化學凝膠堵劑承壓堵漏技術在順北3井的應用

方俊偉， 呂忠楷， 何仲， 李圓， 于培志

順北區塊位于塔里木盆地北部坳陷中西部，其中順北1斷裂帶近期部署的6口井均獲高產油氣流，表明順北區塊具有良好的油氣勘探前景，近幾年已成為中石化西北油田分公司增儲上產的重要區塊。由于二疊系火成巖裂縫發育，承壓能力弱[1-3]，鉆井時普遍發生井漏，井漏復雜的處理嚴重影響了順北區塊的鉆井速度。同時，下套管施工過程中，水泥漿返高較低，導致中途完鉆固井質量普遍較差。因此要求鉆穿二疊系地層后進行承壓堵漏作業[4-5]。目前現場采用橋漿、水泥漿及復合堵漏等方式進行承壓堵漏，一次堵漏成功率低，堵漏周期較長[6]。室內研究了一種化學凝膠堵劑，其具有稠化時間可調（4～20 h）、滯留能力強、承壓能力強（24 h可達12 MPa以上）、密度可調（0.8～2.25 g/cm3）等特點，在順北3井二疊系地層進行了現場試驗，應用效果良好，一次堵漏成功，地層承壓能力當量密度達到1.55 g/cm3，滿足設計要求，成功地解決了順北3井二疊系的漏失問題。

1 順北3井概況

1.1 工程概況

順北3井是位于塔里木盆地順托果勒低隆北緣構造的一口勘探井，設計井深為7 804 m，目的層為奧陶系中統鷹山組，井身結構見表1。二開長裸眼井段鉆遇白堊系、三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系等多套地層，其中二疊系井深在4 437～4 845 m，厚度為408 m，二疊系火成巖裂縫發育，地層破碎、膠結性差，承壓能力弱，在進行固井施工作業時，因漏失常常造成水泥漿返高不夠，嚴重影響固井質量，因此要求在鉆穿二疊系之后進行承壓堵漏作業[7-9]。

表1 順北3井井身結構

1.2 漏失情況

順北3井二疊系鉆進期間，共發生了6次井漏，井深分別在4 525、4 577、4 585、4 750、4 768、4 850 m處，雖然采取多種堵漏方式進行堵漏施工，但還是累計漏失942.13 m3鉆井液（其中含堵漏漿338.15 m3）。為提高二疊系承壓能力，現場先后采用橋漿堵漏及水泥漿堵漏工藝，其中水泥漿硬度較大，在施工中可能會出現新井眼；橋漿堵漏材料在高溫高壓下長時間浸泡易水化變軟變形，導致反復漏失的現象[10]。因此為了有效地提高二疊系承壓堵漏效果，開展了化學凝膠堵劑承壓堵漏技術的研究，在順北3井二疊系井段進行了現場試驗。

2 化學凝膠堵劑承壓堵漏技術

2.1 承壓堵漏原理

化學凝膠堵劑承壓堵漏漿是由多種特殊納米級材料配制而成，主要包括懸浮劑XF-1、交聯劑GJ-1、成膠劑CJ-1、堵漏劑DL-1和緩凝劑HN-1等組成，命名為HND-1。該堵漏漿容易進入地層，在地層溫度和壓力的作用下，各組分之間發生不同程度的物理、化學反應，充分發揮各組分之間的最佳協同效應。HND-1漿體在進入漏失通道一定深度時，先發生滯留、堆積、架橋、填充加固，然后形成封堵率高、填充加固能力強的承壓封堵帶，從而提高了漏失地層的膠結能力及封堵承壓能力，達到了承壓堵漏的目的。

HND-1技術優點：①針對水泥漿稠化時間不易控制、常規的化學堵漏漿稠化時間短的難點，采用了一種低分子量聚合物作為緩凝劑，HN-1是一種由甲基硅油改性而成的有機硅醇類產品，該分子能延緩化學凝膠堵劑的交聯反應，實現交聯時間可調的特點。②“多元協同封堵”大幅提高地層的承壓能力，首先大分子交聯劑形成的致密網狀結構起到架橋封堵作用，然后小分子成膠劑與交聯劑分子發生化學反應進一步封堵地層，最后無機顆粒狀堵漏劑填充小間隙，加固封堵層（如圖1所示）。 “多元協同封堵”形成封堵率很高、填充加固能力強的承壓封堵帶，大幅提高漏失地層的承壓能力。

2.2 化學凝膠堵漏漿性能評價

在實驗室模擬漏失井下地層溫度、壓力條件，評價HND-1漿體的稠化時間、固結強度及與井漿的配伍性能。

圖1 化學凝膠堵劑“多元協同封堵”原理圖

HND-1漿體配方為：水＋8% XF-1+2%GJ-1+（8% ～ 12%） CJ-1+（8% ～ 10%） DL-1+2% 流 型調節劑+（0.6%～1.5%） HN-1

2.2.1 稠化時間

為了保證施工安全，在進行化學凝膠堵劑堵漏施工時，注完堵漏漿后，需上提鉆具至堵漏漿液面之上進行憋壓擠注作業，因此需要控制堵漏漿的稠化時間，防止出現“灌香腸” 、“插旗桿”等井下復雜的發生[11]。室內模擬地層溫度和壓力，進行了HND-1漿體的稠化實驗，結果見表2。由表2可知，化學凝膠堵劑漿體的稠化時間在4～20 h可控，能夠滿足不同漏失層堵漏的安全施工要求。

表2 HND-1漿體的稠化性能

根據鄰井的井溫資料，確定順北3井二疊系的地層溫度為90 ℃，HND-1漿體密度為1.25 g/cm3。根據上述實驗結果，選擇4#配方進行了稠化實驗，結果見圖2。由圖2可知，該配方的稠化時間為8 h，完全可以滿足稠化時間不小于4 h的堵漏設計要求。

2.2.2 固結強度

在90 ℃、20 MPa下，考察了HND-1漿體固結物強度隨時間的變化，結果見表3。由此可知，化學凝膠堵漏漿固化后，12 h內強度可達到5 MPa以上，16 h內可達到8 MPa以上，24 h內強度可達到12 MPa以上，可以滿足承壓4.5 MPa以上的堵漏設計要求。

圖2 順北3井HND-1漿體稠化曲線

表3 HND-1漿體固結強度隨時間的變化

2.2.3 與井漿的配伍性

采用化學凝膠堵劑漿體4#配方，考察了化學凝膠堵劑與現場井漿混合后的成膠效果實驗，結果見表4。由表4可知，井漿對化學凝膠堵漏漿的成膠性能基本沒影響，表明化學凝膠堵劑與井漿的配伍性很好，滿足現場承壓堵漏要求。

表4 HND-1漿體與井漿混合后的成膠效果

3 現場應用

順北3井實鉆二疊系井段為4 437～4 845 m，二疊系火成巖裂縫發育，地層破碎、承壓能力弱，鉆井時發生6次井漏，現場采用橋接、水泥漿堵漏方法共進行9次堵漏，均未見明顯效果。后采用化學凝膠堵漏承壓技術，成功封堵住漏失層位，承壓值不小于4.5 MPa，滿足了正常鉆進的要求。

3.1 堵漏施工過程

化學凝膠堵劑漿配方：根據鄰井的井溫資料，確定順北3井二疊系地層溫度為86.8～91.5 ℃，通過室內實驗確定采用4#配方。堵漏漿密度為1.25 g/cm3，稠化時間為8 h，固化強度達12 MPa。

為確?；瘜W凝膠承壓堵漏順利進行，防止憋壓擠注過程出現大的漏失，在化學凝膠堵漏漿頂部補充濃度為38%的橋漿，橋漿配方為：井漿+3%核桃殼（中粗）+3%核桃殼（細）+3%SQD-98（粗）。

施工過程：①擠注堵漏漿：下光鉆桿至井深4 850 m處，小排量開泵循環，泵入30 m3濃度為38%的橋漿，隨后注35 m3化學凝膠堵劑入井，替44.5 m3井漿，保證環空堵漏漿充滿二疊系井段，鉆桿內預留10 m3，防止起鉆過程中井漿污染化學凝膠堵劑。②關井憋壓候凝：起鉆至套管內（井深3 570 m），關井憋壓進行擠注堵漏漿作業，累計泵入7 m3堵漏漿，施工最高泵壓為5.36 MPa，停泵后壓力穩定在5 MPa，候凝10 h。③掃塞試壓：掃塞至原井深（5 991.16 m），未發生漏失。隨后提鉆至套管內關井憋壓驗堵，試壓5 MPa，30 min壓力降至4.8 MPa后穩定，壓降為0.2 MPa，符合工程設計要求，承壓值不小于4.5 MPa，達到二疊系承壓堵漏施工要求[12-13]。

3.2 承壓堵漏效果

順北3井替漿到位后，開始關井憋壓擠注作業，采用間歇式憋壓擠注工藝，經過5次作業。憋壓過程及變化情況見表5。

表5 順北3井二疊系憋壓過程及變化情況

4 結論與建議

1.化學凝膠堵劑具有稠化時間在4～20 h內可調、24 h強度可達12 MPa以上、密度在0.8～2.25 g/cm3之間可調等特點，可根據地層的漏失程度及承壓要求，調整承壓堵漏漿的稠化時間和承壓強度。

2.化學凝膠堵劑屬于納米級材料，既能封堵滲透性漏失，又能提高裂縫性和溶洞型漏失地層的承壓能力，特別適合長裸眼段地層的承壓堵漏施工。

3.在順北3井現場應用，根據掃水泥塞和試壓情況，化學凝膠堵劑承壓效果良好，停泵立壓5 MPa，30 min后壓降0.2 MPa，二疊系當量密度達到1.55 g/cm3，滿足了后續鉆井施工要求。

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