凝膠復合防漏堵漏技術在火焰山腹地表層的應用

王廣財， 王豐年， 張軍， 呼惠娜， 王小龍， 李俊（.吐哈油田公司工程技術研究院，新疆鄯善 8380；.吐哈油田公司鄯善采油廠，新疆鄯善 8380）

凝膠復合防漏堵漏技術在火焰山腹地表層的應用

王廣財1， 王豐年2， 張軍2， 呼惠娜1， 王小龍1， 李俊1
（1.吐哈油田公司工程技術研究院，新疆鄯善 838202；2.吐哈油田公司鄯善采油廠，新疆鄯善 838202）

王廣財， 王豐年， 張軍， 等.凝膠復合防漏堵漏技術在火焰山腹地表層的應用[J].鉆井液與完井液，2017，34（3）：49-53.

WANG Guangcai，WANG Fengnian，ZHANG Jun，et al.Application of a composite gel lost circulation material in the top section of wells drilled in the central region of the mountain of fire[J].Drilling Fluid & Completion Fluid，2017，34（3）：49-53.

吐哈盆地魯克沁油田火焰山腹地表層鉆井過程中，惡性井漏頻繁發生，堵漏時間占表層鉆井周期的60%以上，嚴重影響了魯克沁油田的開發上產效果。針對火焰山腹地表層惡性漏失技術難題，在多次常規堵漏、注水泥堵漏、綜合堵漏、膨脹堵漏、雷特堵漏和凝膠堵漏等多種堵漏方式效果不佳的情況下，研發了凝膠復合防漏堵漏技術。該技術的主劑是一種水溶性高分子聚合物堵漏凝膠，其分子鏈呈空間網狀凝膠結構，利用結構性流體較強的剪切稀釋性，通過引入不同粒徑的剛性堵漏材料和可變形顆粒實現緊密堆積和壓實，提高地層承壓能力，形成具有防漏和堵漏雙重功能的堵漏體系。凝膠復合防漏堵漏技術在火焰山腹地玉北10-20、玉北8-17、玉北8-16等5口井表層進行了現場試驗。應用結果表明，比同區塊平均漏失量降低74.3%，堵漏損失時間節約93.5%，表層鉆井周期節約57.8%。該技術對失返性漏失、溶洞型漏失以及返出量較小的裂縫性漏失具有良好的堵漏效果。

惡性漏失；聚合物凝膠；復合堵漏；防漏堵漏；火焰山腹地；表層

吐哈盆地魯克沁油田火焰山腹地構造運動強烈，表層天然裂縫、溶洞從上而下均有發育，表層疏松、膠結性差、呈破碎狀，鉆井過程中發生多次漏失，基本無返出量或偶爾有返出，采用常規堵漏、綜合堵漏、膨脹堵漏、注水泥堵漏、雷特堵漏和凝膠堵漏等多種堵漏方式效果均不佳，已成為制約火焰山腹地勘探開發進一步發展的技術瓶頸[1-2]。因此，專門針對火焰山腹地表層的地質特性，研發了凝膠復合防漏堵漏技術，并在火焰山腹地玉北10-20、玉北8-17和玉北8-16等5口井表層進行了應用。結果表明，該技術成功解決了火焰山腹地表層惡性漏失難題，降低了漏失量，節約了堵漏時間，縮短了鉆井周期，從而實現了鉆井提速提效的目的。

1 火焰山腹地概況

1.1 已鉆井漏失情況統計

火焰山腹地前期已鉆井情況統計見表1。由表1可知，該區塊已完鉆6口井全部發生漏失，漏層位置主要集中在44～460 m，漏失次數共計達72次，鉆井液漏失總量達12 827 m3，損失鉆井時間達3 342 h，漏失時效占表層鉆井總周期的61.55%，平均單井經濟損失200余萬元，惡性漏失嚴重影響了火焰山腹地的開發建產進度。

表1 火焰山腹地表層已鉆井井漏情況統計表

1.2 井漏原因分析

分析井漏原因如下：①火焰山腹地受喜馬拉雅山構造運動影響，強烈的地質運動導致上盤破碎嚴重，存在縱橫交錯的裂縫或溶洞。②火焰山腹地表層鉆進過程中漏速快，易失返，有進無出，漏失量大，造成堵漏難度加大。③堵漏劑難以滯留堆積在漏層入口附近起到堵漏作用，形成的填塞層承壓能力差，易被壓破，導致堵漏失敗。④火焰山腹地表層漏失多為天然裂縫或溶洞性地層，堵漏材料粒徑級配不合適，堵漏材料不能在漏失層中有效駐留，難以形成有效的堵漏。

1.3 凝膠復合堵漏技術

凝膠復合防漏堵漏技術是以聚合物凝膠PGD-2為主劑，復配使用各種強度和粒徑的剛性骨架材料、彈性顆粒材料，配制而成的隨鉆凝膠復合防漏堵漏技術和停鉆凝膠復合堵漏技術，聚合物凝膠能夠快速形成網狀結構，充滿漏失裂縫或溶洞空間，形成隔斷地層內部流體與井筒流體的“凝膠段塞”；剛性材料在堵漏過程中卡住漏失通道的“喉道”，起“架橋”作用，變縫為孔，變大孔為小孔；彈性材料在堵漏漿液中起懸浮作用，在形成的堵塞中縱橫交錯，相互拉扯，因此又被稱為“懸浮拉筋劑”，將填塞層緊緊地連在一起，大大地增強了濾餅的強度，所以形成的填塞層在漏失縫隙中很難移動，增加填塞層的牢固性；可變形填充材料在通道中起“填充”作用，各級顆粒填充剩余空間，使漏失通道由小變無，在近井壁形成致密泥餅[3-10]。

2 室內研究

2.1 聚合物凝膠成膠性能評價

采用FA無滲透型鉆井液濾失儀進行漏速測定，先在可視管中加入粒徑為0.83～8.00 mm的350 cm3鉆屑來模擬裂縫性漏失地層，再加入500 cm3預先配好的不同濃度PGD-2凝膠鉆井液，上緊杯蓋，接通氣源將壓力調至0.69 MPa，打開放氣閥，氣源進入鉆井液杯中，接收濾液，聚合物凝膠加量對漏速影響結果見圖1。由圖1可知，漏速隨著聚合物凝膠PGD-2加量的增加而降低，當聚合物凝膠PGD-2加量為0.3%～0.4%時，漏速可達7.2～4.4 cm3/min，可滿足現場堵漏漿配制、泵送的要求。

圖1 PGD-2加量對漏速的影響

分別在10個200 mL燒杯中加入100 mL水，開啟攪拌器，轉速為3 000 r/min，邊攪拌邊加入不同加量聚合物凝膠PGD-2，待完全加入后，繼續攪拌10 min，靜置觀察，記錄成膠時間和狀態，實驗結果見圖2。由圖2可以看出，0.3%的凝膠成膠時間為25 min，可以順利實現泵送，46 min后凝膠黏度和切力急劇上升，可高效填充漏層空間。綜合考慮聚合物凝膠PGD-2的漏速和成膠性能，最終確定隨鉆防漏堵漏漿中聚合物凝膠加量為0.3%，停鉆堵漏漿中聚合物凝膠加量為0.4%。

圖2 PGD-2加量對成膠時間和泵送時間的影響

2.2 堵漏能力評價

利用JHB-II型高溫高壓堵漏試驗儀（該儀器最高工作壓力15 MPa）進行了室內堵漏模擬實驗，實驗采用（1～5） mm×35 mm×70 mm人造縫板，實驗溫度為60 ℃，慢慢加壓至5 MPa循環，測量1 h濾失量，最終優選出1#、2#配方，其中1#配方作隨鉆凝膠復合防漏堵漏用，2#配方作停鉆凝膠復合堵漏用，具體配方如下。堵漏模擬實驗見表2。由表2可知，1#、2#配方漏失量均隨著縫板寬度增大而增加，拆開縫板后發現，凝膠復合堵漏材料深入5 mm縫板內部，形成了致密的封堵層，說明凝膠復合堵漏技術具有良好的封堵效果。

1#清水+0.1%純堿+4%土粉+0.3%凝膠+ 2%單向封閉劑+2%核桃殼+2%棉籽殼+0.5%云母片+0.5%鋸末

2#清水+0.1%純堿+6%土粉+0.4%凝膠+ 2%單向封閉劑+2%核桃殼+5%棉籽殼+0.5%云母片+0.5%鋸末+0.25%水泥

表2 凝膠復合堵漏實驗結果

3 現場應用

凝膠復合防漏堵漏技術在火焰山腹地玉北10-20、玉北8-17和玉北8-16等5口井表層進行了試驗，隨鉆凝膠復合防漏堵漏技術共計試驗23次，堵漏成功率為95.65%。其中玉北8-17井鉆至368～371 m直接放空3 m多，隨鉆凝膠復合防漏堵漏漿灌不滿井筒，判斷為鉆遇溶洞性裂縫，決定起鉆開展停鉆凝膠復合堵漏，配制停鉆凝膠復合堵漏漿60 m3，泵入，靜置4 h，下鉆繼續鉆進，井口有返出，說明停鉆凝膠復合堵漏一次成功。

3.1 技術措施

1）堵漏原則。鉆進過程中一旦出現漏失量較大或失返性漏失，立即采用隨鉆凝膠復合防漏堵漏鉆井液技術，若隨鉆堵漏效果不佳或堵漏鉆井液供應不及時，采用停鉆凝膠復合堵漏鉆井液技術。

2）準備工作。堵漏鉆井液配制罐2具（容積50 m3），正常配備攪拌器和加料漏斗，并清洗干凈，盛滿清水，上水管線管徑必須不小于152.4 mm，且配制罐的出口管線直接連接在泥漿泵上水處。

3）具體施工措施。①開鉆前，儲備40 m3隨鉆凝膠復合防漏堵漏鉆井液（清水+0.1%純堿+（4%～10%）膨潤土+（2%～5%）單封+（2%～5%）核桃殼+（2%～5%）棉籽殼+（0.5%～2%）云母片+（0.5%～2%）鋸末）備用。②在隨鉆堵漏效果不佳的情況下，配制40～60 m3停鉆凝膠復合堵漏鉆井液（配方：清水+0.1%純堿+6%土粉+ 0.4%凝膠+2%單封+2%核桃殼+（4%～5%）棉籽殼+0.5%云母片+0.5%鋸末+0.25%水泥）。③根據井下漏失情況，判斷地層裂縫寬度，確定隨鉆凝膠復合防漏堵漏鉆井液的粒度級配和固相含量分布。④若漏失情況較嚴重，隨鉆凝膠復合防漏堵漏鉆井液不能有效封堵時，配制停鉆凝膠復合防漏堵漏鉆井液并泵入，進行靜止堵漏，靜止時間大于4 h。⑤在0～300 m井段鉆進過程中盡可能使用隨鉆凝膠復合防漏堵漏鉆井液，鉆井參數采用低排量、低鉆壓，合理控制機械鉆速。⑥起下鉆或接單根時，嚴格控制下放速度，開泵平穩，堵漏鉆井液下鉆要分段頂活上部鉆井液，防止過大壓力激動壓漏地層。⑦采用隨鉆凝膠復合防漏堵漏鉆井液鉆進時，盡量要求不開振動篩，每鉆進50～100 m左右清理錐形池一次，如在隨鉆高強度凝膠鉆進時嚴重影響泥漿泵上水，需要鉆井液過振動篩時，振動篩篩布宜（0.055～0.08 mm）越粗越好，確保隨鉆凝膠復合防漏堵漏鉆井液中固相顆粒的有效含量。⑧若出現溶洞性漏失、停鉆凝膠復合堵漏鉆井液灌不滿等大漏失時，采用先注停鉆凝膠復合堵漏鉆井液進行封堵，然后注水泥等技術措施。

3.2 玉北10-20井

1）概況。玉北10-20井是吐哈油田公司部署在火焰山腹地的一口大斜度大位移定向開發井，該井使用φ660 mm鉆頭鉆至井深65.85 m，下入導管φ508 mm至井深65.80 m，一開使用φ375 mm鉆頭，鉆至井深802 m，下入φ273.1 mm表層套管至井深801.44 m。該井開鉆后鉆至井深33、80、379、420 m共發生4次失返性井漏。

2）現場施工。預先配制40 m3隨鉆凝膠復合防漏堵漏鉆井液，采用低排量、低鉆壓鉆進，合理控制鉆速，避免環空產生過高液柱壓力。當發生漏失時，將隨鉆凝膠復合防漏堵漏漿小排量連續替至漏層，繼續搶鉆，并不斷配制補充堵漏漿進行隨鉆堵漏。采用隨鉆復合防漏堵漏漿鉆進時，盡量要求不開振動篩，每鉆進50 m左右清理錐形池一次，若泥漿泵上水受影響嚴重，需要鉆井液過振動篩時，振動篩孔徑宜越粗越好（0.90 mm左右），確保隨鉆凝膠復合防漏堵漏鉆井液的有效固相含量。

3）應用效果。共配制4次隨鉆凝膠復合防漏堵漏漿，堵漏成功率100%，同區塊單井平均漏失量為1 852 m3，而該井降至210 m3，單井平均損失時間由557 h降至13.67 h，表層鉆井周期由同區塊平均36 d縮短至16 d，表層鉆井周期縮短55.56%。隨鉆凝膠復合防漏堵漏技術首次在玉北10-20井得到了成功應用。

3.3 玉北8-17井

1）概況。玉北8-17井是吐哈油田公司部署在火焰山腹地的一口大斜度大位移定向開發井，該井使用φ660 mm鉆頭鉆至井深60.56 m，下入導管φ508 mm至井深60.49 m，一開使用φ375 mm鉆頭鉆至井深800.5 m，下入φ273.1 mm表層套管至井深800.3 m。該井開鉆后鉆至井深35、105、325、355、368～371（放空）、378、380和409 m共發生8次失返性井漏，其中368～371 m處直接放空3 m多，出口無返出，泵入鉆井液、隨鉆凝膠復合防漏堵漏鉆井液都灌不滿，判斷為溶洞性裂縫。

2）現場施工。預先儲備40 m3隨鉆凝膠復合防漏堵漏鉆井液（清水+0.1%純堿+4%土粉+2%單封+2%核桃殼+2%棉籽殼+0.5%云母片+0.5%鋸末+0.3%凝膠），當發生失返性漏失時，直接泵入隨鉆凝膠復合防漏堵漏鉆井液，繼續搶鉆，并不斷配制補充凝膠復合防漏堵漏鉆井液進行隨鉆堵漏；其中，鉆至井深368～371 m處直接放空3 m多，隨鉆凝膠復合防漏堵漏鉆井液無法灌滿井筒，在此情況下判斷為鉆遇溶洞性裂縫，決定起鉆至井口，配制40 m3停鉆凝膠復合堵漏鉆井液（清水+ 0.1%純堿+6%土粉+0.4%凝膠+2%單封+2%核桃殼+（4%～5%）棉籽殼+0.5%云母片+0.5%鋸末+0.25%水泥），下鉆至井底，泵入32 m3停鉆凝膠復合堵漏鉆井液，替漿25 m3后有返出，漏失16.6 m3，起鉆靜止堵漏4 h，下鉆繼續鉆進，返出量約為排量的3/4，漏失量明顯減少。

3）應用效果。玉北8-17井共配制8次隨鉆凝膠復合防漏堵漏鉆井液和1次停鉆凝膠堵漏鉆井液，表層鉆進過程中共漏失458 m3鉆井液，比同區塊平均漏失量減少1 394 m3，損失時間58 h，同比區塊平均減少499 h，表層鉆井周期縮短至13 d，同比區塊平均縮短63.89%。

3.4 應用效果

吐哈盆地魯克沁油田火焰山腹地玉北8-17井等5口井表層應用了凝膠復合防漏堵漏技術，堵漏鉆井液配制方便可行，具有良好的流態，可實現泵送，不影響上水效果。應用井表層平均鉆井周期15.2 d，同比區塊平均表層鉆井周期節約周期57.8%；應用井平均漏失量476 m3，同比區塊平均漏失量降低74.3%；應用隨鉆凝膠復合防漏堵漏技術后，漏失時效僅占表層鉆井周期9.91%，節約堵漏損失時間93.5%。

4 結論與建議

1.凝膠復合防漏堵漏技術利用凝膠緩溶效應，現場配制成功45 min內保持合理流態，利于泵送，可滿足鉆井現場施工需求。

2.凝膠復合防漏堵漏技術利用凝膠溶脹、交聯作用增大流失通道流動阻力，搭配各種強度填充材料和地層膠結成整體，漏速可達7.2～4.4 cm3/min，46 min后凝膠黏度和切力急劇上升，可高效填充漏層空間，達到封堵目的。

3.開展隨鉆凝膠復合防漏堵漏技術礦場試驗28次，停鉆凝膠復合堵漏技術礦場試驗4次，平均漏失量比同區塊降低74.3%，成功解決了火焰山腹地表層惡性漏失技術難題，攻克了火焰山表層惡性漏失治理技術瓶頸。

4.凝膠復合防漏堵漏技術在火焰山腹地表層成功應用5口井，同比區塊平均表層鉆井周期節約57.8%，節約堵漏損失時間93.5%，鉆井提速提效顯著，具有良好的推廣應用價值。

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Application of a Composite Gel Lost Circulation Material in the Top Section of Wells Drilled in the Central Region of the Mountain of Fire

WANG Guangcai1, WANG Fengnian2, ZHANG Jun2, HU Huina1, WANG Xiaolong1, LI Jun1
(1. Research Institute of Engineering Technology of PetroChina Tuha Oilfield Company, Shanshan, Xinjiang 838202; 2. Shanshan Production Plant of PetroChina Tuha Oilfield Company, Shanshan, Xinjiang 838202)

Severe mud losses have frequently taken place in drilling the top formation in the Lukeqin oilfield located in the central region of the Mountain of Fire, Tuha Basin. Time spent in controlling mud losses accounted for more than 60% of the time drilling the top section, badly affected the development of the Lukeqin oilfield. Lost circulation control with conventional method, cement slurry squeezing, mixed lost circulation materials (LCMs), expandable LCMs, Neotoy fiber LCMs and gel LCMs, has been proved unsuccessful. For the effective control of mud losses in drilling the top section, a composite gel LCM was developed. The gel LCM is a water soluble high molecular weight polymer whose molecular chains exhibit spatial network gel structure. Based on the shear thinning property of structured fluids, some rigid LCMs of different particle sizes and deformable particles are introduced into the gel LCM to obtain close packing and consolidation of the LCM particles, thereby enhancing the pressure bearing capacity of the formation. The gel LCM has the ability to both prevent and control mud losses. The gel LCM has been tried on the well Yubei10-20, the well Yubei8-17 and the well Yubei8-16 located in the central region of the Mountain of Fire. Compared with other wells drilled in that area, the volume of mud lost was reduced by 74.3%, time spent controlling lost circulation was saved by 93.5%, and time spent drilling the top section was saved by 57.8%. The gel LCM has been proved to be an effective LCM in controlling lost return, mud losses into caves, and mud losses into fractures with only small volume of mud return.

Severe mud loss; Polymer gel; Integrated mud loss control method; Mud loss prevention and control; Central region of the Mountain of Fire; Top formation

TE282

A

1001-5620（2017）03-0049-05

2017-04-01；HGF=1703C4；編輯 王超）

10.3969/j.issn.1001-5620.2017.03.009

王廣財，工程師，畢業于長江大學油氣井工程專業，現在主要從事鉆井液與完井液技術研究工作。電話13179956793；E-mail：wangguangcaith@petrochina.com.cn。