延長油田西部地區(qū)隨鉆堵漏技術研究與應用
——以X241井為例

張文哲，王 波，李 偉，侯云翌.

(1.陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安 710075；2.陜西省二氧化碳封存與提高采收率重點實驗室，陜西西安 710075)

1 地質工程概況

井漏是鉆井過程中常見的井下復雜情況之一，它不僅會耗費鉆井時間，損失泥漿，而且有可能引起卡鉆、井噴、井塌等一系列復雜情況，甚至導致井眼報廢，造成重大經濟損失[1]。延長油田勘探開發(fā)區(qū)域位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，油田部分區(qū)域在鉆井過程中存在低壓、易漏失層，根據(jù)區(qū)域鉆井情況表明，靖邊、吳起、定邊、西區(qū)等西部采油廠鉆井中時常發(fā)生井漏，漏速在5～60 m3/h不等，漏失嚴重時泥漿失返導致井塌甚至掩埋鉆具造成填井側鉆，嚴重影響鉆井周期、增加鉆井成本。由統(tǒng)計資料可知，延長西部地區(qū)鉆井中漏失最普遍的是砂巖地層的滲透性漏失及微裂縫漏失，漏速一般在12 m3/h以內，發(fā)生頻繁、漏失反復，堵漏措施采取不當時易引起裂縫性井漏。為此，通過室內實驗研究建立多孔滲濾介質和微裂縫模型，優(yōu)選堵漏材料類型與材料組合，建立隨鉆堵漏配方及鉆井液體系，可解決延長西部油田鉆井施工中遇到的低壓漏失層、高滲透地層及裂縫地層漏失嚴重及反復漏失問題，并對油層起到暫堵作用，達到保護產層目的[2-4]。

2 隨鉆防漏堵漏配方室內研究

2.1 配伍性實驗

鉆井作業(yè)中鉆遇地層漏失時往往需要在鉆井液體系中加入堵漏材料，而地層鉆進時又需要鉆井液體系的性能保持穩(wěn)定，因此，保證堵漏材料與鉆井液體系的配伍性對保障地層安全鉆進達到防漏、堵漏目的起到關鍵的作用。本文使用延長油田鉆井作業(yè)中常用的聚合物鉆井液體系作為基礎體系1(3%鈉膨潤土+0.5%Na2CO3+2%LV-CMC+0.8%KPAM+1.2%KPT+1.5%銨鹽+2%潤滑劑)，加入所建立的隨鉆堵漏劑配方，經80 ℃熱滾1 6h后測試其性能變化。

從測試結果可知，加入堵漏材料后鉆井液體系失水量由5.6 mL增加至6.8 mL變化較小，黏度和切力均在性能可控的范圍內小幅變化，說明堵漏劑對鉆井液體系的影響較小、配伍性較好。

2.2 砂床漏失模擬實驗

2.2.1 實驗原理

根據(jù)滲透性漏失地層特點及鉆井液在巖心中的線性流動情況，將天然巖心簡化為數(shù)根毛管組成的理想巖心模型(如圖1所示)。可見，鉆井液中堵漏及封堵材料能否進入孔隙，在近井壁端形成內外泥餅封堵地層孔隙、裂縫，是堵漏漿降低流動壓力的關鍵[5-7]。

表1 堵漏配方與鉆井液體系的配伍性測試結果Table 1 The Compatibility test results

圖1 模擬滲透性漏失的毛管束模型Fig.1 Capillary bundle model

因此，筆者以不同目數(shù)的石英砂為填充介質模擬高滲地層，通過使用單封堵漏劑DF、隨鉆堵漏劑SD及低滲透堵漏劑LCD進行防漏堵漏配方建立和優(yōu)化，形成高效的防漏堵漏鉆井液配方。

2.2.2 40～60目砂床堵漏實驗評價

本文實驗以SY/T 5840—2007 鉆井液用橋接堵漏材料室內試驗方法、Q/SH 0277—2009 橋接堵漏液高溫高壓封堵能力評價推薦方法等標準制定實驗方法[8]。

以40～60目(0.425～0.250 mm)石英砂作為填充介質為例，500 mL泥漿在0.7 MPa壓力下全部漏失實驗測試結果為6s，則漏速V1=83.33 mL/s≈0.30 m3/h。已知，砂床堵漏儀漏失橫截面面積A1=18 cm2，以215.9 mm大小井眼為例，井底橫截面積為A2。

則：

A2/A1=20.34

對應井底的實際漏速V2=V1×20.34=6.10 m3/h。

因此，以40～60目石英砂為填充介質可模擬漏速小于6 m3/h的鉆井漏失情況，經過中壓砂床實驗和高壓砂床實驗，篩選評價堵漏配方并建立堵漏鉆井液體系。

使用延長油田鉆井作業(yè)中常用的聚合物鉆井液體系，經過實驗優(yōu)化研究，加入所建立的隨鉆防漏堵漏配方。基礎體系1為：3%鈉膨潤土+0.5%Na2CO3+2%LV-CMC+0.8%KPAM+1.2%KPT+1.5%銨鹽+2%潤滑劑，加入堵漏劑后的配方如表1所示。

表2 40～60目砂床堵漏實驗配方Table 2 40～60 mesh sand bed plugging formula

在0.7 MPa壓力下作用30 min后測量堵漏漿在砂床中的侵入深度和侵入量。

圖2 不同配方在40～60目砂床侵入量與侵入深度變化Fig.2 Intrusion amount and intrusion depth of 40～60 mesh sand bed

由圖2實驗結果可知，未加入堵漏材料前的1#配方鉆井液侵入60 mL、侵入深度6.5 cm，加入纖維類和細顆粒堵漏材料DF、SD、LCD后鉆井液侵入量和侵入深度均呈現(xiàn)一定程度的降低，至6#配方(基礎體系1+3%DF+1%SD+3%LCD)時鉆井液侵入量為10 mL，侵入深度僅為1 cm，大大降低了鉆井液在該類地層中的漏失。 這是因為細顆粒堵漏材料LCD能進入滲漏地層的孔、縫之間形成架橋，然后纖維類堵漏劑DF、SD在暫堵后形成的微孔隙中進一步充填而降低地層滲透率，從而減少鉆井液漏失量及地層侵入量。鉆井液體系在40～60目砂床中侵入情況如圖3、圖4所示。

圖3 配方1#堵漏漿砂床侵入情況Fig.3 Formula 1# experimental phenomenon

圖4 配方6#堵漏漿砂床侵入情況Fig.4 Formula 6# experimental phenomenon

2.2.3 20～40目砂床堵漏實驗評價

為測試堵漏配方對孔隙度較大的孔滲漏失地層的防漏堵漏效果，使用20～40目(0.850～0.425 mm)石英砂作為填充介質，測試鉆井液配方的防漏堵漏效果。

表3 20～40目砂床堵漏實驗配方Table 3 20～40 mesh sand bed plugging formula

圖5 不同配方在20～40目砂床侵入量與侵入深度變化Fig.5 Intrusion amount and intrusion depth of 20～40 mesh sand bed

由實驗結果可知，在孔隙度更大的20～40目石英砂介質中1#配方漏失144 mL，相比于圖2的實驗結果漏失更嚴重。隨著堵漏劑DF、SD及LCD單獨及按比例復合加入到鉆井液體系后漏失量逐漸降低，侵入深度也從12 cm降低為2.2 cm如6#配方，但相比于圖1的6#配方而言侵入深度和侵入量仍未得到最有效控制。經過進一步實驗研究和配方優(yōu)化，最終形成的7#配方(基礎體系1+5%DF+3%SD+3%LCD)侵入量僅為10 mL、侵入深度1.3 cm，不僅能在鉆進過程中鉆遇漏失時起到防漏堵漏效果而且阻止鉆井液及濾液向地層中侵入，具有一定的保護儲層效果。鉆井液體系在20～40目砂床中侵入情況如圖6、圖7所示。

圖6 配方1#堵漏漿砂床侵入情況Fig.6 Formula 1# experimental phenomenon

圖7 配方7#堵漏漿砂床侵入情況Fig.7 Formula 7# experimental phenomenon

使用20～40目石英砂對1#～7#配方進行高壓砂床堵漏實驗，由測試結果圖8可知1#配方加壓1 MPa后鉆井液全部漏失，隨著堵漏劑濃度和種類增加漏失量逐漸減少。當堵漏配方為6#配方(基礎體系1+3%DF+1%SD+3%LCD)、7#配方(基礎體系1+5%DF+3%SD+3%LCD)時累計漏失量分別為6.3 mL、0 mL，針對孔隙漏失地層的承壓和堵漏能力顯著提高。

圖8 不同配方漏失量隨壓力變化Fig.8 Leakage changes with pressure

2.3 微裂縫堵漏模擬實驗

微裂縫漏失是鉆井漏失常遇到的情況，若鉆井液堵漏能力差往往會造成微裂縫擴展延伸而誘發(fā)更嚴重的裂縫性井漏。研究表明，當微裂縫開度大于150 μm后會形成明顯的漏失情況，實驗選用裂縫寬度為150 μm和300 μm。微裂縫堵漏模擬實驗采用MFC-Ⅰ型高溫高壓多功能損害評價儀進行測試，測試方法結合標準SY/T 5840-2007(鉆井液用橋接堵漏材料室內實驗方法)、SY/T 5336-2006(巖心分析方法)中的規(guī)范。實驗儀器及所選巖心裂縫如圖9、圖10所示。

圖9 MFC-Ⅰ型多功能損害評價儀Fig.9 MFC-I multi-function damage evaluation instrument

圖10 實驗所用裂縫形態(tài)Fig.10 Crack used in the experiment

實驗使用上述測試效果最優(yōu)的6#配方、7#配方，分別在a、b兩種裂縫中進行承壓堵漏測試，實驗結果如圖11所示。

圖11 不同堵漏配方漏失量與裂縫寬度、壓力的關系Fig.11 Relationship between leakage loss and crack width and pressure

由實驗結果可知，研究建立的6#、7#隨鉆防漏堵漏配方針對150 μm裂縫在壓力達到9 MPa時累計漏失量不超過2 mL，表現(xiàn)出很強的防漏堵漏效果。當裂縫開度增大到300 μm時使用6#、7#配方測試時漏失量稍有增大，針對300 μm的裂縫7#配方漏失量僅為3.4 mL，裂縫堵漏能力更強。這是因為，針對微裂縫漏失所研制的堵漏配方中含有剛性細顆粒和對尺寸纖維堵漏材料，進入裂縫后顆粒材料在裂縫間形成一層暫堵填充帶，之后纖維類堵漏材料在顆粒形成的孔隙間填充堆積形成緊密的封堵帶，從而阻止漏失發(fā)生，起到高承壓堵漏效果[5]。如圖12所示。

圖12 微孔隙、裂縫堵塞填充示意圖Fig.12 Schematic diagram of micro-pore and crack plugging

3 現(xiàn)場應用

3.1 區(qū)域概況

X241井場位于延安安塞區(qū)某采油廠，含有X241-3、241-4兩口定向井。X241-3設計井深860 m。根據(jù)鄰井地質及鉆井資料顯示，該區(qū)域在鉆進至洛河組、直羅組、延安組底部及延長組長1段時易發(fā)生井漏，漏失量從20方～60方不等，最嚴重時發(fā)生失返性漏失且堵漏不成功造成井眼報廢。該井二開使用的鉆井液體系為清水+少量聚合物，此類體系在易滲易漏地層鉆進時基本無防漏堵漏能力，極易發(fā)生滲透性漏失。

3.2 X241井現(xiàn)場堵漏施工情況

根據(jù)鄰井資料顯示，鉆井中針對井漏的處理比較單一和滯后，往往是出現(xiàn)漏失后隨機加入1～2噸隨鉆或者單封堵漏劑，繼續(xù)鉆進時又會出現(xiàn)不同程度漏失，沒有形成系統(tǒng)的防漏堵漏處理措施。因此，針對這些問題，本井堵漏施工中以“防、堵結合”為宗旨，在鉆進漏失層前以防漏為目的，鉆進時出現(xiàn)漏失后選擇合理堵漏方案，從而快速解決漏失問題避免引起其他復雜情況。

經過室內實驗研究，針對不同孔滲特征的地層條件制定出不同的防漏堵漏配方體系，若漏速小于6 m3/h，則防漏堵漏配方為：井漿體系+3%DF+1%SD+3%LCD；若漏速在6～12 m3/h，則使用井漿體系+5%DF+3%SD+3%LCD。

3.2.1 現(xiàn)場井漏情況

X241-3井在鉆進時共發(fā)生兩次漏失，分別發(fā)生在延安組及延長組長1，漏失情況如表2所示。

表4 X241-3井鉆井漏失情況統(tǒng)計Table 4 Drilling loss statistics of X241-3 well

3.2.2 堵漏應對措施

(1)進入地層前防漏措施。

一開完鉆井深130 m，二開開鉆后直接進入洛河組、直羅組等易漏失層位，因此在配制二開井漿時提前加入堵漏材料。二開初始配漿80 m3，具體防漏處理措施為：約3%DF(2.4 t)+1.5%SD(1.2 t)+3%LCD(2.4 t)，與二開井漿鉆進時共同使用，共使用材料6 t。

(2)出現(xiàn)漏失時堵漏措施。

2017年9月22日23:10，鉆進至430 m延安組地層時泥漿量消耗量增大，2 h內減少10 m3，判斷為發(fā)生滲透性漏失。在30 m3泥漿中迅速加入1 t DF、1 t SD、1 t LCD，排量由28 L/s降低至20 L/s緩慢鉆進，泥漿循環(huán)兩周無漏失后至23日02:00提高排量至28L/s繼續(xù)鉆進。此次共計漏失液量15 m3，使用材料3 t，繼續(xù)鉆進無漏失。

9月23日13:10，鉆進至720 m延長組長1底部地層時出現(xiàn)漏失，2 h內泥漿量減少12 m3，判斷為鉆至延長組漏失帶。降低排量，通過剪切泵兩個循環(huán)周(約50 min)加完1.5 tDF、2 tSD及1 t復合堵漏劑，循環(huán)兩周后不再漏失，共計漏失泥漿18 m3，使用材料4.5 t，至完鉆無漏失發(fā)生。

在本井施工中通過配漿時加入SD、DF等堵漏劑，避免了洛河組等易漏失區(qū)內更小漏失量的井漏情況發(fā)生，起到較好的防漏作用。當鉆遇漏失后降低排量，在鉆進漏失層前按3～4%DF+3～4%SD+2～3%LCD配方配制防漏體系，若遇滲漏則追加4～5%DF+4～5%SD+2～3%復合堵漏劑(30 m3堵漏漿內)，循環(huán)加入堵漏材料進行施工，使堵漏材料能充分進入地層孔、縫漏失帶進行堵漏。經現(xiàn)場應用可知，本井施工中共使用堵漏材料13.5 t，兩次漏失均能一次堵漏成功，減少了漏失量并縮短了施工周期，防漏堵漏效果明顯。

4 結論與認識

(1)配伍性評價結果表明所選取的隨鉆堵漏劑及隨鉆堵漏配方對鉆井液體系的影響較少，在鉆遇漏失時使用該隨鉆堵漏體系，不影響鉆井液其他性能，可有效保證鉆井液在漏失層段安全鉆進。

(2)通過砂床模擬堵漏實驗研究，得出所建立的隨鉆堵漏配方分別為：井漿+3%DF+1%SD+3%LCD及井漿+5%DF+3%SD+3%LCD，針對40～60目石英砂和20～40目石英砂的鉆井液侵入深度為1 cm、1.3 cm，相比常規(guī)鉆井液體系大大提升了防滲漏能力。

(3)該隨鉆堵漏體系針對150 μm及300 μm的微裂縫漏失，承壓9 MPa時累計漏失量不超過6 mL，微裂縫防漏堵漏能力顯著。

(4)使用該隨鉆堵漏體系現(xiàn)場堵漏施工效果表明，針對漏速在小于10 m3/h的地層漏失情況以隨鉆堵漏體系為主，根據(jù)鉆遇情況進行微調可起到防漏堵漏效果，降低井漏風險、提高堵漏成功率，為快速、安全鉆過漏失層提出一種更有效的解決方案。