高濾失承壓堵漏技術

侯士立 ， 劉光艷 ， 黃達全 ， 湯長青 ， 舒儒洪 ， 魏盡然

（1. 中國石油集團渤海鉆探泥漿技術服務分公司，天津300280；2.桂林理工大學化學與生物工程學院，廣西桂林 541004；3. 中國石油集團渤海鉆探第三鉆井工程分公司，天津300280）

隨著深井、高溫高壓井和加密井等鉆井工作的不斷進行，鉆井液安全密度窗口不僅變得更窄而且變得更加不確定。為防止地層漏失，國外一些油公司和鉆井服務公司借助巖石破裂機理的研究成果形成井壁強化理論，主要包括井眼應力增加法（“應力籠”法和裂縫閉合應力法）和裂縫延伸強度法[1-5]。井壁強化方法在防漏堵漏、井壁穩(wěn)定、拓寬安全密度窗口等方面有著比較廣闊的應用前景，該方法主要是堵漏材料通過工作液進入并封堵地層中的天然裂縫或誘導裂縫，從而提高地層的承壓能力[6-9]。因此，開展研究一種使用方便、見效快、成功率高、適用范圍廣的井壁強化方法具有十分重要的意義。

1 室內研究

1.1 高濾失堵漏劑研制

高濾失承壓堵漏技術利用高濾失堵漏劑FPA用清水配制堵漏漿，堵漏漿注入漏層后，在壓差作用下堵漏漿在近井壁端迅速濾失形成濾餅，在后續(xù)施工過程中，鉆井液在濾餅的塞面上形成致密的泥餅，阻止鉆井液進一步漏失，井壁得到強化，達到提高地層承壓能力的目的。高濾失堵漏劑FPA由主體材料、懸浮材料、架橋材料及纖維4大類組成。

1）主體材料。選擇不同粒級的多微孔、針狀的天然礦粉作為主體材料，其具有巨大的比表面積，能夠相互吸附聚集及有良好的濾失性能，在堵漏中起增大濾失和充填漏失通道的作用。

2）懸浮材料。懸浮主體材料、加重材料，能提高堵漏漿的切力并對堵漏漿液的濾失量沒有顯著影響，選擇無機纖維作為懸浮劑。

3）架橋材料。剛性顆粒在泥巖裂縫或者砂巖喉道處起架橋作用，堵塞漏失微孔，有利于纖維狀及固相粒子的填充，形成封堵層的骨架基礎。優(yōu)選方解石顆粒作為架橋材料，它具有耐高溫、抗擠壓、可酸溶的特性。

4）纖維。軟質懸浮纖維不僅在堵漏漿中起架托、懸浮作用，還在堵漏中起架橋和加強拉筋作用，同時增大堵漏劑孔隙率，增強透氣透水性，質軟則易于進入微小裂縫。優(yōu)選束狀單絲合成纖維和立體網狀合成纖維2種，見圖1所示。

圖1 合成纖維外觀示意圖

1.2 常規(guī)性能評價

堵漏漿的常規(guī)性能見表1。高濾失和快濾失是高濾失堵漏劑的基本特征，是在漏層壓差作用下快速建立堵塞層的必要條件。由表1可以看出，10%～30%FPA加量的堵漏漿在30 s內API濾失量非常大，在180 mL以上；10%～30% FPA加量的堵漏漿，其表觀黏度為4～13 mPa·s，塑性黏度為3～10 mPa·s，均具有可泵性；FPA加量在15%以下的堵漏漿，懸浮穩(wěn)定性不大于94%，隨著高濾失堵漏劑加量的增大，其懸浮穩(wěn)定性越來越好。

表1 水中加入不同加量（質量比）FPA的常規(guī)性能

1.3 與重晶石粉的配伍性

堵漏漿配制：水+25% FPA，分別加入不同劑量的重晶石粉加重，用中壓濾失儀測試其基本性能，實驗結果見圖2。用重晶石粉加重密度至2.3 g/cm3，懸浮穩(wěn)定性大于99%。高密度堵漏漿靜置一段時間后稍有沉淀，但經攪拌又可懸浮，堵漏漿的懸浮穩(wěn)定性較好。由圖2可知，堵漏漿未用重晶石粉加重時的密度為1.14 g/cm3，隨著密度的升高，濾餅厚度增厚，濾失時間增長，濾失量減少。

圖2 不同密度堵漏漿的濾失性能

1.4 與鉆井液相容性

鉆井液中含有大量黏土粒子、降濾失劑等，配制堵漏漿時混入鉆井液，如何影響堵漏漿性能，實驗結果見表2所示。由表2可知，沒有混入鉆井液時，能形成致密的濾餅；混入2%體積鉆井液時，濾失時間長，不能形成致密的濾餅；混入鉆井液體積增大到4%以上，不能形成濾餅。

表2 鉆井液對堵漏漿（水+25%FPA）性能的影響

測量FPA進入鉆井液體系對其性能的影響，結果見表3。由表3可知，加入不同加量FPA后，常溫下鉆井液的表觀黏度、塑性黏度與井漿相比影響較小，濾失量略微增加；在120 ℃熱滾16 h后，表觀黏度、塑性黏度增大，但變化值不大，因此堵漏施工結束后，堵漏漿可以混入鉆井液中， FPA對鉆井液性能影響較小，還能起到隨鉆封堵作用。

表3 在井漿中加入不同加量FPA對鉆井液性能的影響

1.5 封堵性

利用改造的JHB型堵漏儀，使用楔形裂縫（上寬下窄）模擬裂縫和鋼珠床模擬孔隙進行評價，測定初始漏失量Q0、0.7 MPa濾失量Q0.7、濾失時間t0.7及最終承壓能力P，結果見表4。由表4可知，F(xiàn)PA單獨使用可封堵2.0 mm×1.0 mm裂縫和2 mm鋼珠床，承壓能力達7 MPa；與大顆粒惰性材料復合使用，可封堵3.0 mm×2.0 mm、4.0 mm×3.0 mm裂縫及7.9 mm鋼珠床，承壓能力達到7 MPa。因此，對于小于2 mm裂縫或小孔隙，可直接使用FPA；對于2 mm以上的裂縫或大孔隙，可與大顆粒惰性堵漏材料復合使用，堵漏速度非常快。

表4 在清水中加入不同堵漏劑封堵裂縫評價實驗

2 現(xiàn)場試驗

2.1 概述

高濾失承壓堵漏技術現(xiàn)場試驗7井次，見表5所示。

表5 現(xiàn)場試驗井情況

現(xiàn)場試驗表明，該技術在處理低嚴重的漏失方面，堵漏效果顯著，堵漏一次成功率達71%；XX1605井漏失層位為奧陶系灰?guī)r，用其他堵漏材料堵漏過程中發(fā)現(xiàn)裂縫開度大于12 mm，所以高濾失承壓堵漏技術不適于處理大裂縫的惡性漏失；XX16101井在鉆塞過程中，大排量循環(huán)，將堵漏漿在井壁上形成的濾失層破壞，導致發(fā)生漏失，所以高濾失承壓堵漏技術在鉆塞清除堵漏材料過程中，禁止大排量循環(huán)。

2.2 典型案例

2.2.1 XX1611井

該井是1口三開探井，漏失層位為沙河街組沙一段生物灰?guī)r，使用隨鉆防漏強穿生物灰?guī)r，鉆至井深1 950 m；考慮下部地層井控安全及防塌，完鉆鉆井液密度為1.28 g/cm3，需要提高地層承壓能力。前期使用1次常規(guī)堵漏和3次水泥堵漏做地層承壓實驗，均承壓堵漏失敗。失敗原因可能是地層孔隙小，常規(guī)堵漏材料的粒徑與地層孔隙不匹配，考慮使用FPA提高地層承壓能力。用20 L/s排量，鉆塞至井深1 904 m，發(fā)生漏失，漏速24 m3/h，隨鉆加入復合堵漏劑，單凡爾鉆塞至井深1 957 m。

清洗配漿用泥漿罐，配堵漏漿20 m3，用重晶石粉加重至密度為1.20 g/cm3，下鉆至井深1 957 m。用20 L/s排量，泵入堵漏漿17 m3，替鉆井液13 m3，起鉆至套管腳，起鉆期間漏失0.4 m3。套管內循環(huán)2 h，無漏失。下鉆至井深1 900 m遇阻，用10 L/s排量劃眼至井深1 905 m，然后順利下鉆至井底1 957 m，用30 L/s排量循環(huán)無漏失，堵漏成功。

2.2.2 XX78-28-2井

該井是1口二開定向生產井，漏失層位為孔店組砂巖，鉆進至井深2 712 m，當密閉取心鉆具下鉆到1 100 m頂通循環(huán)，發(fā)現(xiàn)泵壓高于正常2 MPa，起鉆檢查取心工具。起鉆至井深860 m發(fā)現(xiàn)井漏，漏速為2.8 m3/h，鉆井液密度為1.35 g/cm3。由于常規(guī)堵漏材料堵漏用時較長，使用后需要清除堵漏材料，考慮使用FPA堵漏。

清洗配漿用泥漿罐，配堵漏漿27 m3，用重晶石粉提井漿密度為1.35 g/cm3，下鉆到井深2 410 m，注入堵漏漿22 m3，替漿17.3 m3，起鉆至井深1 803 m，靜止3 h，分段下鉆循環(huán)頂通，下鉆到底循環(huán)無漏失，堵漏成功。

3 結論

1.高濾失承壓堵漏技術通過高濾失堵漏劑封堵漏層提高地層承壓能力，堵漏成功率高，堵漏時間短3～4 h，可用重晶石粉加重密度至2.3 g/cm3。

2.高濾失承壓堵漏技術能有效處理孔隙性、裂縫性漏失的低嚴重度井漏。

3.高濾失堵漏劑用清水配制，不能混有井漿或降濾失劑類處理劑，否則影響濾餅的形成，導致堵漏失敗；堵漏結束后堵漏漿可混入鉆井液中不影響鉆井液性能，作為隨鉆封堵劑使用。

參 考 文 獻

[1] DUPIEST E F. Fracture closure stress （FCS） and lost returns practices[J]. SPE 92192， 2005.

[2] WANG H， SWEATMAN R， ENGELMAN B， et al. The key to successfully applying today’s lost-circulation solutions[J]. SPE 95895， 2005.

[3] DUPIEST E F， SMITH V M， ZEILINGER C S， et al. New method eliminates lost returns[J]. World Oil， 2008，35-44.

[4] VAN OORT E， FRIEDHEIM J. E， PIERCE T.Avoiding losses in depleted and weak zones by constantly strengthening wellbores[J]. SPE 125093， 2011.

[5] FRIEDHEIM E J， SANDERS W M， ARIASPRADA J， et al. Innovative fiber solution for wellbore strengthening[J]. SPE 151473， 2012.

[6] WHITFILL D L， WANG H. Making economic decisions to mitigate lost circulation[J]. SPE 95561， 2005.

[7] TRAUGOTT D A， SWEATMAN R E， VINCENT R A.Increasing the wellbore pressure containment in gulf of Mexico HP/HT wells[J]. SPE 96420， 2007.

[8] 徐同臺，劉玉杰，申威，等. 鉆井工程防漏堵漏技術[M].北京：石油工業(yè)出版社，1997，125.XU Tongtai， LIU Yujie， SHEN Wei， et al. Lost circulation resistance and control technique in drilling engineering[M]. Beijing ： Petroleum Industry Press，1997， 125.

[9] 蘇堅，申威. 高濾失堵劑的堵漏工藝[J]. 石油鉆采工藝，1994，16（3）：17-20.SU Jian， SHEN Wei. Leaking stoppage technical process of high dehydration blocking agent[J]. Oil Drilling &Production Technology， 1994， 16（3）：17-20.