塔河油田SX2井火成巖地層化學(xué)固結(jié)堵漏技術(shù)

劉金華，劉四海，王西江，陳曾偉

(中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京100101)

塔河油田SX2井火成巖地層化學(xué)固結(jié)堵漏技術(shù)

劉金華，劉四海，王西江，陳曾偉

(中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京100101)

塔河油田SX2井3709～4025 m為二疊系火成巖地層，該地層裂縫發(fā)育，在該井段及下部井段鉆井過程中多次發(fā)生漏失。通過多次橋接堵漏和水泥堵漏，效果不好，仍然存在漏失，鉆穿二疊系至5340 m發(fā)生失返性漏失。利用化學(xué)固結(jié)堵漏技術(shù)對SX2井二疊系火成巖漏失層進行了封堵?；瘜W(xué)固結(jié)堵漏漿承壓能力達(dá)到17 MPa，抗溫達(dá)到180℃，地面條件下流變性較好，便于泵送。將SX2井二疊系漏失層分成2段，利用化學(xué)固結(jié)堵漏技術(shù)分別進行封堵，堵漏施工后試壓，漏失層承壓能力由1.20 g/cm3提高至1.56 g/cm3，滿足了后續(xù)鉆井施工的要求。化學(xué)固結(jié)堵漏技術(shù)對于破碎性、裂縫性漏失層有較好的封堵效果。

鉆井;堵漏;化學(xué)固結(jié);二疊系火成巖;橋接堵漏;塔河油田

二疊系火成巖地層破碎、裂縫發(fā)育［1－2］，火成巖井漏是塔河油田鉆井工程的一大難題，一般采取橋接堵漏、水泥堵漏和橋接+水泥的復(fù)合堵漏方式［3－5］，施工過程中存在堵漏成功率低，堵漏周期長的問題，急需調(diào)整堵漏思路、改進堵漏配方并完善施工工藝。位于塔河油田順托果勒區(qū)塊某背斜構(gòu)造的SX2井是一口探井，三開3709～4025 m為二疊系地層，巖性為火成巖。在二疊系井段鉆進過程中，分別在3810、3951 m處發(fā)生井漏，通過橋接堵漏，順利鉆穿二疊系地層，之后對整個二疊系地層進行了低密度水泥和橋接承壓堵漏，繼續(xù)鉆進。在二疊系以下井段鉆井過程中，上部的二疊系地層共發(fā)生5次井漏，通過橋接堵漏，恢復(fù)鉆進。鉆至5340 m發(fā)生失返性漏失，通過運用化學(xué)固結(jié)堵漏技術(shù)，成功提高二疊系地層承壓能力至1.56 g/cm3以上，滿足了繼續(xù)鉆進的要求。

1 前期堵漏情況

1.1 二疊系地層鉆進過程中橋接堵漏

二疊系地層鉆進過程中，發(fā)生2次井漏，鉆井液密度1.20 g/cm3，用橋接堵漏進行封堵后恢復(fù)鉆進。

鉆至井深3810.00 m發(fā)生井漏，漏速20 m3/h，起鉆至套管內(nèi)，配濃度為35%的橋接堵漏漿20 m3，下鉆至井底循環(huán)泵入19 m3堵漏漿，短起至3372 m，關(guān)井憋擠，擠入井漿18.76 m3，最高打壓至5 MPa，泄壓后下鉆至井底，循環(huán)不漏，恢復(fù)鉆進。

鉆進至井深3951 m發(fā)生井漏，漏速25.87 m3/ h，搶鉆至3960.51 m，起鉆對套管內(nèi)，配濃度為36%的橋接堵漏漿25 m3，循環(huán)泵入堵漏漿20 m3，短起至3467 m，關(guān)井憋擠，擠入井漿20 m3，最高打壓至3 MPa，泄壓后下鉆至井底，循環(huán)觀察不漏，恢復(fù)鉆進。

1.2 二疊系地層水泥和橋接承壓堵漏

鉆穿二疊系地層后，為保證后續(xù)鉆井施工的順利進行，對整個二疊系裸眼段進行了承壓堵漏。先用水泥漿堵漏，效果不佳，不能滿足下步鉆井施工的要求;后用高強度橋接堵漏技術(shù)對二疊系漏失層進行封堵，篩完堵漏材料后，試壓滿足要求，恢復(fù)鉆進。

為了提高二疊系火成巖地層的承壓能力，鉆穿二疊系地層后，首先采用膠質(zhì)水泥對二疊系地層進行封堵，采用常規(guī)注水泥施工工藝?？紤]到二疊系地層井段長達(dá)393 m，為了降低卡鉆風(fēng)險，逐級上提鉆具分2次進行注膠質(zhì)水泥作業(yè)，注完膠質(zhì)水泥后起鉆至套管內(nèi)，關(guān)井憋一部分膠質(zhì)水泥漿至地層，以達(dá)到較好的承壓堵漏效果。應(yīng)用的膠質(zhì)水泥漿配方為:500 g AG水泥+5%坂土漿(440 g)+0.4%GH－6。膠質(zhì)水泥堵漏施工過程中，共打入膠質(zhì)水泥漿19 m3，起鉆至套管內(nèi)憋壓8 MPa，共擠入井漿6 m3，30 min壓力降至4 MPa，候凝48 h，掃完水泥塞后起鉆至套管內(nèi)試壓，打壓至4 MPa，30 min后壓力降至2 MPa，地層承壓能力低，不能保證后續(xù)鉆井施工的安全，未能達(dá)到承壓堵漏要求。

膠質(zhì)水泥堵漏未滿足鉆井施工的要求，分析認(rèn)為水泥漿在漏失通道內(nèi)未滯留住，為了提高地層承壓能力，采用高強度橋接堵漏技術(shù)對二疊系地層再次進行承壓堵漏，堵漏配方為:井漿+0.3%潤滑劑+5%細(xì)核桃殼+4%中粗核桃殼+3%粗核桃殼+ 4%細(xì)雷特超強堵漏劑+2%粗雷特超強堵漏劑+ 2%橋塞堵漏劑SQD－98(細(xì))+3%橋塞堵漏劑SQD－98(中粗)+2%纖維堵漏劑CXD+2%屏蔽暫堵劑PB－1+3%超細(xì)碳酸鈣QS－2+1%鋸末+ 1%棉籽殼+1%坂土，總濃度33.3%。堵漏施工過程中，泵入堵漏漿45 m3，起鉆至套管內(nèi)，采用間歇式憋擠－泄壓工藝，通過12次憋壓、3次泄壓，共擠入井漿26.24 m3。循環(huán)篩除堵漏材料后關(guān)井試壓，最高壓力12.5 MPa，壓力降至9.5 MPa后下降緩慢，30 min后降至9.0 MPa，鉆井液密度1.18 g/ cm3，二疊系地層底部承壓當(dāng)量密度1.42 g/cm3，能夠滿足下步繼續(xù)鉆進的要求。

1.3 二疊系以下井段橋接堵漏

二疊系以下地層鉆進過程中，在4402、4686、4793、5008和5340 m處發(fā)生漏失，前4次漏失利用橋接堵漏對漏失層進行了封堵，滿足了鉆進的要求，在5340 m發(fā)生漏失后，通過分析漏失層位及運用的堵漏方法，認(rèn)為漏失層仍為二疊系地層，需要利用高強度抗高溫的堵漏方法，決定利用化學(xué)固結(jié)堵漏技術(shù)對漏失層進行封堵。

鉆穿二疊系地層至4402 m，為了防止二疊系火成巖段地層掉塊，鉆井液密度由1.20 g/cm3提至1.25 g/cm3，發(fā)生漏失，漏速10 m3/h，通過2次橋接堵漏技術(shù)，地層承壓能力達(dá)到1.47 g/cm3，恢復(fù)鉆進。

鉆至4686 m，短起時阻卡嚴(yán)重，分析原因為鉆井液密度偏低，不能有效平衡上部地層，產(chǎn)生掉塊，鉆井液密度由1.25 g/cm3提高至1.28 g/cm3，再次發(fā)生漏失，漏速68 m3/h。通過橋接堵漏，地層承壓能力提高至1.50 g/cm3，恢復(fù)鉆進。

4686 m以深地層鉆井過程中，為了平衡地層防止掉塊發(fā)生，逐步提高鉆井液密度至1.35 g/cm3，鉆至4793和5008 m再次發(fā)生漏失，漏速分別為12.3和5.6 m3/h，利用橋接堵漏，地層承壓能力達(dá)到1.50 g/cm3，恢復(fù)鉆進。鉆至5340 m再次發(fā)生漏失，井口失返，井口看不到液面，鉆井液密度1.35 g/cm3。

經(jīng)研究，決定改變堵漏方法，利用化學(xué)固結(jié)堵漏技術(shù)封堵漏失層。

2 漏失層及堵漏對策分析

2.1 漏失層分析

該井三開井段上部為二疊系火成巖地層，下部為砂泥巖地層?；鸪蓭r地層裂縫發(fā)育，地層取心資料表明，火成巖地層存在縱向天然裂縫，裂縫寬度為3～5 mm(見圖1)，極易發(fā)生漏失。該區(qū)域其它已完鉆的鉆井過程中，在二疊系以下地層并沒有漏失顯示，因此，判斷漏失層仍為二疊系火成巖段，該井在二疊系以下井段鉆遇的漏失，其漏失層位仍然是二疊系火成巖段。

圖1 火成巖段巖心

2.2 堵漏對策分析

橋接堵漏成功的關(guān)鍵之一是粒徑級配的合理選擇，如果顆粒材料的粒徑與漏失層寬度不匹配，堵漏效果就會不好［6－10］。堵漏材料中顆粒材料粒徑太大，不能進入漏層，在井壁處產(chǎn)生“封門”現(xiàn)象，造成堵漏成功的假象，隨著鉆具對井壁上“封堵層”的破壞，裂縫重新暴露，再次發(fā)生漏失;顆粒直徑較小時，難以在漏層內(nèi)駐留，不能承壓，堵漏失敗。

橋接材料的強度也是影響堵漏成功的一個因素，常用的架橋材料(核桃殼)在常溫下強度可以達(dá)到14 MPa，但在高溫下浸泡一段時間后，強度會下降至5～7 MPa，對形成的“封堵墻”的承壓能力影響較大，有可能造成再次漏失。該井二疊系在鉆井液密度1.20 g/cm3時發(fā)生過漏失，為了平衡地層壓力，防止掉塊，鉆井液密度提高到1.35 g/cm3，靜止?fàn)顟B(tài)下，橋接堵漏形成的“封堵墻”的抗壓能力達(dá)到6 MPa以上，加上循環(huán)壓耗，“封堵墻”的抗壓能力達(dá)到8 MPa以上，但在井下浸泡一段時間后，“封堵墻”的承壓能力會下降，導(dǎo)致漏層溝通重新發(fā)生漏失。在二疊系下部地層實鉆過程中多次發(fā)生漏失，排除了新漏層后，說明橋接堵漏形成的“封堵墻”失效。

針對該井的漏失及堵漏情況，如果繼續(xù)采用橋接類堵漏方法，無法達(dá)到長時間有效封堵的效果，需要尋找其它抗高溫、強度高的堵漏方法?；瘜W(xué)固結(jié)堵漏技術(shù)中的固結(jié)強度可以達(dá)到17 MPa以上，抗溫達(dá)到180℃以上，可以有效解決該井的漏失問題。

3 化學(xué)固結(jié)堵漏漿性能［11］

化學(xué)固結(jié)堵漏漿由化學(xué)固結(jié)堵漏劑HDL－1配制而成，HDL－1是一種固結(jié)類堵漏材料，由正電粘結(jié)劑、流性調(diào)控劑、凝固劑、引發(fā)劑和密度調(diào)節(jié)劑組成。正電粘結(jié)劑帶有正電荷，能夠與漏失通道表面的負(fù)電荷發(fā)生吸附，提高堵漏漿的滯留能力;流性調(diào)控劑用控制堵漏漿的流動狀態(tài)，運動狀態(tài)下具有較好的流型，靜止?fàn)顟B(tài)下能夠很快形成結(jié)構(gòu)，失去流動能力，便于滯留;凝固劑含有活性組分，發(fā)生反應(yīng)后用于提高堵漏漿固化后形成的固結(jié)物的強度;引發(fā)劑與凝固劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，控制固結(jié)時間，保證施工安全;密度調(diào)節(jié)劑用于調(diào)控堵漏漿的密度，使堵漏漿接近于井漿的密度，防止堵漏漿與井漿發(fā)生嚴(yán)重“竄槽”現(xiàn)象，影響封堵質(zhì)量。

固結(jié)類堵漏漿必須在地面環(huán)境下能夠順利配制并能夠泵送入井，在漏失層環(huán)境下能夠固結(jié)形成“封堵墻”。利用儀器模擬漏失地層環(huán)境，在不同的溫度、壓力條件下，評價了化學(xué)固結(jié)堵漏漿稠化時間和抗壓強度兩方面的性能，以確保在安全施工的前提下達(dá)到理想的封堵效果。所用化學(xué)固結(jié)堵漏漿配方為:水+150%～230%HDL－1。

3.1 稠化時間

為了順利開展堵漏施工，堵漏漿泵送時需要具有較好的流變性;泵注化學(xué)固結(jié)堵漏漿及后面的憋擠作業(yè)過程中，要確?；瘜W(xué)固結(jié)堵漏漿不稠化，防止“灌香腸”和“插旗桿”事故的發(fā)生。模擬不同漏失層的溫度、壓力，利用增壓稠化儀評價了不同密度條件下的化學(xué)固結(jié)堵漏漿的稠化時間，評價結(jié)果表明，化學(xué)固結(jié)堵漏漿的稠化時間可以控制在4～12 h范圍內(nèi)，能夠滿足堵漏施工的安全要求。堵漏漿流變性及稠化時間試驗結(jié)果見表1。

表1 化學(xué)固結(jié)堵漏漿流變性能及稠化時間

3.2 固結(jié)物強度

化學(xué)固結(jié)堵漏漿形成的固結(jié)物需要有一定的強度，能夠承受井筒壓力和漏失地層壓力兩者之間的壓差，才能滿足封堵漏失層的要求。在100℃、25 MPa條件下，利用增壓養(yǎng)護釜，測試了不同養(yǎng)護時間下固結(jié)物的強度，試驗結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，化學(xué)固結(jié)堵漏漿稠化后形成的固化物，24 h內(nèi)強度＞10 MPa，36 h強度＞14 MPa，48 h強度＞17 MPa，完全可以滿足10 MPa以上的承壓堵漏要求。

圖2 固結(jié)物強度發(fā)展曲線

4 現(xiàn)場施工

4.1 化學(xué)固結(jié)堵漏配方

通過調(diào)研鄰井情況，根據(jù)地溫梯度確定SX2井漏失層的溫度在81.7～87.7℃之間，根據(jù)該井1.35 g/cm3的井漿密度，計算出二疊系漏失層所處壓力為50～54 MPa。根據(jù)溫度和壓力條件，參考室內(nèi)實驗結(jié)果，確定的SX2井化學(xué)固結(jié)堵漿漏配方為:水+170%HDL－1，堵漏漿密度1.45 g/cm3。根據(jù)該井二疊系漏失層的溫度、壓力，開展了88℃、55 MPa條件下的稠化實驗，實驗結(jié)果如圖3所示，該條件下的稠化時間為9.53 h。

圖3 88℃、55 MPa稠化曲線

4.2 施工過程

由于該井二疊系漏失層較長，為達(dá)到較好的堵漏效果，分2次對漏失層進行封堵，首先封堵下部漏失層(3850～4025 m)，然后封堵上部漏失層(3709～3850 m)。

針對下部漏失層，進行了化學(xué)固結(jié)堵漏施工。首先下光鉆桿至4020 m，然后注入大顆粒橋接堵漏漿15 m3，化學(xué)固結(jié)堵漏漿24.5 m3、替鉆井液32 m3，起鉆至3500 m(套管鞋內(nèi))，關(guān)閉封井器，從環(huán)空憋擠鉆井液，共擠入鉆井液19.68 m3，最高憋擠壓力達(dá)到了14 MPa。關(guān)井候凝12 h后探塞，塞面為3902 m。

確定下部有化學(xué)固結(jié)塞后，針對上部漏失層，再次進行了化學(xué)固結(jié)堵漏施工。光鉆桿下至3900 m處，循環(huán)正常后，注入化學(xué)固結(jié)堵漏漿24.3 m3，替漿31 m3，起鉆至3500 m(套管內(nèi))，循環(huán)30 min后關(guān)閉封井器，進行憋擠作業(yè)。以0.5～1 MPa/30 min的速度緩慢提高憋擠壓力，最高立壓達(dá)到了16.9 MPa，憋擠過程中，共擠入鉆井液14.8 m3。之后關(guān)閉封井器，保持壓力候凝12 h，開井。循環(huán)處理好鉆井液后，下光鉆桿探得塞面為3704 m，調(diào)整鉆井液性能滿足設(shè)計要求后，更換鉆具，掃塞至井底。

4.3 堵漏效果

掃完井內(nèi)化學(xué)固結(jié)塞，充分循環(huán)鉆井液后，起鉆至套管內(nèi)，對二疊系漏失層進行了試壓驗漏。試壓過程中，逐步提高立壓，最高立壓達(dá)到8.5 MPa，停泵后立壓8.2 MPa，30 min后立壓降至7.5 MPa，壓降為0.7 MPa/30 min。試壓驗漏所用鉆井液密度為1.35 g/cm3，計算可知二疊系漏失層(4025 m處)當(dāng)量密度為1.56 g/cm3，能夠滿足后續(xù)鉆井作業(yè)要求。

5 結(jié)論

(1)化學(xué)固結(jié)堵漏漿承壓能力達(dá)到17 MPa以上，抗溫達(dá)到180℃以上，密度在1.3～1.9 g/cm3之間可調(diào)，并且常溫常壓下流動性好，便于地面泵送。對于地層破碎的裂縫性漏失層有較好的封堵效果。

(2)SX2井二疊系火成巖漏失層地層破碎、裂縫發(fā)育，橋接堵漏封堵效果較差。通過運用高強度、抗高溫的化學(xué)固結(jié)堵漏技術(shù)，有效地封堵住二疊系火成巖漏失層，滿足了后續(xù)鉆井施工的要求，地層承壓能力由不足1.20 g/cm3提高至1.56 g/cm3以上。

(3)破碎性漏失地層堵漏難度大，需進一步研究固結(jié)類堵漏材料和配方，并完善現(xiàn)場施工工藝。

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Chemical Consolidation Plugging Technology in SX2 Well of Tahe Oilfield in the Permian Igneous Rock Forma-tion

/LIU Jin-hua，LIU Si-hai，WANG Xi-jiang，CHEN Zeng-wei(SINOPEC Research Institute of Petroleum Engineering，Beijing 100101，China)

The 3709～4025m section of SX2 well in Tahe oilfield is in Permian igneous rock formation，where the fracture developed and several leakage happened in this 316m section and lower section during drilling process.Leakage could not be stopped by the efforts of bridging and cement plugging and the total loss occurred while drilling through the Permian at 5340m depth.The chemical consolidation plugging technology was used.The chemical consolidation slurry prepared by the chemical consolidation plugging agent has excellent properties such as high pressure bearing capacity(48h strength can reach above 17MPa)，good temperature resistant(180℃)and good rheological property.This Permian leakage layer was divided into 2 sections and plugged by the chemical consolidation plugging technology，the pressure test presents that the pressure bearing capacity of the leakage layer is increased from 1.20g/cm3to 1.56g/cm3，which meets the requirements of the subsequent drilling.

well drilling;plugging;chemical consolidation;the Permian igneous rock;bridging plugging;Tahe oilfield

P634.8;TE25

A

1672－7428(2017)03－0031－04

2016－04－18;

2017－01－05

劉金華，男，漢族，1976年生，油氣井工程專業(yè)，碩士，從事井筒強化方面的研究及現(xiàn)場服務(wù)工作，北京市朝陽區(qū)北辰東路8號北辰時代518，liujinhua.sripe@sinopec.com。