自固結(jié)堵漏技術(shù)在冀東油田G21X3 井的應(yīng)用

許婧，王在明，張藝馨，侯怡

（中國(guó)石油冀東油田分公司鉆采工藝研究院，河北唐山 063000）

常見(jiàn)的鉆井液堵漏材料主要有鉆井液橋接堵漏材料、凝膠[7-9]、水泥漿[10-11]等。目前用得最多的是橋接堵漏材料，但這種堵漏材料易堆積于漏失層，循環(huán)的鉆井液會(huì)沖刷堆積的堵漏材料，破壞堵漏層；惡性裂縫漏失時(shí)，凝膠堵漏會(huì)順著漏層流失，導(dǎo)致堵漏失??；水泥漿堵漏材料由石膏、硅酸鹽、水泥及石灰等物質(zhì)組成,水泥所占比例較大，其凝固后的硬度往往大于地層硬度，重新鉆井時(shí)容易出現(xiàn)新的井眼，使老眼報(bào)廢，另外水泥漿會(huì)污染鉆井液，使鉆井液失去作用。G21X3 井是高南斜坡部位高21 斷塊構(gòu)造較高部位的一口重點(diǎn)預(yù)探井，目的層為東營(yíng)組二段和三段，完鉆井深為4392 m。鉆至井深2670 m 時(shí)出現(xiàn)放空，鉆井液出現(xiàn)失返性漏失。在東營(yíng)一段、二段共漏失4 次，先后組織8 次不同類(lèi)型堵漏作業(yè)，累計(jì)漏失250 m3鉆井液，無(wú)法進(jìn)行正常鉆進(jìn)。根據(jù)G21X3 井地層井漏情況，在常規(guī)堵漏技術(shù)基礎(chǔ)上，筆者提出一種新的自固結(jié)堵漏技術(shù)。該技術(shù)針對(duì)常規(guī)復(fù)合堵漏劑易被鉆井液沖刷，堵漏易失效的問(wèn)題，通過(guò)在云母、纖維、核桃殼、石英砂等材料上涂覆一層樹(shù)脂，這些涂覆樹(shù)脂的堵漏材料泵入到漏層后，在發(fā)生物理堆積的同時(shí)，還在井底溫度作用下相互之間固結(jié)，從而增加了堵漏層的強(qiáng)度，提高了堵漏成功率。

1 地質(zhì)工程概況

1）地質(zhì)簡(jiǎn)況。冀東油田高尚堡區(qū)域構(gòu)造屬于渤海灣盆地黃驊坳陷南堡凹陷北部，高尚堡構(gòu)造帶可進(jìn)一步分為3 個(gè)局部構(gòu)造，即高柳斷層以南的高南斷背斜（斷鼻）構(gòu)造帶、高柳斷層以北的高尚堡披覆背斜構(gòu)造帶及高北斷層上升盤(pán)的高北斷鼻構(gòu)造。G21X3 井位于高南斜坡部位高21 斷塊構(gòu)造較高部位，該井鉆遇的地層自上而下分別為第四系平原組（Qp）、上第三系明化鎮(zhèn)組、館陶組、下第三系東營(yíng)組。巖性主要為碎屑巖，包括礫巖、砂巖、粉砂巖及泥巖等。漏失層位在東營(yíng)組一段（Ed1）2670 m 到東營(yíng)組二段2846 m 附近，巖性為礫砂巖與泥巖互層，存在斷層和裂縫[12]，漏失原因判斷為斷層漏失。

2）工程簡(jiǎn)況。該井一開(kāi)使用φ444.5 mm 鉆頭，采用膨潤(rùn)土-聚合物鉆井液鉆至井深301 m ；二開(kāi)使用φ311.1 mm 鉆頭，采用聚合物鉆井液鉆至井深2428 m；三開(kāi)使用φ215.9 mm 鉆頭，采用低自由水鉆井液鉆至井深4392 m。該井三開(kāi)東營(yíng)組一段（Ed1）2670 m 到東營(yíng)組二段2846 m 附近鉆進(jìn)期間發(fā)生4 次井漏，堵漏8 次，井漏及堵漏情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。由表1 可以看出，2676～2852 m 漏失情況較為嚴(yán)重，多次常規(guī)復(fù)合堵漏和水泥堵漏效果不明顯，屬于嚴(yán)重的斷層漏失。

表1 G21X3 井東營(yíng)組一段、二段應(yīng)用自固結(jié)堵漏劑之前井漏及堵漏情況

2 井下自固結(jié)堵漏技術(shù)

自固結(jié)堵漏劑是一種新型的用于鉆井堵漏的堵漏劑，在井下溫度作用下各種堵漏劑可以相互作用，大幅提高堵漏成功率。由圖1 可知，堵漏材料在裂縫、孔隙內(nèi)富集，緊密接觸，在井底高溫條件下固結(jié)一體實(shí)現(xiàn)有效封堵?，F(xiàn)場(chǎng)施工工藝沿用原來(lái)復(fù)合堵漏的施工工藝，操作簡(jiǎn)便，適用性廣。

圖1 井下自固結(jié)堵漏的基本原理

3 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

自固結(jié)堵漏劑是由常規(guī)復(fù)合堵漏材料如云母、纖維、核桃殼、石英砂、貝殼等表面涂敷5%～15%的環(huán)氧樹(shù)脂組成的，在井下溫度的作用下發(fā)生縮聚反應(yīng)形成三維體型結(jié)構(gòu)樹(shù)脂，增加了堵漏劑中各個(gè)組分之間的固結(jié)力，能夠抵抗鉆井液的沖刷，提高堵漏層的強(qiáng)度和堵漏成功率。自固結(jié)堵漏劑堵漏配方如下。

滲透性漏失及小漏配方：10%樹(shù)脂石英砂+15%樹(shù)脂貝殼+3%樹(shù)脂核桃殼+0.5%礦物纖維（3 mm）

中漏配方：8%樹(shù)脂石英砂+11%樹(shù)脂貝殼+2%樹(shù)脂核桃殼+10%樹(shù)脂云母+0.4%纖維

大漏配方：5%樹(shù)脂石英砂+11%樹(shù)脂貝殼+5%樹(shù)脂核桃殼+10%樹(shù)脂云母+0.4%纖維

3.1 自固結(jié)堵漏材料形貌觀察

自固結(jié)堵漏材料的形貌見(jiàn)圖2 和圖3?？梢钥闯?，涂覆的熱塑性環(huán)氧樹(shù)脂均勻包裹在堵漏材料上。

圖2 涂覆熱塑性環(huán)氧樹(shù)脂的堵漏材料

圖3 自固結(jié)堵漏材料微觀形貌觀察

3.2 常規(guī)復(fù)合堵漏與自固結(jié)堵漏濾餅形貌對(duì)比

對(duì)常規(guī)復(fù)合堵漏材料與自固結(jié)堵漏材料進(jìn)行室內(nèi)堵漏實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，其濾餅的形貌見(jiàn)圖4 和圖5。

圖4 常規(guī)復(fù)合堵漏與自固結(jié)堵漏濾餅形貌對(duì)比

圖5 不同堵漏材料固結(jié)后微觀形貌對(duì)比

由圖4 和圖5 可以看出，常規(guī)復(fù)合堵漏濾餅松散無(wú)膠結(jié)，自固結(jié)堵漏材料黏接牢固；常規(guī)堵漏材料顆粒之間松散堆積，而自固結(jié)堵漏材料固結(jié)后顆粒間被膠黏劑牢固黏接。

3.3 室內(nèi)不同溫度下固結(jié)效果評(píng)價(jià)

在室內(nèi)60～150 ℃下，對(duì)復(fù)合自固結(jié)堵漏材料進(jìn)行固結(jié)時(shí)間評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2 可知，隨溫度的不斷升高，自固結(jié)堵漏劑的固結(jié)時(shí)間不斷縮短，能滿(mǎn)足60～150 ℃下的堵漏施工。

表2 不同類(lèi)型堵漏配方固結(jié)時(shí)間

3.4 堵漏配方承壓評(píng)價(jià)

針對(duì)1、3、5 mm 漏失通道尺寸，對(duì)自固結(jié)復(fù)合堵漏配方進(jìn)行了不同溫度下的封堵性測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表3?？芍?，3 個(gè)配方整體堵漏效果較好，承壓能力均能達(dá)到6 MPa 以上。

表3 不同漏失通道的承壓能力對(duì)比

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)前期井漏情況，現(xiàn)場(chǎng)采用液面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，綜合判斷漏失速度、漏點(diǎn)位置、漏層壓力系數(shù)、漏失類(lèi)型和漏失通道尺寸；根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步確定現(xiàn)場(chǎng)堵漏的堵漏配方，制定可操作性強(qiáng)的堵漏工藝。選用中漏配方與現(xiàn)場(chǎng)鉆井液20 m3混合配比，總濃度為31.4%。

下光桿鉆至漏層2685 m，泵入20 m3自固結(jié)堵漏漿，泵入排量為17 L/s，泵完自固結(jié)堵漏漿后替漿3 m3。關(guān)封井器，單凡爾擠注自固結(jié)堵漏漿20 m3，擠注排量3 L/s。井口壓力升到最高泵壓6 MPa,停泵降至5 MPa，穩(wěn)壓3 h 降至3 MPa，關(guān)井靜堵12 h。堵漏完成12 h 后，循環(huán)篩除自固結(jié)堵漏鉆井液，起鉆進(jìn)套管內(nèi)承壓，累計(jì)憋入2.1 m3鉆井液，憋壓6.0 MPa，穩(wěn)壓15 min 未降，開(kāi)井返吐0.5 m3鉆井液。起鉆換雙扶正器通井，下鉆至2688 m 無(wú)遇阻，循環(huán)過(guò)程中鉆井液未發(fā)生漏失，鉆塞至2748 m 無(wú)漏失，堵漏成功。

5 結(jié)論

1.自固結(jié)堵漏技術(shù)是在常規(guī)復(fù)合堵漏材料上涂敷熱塑性環(huán)氧樹(shù)脂后，在井底溫度作用下樹(shù)脂發(fā)生縮聚反應(yīng)，堵漏材料相互固結(jié)，且固結(jié)強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)牢固，具備耐沖刷、承壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)，可提高堵漏效果

2.自固結(jié)堵漏技術(shù)配方穩(wěn)定，固結(jié)時(shí)間滿(mǎn)足各種漏失情況需要。工藝簡(jiǎn)單，施工方法與常規(guī)復(fù)合堵漏方法相同，且鉆井液過(guò)循環(huán)篩后可以重復(fù)利用，安全可靠，降低經(jīng)濟(jì)成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。