長慶油田邊緣探井致密承壓復合堵漏劑研制及現場試驗

劉 偉梁海軍羅 磊

1.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室 陜西西安 710018；

2.中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院 陜西西安 710018；

3.中國石油天然氣股份有限公司長慶油田長北作業分公司 陜西榆林 719000

長慶油田鉆井過程中，邊緣探井是井漏的高發區，單井漏失發生概率＞70%，且失返性漏失占比高。邊緣探井因地層存在裂縫承壓能力低、深井段鉆井液密度高、井溫高等問題，造成堵漏難題[1-3]。邊緣探井忠平1 井、忠5 井和頁巖油水平井城頁1 井、城頁2 井等探井和復雜油氣井都發生多次漏失。忠平1 井劉家溝- 山西組發生漏失10次，打水泥堵漏6 次，累計漏失鉆井液3312m3，處理時效超過600h。城頁1 井全井發生多次漏失，堵漏15 次，打水泥堵漏5 次，泥漿總漏失量2284m3，處理漏失復雜時效370h。城頁2 井也發生多次漏失，其中二開發生7 次漏失，總計漏失量1502m3。高頻漏失地層是劉家溝、石千峰、石盒子、延長組等地層，占所有井漏地層的80%以上[4-5]。劉家溝組細- 粗粒砂巖夾砂質泥巖、泥巖發育，層理裂隙異常發育，地層裂縫縱橫交錯，鉆井液易漏失。石千峰組、石盒子組上部為泥巖夾砂巖，下部為泥巖與砂巖互層。劉家溝組與石千峰組交界面存在脆性泥頁巖地層，層理裂隙發育并具有應力敏感性的特點，易發生誘導裂縫漏失。延長組上部為泥巖，砂質、粉砂質泥巖夾砂巖，中下部為砂巖夾泥巖，砂巖類裂縫張開度高，部分斷層、天然裂縫發育、地層壓力系數低，且誘導裂縫發育[6-7]。

現場常用的鉆井液防漏堵漏配方裂縫封堵承壓能力低，無法有效封堵劉家溝等裂縫性漏失地層；防漏堵漏材料單一，現場堵漏施工成功率較低。另一方面，水泥漿等固化型堵漏劑成本大、耗時長。為此，針對長慶油田劉家溝組等裂縫發育的特點，基于不同類型的防漏堵漏材料，研制了致密承壓復合堵漏劑，進行了綜合性能評價，并開展了現場試驗。

1 致密承壓復合堵漏劑的研制

針對長慶油田復雜裂縫地層漏失機理，研選了剛性顆粒、彈性顆粒、纖維材料、延遲膨脹顆粒和變形充填顆粒等不同類型防漏堵漏材料，為致密承壓復合堵漏劑的研制奠定了基礎。

1.1 剛性顆粒

研選不同目數的碳酸鈣礦物顆粒（G）作為剛性架橋和充填顆粒，其具有以下特點：

（1）彈性模量大，泊松比小，利于形成強力鏈網絡結構；

（2）強度高，承壓能力強；

（3）酸溶率高，便于儲層堵漏；

（4）惰性物質，抗溫能力強，不與鉆井液發生物化反應；

（5）棱角分明，易于加工，貨源充足，經濟廉價。

篩分為不同級配的剛性顆粒，針對不同開度的裂縫，大粒徑顆粒作為架橋粒子，逐次遞減分布小粒徑顆粒作為充填粒子，有利于形成強力鏈網絡結構。

1.2 彈性顆粒

研選不同目數的彈性橡膠顆粒（R）作為彈性顆粒，其具有以下特點：

（1）彈性變形率大，達到71.43%，自適應裂縫開度的變化；

（2）表面摩擦系數高，避免封堵層發生摩擦滑動失穩和剪切破壞失穩，且有利于在裂縫入口不遠處形成封堵層；

（3）惰性物質，抗溫能力強，不與鉆井液發生物化反應。

1.3 纖維材料

研選了纖維復合堵漏劑（F），其為不同長短的聚丙烯纖維復合材料，具有物理機械性能好、彈性模量高、抗拉強度大、抗高溫能力強（達150℃）等特性；能快速、均勻、完全地分散于水中，可有效地捕捉堵漏材料，加入很少的量即可成倍提高堵漏漿對堵漏材料的攜帶能力；具有化學惰性，不與水基、油基和其他合成基鉆井液反應；對鉆井液體系性能影響較小，具有良好的配伍性。

1.4 延遲膨脹顆粒

以丙烯酸、丙烯酰胺、陽離子單體等為主要聚合單體，膨潤土、多糖化合物、纖維為支撐劑，采用溶液聚合法，研制出膨脹凝膠顆粒堵漏劑（S）。其60min 膨脹倍數達到43.05%，遇水后在0～10h 內體積膨脹12 倍左右，可在一定范圍內對不同開度裂縫進行自適應架橋封堵。主要作用機理有以下幾點：彈塑性顆粒的架橋堵塞作用；彈塑變形擠壓充填堵塞作用；延遲膨脹充填堵塞作用；強力吸附提高封堵強度；大骨架支撐作用。

對于大開度裂縫，需要加入大粒徑顆粒進行架橋，碳酸鈣顆粒密度大（2.7g/ cm3），易在井筒中發生沉降效應，導致架橋顆粒無法進入封堵層進行有效架橋封堵。因此對于大開度裂縫漏失，優選低密度核桃殼（N）等大粒徑架橋顆粒。為了提高封堵致密性，降低封堵層滲透率，優選了超低滲透處理劑CDS- 1。

采用裂縫堵漏模擬實驗裝置（圖1）和1～5mm 開度的楔形裂縫模塊，基于表1 鉆井液漏失速度和模擬裂縫開度，開展了不同開度楔形裂縫的鉆井液防漏堵漏配方優化，研制了致密承壓復合堵漏劑，為長慶油田易漏地層鉆井施工，提供可靠的鉆井液防漏堵漏技術支撐及物質保障。

圖1 裂縫堵漏模擬實驗裝置

如表1 所示，研制了處理小、中、大等不同漏速的致密承壓復合堵漏劑系列產品，針對1～5mm 不同開度的楔形裂縫，通過顆粒類型、粒度級配與濃度合理控制，優化了強化致密承壓封堵鉆井液配方，可形成具有“強力鏈網絡結構”的裂縫致密承壓封堵層，承壓能力＞8MPa。

表1 基于力鏈封堵理論的復合橋接承壓堵漏劑性能指標

2 致密承壓復合堵漏劑的性能評價

2.1 粒徑分布特征

采用電子篩分儀篩分致密承壓復合堵漏劑，繪制累計粒徑分布曲線，求取D10、D50、D90 值。得到致密承壓復合堵漏劑1- 3 型系列產品的D90 值分別為0.82、2.14、4.45mm。

2.2 抗壓強度

室內建立了堵漏材料抗壓強度的實驗評價方法，以粒度降級率作為評價參數，評價了堵漏劑1- 3 型系列產品的抗壓強度。堵漏劑的抗壓D90 降級率＜6%，抗壓D90降級率＜9%，證明30MPa 受壓后，粒徑特征值基本保持不變，抗壓強度＞30MPa。致密承壓復合堵漏劑中的植物顆粒、彈性顆粒和膨脹凝膠顆粒的彈塑性具有變形作用，不易發生破碎，有利于保持原粒徑分布；纖維材料的填充也起到了緩沖作用，增加了抗壓強度。

2.3 彈性特征

建立了堵漏劑彈性特性實驗評價方法，以彈性變形率作為評價參數，評價了復合橋接承壓堵漏劑的彈性特性。致密承壓復合堵漏劑的彈性變形率較大。在鉆井作業中，由于鉆井液當量循環密度ECD 的變化，裂縫開度是動態變化的，且難以準確預測裂縫開度，這就要求裂縫承壓封堵層具有較好的彈性變形性能，自適應裂縫開度的變化。另外，彈性顆粒由于彈性變形特征充填于微小孔隙之間，降低封堵層滲透率，從而增加封堵層強力鏈數目，提高封堵層致密承壓能力。

3 現場試驗

制定現場承壓堵漏施工方案，給出了致密承壓復合堵漏劑適用建議（表2），開展了2 口井的現場試驗。

表2 致密承壓復合堵漏劑適用建議

2121 年8 月24 日，桃7- 12- 19X3 井鉆至3630m 井段時鉆遇天然裂縫，發生失返性漏失。垂深3251.2m，井斜84.15°，漏失層位為石盒子組，泥漿性能：密度1.32g/ cm3，粘度72s，失水1.9mL，pH=9。采用常規橋塞承壓堵漏配方（堵漏劑加量25%）進行承壓堵漏作業未成功，開井后測得漏速為48m3/ h。然后采用致密承壓復合堵漏劑現場配制堵漏漿（加量22%）進行承壓堵漏作業，通過4 次擠堵后開井測得漏速＜0.5m3/ h，循環后無漏失，一次堵漏成功。

2121 年9 月5 日，安平31- 16 井鉆至3447m 井段時鉆遇天然裂縫，發生漏失，漏速為40m3/ h。水平段849m，漏失層位為延長組，泥漿性能∶密度1.15g/ cm3，粘度40s，失水5.0mL，pH=9。采用致密承壓復合堵漏劑配制堵漏漿（加量22%）進行承壓堵漏作業，擠堵后開井測得漏速＜3.0m3/ h，循環恢復正常鉆井作業后無漏失，一次堵漏成功。

4 結論

（1）研制了致密承壓堵漏劑1- 3 型系列產品，適用于小、中、大不同漏速地層，D90 值分別為0.82、2.14、4.45，抗壓強度大于30MPa，1～5mm 裂縫開度承壓能力＞8MPa，最高達10MPa。適用于封堵地層不同開度裂縫，易形成強力鏈網絡結構，提高承壓能力和堵漏成功率。

（2）完成了防漏堵漏現場試驗2 口井，堵漏成功率100%。致密承壓復合堵漏劑的研制，為長慶油田邊緣探井“安全、高效”鉆井提供了技術保障。