狀及實例

1.1 溶洞型漏失

塔里木油田的塔中區(qū)塊奧陶系油氣藏為碳酸巖儲藏，主要儲集空間為孔洞型和裂縫-孔洞型，在產(chǎn)層段鉆進時，需要鉆遇多個“串珠”狀反射巖溶儲層（見圖1），因此進入產(chǎn)層段后，幾乎每口井都會面臨嚴重井漏，少則漏失幾千立方米鉆井液，多則漏失數(shù)萬立方米鉆井液，儲層產(chǎn)量高且高含硫化氫和二氧化碳，為鉆井液性能維護處理帶來極大困難，而且井控安全風險很高。

目前主要采用低密度鉆井液配合控壓鉆井方式鉆進，盡可能減少漏失量，沒有更好更有效的防漏堵漏措施減少漏失量和減少鉆井液對儲層的傷害，在實際鉆井開發(fā)中，很多井因鉆遇溶洞而出現(xiàn)嚴重放空現(xiàn)象，被迫提前完鉆。部分井雖采取了現(xiàn)有惡性井漏堵漏措施，但仍然不得不提前完鉆，如塔中區(qū)塊某井以密度1.15 g/cm3的鉆井液鉆進至產(chǎn)層井段6 031.2 m～6 045.5 m時，鉆遇大裂縫和大孔洞，井漏失返，鉆桿內外鉆井液液面在井口以下250 m～300 m處，前期采用堵漏劑濃度45%～53%并以雷特超強堵漏劑和雷特酸溶性堵漏劑為主的橋塞堵漏漿進行了10次堵漏作業(yè)，均堵漏不成功；后期通過投球設備投入19 mm樹脂堵漏球10萬顆，再配合堵漏劑濃度50%的高濃度橋塞堵漏漿，原設想通過樹脂球初步架橋將大的縫、洞改變?yōu)樾〉目卓p，再泵入橋塞堵漏漿，使堵漏漿中的粗、中粗顆粒架橋，細顆粒進行填充封堵，封堵漏失通道建立循環(huán)，但仍然堵漏不成功，該井段共漏失密度1.15 g/cm3的鉆井液和堵漏漿3 580 m3。之后嘗試靜止下放鉆柱至井深6 052.5 m，不起鉆壓，放空段長超過7 m，后甲方?jīng)Q定因地質原因該井提前完鉆。

1.2 地下水層漏失

四川油氣田某井三開井段，以密度1.10 g/cm3～1.13 g/cm3的聚磺鉆井液鉆進至三疊系嘉陵江組時鉆遇地下流動水層（見圖2），井深3 466.3 m，當鉆井液密度＞0.97 g/cm3時井漏，當鉆井液密度≤0.97 g/cm3時地層出水。先后采用堵漏劑濃度40%～50%的橋塞堵漏漿堵漏作業(yè)27次、注水泥漿堵漏作業(yè)2次、智能凝膠+水泥漿堵漏作業(yè)5次，均未堵漏成功，累計漏失密度1.1 g/cm3左右的鉆井液和各種堵漏漿共3 586 m3，漏失清水2 355 m3，損失鉆井時間80 d，該井最終填井側鉆，通過定向鉆進避開流動水層才鉆達設計井深。

圖1 塔中區(qū)塊奧陶系“串珠”狀儲藏及設計井眼軌跡示意圖

圖2 四川油氣田某井地震分析地下流動水層反射圖

1.3 嚴重復漏和大量返吐

部分油氣井在某些漏失井段頻繁發(fā)生重復性漏失，多次重復承壓堵漏作業(yè)均不能徹底治理漏失，不能形成有效封堵層；同樣在某些油氣井的承壓堵漏作業(yè)中，憋壓候堵后卸掉井口壓力，憋入地層的堵漏漿立即大量返吐回井筒，這兩種現(xiàn)象的原因是相同的。

1.3.1 常用橋塞堵漏材料質量問題目前承壓堵漏作業(yè)常選用多粒徑的顆粒材料，復配纖維狀和片狀材料，配制成一定濃度和配比的橋塞堵漏漿，注入漏層，以顆粒堆積原理，調節(jié)堵漏材料的粒徑配比和濃度，通過橋堵材料的架橋、填充作用堵塞漏失通道，此方法為石油行業(yè)最主要的承壓堵漏方法，各個油田公司均普遍采用。但在堵漏過程中，因當前普遍采用的橋堵材料本身質量不夠好，如核桃殼、棉籽殼、花生殼、谷糠、鋸末、亞麻等植物材料，抗腐蝕能力差，抗溫能力差，植物材料在高溫下吸水膨脹變軟，甚至碳化，抗壓和封堵能力顯著下降；礦物材料過于硬脆，如碳酸鈣顆粒、云母片、蛭石、貝殼等，在地層閉合等交變應力作用下，礦物材料容易破碎，導致承壓堵漏作業(yè)暫時性堵漏成功，在之后的繼續(xù)鉆進作業(yè)中，因橋接堵漏材料腐化變質或破碎，同時這些承壓橋堵材料彼此獨立，沒有膠結組成一個整體，在液柱壓力作用下被推入地層深處，使原本形成的封堵隔墻損壞，頻繁發(fā)生復漏現(xiàn)象，承壓堵漏失敗，這種頻繁復漏現(xiàn)象普遍存在于各種承壓堵漏作業(yè)井中，導致重復多次堵漏施工，堵漏作業(yè)周期長，損失時間多，復雜處理成本高[1，3，8]。

1.3.2 堵漏漿配方問題在某些油氣井的承壓堵漏作業(yè)中，泵入堵漏漿，憋壓把堵漏漿擠入地層，憋壓候堵后卸掉井口壓力，憋入地層的堵漏漿立即大量返吐回井筒，這種現(xiàn)象的主要原因在于：地層在憋壓過程中產(chǎn)生誘導裂縫，逐漸憋壓，裂縫逐漸延伸至地層深處，擠注堵漏漿的量越多，套壓值越高，但地層承壓能力弱，裂縫繼續(xù)逐漸延伸和擴張，套壓值逐漸降低；當井口卸壓后，地層誘導裂縫閉合，因為橋堵材料彼此獨立，并沒有膠結組成一個整體，也沒有粘結在巖層上，流動阻力小，裂縫中的堵漏漿返吐回井筒，這種返吐量很大，導致承壓堵漏達不到預期效果，當提高鉆井液當量密度時，會再次發(fā)生井漏，承壓堵漏失敗。如四川油氣田某井，其四開Φ241.3 mm井眼使用密度1.52 g/cm3～1.60 g/cm3的聚磺鉆井液在嘉陵江組鉆進時發(fā)現(xiàn)6個漏層，漏失鉆井液984.2 m3，當量鉆井液密度超過1.60 g/cm3即發(fā)生井漏，而同裸眼段的下部地層（飛仙關、茅口組）設計最高當量鉆井液密度1.95 g/cm3，因此需對上部嘉陵江組地層進行承壓堵漏，以滿足下步鉆井工程要求。在該井的承壓堵漏作業(yè)中，第一次正擠55 m3、密度1.90 g/cm3、濃度50%的橋堵漿進入地層，套壓值3.1 MPa～5.1 MPa，憋壓候堵8 h后卸壓，回吐堵漏漿29 m3；第二次正擠12 m3、密度1.90 g/cm3、濃度50%的橋堵漿進入地層，套壓值3.9 MPa～4.1 MPa，憋壓候堵4 h后卸壓，回吐堵漏漿10 m3；第三次正擠87 m3、密度1.90 g/cm3、濃度50%的橋堵漿進入地層，套壓值4.1 MPa～7.2 MPa，12 h后卸壓，回吐堵漏漿48 m3。

2 探索治理惡性井漏的新方法

2.1 特殊封隔短套管治理溶洞和水層漏失

2.1.1 治理溶洞和水層漏失現(xiàn)有堵漏技術的缺陷目前沒有治理溶洞漏失和水層漏失的高效方法。當鉆遇這種類型的惡性井漏，主要采用橋漿/智能凝膠+快干水泥漿，或者投樹脂堵漏球+橋漿+快干水泥漿等方法，主要原理是利用前面堵漏漿的暫堵作用隔離水層或在溶洞漏失較窄的地方形成暫堵帶，為后面的快干水泥漿凝固提供條件，但這種堵漏方法成功率很低，因為堵漏漿被水稀釋或者漏失進入地層深處，往往需要多次反復堵漏作業(yè)，損失大量時間和物資，經(jīng)濟效益低下。從俄羅斯引進和中石化和中石油兩家勘探開發(fā)研究院研制的波紋管堵漏技術為治理溶洞型和水層漏失提供了一種手段，但在實際使用中存在諸多問題，比如施工工期長，施工工藝復雜，施工成本高，波紋管焊接質量難以保證，滾子整形器質量可靠性低，波紋管抗內壓強度小于30 MPa，抗外擠強度小于10 MPa等實際問題[5-7]。

2.1.2 探索治理溶洞和水層漏失新方法研發(fā)一種特殊封隔短套管，彌補現(xiàn)有波紋管技術的不足。該短套管內部裝有剪切銷釘和倒齒，以水力壓力剪斷銷釘后短套管膨脹，之后不需要滾子整形器的多次機械膨脹；以卡瓦式倒齒做支撐提供強大抗外擠強度，保證不會擠壓變形造成后續(xù)卡鉆事故；以螺紋連接，改變現(xiàn)場焊接質量難以保證的現(xiàn)狀。

該短套管下端裝有可鉆性引鞋和球座，上端裝有丟手裝置，通過投球憋壓膨脹后緊貼在井壁上，其本體上裝有裸眼封隔器部件，提供密封隔離能力。相對于波紋管的管串結構（下堵頭及下過渡接頭+下封隔器+波紋管+上封隔器+上堵頭+倒扣螺母及提拉桿），該短套管結構明顯簡化，現(xiàn)場入井時安裝簡便。

現(xiàn)有國內外波紋管技術試驗中發(fā)現(xiàn)，施工工序繁雜，施工周期較長，不利于波紋管技術推廣應用。膨脹波紋技術施工步驟為：測井－擴眼－測井－波紋管串準備（焊接等）－下入波紋管－水力膨脹－多次機械膨脹。改進后研發(fā)的特殊封隔短套管現(xiàn)場準備時間短，憋壓膨脹后不需要多次起下鉆進行機械膨脹，節(jié)約大量處理時間，簡化施工步驟，縮短施工周期，提高經(jīng)濟效益。

研發(fā)適用不同井眼和套管尺寸的系列特殊封隔短套管以及配套工具，封堵不同井眼鉆井復雜情況，同時可推廣應用于對損壞套管或廢棄射孔段進行補貼修復，也可作為臨時套管封固（隔）重大復雜層和尾管懸掛，也可應用于防砂、調剖堵水等方面，具有廣闊的應用前景。

2.2 膠結固化材料復配新型橋接材料治理嚴重復漏和返吐現(xiàn)象

2.2.1 治理嚴重復漏和返吐現(xiàn)象現(xiàn)有技術缺陷目前承壓堵漏作業(yè)常選用多粒徑的顆粒材料，復配纖維狀和片狀材料，因植物類橋堵材料抗腐蝕能力差，抗溫能力差，在高溫下吸水膨脹變軟，甚至碳化，抗壓和封堵能力顯著下降；礦物材料過于硬脆，容易破碎；同時這些承壓橋堵材料彼此獨立，沒有膠結組成一個整體，在液柱壓力作用下容易被推入地層深處，頻繁發(fā)生復漏現(xiàn)象，或者憋壓候堵一段時間后，開井卸壓時擠入地層的堵漏漿大量返吐回井筒，造成承壓堵漏成功率低，導致重復多次堵漏施工，堵漏作業(yè)周期長，損失時間多，復雜處理成本高。

2.2.2 探索治理嚴重復漏和返吐現(xiàn)象新技術已經(jīng)研發(fā)出新型合成堵漏材料，呈多粒徑顆粒和片狀、纖維狀，其抗溫、抗壓、抗腐蝕能力明顯提高，與傳統(tǒng)的堵漏顆粒相比，克服了礦物顆粒（如方解石、石灰石等）、陶瓷及玻璃珠等密度過大，配漿易沉降，脆性太強，在架橋成功后會因裂縫的閉合而崩解破碎的缺陷；也克服了植物顆粒密度過小配漿時易漂浮，吸水性強，因高溫“水煮”而降解變軟的缺陷；避免了傳統(tǒng)架橋堵漏顆粒堵漏成功后容易失效、持久性不好而頻繁堵漏的現(xiàn)象。

有待研發(fā)出固化劑或者熱固性樹脂材料，這種固化材料與惰性堵漏材料具有良好配伍性，通過調整配方可在地層多溫度條件下膠結固化，并能根據(jù)需要調節(jié)固化時間。將這種固化材料與上述新型承壓堵漏材料混合復配，作為一種新型橋塞承壓堵漏漿注入漏層，在擠注堵漏作業(yè)過程中，前期依靠新型承壓堵漏材料在漏失通道架橋、填充形成堵塞段，具備一定的承壓能力，隨著候堵時間延長，固化劑或者熱固性樹脂在地層溫度作用下逐漸膠凝固化，將新型承壓堵漏材料顆粒全部膠結固化成一個整體，同時與漏失通道的巖石表面粘結在一起，提供后期承壓堵漏能力。膠結固化成一個整體后的流動阻力顯著增強，很難被擠入地層或者返吐回井筒，可大幅減少頻繁性復漏現(xiàn)象和卸壓后大量返吐現(xiàn)象。

3 結語

（1）本文列舉了在地質復雜、井漏嚴重、鉆井難度大等方面具有典型代表的塔里木油氣田和四川油氣田鉆井工程中存在的惡性井漏現(xiàn)象，包括溶洞型井漏，地下水層漏失，承壓堵漏中的頻繁性復漏和大量返吐現(xiàn)象，并分析了其中原因。

（2）現(xiàn)有技術治理上述復雜井漏時存在缺陷，主要體現(xiàn)在橋漿/智能凝膠+快干水泥漿或者投樹脂堵漏球+橋漿+快干水泥漿等方法，治理溶洞型井漏和地下水層漏失時成功率低；膨脹波紋管技術施工工期長，工藝復雜，成本高，配套工具質量可靠性差；堆積堵漏原理中常用植物堵漏材料抗溫抗壓抗腐蝕性差，常用礦物堵漏材料易破碎，堵漏材料顆粒彼此獨立未膠結固化成一個整體。

（3）研發(fā)一種特殊封隔短套管對解決溶洞型井漏和地下水層漏失有望獲得成功，減少復雜處理成本，提高經(jīng)濟效益。

（4）研制出系列新型承壓堵漏材料和固化劑/熱固性樹脂復配形成新型橋堵漿，解決頻繁性復漏和大量返吐現(xiàn)象，可顯著提高承壓堵漏成功率，減少復雜處理次數(shù)。

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Serious lost circulation current situation and disposing prospects

CHEN Jun1，WANG Xianbing2，3，LIU Song1，LI Qilong2，3，WANG Rende1，F(xiàn)AN Wansheng4
（1.Oil and Gas Development Department of Tarim Oilfield Company，PetroChina，Korla Xinjiang 841000，China；2.Oil&Gas Field Applied Chemistry Key Laboratory of Sichuan Province，Guanghan Sichuan 618300，China；3.CCDC Drilling&Production Technology Research Institute，Guanghan Sichuan 618300，China；4.Tarim Oil Exploration and Development Headquarters Second Exploration Company，Korla Xinjiang 841000，China）

This paper uses examples to expound the current serious well leakage phenomenon in oil drilling engineering,including cave leakage,underground water leakage,the grave frequent leakage and a lot of backflow.Analyzes the defects of various existing technology,the bridge fluid/intelligent gel and quick drying cement or resin plugging ball and bridge fluid and quick drying cement,but the success rate is low.The expansion bellows technology has long construction period,complex process,high cost,the reliability of allied tool is not good.The normal plant plugging material's resistance of temperature and compressive and corrosion is poor,common mineral plugging material is easy broken,plugging material particles don't cement and solidify into a whole.This article puts forward the new method and new technology to better solve such complicated lost circulation situation,including develop a special short sleeve packer and a series of new plugging materials compound with curing agent or thermosetting resin.

serious leakage；plugging；new materials；new tools；new process

TE254.4

A

1673-5285（2017）06-0012-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.06.004

2017－04-16