獅202井區裂縫性地層堵漏技術

屈璠，　韋西海，　吳金星，　劉頑，　薛成，　楊海琳

（1.西部鉆探青海鉆井公司，甘肅敦煌 736202；2.青海油田鉆采工藝研究院，甘肅敦煌736202）

獅202井區位于柴達木盆地西部坳陷區獅子溝-英雄嶺構造北端。在N1、E32地層鉆井過程中井漏頻發，該段地層巖性為灰色泥巖、砂質泥巖及泥灰巖互層分布，漏失嚴重且無規律。該井段裸眼段較長，存在不同地層壓力系數，鹽下存在高壓鹽水層，常存在誘裂性漏失[1]，漏失層位多，且多為失返性漏失，漏失通道特性不一，堵漏難度大。裂縫性漏失采用常規隨鉆堵漏、橋漿堵漏、靜止堵漏措施效果差，易反復發生井漏[2-3]。堵漏成功率低的主要原因是漏層位置、裂縫寬度以及合適堵漏漿的確定，地層存在溢、漏共存現象，這些不確定的因素均有可能導致堵漏難度增加和堵漏失敗[4-5]。

1　井漏特點分析

1.1　地質工程概況

獅202井區已發生漏失的地層主要有以下幾個。①鹽上地層，以砂泥巖為主，地層疏松、裂縫較發育，易發生井漏，地層壓力系數為1.0～1.1。②復合鹽膏層（2 100～4 300 m井段，分布3段鹽巖），主要發育在上干柴溝組（N1）下段和下干柴溝組（E3）[6-7]，以砂泥巖、鹽巖、膏巖、泥膏巖互層為主，局部斷層發育，地層壓力系數為1.2～1.5，極易發生井漏。③鹽下地層，含大量石膏與芒硝，儲層為泥質云灰巖和碎屑巖；地層壓力高，裂縫孔洞發育，溢漏風險并存，地層壓力系數為1.59～2.0。④鹽膏層，蠕變性好，為了防止在鹽膏層鉆進時出現縮徑而導致卡鉆等復雜情況，需要提高鉆井液密度來抑制鹽膏層的快速蠕變[8]，因裸眼井段較長，存在多套壓力系數，安全密度窗口窄，鉆井液密度的提高很容易造成井漏的發生。

以獅1-3向1井為例。該井井身結構為φ311.2 mm×300 m+φ215.9 mm×2 560 m+φ152.4 mm×3 233 m；套管為φ244.5 mm表層套管×298 m+φ177.8 mm技術套管×2 558 m+φ127 mm油層套管×（2 260～3 228 m）尾管。該井二開在鉆進時裸眼井段較長，對工程技術要求高。

1.2　井漏情況統計

2015年獅202井區的2口井發生鹽間井漏，2口井共漏失了4 076.69 m3鉆井液。獅202井在2 080～2 760 m井段發生井漏25次，漏失2 070 m3鉆井液，溢流出鹽水11次，循環排出293 m3鹽水，注水泥塞13次，損失周期45 d，在井深2 760 m處提前完井。獅204井二開（井深2 650 m）鹽間漏失9次，累計漏失2 061.4 m3鉆井液；水泥漿堵漏7次， 水泥漿用量為109.8 m3， 鉆井周期損失53 d， 采用常規隨鉆堵漏、橋漿堵漏、靜止堵漏措施效果差。

1.3　漏失通道分析

1）地層主要巖性為鹽巖地層，對地層巖心進行電鏡掃描分析，見圖1和圖2。由圖1和圖2可以看出，地層主要以微裂縫發育，結合現場漏失情況，分析認為該地區主要漏失為微裂縫漏失。

圖1　獅23井2 250～2 258 m巖心的電鏡掃描圖

圖2　獅30井2 878～2 887 m巖心的電鏡掃描圖

2）儲層發育溶蝕孔、晶間孔和裂縫，見圖3～圖6。

圖3　獅24井2 910～2 917 m巖心的電鏡掃描圖

可以看出，圖3中溶蝕孔洞以粒間溶孔為主，粒內溶孔其次，孔洞大小在0.01～0.25 mm；圖4中晶間孔以白云石晶間孔為主，間距在0.5～5.0 μm；從圖5和圖6可以看出，巖心中發育高導縫地層，晚期形成高角度縫、角礫化孔縫。

圖4　獅23井3 011 m巖心的電鏡掃描圖

圖5　獅25井3 015 m巖心切面的電鏡掃描圖

圖6　獅41井3 073～3 075 m巖心切面的電鏡掃描圖

1.4　堵漏難點

①裸眼井段長，漏失層位多，易反復漏失。二開井段長度在2 200～2 400 m左右，漏層分布多，施工過程中鉆井液的沖刷作業、起下鉆作業產生的抽吸作業、鉆頭剮蹭井壁及開泵時的激動壓力均有可能使進入漏層的堵漏材料松動或反排，重新發生漏失。②地層承壓能力低。常規的橋漿堵漏材料以顆粒架橋填塞為主，不易進入漏層，可能直接封門，封死漏層表面，且形成的封堵層在高溫高壓下易破壞，顆粒本身抗壓不足及顆粒間摩擦阻力小，容易反吐[9]。③鹽下存在高壓鹽水，溢漏同層，堵漏施工時，堵漏漿在進入漏失通道過程中易被稀釋，從而濃度下降，導致堵漏失敗。④高壓鹽水層堵漏，鉆井液密度高，堵漏材料相對密度較低，導致堵漏材料在堵漏漿中逐漸上浮，施工時間過長會出現濃度及顆粒分布不均現象，影響堵漏效果[10]。

針對現場所采用的常規隨鉆堵漏、橋漿堵漏、靜止堵漏措施效果差的現象，引入NT系列堵漏材料，以解決目前獅202井區裂縫性地層漏失難題。該系列堵漏材料具有以下優點。①該系列材料主要由樹脂類改性材料以及惰性材料等組成，不受礦化度影響。②相對常規堵漏劑不易進入漏層，且形成的封堵層在高溫高壓下易破壞，顆粒本身抗壓不足及顆粒間摩擦阻力小，易反吐的問題[11-13]，該系列堵漏材料易進入地層，可翻轉架橋，在井底高溫高壓條件下可形成高強度的封堵層。③形成的封堵層具有較高的承壓能力，不易復漏[14-16]。

2　堵漏機理

NTS片狀顆粒可以翻轉進入漏層，形成的封堵層承壓能力高，顆粒間摩擦阻力大，不易反吐。NTS是一種經高壓層壓制造的層片狀橋接堵漏樹脂類合成材料，堅硬、薄片顆粒、抗壓能力強，有粗、中、細3種。NT-DS 是由不同種類的微粒化有機纖維以及礦物質混合而成，NT-2是經過特別處理加工的人造纖維，可形成獨特的彈性網狀結構[14]。橋塞堵漏劑SQD-98是由惰性材料和填充劑、支撐劑、助濾劑、懸浮拉筋劑以及酸溶性材料組成，粒度以小于1 mm為主。酸溶性隨鉆堵漏劑GT-1（0.3～0.5 mm）、GT-2（0.5～1.0 mm）、GT-3（1～2 mm）、GT-4（2～3.35 mm）由剛性粒子組成，酸溶率高。

對于獅202井區裂縫性漏失，NT系列堵漏劑堵漏機理主要分為顆粒架橋、鍥入承壓和封門加固3個階段[15-16]。顆粒架橋階段，片狀顆粒在裂縫孔隙中翻轉時易卡住架橋，為隨后顆粒提供屏障；鍥入承壓階段，在壓差和流速作業下，不同級配堵漏顆粒迅速地鍥入、堆積、鍥緊，形成高穩壓層；封門加固階段，在近井壁封門加固，進一步提高地層承壓能力。

3　室內實驗

3.1　隨鉆堵漏劑NT-DS性能

1）配伍性。將NT-DS與井漿進行混合，評價其與井漿的配伍性，結果見表1。從表1可以看出，隨鉆堵漏劑NT-DS對井漿性能影響較小，能滿足施工要求。

2）封堵性能。在鉆井液中加入不同濃度的堵漏材料，進行可視砂床實驗， 測試其封堵性能， 結果見表2。從表2可知， NT-DS對該砂床封堵效果最好， SDL次之， QS-2封堵較差；NT-DS在封堵性上較常規的封堵材料SDL、 QS-2有明顯優勢。

表1　隨鉆堵漏劑NT-DS對井漿性能的影響

表2　可視砂床實驗數據

3.2　靜態縫板堵漏實驗

因NT系列堵漏材料昂貴，考慮將其作為主堵漏劑，與獅子溝油田常用堵漏劑進行復配使用。將配制好的堵漏漿注入CDL-Ⅱ堵漏實驗裝置，用不同縫寬的縫板進行堵漏實驗，分別在0～7 MPa下靜置10 min后記錄漏失量，結果見表3，堵漏漿配方如下。

1#井漿 +1%FD-1（細）+2%FD-2（中粗）+1%QS-2（特細）

2#井漿 +1%FD-1（細）+1%SDL+1%QS-2+1%NT-DS

3#井漿 +2%FD-1（細）+2%FD-2（中粗）+2%QS-2（特細）+2%FD-3（粗）+2% 單向壓力封閉劑（細）+2%FD-3（粗）+2%SDL（細）

4#井漿+2%核桃殼（細）+4%SQD-98+3%NTS（中粗）+2%GT+2%NT-T+1% NT-DS

5#井漿 +3%FD-1（細）+3%FD-2（中粗）+3%石灰石粉（細）+3%FD-3（粗）+3%單向壓力封閉劑（特細）+2%FD-3（粗）+3%SDL（細）

6#井 漿 +2%SQD-98（細）+3%SQD-98（中粗）+2%NTS-S（中粗II型）+2%NTS-S（中粗）+1%GT-1（特細）+2%GT-2（細）+2%GT-3（中粗）+4%GT-4（粗）+2%NT-DS +0.2%NT-2

表3　靜態縫板堵漏實驗

從表3實驗結果看出，6組不同配方的堵漏漿7 MPa壓差下都能成功封堵對應的縫板；在相同條件下，加入NT系列堵漏材料的堵漏漿堵漏效果要明顯優于加入常規堵漏材料的堵漏漿。

3.3　高溫高壓動態堵漏實驗評價

按照6#配方配制堵漏漿，在CDL-Ⅱ高溫高壓動靜態堵漏模擬實驗裝置上，在110 ℃下用5～3 mm梯形縫板、鋼珠（φ=7.13 mm）彈子床和圓柱條（φ=4 mm），測試其堵漏效果，結果分別見圖7～圖9。

圖7　梯形縫板（5～3 mm）堵漏實驗

圖8　彈子床（φ=7.13 mm）堵漏實驗

圖9　圓柱條（φ=4 mm）堵漏實驗

從圖7看出，該配方可有效封堵梯形縫板（5 mm～3 mm），承壓能力可達13.34 MPa。從圖8看出，該配方可有效封堵彈子床（φ=7.13 mm），承壓能力可達11.12 MPa。從圖9看出，該配方可有效封圓柱條（φ=4 mm），承壓能力可達10.00 MPa。從高溫高壓動態縫板堵漏實驗結果可知，該配方能封堵住孔隙， 在110 ℃下，承壓能力均達到了10 MPa以上，可滿足獅202井區現場技術要求。

4　堵漏方案設計

4.1　堵漏配方

獅202井區地層裂縫發育程度不同，其漏失情況不一，根據現場鉆井液漏失速度設計了3種不同配方。

1#（漏速＜10 m3/h）循 環 漿 +1.0%NT-DS+（2%～3%）NTS（細）+（1%～3%）核桃殼（0.5～1 mm）+（1%～3%）SDL+（1%～3%）SQD-98， 總 濃度為12%～13%

2#（10 m3/h≤漏速≤30 m3/h）基漿 +2%NTS（細）+ 3%核桃殼（1～3 mm）+（3%～4%）核桃殼（0.5～1 mm）+1%NT-DS+3%SDL+3%SQD-98， 總濃度為15%～16%

3#（漏速＞30 m3/h）基漿 +3%NTS（中∶細 =1∶2）+（3%～5%）核桃殼（1～3 mm）+（3%～5%）核桃殼（0.5～1 mm）+（1%～2%）NT-DS+3%SDL+5%SQD-98，總濃度在25%左右。

4.2　堵漏工藝

獅子溝202井區漏失以裂縫性漏失為主， 堵漏施工要點主要有：堵漏材料的粒徑、 級配要合理， 最大粒徑控制在3 mm左右；堵漏漿濃度高于20%；下鉆至漏層上方盡量接近漏層位置，泵注堵漏漿。

具體施工工序如下：①第1次擠注時以3～5 L/s以下的排量控制立管壓力在3 MPa以內，讓地層盡量多吃入堵漏漿，壓力值小于3 MPa，壓力上升緩慢或不上升時，擠注時先以3～5 L/s左右的排量擠入8～10 m3后靜止。靜止 20～30 min以后再擠注，擠入量不超過2 m3（第1次除外），在擠注的過程中，若壓力上升緩慢，擠入0.5～2 m3以后再次靜止20～30 min；若壓力不上升，擠入0.5～2 m3以后靜止60 min；若壓力均勻上升，則繼續進行擠注；壓力上升到5 MPa以上，每次擠入量控制在0.5～1.5 m3。如果5 MPa以內壓力擠注時有困難，可降低排量適當增加泵壓進行作業。施工時要特別注意；發生破裂時，立即停泵，防止在該處壓力值發生地層破裂時擠入量大，造成地層裂縫增大，影響堵漏效果。壓力每上升1～2 MPa，停泵觀察壓力變化情況，壓力下降較快時，靜止20～30 min；壓力下降較慢時，繼續擠注，但最高壓力不超過8 MPa。壓力下降到6 MPa補壓到8 MPa，補壓5～8 h以后，再開井靜止堵漏4 h以上。具體操作根據現場實際情況確定。擠注時擠注量可能較大，根據擠注情況及時準備好堵漏漿量。②開井泄壓時一定要緩慢，尤其是最后2 MPa，間隔建議在15 min以上，開井后靜止2～3 h，再進行循環驗漏；如果泄壓時溢流過大，返吐量大（大于0.5 m3）而壓力下降緩慢，則進行節流循環，適當提高鉆井液密度（根據承壓值和循環壓耗）壓井。

5　現場應用及效果評價

在獅202井區進行了4口井（獅1-3向1井、獅3-2井、獅38-3井、獅41-6-1井）的試驗應用，堵漏成功率為100%，提高了地層承壓能力，擴大了安全密度窗口，滿足后續施工要求。以獅3-2井現場施工為例。

5.1　獅3-2井漏失情況

獅3-2井是一口三開制直井，井深為3 250 m，三開井眼尺寸為φ152.4 mm，二開技術套管尺寸為φ177.8 mm，下至井深2 638 m。該井三開鉆進至井深2 827 m時發生溢流，溢流物為鹽水，實時鉆井液密度為2.10 g/cm3，循環加重鉆井液密度至2.14 g/cm3時發生井漏，漏速為1.4 m3/h。停泵靜止觀察，發生溢流，溢速為10 m3/h，出口鉆井液密度由2.14 g/cm3下降至1.78 g/cm3。

5.2　獅3-2井現場堵漏施工

5.2.1第1次常規堵漏施工

堵漏配方：20 m3井漿（密度為2.20 g/cm3，黏度為94 s）+3%FD-2（中粗）+2%SDL（隨鉆）+6%石灰石粉+3%FD-1（細）+4%核桃殼（1～3 mm），總濃度18%。以小排量分多次共擠注6.5 m3井漿，擠注過程中套管壓力最高升至6.5 MPa，數小時套壓降至5.9 MPa后不再下降，地層承壓能力提高值當量鉆井液密度為0.21 g/cm3。開泵循環，單凡爾循環1周井下未發生漏失，2個凡爾循環井下正常，以正常排量循環時循環漿加重，待入口密度到2.18 g/m3時井下發生漏失，漏速1.87 m3/h，隨即停泵觀察，靜止期間，井口外溢，外溢物為鹽水，平均溢速是2.31 m3/h。

分析堵漏失敗的原因是由于高壓鹽水層的存在， 堵漏漿進入漏層后被鹽水稀釋， 從而使堵漏漿的濃度降低；地層反排壓力較大，將封堵類細顆粒排出， 而“骨架”類堵漏材料仍然存在， 就形成了細顆粒被排出后留下的漏失通道，而高強度架橋顆粒楔入地層承壓時將裂縫張開變寬， 無法閉合， 表現為漏速變大，主要原因是封堵類細顆粒堵漏材料濃度偏低。

5.2.2第2次承壓堵漏施工

下鉆至井深2 800 m循環45 min后泵注14.9 m3堵漏漿，泵注堵漏漿過程中漏失0.6 m3；以15 L/s排量替井漿，替井漿6.1 m3，保持鉆具內外堵漏漿液面一致，替漿過程中漏失0.2 m3；起鉆至套管內后關井擠注，以3～5 L/s排量共擠注施工15次，累積擠入井漿8.3 m3，擠注過程中套管壓力最高升至9.3 MPa，穩壓2 h后穩壓在8.2 MPa，地層承壓能力提高值當量鉆井液密度為0.3 g/cm3，達到2.51 g/cm3滿足下部施工要求。靜止2 h后泄壓，泄壓地層回吐0.5 m3。在套管鞋處開泵循環未漏，起鉆更換鉆具組合，起鉆灌漿正常。堵漏施工后恢復鉆進，直至完鉆井深3 250 m，井下未發生漏失。配制的堵漏漿配方如下。

18 m3井漿（密度為 2.21 g/cm3， 黏度為 96 s）+3%核桃殼（1～3 mm）+ 2.5%NTS（中粗）+2.5%NTS（粗）+12%GTBASE+3%SQD-98+2%NT-DS， 總濃度為25%。

5.3　現場承壓堵漏情況

4口試驗井的承壓堵漏施工的現場堵漏效果見表4。從表4可以看出，4口井堵漏效果良好，提高了地層承壓能力，擴大了鉆井施工密度窗口。

表4　獅202井區4口試驗井的堵漏效果

6　結論

1.獅202井區地層以微裂縫發育為主，儲層發育溶蝕孔、晶間孔和裂縫，該地區的漏失主要為微裂縫漏失。該地區裸眼井段長，漏失層位多，易反復漏失，地層承壓能力低，鹽下存在高壓鹽水，溢漏同層，采用常規隨鉆堵漏、橋漿堵漏、靜止堵漏措施難以有效解決。

2.引入NT系列高效堵漏材料，通過室內研究形成了高承壓堵漏配方，由不同級配、不同形狀的堵漏顆粒在裂縫內鍥入、堆積，在壓差作用下形成高承壓封堵層，堵漏效果好，承壓能力高，形成了一套適合獅202井區裂縫性地層堵漏配方及工藝。

3.現場4口井應用效果良好，提高了地層承壓能力，擴大了鉆井液密度窗口，為下一步鉆井施工提供了安全保障。該堵漏技術措施在現場成功的應用，解決了該地區裂縫性地層漏失，保證了鉆井工程的安全。