致密油洛河組Φ311.1 mm 井眼堵漏技術(shù)研究與應(yīng)用

孫 歡

（川慶鉆探長慶鉆井總公司，陜西西安 710000）

隨著長慶油氣田隴東致密油的大力開發(fā)和區(qū)域拓展，由井漏引起的鉆井時效占比逐年增加，井漏問題已嚴重制約著致密油鉆井提速增效，甚至導致井眼報廢，造成重大經(jīng)濟損失[1，2]。國內(nèi)外針對裂縫性漏失展開了大量研究，已形成多種類型的堵漏工作液[3-10]。目前，使用最廣泛的是橋接堵漏漿，該堵漏技術(shù)在漏層易被外界流體稀釋、沖刷，不易在漏層滯留，堵漏后易復(fù)發(fā)，導致堵漏效果不理想。張云華等[11]研發(fā)一種低密度高強度水泥，該水泥漿體系密度在1.60 g/cm3左右，抗壓強度6～8 MPa，可在水泥漿中添加5 mm、10 mm 纖維進行復(fù)合堵漏，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高堵漏效果；盧小川等[12]研制出了一種堵塞形成快、濾餅強度高的酸溶性高失水固化堵漏劑STP；長慶區(qū)域隴東致密油地區(qū)洛河組屬于大孔隙高滲透低壓砂水層，部分區(qū)塊存在3～5 m 的垂直裂縫，洛河組砂子顆粒以中砂、細砂、粉砂，砂巖層孔隙滲透性好，洛河組富礦砂巖中黏土礦物總量較低[13]，砂子與砂子之間膠結(jié)性差或無膠結(jié)物，清水聚合物體系鉆井期間易發(fā)生惡性失返性漏失，80%以上已鉆井洛河組發(fā)生漏失，其中失返性漏失占比45%以上。

為探索長水平段動用水源區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)儲量和提高產(chǎn)量的技術(shù)方向，長慶油田分公司在頁巖油示范區(qū)開展多口4 000 m、5 000 m 超長水平段水平井試驗井。該井型“直+斜”井段采用Φ311.1 mm 井眼入窗，較常規(guī)致密油井眼（Φ215.9 mm）擴大一倍，對易漏洛河組承壓提出更高的技術(shù)挑戰(zhàn)。通過已鉆井資料和導眼井數(shù)據(jù)分析，該區(qū)域洛河組承壓當量密度為0.92 g/cm3，存在垂直裂縫性（3～5 mm）與橫向微裂縫，平均常規(guī)井眼洛河組堵漏時間5.5 d，惡性失返性漏失堵漏時間超過7 d，部分井最終填井側(cè)鉆。針對大井眼井惡性漏失井堵漏技術(shù)難點研發(fā)一種階梯式綜合惡性漏失治漏技術(shù)對漏層進行封堵和加固，前期通過2～5 mm 大顆粒剛性粒子與中軟硬纖維對裂縫進行骨架建立，中期采用40～150 目改性石英砂與細軟硬纖維對漏層進行掛喉和網(wǎng)絡(luò)搭建，后期采用低密度可固化堵漏液對微小孔隙進行填充和固化，最終對漏層進行封堵。該技術(shù)成功試驗4 口井，一次堵漏成功率100%，鉆井液密度從1.01 g/cm3提高至1.24 g/cm3，順利入窗，為大井眼惡性漏失井堵漏提供解決思路。

1 堵漏技術(shù)難點

隴東致密油區(qū)塊洛河組存在垂直裂縫和水平裂縫，Φ311.1 mm 井眼洛河組發(fā)生惡性漏失原因可以歸結(jié)為：（1）裂縫跨度長，不能充分暴露出下部漏層；（2）裂縫連通性好，堵漏漿滯留性差；（3）井眼尺寸大，暴露漏層面積更多；（4）地層承壓能力低、在壓力作用下誘導裂縫開啟和閉合。

1.1 垂直漏層不能充分暴露，導致多次重復(fù)堵漏

通過對洛河組取心3 m，肉眼可清晰看出巖心中存在垂直裂縫和水平裂縫，最大裂縫處5 mm 裂縫，有近1/3 段破碎不成型，鉆進至漏層時發(fā)生失返性漏失，易發(fā)生卡鉆，不能有效暴露漏層。

1.2 洛河漏層裂縫連通性好，堵漏漿無法滯留

洛河層巖石顆粒為中砂、粉砂、細砂巖，洛河組孔隙發(fā)達，地層富含流體，堵漏漿體進入漏層后易被稀釋；漏層連通性好，堵漏漿不宜在漏層滯留，導致堵漏失敗。

1.3 漏層井眼容積增大，堵漏難度增加

Φ311.1 mm 井眼容積是常規(guī)Φ215.9 mm 井眼容積1 倍，漏層暴露面積更大，堵漏施工要求難度增加。

1.4 采用一種堵漏體系堵漏成功率低

針對于洛河組惡性失返性漏失井，采用單項的堵漏漿體系無法滿足施工工藝要求，大量實踐證明，采用單一體系的多級別堵漏材料很難在漏層形成有效封堵，易造成“封門”現(xiàn)象。

2 綜合惡性漏失治漏技術(shù)

惡性漏失一般出現(xiàn)在大裂縫和高滲透大孔隙結(jié)構(gòu)地層，需要對其空間填充、固化才能實現(xiàn)漏層的封堵，針對惡性漏失層位有效封堵本文采用三類顆粒級配區(qū)間的堵漏液階梯式對漏層逐級加固，在漏層最終實現(xiàn)剛性粒子骨架堆積（整體建骨）、網(wǎng)絡(luò)拉筋與顆粒堆積（充盈健骨）、低密度纖維水泥漿整體固化（強筋固骨）。

2.1 三元剛性凝膠強堵漏液（Ⅰ型）

剛性顆粒在漏層結(jié)構(gòu)中起著骨架的作用，具有高硬度、不易變形的特點，常用的剛性粒子有石子、米石、破碎巖屑等材料，但剛性粒子的懸浮性、滯留性和匹配性決定著層骨架建立的是否穩(wěn)定，通過大量實驗篩選出三種剛性粒子進行顆粒級配，配方如下：基漿+7%（2～3 mm）石子+6%（1～3 mm）米石+4%（2～4 mm）等四面體材料。

2.1.1 基漿的配制 基漿及性能（見表1）。

表1 封堵實驗基漿及性能表

2.1.2 Ⅰ型堵漏液沉降實驗和封堵性實驗 采用黏度計動態(tài)沉降測試法（API RP13B）評價堵漏漿體的穩(wěn)定；采用半徑3～5 mm 鋼珠填充至篩網(wǎng)容器中，將容器放至堵漏釜中，倒入配好的堵漏漿，加壓，觀察堵漏漿中剛性粒子侵入度。侵入度：（m1-m2）/m1×100%，式中：m1-剛性粒子總質(zhì)量；m2-未進入砂床剛性粒子質(zhì)量，實驗數(shù)據(jù)（見表2、表3）。

表2 Ⅰ型堵漏液沉降實驗表

表3 Ⅰ型堵漏液剛性粒子侵入度實驗

由表2 可知，Ⅰ型堵漏漿體60 min 沉降密度差只有0.007 g/cm3，匹配的剛性粒子在體系中穩(wěn)定性優(yōu)良，由表3 可知，優(yōu)選出匹配的剛性粒子對模擬3～5 mm漏層有很好的填充效果，侵入度達80%，能有效的建立骨架。

2.2 立體網(wǎng)狀復(fù)合結(jié)構(gòu)微塞體堵漏液（Ⅱ型）

Ⅱ型堵漏工作液在Ⅰ型堵漏液建骨后進行二次填充，實現(xiàn)充盈健骨，主要使用懸浮性優(yōu)良的支撐劑、水分散纖維和棉絨型堵漏劑（GT-MF）。支撐劑是在石英砂表面噴涂一種涂料，這種涂料在水溶液中由靜電力、氫鍵或范德華力作用在分子間形成具有一定強度的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加支撐劑的懸浮穩(wěn)定性。纖維選擇2～3 mm 的水分散纖維，主要成分為聚丙烯類無色原生態(tài)纖維絲，呈單纖維絲纖維形態(tài)，水分散性強，分散后形成高的機械懸浮。

通過實驗配比優(yōu)選出Ⅱ型堵漏液配方，配方：基漿（同上）+15%（20～40 目）支撐劑+1%水分散纖維+15%GT-MF。使用Ⅰ型堵漏液侵入后的砂床對Ⅱ型堵漏工作液封堵進行評價，性能測試數(shù)據(jù)（見表4）。

表4 Ⅱ型堵漏工作液封堵實驗

由表4 可以看出Ⅱ型堵漏工作液能承受1.2 MPa的壓力，承壓能力低，但Ⅱ型堵漏液對砂床的侵入度達到90%，有效的對空間縫隙進行填充。

2.3 顆粒級配可固化纖維堵漏工作液（Ⅲ型）

通過Ⅰ型Ⅱ型堵漏液對模擬漏層進行填充，達到理想的效果，為了更好的對漏層進行加固，引入Ⅲ型顆粒級配可固化纖維堵漏工作液。該體系主要包括：油井G 級水泥、減輕材料、水分散纖維、疏水劑、早強劑，其中創(chuàng)新點是引入疏水材料，通過引入疏水締合物阻水型改性劑，進入垂直裂縫的堵漏漿體與裂縫中的液體不相容，起到隔斷效果，解決了低密度阻水型可固化堵漏液本質(zhì)上質(zhì)脆、韌性差、固化時產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力等缺點，提高了低密度阻水型可固化堵漏液體系的抗污染能力。

通過實驗配比優(yōu)選出Ⅲ型堵漏液配方，配方：清水+70%G 級水泥+10%減輕劑+15%（40～70 目）支撐劑+5%超細穩(wěn)定劑+3%水分散纖維+0.08%疏水劑；使用Ⅰ型和Ⅱ堵漏液侵入后的砂床對Ⅲ型堵漏工作液封堵進行評價，性能測試數(shù)據(jù)（見表5）。

表5 Ⅲ型堵漏工作液封堵實驗

從表5 可以看出，通過引入Ⅲ型顆粒級配可固化纖維堵漏工作液對Ⅰ型和Ⅱ型堵漏工作液封堵后的砂床進行封堵實驗，12 h 后承壓可達8 MPa，Ⅲ型堵漏液侵入度達95%，有效對漏層微孔隙進行填充和加固，實現(xiàn)強筋固骨，達到理想的封堵效果。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 大井眼惡性漏失總體統(tǒng)計

2019-2020 年針對大井眼惡性洛河層位漏失井共應(yīng)用4 口井，平均堵漏時間3.5 d，地層承壓能力當量密度提高超過0.20 g/cm3，一次堵漏成果率100%，有效解決致密油區(qū)塊大井眼洛河組惡性漏失技術(shù)難點，為超長水平段水平井施工提供基礎(chǔ)保障。在華H90-3 井進行應(yīng)用，地層承壓能力當量密度從1.01 g/cm3提高到1.23 g/cm3，順利入窗。

3.2 華H90-3 井現(xiàn)場應(yīng)用概況

華H90-3 井位于甘肅省慶陽市華池縣王咀子鄉(xiāng)甘掌村，表層200 m，長慶油田分公司在頁巖油示范區(qū)開展的5 000 m 超長水平段水平井試驗井。同井場已鉆3 口井，“直+斜”井段Φ215.9 mm 井眼設(shè)計，洛河均發(fā)生惡性失返性漏失，其中1 口井下套管封洛河組避漏，平均堵漏時間7.8 d，該井的導眼井華H90-3D 井堵漏時間8.25 d，完鉆密度1.13 g/cm3。

該井鉆進至830 m，鉆壓放空4 m，泥漿失返，搶鉆至853 m，起鉆，“光鉆桿+鋸齒接頭”下深825 m，采用階梯式綜合惡性漏失治漏技術(shù)，第一次注入三元剛性凝膠強堵漏液（Ⅰ型）28 m3，井口不返，下鉆至845 m循環(huán)清除井筒堵漏漿，井口不返泥漿；“光鉆桿+鋸齒接頭”起鉆到井深825 m，第二次注入立體網(wǎng)狀復(fù)合結(jié)構(gòu)微塞體堵漏液（Ⅱ型）30 m3，堵漏漿出鉆具5 m3返出，共漏失堵漏漿10.2 m3，擠入10 m3，最高套壓1.2 MPa，不穩(wěn)壓。下鉆至845 m 循環(huán)，漏速2～4 m3/h；“光鉆桿+鋸齒接頭”起鉆到井深825 m，第三次注入顆粒級配可固化纖維堵漏工作液（Ⅲ型）21.5 m3，堵漏漿出鉆具1 m3返出，共漏失堵漏漿3.5 m3，擠入12 m3，最高套壓為4.5 MPa，30 min 穩(wěn)壓2.5 MPa 不降，起鉆候凝12 h下鉆掃塞，恢復(fù)鉆進。后期密度從1.01 g/cm3提高至1.23 g/cm3，排量從33 L/s 提至42 L/s，順利入窗。

4 結(jié)論

（1）長慶區(qū)域隴東致密油地區(qū)洛河組屬于大孔隙高滲透低壓砂水層，地層膠結(jié)性差或無膠結(jié)物，清水聚合物體系鉆井期間易發(fā)生惡性失返性漏失，針對富含水系洛河層位，常規(guī)堵漏技術(shù)在堵漏施工中存在不承壓、漏層難滯留、易“封門”、堵漏漿易被“稀釋”等技術(shù)難點。

（2）針對于隴東致密油區(qū)塊大井眼惡性漏失層位研發(fā)了一種階梯式綜合惡性漏失治漏技術(shù)，第一步采用含有1～4 mm 剛性粒子的三元剛性凝膠強堵漏液在漏層初期建骨，第二步采用立體網(wǎng)狀復(fù)合結(jié)構(gòu)微塞體堵漏液對漏層空隙進行填充和架橋，第三步采用顆粒級配可固化纖維堵漏工作液（Ⅲ型）對漏層進行封堵和加固。應(yīng)用的4 口大井眼惡性漏失井地層承壓能力當量密度提高0.20 g/cm3以上，一次堵漏成功率100%。

（3）現(xiàn)場應(yīng)用階梯式綜合惡性漏失治漏技術(shù)，有效解決了大井眼惡性漏失難題，階梯式的對漏層進行加固，在漏層最終實現(xiàn)剛性粒子骨架堆積（整體建骨）、網(wǎng)絡(luò)拉筋與顆粒堆積（充盈健骨）、低密度纖維水泥漿整體固化（強筋固骨）。