大慶徐家圍子深部氣藏防漏堵漏技術(shù)

孟祥博

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163114）

大慶油田深層天然氣勘探開發(fā)過程中，鉆井液漏失主要集中在登婁庫(kù)、營(yíng)城組和沙河子等深部地層，超過70%的井發(fā)生漏失和惡性漏失，漏速最高達(dá)到80m3/h，單井最大漏失量超過1000m3，因處理井下漏失導(dǎo)致鉆井周期延長(zhǎng)，給鉆井造成極大經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)這種情況，在分析出深部地層地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同漏失特點(diǎn)分別形成了多種防漏堵漏材料和配套技術(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)防漏堵漏作業(yè)中發(fā)揮了重要作用，為保障大慶深層天然氣的經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)提供了技術(shù)支撐。

1 地質(zhì)情況與漏失特點(diǎn)分析

大慶油田徐家圍子深層天然氣目的層位為登婁庫(kù)組、營(yíng)城組，這些層位巖性屬于礫巖/火山巖，氣孔非常發(fā)育，不規(guī)則橫向、縱向裂隙裂縫較多，裂縫發(fā)育強(qiáng)度受斷裂控制，以高角度構(gòu)造縫、溶蝕縫為主，裂縫寬度10~200μm間，構(gòu)成鉆井液漏失天然通道；同時(shí)，裂縫密度高，膠結(jié)能力差，當(dāng)鉆井液密度控制不合理，所產(chǎn)生的鉆井液液柱壓力無法有效平衡地層孔隙壓力時(shí)，極易導(dǎo)致使地層中原生裂縫張開，產(chǎn)生較多的次生裂縫，并使裂縫之間相互連通，最終導(dǎo)致地層破碎引起鉆井液漏失。

根據(jù)徐家圍子鉆井施工情況統(tǒng)計(jì)，該區(qū)塊的鉆井液漏失主要有以下幾種：①滲透性漏失，這主要是地層含有較多礫巖和含礫砂巖，并且裂縫寬度較小，構(gòu)成了鉆井液發(fā)生滲透性漏失的天然通道，漏速一般小于3m3/h，這種漏失鉆井液總量變化不明顯，只有通過勤觀察、精確測(cè)量和計(jì)算才能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)；②裂縫型漏失，在鉆遇天然裂縫寬度較大的登婁庫(kù)層位時(shí)，極易發(fā)生較大量的鉆井液漏失，漏速一般在3~5m3/h；③孔洞型漏失，在鉆遇火山巖這類裂縫—孔隙結(jié)構(gòu)大量發(fā)育的破碎帶地層時(shí)，當(dāng)鉆井液液柱壓力過大，極易發(fā)生孔洞失返性漏失，井口無鉆井液返出，漏速較大，最大超過80m3/h，嚴(yán)重時(shí)漏失后期會(huì)引起井涌、井噴等事故。

2 徐家圍子防漏堵漏技術(shù)

根據(jù)徐家圍子地質(zhì)情況和漏失特點(diǎn)，制定以下幾方面的防漏堵漏措施：①按照地質(zhì)提示，進(jìn)入漏失層提前100m，補(bǔ)充非滲透橋接劑和隨鉆堵漏劑，保持泥漿內(nèi)有效含量，達(dá)到隨鉆封堵孔隙的目的；②在滿足井控安全的前提下，嚴(yán)控控制鉆井液密度在設(shè)計(jì)下限，合理控制鉆井液流變性，降低井底壓差，防止井下漏失；③調(diào)整鉆井液粘切力，保證井眼凈化效果，降低激動(dòng)壓力；④優(yōu)化堵漏配方，形成針對(duì)性較強(qiáng)的防漏堵漏技術(shù)。

2.1 隨鉆防漏技術(shù)

針對(duì)滲透性漏失地層，在鉆遇漏層前50m，在鉆井液中添加隨鉆防漏材料，可以有效預(yù)防鉆井液漏失。隨鉆防漏材料主要由剛性顆粒、木質(zhì)纖維素類、云母類礦物棉和吸水材料四種組成，第一種材料由不同目數(shù)的核桃殼或者棉籽殼組成，在地層致漏裂縫中起到填充、架橋和支撐作用；第二種材料具有良好的形變能力，能夠在裂縫內(nèi)部和剛性顆粒之間縱橫交錯(cuò)，起到很好的拉扯作用，提高堵漏層的承壓能力；第三種材料能夠在裂縫內(nèi)部根據(jù)裂縫形態(tài)和尺寸發(fā)生形變而增強(qiáng)封堵層的適應(yīng)性；第四種材料在進(jìn)入前三層材料組成的封堵層的剩余空隙中，吸水后會(huì)發(fā)生體積膨脹，會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)封堵層的強(qiáng)度，提高承壓能力。

這種隨鉆防漏技術(shù)已經(jīng)在大慶油田深井累計(jì)應(yīng)用超過50口井，均取得了良好的防漏效果，使徐深區(qū)塊的漏失發(fā)生率由之前的70%降至30%。有的同區(qū)塊相鄰井，通過采用隨鉆防漏技術(shù)成功鉆穿易漏地層，防漏成功率達(dá)到100%，有效減少了井下復(fù)雜的發(fā)生，縮短了因處理井漏而延長(zhǎng)的鉆井周期，提高了鉆井效率[1]。

2.2 復(fù)合纖維堵漏技術(shù)

復(fù)合纖維堵漏是針對(duì)漏速在5m3/h左右的一種復(fù)合堵漏技術(shù)。當(dāng)漏失速度大于5m3/h，常規(guī)的隨鉆堵漏技術(shù)難以滿足要求。復(fù)合纖維堵漏技術(shù)的核心材料是剛性纖維和彈性纖維，其中剛性纖維可以在壓差作業(yè)下發(fā)生一定的形變進(jìn)入到地層的裂縫之中，起到支撐、架橋的作用，形成第一層纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；彈性纖維可以在封堵層中很好地分散，使形成的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加致密，兩種纖維相互纏繞可提高承壓能力，降低封堵層在壓力釋放之后的“返吐”幾率[2]。

該技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中也取得了良好效果。在FS-2井鉆至3500~3700m左右時(shí)發(fā)生三次漏失，漏失最高達(dá)到35m3/h，累計(jì)漏失200多立方米，使用該技術(shù)進(jìn)行第一次堵漏，漏速降至0.6m3/h，第二次堵漏后漏速小于0.5m3/h，第三次堵漏后漏失現(xiàn)象消失，正常鉆進(jìn)。

2.3 延遲膨脹堵漏技術(shù)

延遲膨脹堵漏是專門針對(duì)地層漏失量較大，漏速大于10m3/h的一種停鉆堵漏技術(shù)。這種技術(shù)是將吸水后可以發(fā)生體積膨脹的材料，采用一種包覆方法將其進(jìn)行包裹。這種材料在隨著鉆井液往地層注入的過程中，內(nèi)部的膨脹材料不會(huì)直接與液相接觸，也就不會(huì)發(fā)生體積膨脹，待進(jìn)入漏失地層致漏裂縫內(nèi)部，在井底溫度作用一段時(shí)間后外部包覆層開始融化，內(nèi)部的膨脹材料與液相接觸開始發(fā)生體積膨脹和變形，這種技術(shù)的封堵材料能直接在裂縫內(nèi)部進(jìn)行封堵和變大，對(duì)致漏裂縫進(jìn)行深處內(nèi)封堵。這種堵漏材料具有體積膨脹倍率高、膨脹時(shí)間能延遲2~5h、抗溫達(dá)120℃的特點(diǎn)，可有效封堵0.5~4mm寬的裂縫，將封堵層的承壓能力提高至5.5MPa以上[3]。

技術(shù)成果在徐深區(qū)塊XS1井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，該井鉆至4000m左右時(shí)發(fā)生較為嚴(yán)重的漏失，漏失速度約為4m3/h，單日累計(jì)漏失鉆井液超過180m3，全井漏失量大于400m3。前后共進(jìn)行5次堵漏作業(yè)也沒有取得明顯效果，在使用延遲膨脹堵漏技術(shù)之后，漏速降低0.54m3/h，再添加隨鉆材料后恢復(fù)正常鉆進(jìn)。與鄰井相比，大幅度降低了累計(jì)漏失量，縮減了井漏處理時(shí)間，節(jié)約了堵漏成本[4]。

2.4 化學(xué)凝膠堵漏技術(shù)

針對(duì)地層中存在溶洞、孔洞等較大天然漏失通道的地層，常規(guī)堵漏技術(shù)難以起到有效堵漏作用。為解決這類漏失難題，研制了一種具有低剪切、高粘度的特種凝膠堵漏劑，主要原料為瓜膠和交聯(lián)劑，在較低的剪切速率或者靜止?fàn)顟B(tài)下，能通過化學(xué)作用產(chǎn)生分子交聯(lián)，形成粘度在（10~100）×104mPa·s之間的凝膠。雖然粘度較高，但在高速度梯度下能夠剪切變稀，很容易泵入地層，能夠根據(jù)地層溶洞、孔洞的形態(tài)和走向發(fā)生任意形變，從而形成強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、粘度和彈性高的高承壓封堵層[5]。

這種凝膠堵漏法在大慶徐深區(qū)塊某井進(jìn)行了應(yīng)用，該井在二開開鉆后1h就發(fā)生泥漿池體積減少的情況，加入隨鉆堵漏劑后漏失量有所減少，繼續(xù)鉆進(jìn)后突然發(fā)生嚴(yán)重漏失，漏失速度在60~70m3/h之間，預(yù)計(jì)是鉆遇溶洞型地層，開始進(jìn)行停鉆堵漏作業(yè)。先在井筒中注入30m3清水，在備用罐中打入50m3清水，分別加入瓜膠和交聯(lián)劑配成1%濃度的凝膠，并加入復(fù)合纖維堵漏材料，充分?jǐn)嚢韬笞⑷刖猜┦Ь?，憋?0min后開泵試漏，鉆井液返出正常，恢復(fù)正常鉆進(jìn)。

3 結(jié)論

（1）大慶油田徐家圍子天然氣地層在勘探中極易發(fā)生鉆井液漏失、惡性漏失和失返性漏失，給天然氣勘探開發(fā)造成巨大損失。

（2）通過研究地質(zhì)特征和技術(shù)攻關(guān)，逐步形成了隨鉆防漏、延遲膨脹堵漏等防漏堵漏材料，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中發(fā)揮了巨大作用，為大慶油田天然氣資源的經(jīng)濟(jì)有效動(dòng)用提供了技術(shù)支撐。