南約洛坦氣田碳酸鹽巖儲(chǔ)層井漏治理技術(shù)

向朝綱 陳俊斌 陳 鑫

1.中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 2.中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司國(guó)際工程公司

土庫(kù)曼斯坦南約洛坦氣田碳酸鹽巖氣藏儲(chǔ)集空間、流體（油、氣、水）以及壓力系統(tǒng)復(fù)雜，勘探實(shí)踐中井漏頻繁、漏速大、漏失井段長(zhǎng)，特別是高壓、高產(chǎn)、高含硫化氫縫洞型地層惡性井漏和噴漏同存、同層問(wèn)題突出，成為制約該區(qū)塊高效、安全鉆完井的最主要瓶頸[1-2]。針對(duì)該區(qū)塊復(fù)雜井漏問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多年立項(xiàng)攻關(guān)和勘探實(shí)踐，對(duì)該區(qū)塊漏層性質(zhì)、井漏特征及復(fù)雜地層漏失機(jī)理等方面有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，并形成了防漏堵漏系列特色技術(shù)，有效地降低了目標(biāo)區(qū)塊及類似區(qū)塊井漏、溢流復(fù)雜時(shí)效。但對(duì)特別復(fù)雜的主體構(gòu)造碳酸鹽巖裂縫—溶洞型惡性井漏和同一裸眼下多壓力系統(tǒng)窄安全密度窗口“噴漏同存”等的治理效率較低，需進(jìn)一步深化復(fù)雜地層井漏和堵漏機(jī)理的研究和認(rèn)識(shí)，創(chuàng)新發(fā)展和借鑒應(yīng)用國(guó)內(nèi)外最新復(fù)雜井漏治理新技術(shù)、新工藝，完善該區(qū)塊防漏堵漏技術(shù)模板，提高復(fù)雜井漏治理效率。

1 漏層性質(zhì)與井漏特征

1.1 漏層性質(zhì)

南約洛坦氣田儲(chǔ)層碳酸鹽巖孔、洞和縫按照不同方式和規(guī)模構(gòu)成了主要漏失通道。其主要漏層縱向上分布依次為上侏羅統(tǒng)牛津—卡洛夫階第8層、第9層和第10層，主要巖性為云狀、顆粒狀和孔狀生物灰?guī)r。根據(jù)巖心照片（圖1）和電成像資料（圖2）分析可知，第8層巖石裂縫和溶蝕孔洞發(fā)育，孔洞與裂縫連通復(fù)雜，部分區(qū)塊發(fā)育半充填大型溶洞。鉆井過(guò)程中以失返性漏失為主，部分井放空現(xiàn)象，且呈現(xiàn)出噴、漏、塌卡等多重復(fù)雜并存。第9層巖石發(fā)育天然致漏裂縫和非致漏裂縫。鉆井中表現(xiàn)為高全烴微漏或壓裂性漏失為主。第10層巖心可看出珊瑚礁、溶洞和裂縫發(fā)育，地質(zhì)最為復(fù)雜。多數(shù)井鉆進(jìn)過(guò)程中容易出現(xiàn)漏失失返，鉆具放空，氣液重力置換嚴(yán)重，惡性漏失和溢流復(fù)雜問(wèn)題同存，鉆井過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)井筒壓力的有效控制難度大。

1.2 井漏特征

對(duì)該區(qū)塊已完鉆井儲(chǔ)層井漏情況進(jìn)行不完全統(tǒng)計(jì)（表1、圖3、圖4）。由表1分析可知：南約洛坦氣田碳酸鹽巖儲(chǔ)層漏失主要以誘導(dǎo)性裂縫漏失為主，所占比例為53.54%。其漏失速率常表現(xiàn)為由小漏向大漏、失返性漏失發(fā)展，主要原因是誘導(dǎo)性裂縫在井筒壓力的傳遞過(guò)程水力劈裂效應(yīng)導(dǎo)致縫洞聯(lián)通性，裂縫開度以及裂縫密度增加。其次，天然的洞穴型漏失占據(jù)11.81%，該類漏失復(fù)雜情況與洞穴空間大小以及其縫洞穴的聯(lián)通程度有關(guān)。由圖3、圖4分析可知，復(fù)雜井惡性漏失次數(shù)多，單井漏失量大，堵漏次數(shù)多，說(shuō)明惡性井漏問(wèn)題堵漏成功率不足。

2 碳酸鹽巖儲(chǔ)層井漏治理技術(shù)

圖1 漏層巖心照片

圖2 漏層成像資料圖

表 1 不同漏失類型漏失次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

圖3 復(fù)雜漏失井累計(jì)漏失量對(duì)比圖

圖4 復(fù)雜漏失次數(shù)和堵漏次數(shù)對(duì)比圖

結(jié)合土庫(kù)曼斯坦南約旦儲(chǔ)層特征和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐實(shí)踐，總結(jié)和分析了不同漏失類型的堵漏原理和思路以及相應(yīng)的防漏堵漏技術(shù)，尤其針對(duì)裂縫—孔洞型惡性漏失問(wèn)題和高壓氣層噴漏同存復(fù)雜問(wèn)題治理難點(diǎn)進(jìn)行梳理，提出了相應(yīng)的治理方案。

2.1 非失返裂縫性井漏治理技術(shù)

裂縫性碳酸鹽巖地層主要發(fā)育天然致漏裂縫和非致漏天然裂縫。致漏天然裂縫漏失特征為遇縫即漏，但漏失強(qiáng)度不高，若無(wú)及時(shí)有效地封堵，壓力傳遞可使天然裂縫尺寸和密度增加，而使漏失不斷增大，直至惡化。而非致漏天然裂縫但在井筒壓力擾動(dòng)下發(fā)展成致漏性裂縫[3-5]。處理一般性裂縫性漏失問(wèn)題，即時(shí)有效的封堵隔絕壓力傳遞是關(guān)鍵。其基本思路在在鉆進(jìn)過(guò)程中用泥漿為主的技術(shù)手段來(lái)隨鉆不斷提高所鉆遇地層的破裂壓力、（漏失壓力、承壓能力），隨鉆擴(kuò)大鉆遇地層的安全密度（壓力）窗口，以隨鉆防漏為主、堵漏為輔；立足于防，防不住再堵。

針對(duì)南約拉坦孔隙與微裂縫漏失儲(chǔ)層，綜合考慮漏速大小、井下鉆具鉆頭水眼和回壓閥尺寸以及現(xiàn)場(chǎng)堵漏材料類別，優(yōu)化堵漏材料級(jí)配以及濃度，優(yōu)化形成有效治理該類井漏問(wèn)題的系列橋漿堵漏配方（表2）。該堵漏配方在南約洛數(shù)十口的防漏治理中應(yīng)用表明，其封堵能力強(qiáng)，承壓強(qiáng)度高，堵漏成功率高。

2.2 破碎性及縫洞性儲(chǔ)層惡性漏失治理技術(shù)

該區(qū)塊碳酸鹽巖儲(chǔ)層縫洞發(fā)育、連通性好且其破碎，鉆井過(guò)程中易出現(xiàn)失返性惡性井漏，多次采用橋漿、HHH漿、凝膠堵漏、復(fù)合堵漏和水泥漿堵漏等措施均無(wú)明顯效果。其堵漏難點(diǎn)在于[6-8]：①碳酸鹽巖裂縫壁面光滑且漏失通道尺寸變化大，常規(guī)橋堵材料無(wú)法在近井壁漏失通道內(nèi)架橋、填充堆積形成有效封堵帶；②碳酸巖巖溶洞、大裂縫中常存在地層水或井筒流體，水泥漿受到地層水或溶洞積液置換、稀釋的干擾，堵漏液沖稀后，難以固化；③對(duì)于裂縫性（特別是垂直裂縫）氣層的噴漏同層，重泥漿、堵漏漿、（包括水泥漿）因密度高而從裂縫下部流入地層，而天然氣從裂縫上部進(jìn)入井內(nèi)，各行其道而使堵漏漿無(wú)法停留也無(wú)法填滿漏層裂縫空間，堵漏很難成功；④高壓氣層高速氣流進(jìn)入漏層，大大增加漏失壓差，使壓井液漏失速度大幅度提高，堵漏漿更難在漏層裂縫停留。同時(shí)，被高速氣流高度分散或霧化的堵漏液更無(wú)法在裂縫中聚集停留。

基于上述治理難點(diǎn)，提出采用油基凝膠軟塞和化學(xué)固化硬塞相結(jié)合的方式。油基膠凝軟塞是將吸油膨脹樹脂加入油包水乳化液中，形成具有一定流動(dòng)性可泵送的堵漏漿。將其泵入井下地層漏失通道中，在高溫作用下形成具有一定承壓能力的凝膠軟性膠塞（圖5），該油基凝膠初始流動(dòng)性好，在高溫下形成疏水性凝膠狀軟塞?；瘜W(xué)固化硬塞其形成機(jī)理主要依據(jù)樹脂類類固化劑在高溫激發(fā)作用硬化形成的類水泥段塞（圖6），依據(jù)水泥石抗壓強(qiáng)度測(cè)試程序?qū)Σ煌瑴囟群筒煌瑫r(shí)養(yǎng)護(hù)后的硬塞進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)定（表3），實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，不同溫度和不同時(shí)間養(yǎng)護(hù)形成的硬塞強(qiáng)度不同，在130 ℃養(yǎng)護(hù)72 h條件下可達(dá)到10 MPa，強(qiáng)度適中，滿足承壓封堵要求的同時(shí)，防止鉆塞出現(xiàn)新井眼的狀況。

表 2 非裂縫性漏失橋塞防漏堵漏技術(shù)模板

圖5 不同狀態(tài)下油基軟塞圖片

2.3 高產(chǎn)、高壓、高含硫化氫縫洞性地層“噴漏同存”堵漏壓井技術(shù)

土庫(kù)曼斯坦南約洛坦氣田高產(chǎn)高壓高含硫化氫氣縫洞性地層噴漏同存具以下復(fù)雜特征[9-11]：①漏層與氣層位于同一空間，即“噴漏同層同存”；②鉆遇該地層時(shí)氣液快速置換，并沿井筒滑脫上升，關(guān)井后呈現(xiàn)高井口套壓；③存在硫化氫腐蝕性氣體所引起的井筒安全問(wèn)題；④堵漏壓井期間井內(nèi)高速天然氣流易將各類壓井液高度分散或霧化，加上惡性漏失問(wèn)題的存在，無(wú)法形成完整的壓井液柱來(lái)重建井筒壓力平衡。

圖6 化學(xué)固化硬塞圖片（130°養(yǎng)護(hù)72 h）

表3 不同溫度和實(shí)踐養(yǎng)護(hù)后形成硬塞抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果表

根據(jù)地層情況、井眼狀況、井口裝置狀況、地面環(huán)境狀況綜合考慮，選擇凝膠—尾追水泥反推法堵漏壓井同步進(jìn)行的方法處理該類復(fù)雜問(wèn)題，即用一定量的高黏滯阻力且強(qiáng)隔氣的凝膠在前端注入井中，后跟快干水泥打水泥將井筒污染流體推入地層的同時(shí)一次性封堵漏層，后續(xù)注入高密度壓井液形成有效壓井液柱，堵漏壓井同步進(jìn)行，重建井筒壓力平衡。其堵漏壓井施工工藝如下。

1）由于地層發(fā)生漏失失返性惡性漏失，通常會(huì)導(dǎo)致鉆井液靜液面低于井口，處于井筒內(nèi)的某一位置，此時(shí)為了維持井筒中動(dòng)壓力的相對(duì)平衡，運(yùn)用向井筒內(nèi)灌注泥漿，來(lái)阻止溢流甚至井噴發(fā)生。在噴漏轉(zhuǎn)換前定時(shí)定量的方式實(shí)施吊灌技術(shù)起鉆至安全井段，并密切關(guān)注環(huán)空液面的變化。

2）發(fā)生溢流后，立即關(guān)井，將溢流量控制最小，為下部處理創(chuàng)造條件。期間密切關(guān)注關(guān)井套壓和立壓的變化，并快速準(zhǔn)備堵漏壓井鉆井液，避免關(guān)井時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起其他井下復(fù)雜事故。如果關(guān)井套壓值過(guò)高，根據(jù)地面設(shè)備以及泥漿量的儲(chǔ)備的情況，可以采取擠入一定的地面泥漿，將部分氣體推入地層，使井筒內(nèi)有效液柱壓力增加，同時(shí)使井口壓力降低。

3）采用凝膠—尾追快干水泥實(shí)施壓回法堵漏壓井作業(yè)，即按設(shè)計(jì)注入一定量的凝膠后，跟進(jìn)快凝水泥打水泥塞直接封住氣層，再用壓井重泥漿建立循環(huán)，完成循環(huán)壓井后再進(jìn)行其他作業(yè)。堵漏壓井期間，選擇合適的排量注入堵漏漿和壓井液，施工期間控制套壓小于最大關(guān)井套壓，采用正反同時(shí)注入堵漏漿壓井液，將井筒純氣柱或者或含硫化氫多相流推入地層。頂替水泥施工時(shí)，核對(duì)好替入量。

4）施工結(jié)束后，鉆具內(nèi)應(yīng)憋壓，若環(huán)空液面較低，可向環(huán)空注入或連續(xù)灌入壓井液。

3 結(jié)論

1）南約洛氣田碳酸鹽巖儲(chǔ)層漏層縱向分布主要為第8層、第8層和第10層3個(gè)層位，漏失類型以裂縫型漏失、縫洞型漏失和洞穴型漏失為主。

2）針對(duì)大裂縫或溶洞性惡性井漏問(wèn)題，提出采用抗高溫強(qiáng)阻滯型油基凝膠軟塞和高強(qiáng)度化學(xué)固化硬塞相結(jié)合的方法在漏層形成能隔斷流體運(yùn)移的“隔絕帶”，能大幅度提高地層的承壓能力，拓寬安全密度窗口。

3）針對(duì)高產(chǎn)高壓高含硫化氫氣縫洞性地層噴漏同存問(wèn)題的復(fù)雜性及其特殊性，結(jié)合地層情況、井眼狀況、井口裝置狀況、地面環(huán)境狀況綜合考慮，提出首先采用吊灌和置換法預(yù)處理手段來(lái)延緩漏噴轉(zhuǎn)換時(shí)間和降低井口壓力，然后采用化學(xué)凝膠和尾追水泥的堵漏壓井技術(shù)，重建和恢復(fù)井筒壓力平衡，達(dá)到治漏和防溢目的。