深層頁巖氣油基鉆井液承壓堵漏技術(shù)

梁文利

（ 中石化江漢石油工程有限公司頁巖氣開采技術(shù)服務(wù)公司，武漢430072）

深層頁巖氣開發(fā)，儲藏埋深大于3 500 m，地層壓力系數(shù)增加，由以前的1.45～1.50上升到1.60～1.80，由于地層微裂縫發(fā)育，地層破碎程度增加，地層承壓能力需要進一步提高。為了提高固井質(zhì)量，防止在固井過程中水泥漿發(fā)生漏失，需要進一步提高地層承壓能力，特別是在完鉆時候需要對油基鉆井液進行封堵性能改造，以提高薄弱地層的承壓能力。目前中國的承壓堵漏技術(shù)，堵漏材料普遍采用常規(guī)水基堵漏材料，例如核桃殼、鋸末等，他們的親水性強，在油基鉆井液環(huán)境中容易膨脹、變質(zhì)、降解，堵漏效果的持久性差，而且與油基鉆井液的配伍性能差，不能形成有效封堵，對油基鉆井液的流變性能影響較大。因此，需要對深層頁巖氣的提承壓堵漏技術(shù)及配套堵漏材料進行研究攻關(guān)。

1 新型國外油基堵漏技術(shù)

采用湖北創(chuàng)聯(lián)石油科技有限公司自主研制的CDL-Ⅲ型高溫高壓動靜態(tài)堵漏試驗儀，對新型國外油基堵漏技術(shù)進行堵漏材料性能評價，模擬漏失地層溫度110 ℃和堵漏時的壓差5 MPa，并建立模擬不同漏失地層的物理模塊，模塊采用梯形縫塊，外形尺寸為φ38 mm×500 mm，進出口縫寬分別為：8～5 mm、5～3 mm、5～2 mm、4～2 mm、3～1 mm、2～0.5 mm等。實驗結(jié)果見表1。

表1 油基堵漏漿堵漏實驗結(jié)果

從表1可以看出：2種油基堵漏漿配方均能夠堵住1 mm裂縫，承壓能力達到7 MPa；對于2 mm裂縫，不能夠有效封堵，在承壓能力1 MPa時候，就全部漏完。因此，這2種堵漏漿配方，只能夠封堵1 mm裂縫以及以下的微小裂縫。

該新型國外油基承壓堵漏材料共由4種材料組成，F(xiàn)IT、SEAL、FIRST STRIKE、BLOCKADE，每種材料的特點和作用機理如下。①FIT是一種由纖維、碎片和顆?；旌隙傻你@井密封劑，用于增強地層完整性，尤其是裂隙巖層和衰竭砂層。該產(chǎn)品可用于水基、油基鉆井液以及修井液。提供了含可變形性和可壓縮性的顆粒的組合材料，以增強鉆井液的粒度分布，改善裂隙、多孔和或衰竭地層的密封效果。FIT能夠在裂隙地層中形成應(yīng)力籠，因此對增加井筒環(huán)箍強度特別有用。當(dāng)裂縫閉合應(yīng)力增加時，可以增加地層完整性和壓裂梯度。②SEAL是一種由顆粒、碎片、纖維和聚合物混合而成的鉆井密封劑。這些可變形、可壓縮的顆粒，在水基、油基鉆井液和合成的流體中，對地層的孔道和裂縫形成橋堵和堵塞，避免地層漏失。該密封劑能夠單獨作為一種產(chǎn)品，或者與其它性質(zhì)的堵漏產(chǎn)品配合使用防止漏失。這些密封劑也可用在波及轉(zhuǎn)向中，或者泵入井下實現(xiàn)永久封堵。③FIRST STRIKE是一種由纖維、碎片和顆?；旌隙傻你@井密封劑，是防止鉆井液流失的第一道防線。該產(chǎn)品可用于水基、油基鉆井液以及修井液。其是一種含可變形性和可壓縮性的顆粒的組合材料，以增強鉆井液的粒度分布，改善裂隙、多孔和或衰竭地層中的密封效果；能夠在裂隙地層中形成應(yīng)力籠，因此對增加井筒環(huán)箍強度特別有用，當(dāng)裂縫閉合應(yīng)力增加時，該過程實際上可以增加地層完整性和抗斷裂性。FIRST STRIKE也可用于增強衰竭砂層，以減少鉆井液漏失和壓差卡鉆發(fā)生的可能性。④BLOCKADE為獨有的混合型封堵劑，在各種類型的水基、油基鉆井液中形成一種穩(wěn)定的、高固相、高濾失量的鉆井液堵漏劑，該產(chǎn)品同漏失層接觸后，加有該堵漏劑的鉆井液能夠快速失水或者失油，在裂縫、孔隙、孔穴空間內(nèi)形成一個可鉆的水泥塞，當(dāng)采用較低的擠注壓力時，封堵效果更好。該水泥塞易于鉆除，不會產(chǎn)生井下復(fù)雜情況。殘留堵漏劑仍可作為高質(zhì)量的鉆井液濾餅存在。該堵漏劑能夠配成堵漏鉆井液，密度可加重到2.28 g/cm3，無需特殊的混合設(shè)備。從攪拌器和管線入口加入一定量的堵漏劑和重晶石粉，然后使用泥漿泵頂替加入堵漏劑的鉆井液。

以上4種堵漏材料由于抗溫能力強，均大于180 ℃，不會發(fā)生在高溫條件下糊化、降解、變質(zhì)、堵漏效果持久性差的問題；另外，由于親油性適度，對油基鉆井液的破乳電壓不會造成下降甚至破乳的危害，與油基鉆井液體系的配伍性良好，在隨鉆堵漏漿鉆進時或者篩除堵漏材料后，不會對流變性造成增稠，發(fā)生黏度變化大的問題。如表2所示：該新型國外堵漏材料對鉆井液流變性影響不大，過篩后鉆井液體系中的堵漏材料可以被篩除，整個鉆井液仍然擁有很好的流變性。

表2 該新型國外堵漏材料對油基鉆井液性能影響

2 自主研發(fā)油基提承壓堵漏材料

2.1 自研產(chǎn)品特點

目前現(xiàn)場油基承壓堵漏材料只能封堵1 mm及以下的微小裂縫，為此開發(fā)了一種簡化配方的新型油基堵漏劑，該堵漏劑僅由一種類型的堵漏材料組成，且是經(jīng)過特殊工藝加工成5 mm以下不同顆粒級配的堵漏材料混合而成，材料代號為T150。在油基鉆井液中，隨著時間和溫度的變化，該堵漏劑產(chǎn)生一個彈性體，能夠阻止鉆井液向地層漏失。該堵漏劑一旦在井壁周圍形成封堵墻，會降低漏失壓力，封堵劑顆粒會釋放蓄積彈性能量，進一步變形，占領(lǐng)在倉促建立封堵墻時未能及時占據(jù)的其它自由空間，并通過顆粒之間的遠程范德華力和“纖維手”之間的橋接力提高封堵劑顆粒間的聯(lián)結(jié)力，進一步提高封堵墻強度。即使正壓差降至很低，也不會被地層反吐出來。所以，該堵漏劑具有自我調(diào)整“進留顆粒粒徑”的能力[1-3]。

該產(chǎn)品有3種型號：T150-Ⅰ、T150-Ⅱ、T150-Ⅲ，其中T150-Ⅰ適用于微裂縫、 小裂縫的隨鉆堵漏，顆粒級配為1 mm以下不同尺度的材料；T150-Ⅱ適用于小到中型漏失，顆粒級配為3 mm以下不同尺度的材料；T150-Ⅲ適用于中到大型漏失的堵漏，顆粒級配為5 mm以下不同尺度的材料。

2.2 自研產(chǎn)品堵漏性能評價

在4 L取自現(xiàn)場的油基鉆井液中加入T150油基堵漏材料， 攪拌均勻， 針對1～4 mm不同寬度裂縫做承壓堵漏實驗，結(jié)果見表3，實驗圖片見圖1。

表3 1～4 mm裂縫堵漏實驗數(shù)據(jù)

圖1 油基堵漏漿封堵裂縫情況（裂縫寬度從左至右依次為1、2、3、4 mm）

實驗結(jié)論：自主研制開發(fā)的T 150堵漏材料在油基鉆井液中，能夠封堵1～3 mm的裂縫，具有很高的承壓能力，最高達到7 MPa，可以作為目前涪陵工區(qū)油基鉆井液的主要防漏堵漏材料，提高地層承壓能力。從圖1可以看出：裂縫端面全部封堵住，堵漏材料進入裂縫深部，并在裂縫內(nèi)部進行搭橋堆積，形成阻塞。

2.3 堵漏材料與油基鉆井液的配伍性評價

為了考察自主研制的堵漏材料T 150加入油基鉆井液后是否產(chǎn)生副作用，進行了配伍性實驗，主要考察流變性和破乳電壓等技術(shù)參數(shù)的影響。鑒于大顆粒加入后對六速旋轉(zhuǎn)黏度計造成數(shù)值不穩(wěn)定，只做了T150-Ⅰ型堵漏劑與油基鉆井液的配伍性實驗，實驗數(shù)據(jù)見表4。從表4可知，T150-Ⅰ對油基鉆井液的流變性和破乳電壓無影響，參數(shù)變化小，沒有造成大幅度波動，說明自主研制的油基堵漏新材料與油基鉆井液的配伍性好。

表4 堵漏材料T150-Ⅰ對油基鉆井液性能的影響

2.4 堵漏材料受壓與回彈實驗

堵漏材料T150在不同壓力下的回彈體積見表5。從表5可以看出：該堵漏材料的初始體積比較大，這是因為顆粒之間的空隙較大，加壓后材料體積縮小，卸壓后樣品體積均回彈，在10～20 MPa的不同壓力情況下，均有不同程度的回彈，該回彈特性適合油基鉆井液環(huán)境下的承壓堵漏，提高地層的承壓能力。

表5 堵漏材料T150在不同壓力下的回彈體積

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 焦頁XX井工程概況

焦頁XX井是部署在川東南地區(qū)川東高陡褶皺帶平橋斷背斜上的一口開發(fā)井。目的層為上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組下部頁巖氣層，完鉆層位為志留系龍馬溪組，鉆至B靶點留口袋完鉆。其鄰井焦頁YY井在鉆進至4 685.74 m出現(xiàn)滲漏，采用隨鉆堵漏恢復(fù)正常。繼續(xù)鉆進至井深4 728.72 m漏速達到20 m3/h，采用單封、隨鉆堵漏劑、復(fù)合Ⅰ型堵漏劑、高效復(fù)合堵漏劑、核桃殼、納米封堵劑、油基封堵劑、云母片等，堵漏材料總濃度達到36%，經(jīng)過2次堵漏無效。根據(jù)鄰井巖心分析：該層段頁巖巖心筆石化石發(fā)育程度低，構(gòu)造縫發(fā)育，共發(fā)育36條裂縫，多交織呈網(wǎng)狀，層間縫較發(fā)育，巖心呈千層餅形狀。

3.2 承壓堵漏施工

焦頁XX井在鉆至井深4 205 m時，為了提高鉆井液密度時候防止漏失，加入隨鉆堵漏劑，將鉆井液密度從1.70提高至1.75 g/cm3。由于井下氣侵較嚴重，接單根后效大，且地層承壓能低，造成密度窗口極低，結(jié)合國外防漏堵漏技術(shù)進行隨鉆承壓堵漏作業(yè)。

第1階段配制清掃漿20 m3（分別加入FIT、BLOCKADE、DRILL-SEA）， 待 配 制 好 堵 漏 漿 后，鉆進至井深5 121.00 m開始注入清掃漿2.4 m3，隨后鉆進期間每15 min加入“FIT”一袋，緩慢提升堵漏材料含量，每鉆進1個立柱再次泵入1.6 m3清掃漿至井筒內(nèi)循環(huán)，直到全井鉆井液的FIT濃度達到1.5%。第2階段再次配制清掃塞20 m3（加入FIT、BLOCKADE）。進入第2階段時逐步提密度至1.75 g/cm3鉆進，鉆進期間未發(fā)生漏失。

鉆進至井深5 692 m完鉆，根據(jù)固井技術(shù)要求，對整個裸眼段進行提承壓作業(yè)，換牙輪鉆頭，下鉆通井的漏失情況見表6。

表6 頁巖氣井焦頁XX井下鉆分段循環(huán)漏失情況

從表6可以看出，扶正器和牙輪鉆頭鉆具組合在裸眼段下鉆通井過程中，比PDC鉆頭鉆進的井眼直徑略大些，把致密的泥餅破壞掉，尤其是在漏失層位，把堵漏材料形成的井壁破壞，循環(huán)出來，不能短時間內(nèi)建立可承壓的井壁，因此在下鉆過程中發(fā)生微漏至小漏失。

為了提高承壓堵漏能力，采用國外堵漏技術(shù)進行專項承壓堵漏作業(yè)。首先是采用隨鉆循環(huán)堵漏，提高承壓能力至循環(huán)不漏；再對井漏層段進行專堵，使地層承壓能力從1.75 g/cm3提高至1.80 g/cm3不漏；最后采用國外油基堵漏漿+T150堵漏材料聯(lián)合堵漏，對漏失層位至套管鞋長裸眼段進行專堵，地層承壓能力提高至1.85 g/cm3，篩除井漿中的堵漏材料，循環(huán)不漏。

承壓堵漏施工注意事項：①先是采用正注方式，隨著泵入量的不斷增加，泵入壓力和套管壓力也會逐漸升高，地層會再次破裂。破裂后應(yīng)當(dāng)暫停打壓，靜止堵漏2 h后再逐步打壓，當(dāng)超過地層破裂壓力后采用“間歇式泵入進行承壓堵漏”的方式，逐漸將壓力提到預(yù)定值。②在立管壓力達3 MPa的時候，采用反擠的方式，套管壓力穩(wěn)定時停止打壓[4-5]。承壓堵漏作業(yè)具體情況見表7。

在固井注水泥漿過程中，未發(fā)生漏失，堵漏效果良好。

表7 頁巖氣井焦頁XX井承壓堵漏情況

4 結(jié)論

1.國外油基堵漏技術(shù)可以借鑒的是：在循環(huán)時先泵入部分堵漏漿，循環(huán)選擇小排量。待堵漏漿出鉆頭后逐步提高排量，發(fā)生漏失的話，再次泵入堵漏漿，依次進行，直至循環(huán)至不漏，排量調(diào)整至正常循環(huán)鉆進時的排量，停止泵入堵漏漿。

2.承壓堵漏作業(yè)，應(yīng)該選擇對最下面的漏層至套管鞋這一段進行承壓堵漏，否則漏掉某個漏層、某個薄弱地層，造成承壓堵漏效果不好，則需再次進行重復(fù)堵漏，浪費時間和材料。

3.自主研制的親油型堵漏材料T150，能夠封堵3 mm以下的裂縫，根據(jù)現(xiàn)場堵漏情況分析認為1 mm≤井下當(dāng)量裂縫寬度≤3 mm，應(yīng)該根據(jù)前期堵漏提承壓能力，和堵漏材料粒徑分布，進行優(yōu)化堵漏漿顆粒尺寸分布，該種材料可以作為國外承壓堵漏材料的有益補充，提供寬范圍的粒徑，為提高一次性堵漏成功率提供技術(shù)支撐。