長(zhǎng)慶油田多層系精準(zhǔn)堵漏技術(shù)研究與應(yīng)用

黨 軍，朱明明，張建卿，楊新宏，牛步能，孫 歡

1中國(guó)石油集團(tuán)油田技術(shù)服務(wù)有限公司 2中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司 3中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司

0 引言

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田已建成6 000萬(wàn)噸級(jí)的特大型油氣田，隨著鉆采需求增長(zhǎng)，井漏問(wèn)題逐漸突出。已鉆井大數(shù)據(jù)分析顯示，長(zhǎng)慶區(qū)域易漏層位從上至下依次為：洛河組、延長(zhǎng)組、劉家溝組、石千峰、石盒子、馬家溝組。為降低鉆井開(kāi)發(fā)成本，簡(jiǎn)化井身結(jié)構(gòu)，多套漏失層位常共存于同一裸眼井段[1- 4]，如：“洛河與延長(zhǎng)組”、“延長(zhǎng)組、劉家溝組、石千峰組與石盒子組”同處于同一裸眼井段。裸眼井段跨度在3 000～5 000 m，在鉆井中發(fā)生漏失后很難判斷具體的漏失層位，且漏失機(jī)理不明確，導(dǎo)致堵漏效率低[5- 10]。為提高鉆井時(shí)效、降低鉆井開(kāi)發(fā)成本，通過(guò)分析漏失層位的特性，結(jié)合精準(zhǔn)的漏層定位技術(shù)，采用高效疏水堵漏工作液進(jìn)行多層系精準(zhǔn)堵漏，實(shí)現(xiàn)安全快速鉆完井。

1 長(zhǎng)慶油田多層系漏失機(jī)理與技術(shù)難點(diǎn)分析

1.1 長(zhǎng)慶油田多層系漏失機(jī)理分析

1.1.1 洛河組漏失分析

巖心分析顯示，洛河組地層存在大量的天然裂縫，以垂直裂縫為主，發(fā)育較好，寬度一般為0.5～15 mm。裂縫在壓差作用下，由閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)為開(kāi)啟，鉆井液進(jìn)入裂縫內(nèi)，發(fā)生“水力劈尖”作用，壓力沿著裂縫傳向裂縫尖端，裂縫擴(kuò)展、延伸，堵漏難度增加。

1.1.2 延長(zhǎng)組漏失分析

延長(zhǎng)組存在裂縫、微裂縫漏失通道，裂縫腔不規(guī)則且連通性好，水泥堵漏不容易留塞且發(fā)生“竄槽”，堵漏過(guò)程存在假閉合現(xiàn)象，擠封作業(yè)易出現(xiàn)“封門”現(xiàn)象，堵漏材料無(wú)法進(jìn)入漏層，不能形成有效塞段，堵漏成功率低。

1.1.3 劉家溝組、石千峰組、石盒子組漏失分析

劉家溝組底部地層、石千峰組、石盒子組上部三個(gè)漏失層位相鄰，漏失機(jī)理是泥質(zhì)砂巖交錯(cuò)地層，交界面穩(wěn)定性差，有時(shí)出現(xiàn)破碎性交接地層，漏失通道發(fā)育良好，漏失孔隙大，圈閉型壓力分布，堵漏后易出現(xiàn)堵漏漿返吐現(xiàn)象，堵漏效果差。

1.1.4 馬家溝組漏失分析

馬家溝組巖性屬于碳酸鹽巖，地層壓力系數(shù)0.8以下，壓力系數(shù)較低，儲(chǔ)層破碎時(shí)發(fā)育，存在多套裂縫簇，導(dǎo)致發(fā)生失返性漏失；馬家溝儲(chǔ)層埋藏深，一般在3 500 m左右，漏層溫度在100～110 ℃，常規(guī)堵漏材料無(wú)法滿足堵漏需求。

1.2 長(zhǎng)慶油田多層系堵漏技術(shù)難點(diǎn)

1.2.1 漏失層位差異化較大，堵漏難度增加

長(zhǎng)慶油田油藏分布屬于三低油氣藏，鉆探過(guò)程中鉆遇10余套低壓力系數(shù)層位，地層壓力系數(shù)從0.87～1.25，易發(fā)生漏失，且不同漏失層位漏失現(xiàn)象及機(jī)理差異化大，無(wú)高效的堵漏技術(shù)實(shí)現(xiàn)一次堵漏成功。

1.2.2 多個(gè)漏失層位同存，漏層難以精準(zhǔn)定位

為降低鉆探成本，井身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為二開(kāi)結(jié)構(gòu)水平井、優(yōu)化三開(kāi)水平井，導(dǎo)致鉆探過(guò)程中多個(gè)易漏層位同處于一個(gè)裸眼井段，如二開(kāi)水平井，長(zhǎng)裸眼存在洛河組、延長(zhǎng)組、劉家溝組、石千鋒組、石盒子組五個(gè)易漏層位，發(fā)生漏失后很難對(duì)漏層位置進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別，無(wú)法明確漏失層位，導(dǎo)致堵漏成功率低。

1.2.3 常規(guī)堵漏漿體抗污染能力弱，易被稀釋，堵漏成功率低

堵漏漿進(jìn)入漏層后易被漏層中的鉆井液和水稀釋，如水泥堵漏施工中，鉆具在注完水泥后起鉆，抽吸作用導(dǎo)致漏層的水和鉆井液與井筒中的水泥堵漏漿混合，導(dǎo)致水泥堵漏漿的整體穩(wěn)定性被破壞，無(wú)法實(shí)現(xiàn)漏層的整體固化，堵漏成功率低；堵漏材料匹配性差，容易出現(xiàn)“封門”假象，導(dǎo)致堵漏失敗[11]。

2 長(zhǎng)裸眼多層系精準(zhǔn)堵漏關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)以上長(zhǎng)裸眼多層系治漏技術(shù)難點(diǎn)，為滿足長(zhǎng)慶油田多層系漏失井安全快速鉆完井技術(shù)需求，發(fā)生漏失后首先通過(guò)“多參數(shù)”漏層識(shí)別技術(shù)進(jìn)行漏層定位，明確漏失層位，再依據(jù)漏速大小及漏失類型，采用疏水多級(jí)配堵漏漿進(jìn)行專項(xiàng)堵漏，實(shí)現(xiàn)測(cè)漏+堵漏的高效堵漏模式，避免多次“盲堵”。

2.1 漏層識(shí)別技術(shù)

長(zhǎng)裸眼井段鉆探中發(fā)生漏失后很難明確漏失位置，導(dǎo)致多次無(wú)效堵漏，國(guó)內(nèi)外未有一種單一測(cè)漏工具能精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)漏層的定位，為保證測(cè)漏數(shù)據(jù)的有效性和精準(zhǔn)性，將井溫和流量?jī)煞N工具通過(guò)轉(zhuǎn)換部件連接，形成一串多參數(shù)漏層識(shí)別工具，再配套測(cè)漏數(shù)據(jù)解析軟件，形成一套長(zhǎng)裸眼井段漏層識(shí)別技術(shù)。

2.1.1 井溫法漏層識(shí)別技術(shù)

在注入(漏點(diǎn))層的下部，井筒井溫和地層溫度接近或相等，而在注入層位，井筒井溫因受注入流體溫度影響，小于地層溫度。當(dāng)井眼中存在漏點(diǎn)時(shí)，注入溫度較低的鉆井液，井筒流體會(huì)在漏點(diǎn)位置改變流動(dòng)速度、流動(dòng)區(qū)域和流動(dòng)方式，從而引起井筒漏點(diǎn)位置溫度異常，引起井溫曲線的異常變化，該異常點(diǎn)確定為漏層位置。儀器參數(shù)配制如表1。

表1 井溫測(cè)漏工具配制參數(shù)

2.1.2 流量法漏層識(shí)別技術(shù)

井漏是一個(gè)動(dòng)態(tài)的流動(dòng)過(guò)程，發(fā)生井漏后鉆井液會(huì)由于壓差作用向弱壓力端流動(dòng)，即漏失層位，流動(dòng)位置可以通過(guò)高精度流量計(jì)進(jìn)行流量監(jiān)測(cè)，依據(jù)此理論優(yōu)化設(shè)計(jì)高精度渦輪流量測(cè)漏工具。渦輪流量計(jì)是利用流體動(dòng)量矩原理實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的，利用井內(nèi)流體推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)記錄渦輪轉(zhuǎn)速確定井內(nèi)流體流速。儀器在下測(cè)的情況下，渦輪一直朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，定義為正轉(zhuǎn)，而且隨著測(cè)井速度的增大，渦輪的轉(zhuǎn)數(shù)也同時(shí)增大，在漏點(diǎn)以下，因渦輪葉片上部失去液體流動(dòng)的摩擦，只剩余葉片下部與靜止液體的摩擦，因此，進(jìn)入漏點(diǎn)以下，渦輪轉(zhuǎn)數(shù)增大。當(dāng)儀器上測(cè)時(shí)，渦輪的作用由于儀器上提的速度和液體共同作用引起的，只是儀器上體時(shí)液體對(duì)渦輪的作用的方向相反，故渦輪反轉(zhuǎn)，在漏點(diǎn)以上，因此，漏點(diǎn)以上，渦輪轉(zhuǎn)數(shù)反向增大，可以通過(guò)渦輪轉(zhuǎn)數(shù)突變點(diǎn)，確定該井深處存在漏層。流量測(cè)漏儀器參數(shù)配制如表2。

表2 流量測(cè)漏工具配制參數(shù)

2.2 高效疏水多級(jí)配堵漏工作液

常規(guī)的堵漏材料為惰性橋塞復(fù)配型進(jìn)行堵漏，但由于漏失通道連通性好，注入堵漏漿后隨著漏失通道流失，很難在漏層滯留，通過(guò)壓差形成封堵墻，為此研發(fā)了一種高效疏水多級(jí)配堵漏工作液。主要由超分子聚合物與多級(jí)配高強(qiáng)度堵漏材料進(jìn)行復(fù)配，當(dāng)堵漏工作液進(jìn)入漏層后，超分子聚合物具有很高的粘彈性，可以很好的在漏失通道掛壁，阻擋堵漏漿的快速流失；多級(jí)配高強(qiáng)度堵漏材料在漏層處堆積，在漏層形成高粘的阻隔塞段，實(shí)現(xiàn)高效堵漏。

2.2.1 堵漏工作液關(guān)鍵處理劑

2.2.1.1 超分子聚合物(TDL- 1)合成與評(píng)價(jià)

利用合成的疏水單體和丙烯酰胺通過(guò)自由基聚合合成疏水締合型聚丙烯酰胺類超分子聚合物。合成步驟如下：稱取29.7 g丙烯酰胺溶于150 mL蒸餾水中，加入0.3 g疏水單體和0.9 g十二烷基硫酸鈉，攪拌混勻后倒入250 mL三口燒瓶中，通氮?dú)獗Ｗo(hù)30 min，升溫至 50 ℃，加入0.09 g偶氮二異丁腈，反應(yīng)4 h，得到粘稠狀聚合物，冷卻加入5 g NaOH水溶液，升溫至80 ℃反應(yīng)5 h，冷卻后得到乳液狀產(chǎn)物。采用Thermo Scientific FT- IR光譜儀對(duì)疏水締合型聚丙烯酰胺類堵漏劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，紅外光譜在3 400 cm-1處具有比較強(qiáng)的峰，表明聚合物分子中存在大量的氫鍵特殊官能團(tuán)的紅外光譜在 3 400 cm-1、3 000 cm-1、1 650 cm-1處發(fā)生了藍(lán)移，表明分子存在大量的非共價(jià)鍵，分子間形成了超分子締合聚集結(jié)構(gòu)。

2.2.1.2 多級(jí)配高強(qiáng)度堵漏材料

依據(jù)漏失地層特性優(yōu)選多級(jí)配高強(qiáng)度堵漏材料，該材料分為I型、II型、III型三種不同型號(hào)，涵蓋纖維狀、粉末狀、不規(guī)則形態(tài)，該堵漏材料具有很好的塑變性，不易在近井壁堆積，出現(xiàn)“封門”，可在漏失通道內(nèi)形成高強(qiáng)度封堵層，具體參數(shù)如表3。

表3 多級(jí)配高強(qiáng)度堵漏材料參數(shù)表

2.2.2 堵漏工作液配方及特點(diǎn)

通過(guò)分析漏失特性、優(yōu)選關(guān)鍵處理劑、室內(nèi)進(jìn)行正交分析，確定出高效疏水多級(jí)配堵漏工作液：基漿+5%～10%Ⅰ型+10%～15%Ⅱ型+15%～20%Ⅲ型+1%TDL- 1。該體系特點(diǎn)：①密度范圍廣：根據(jù)鉆井液性能，基漿密度通過(guò)加重材料調(diào)整在1.05～1.75 g/cm3；②粒徑范圍廣：粒徑分布1～9 mm的范圍，實(shí)現(xiàn)多級(jí)匹配，適用于多類型漏層匹配；③抗溫可達(dá)120 ℃，抗壓可達(dá)35 MPa，滿足多層位漏失井的堵漏需求；④抗污染能力強(qiáng)，該體系加入TDL- 1堵漏材料，堵漏漿不易被鉆井液稀釋，在漏層處易滯留，形成有效的塞段，提高堵漏成功率。

2.2.3 抗污染體系性能評(píng)價(jià)

分別將配制好的高效疏水多級(jí)配堵漏工作液和常規(guī)橋塞類堵漏液，迅速倒入裝有等體積水的量桶中(500 mL:500 mL)，靜止30 min，待量筒中形成的分層穩(wěn)定后觀察堵漏工作液污染后的狀態(tài)。

觀察可知，常規(guī)橋塞堵漏工作液被水稀釋分散，整體穩(wěn)定性大幅降低，而高效疏水多級(jí)配堵漏工作液基本保持原始形態(tài)，漿體穩(wěn)定性強(qiáng)。這說(shuō)明高效疏水多級(jí)配堵漏工作液抗污染能力強(qiáng)，可保證堵漏工作液進(jìn)入漏層后的強(qiáng)度。

2.2.4 堵漏工作液高承壓評(píng)價(jià)

為了模擬不同堵漏工作液配方在不同漏失類型條件下的封堵效果，室內(nèi)對(duì)優(yōu)選的堵漏漿配方進(jìn)行縫板承壓能力評(píng)價(jià)，表4實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出該體系2 mm縫板承壓能力可達(dá)12 MPa，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

表4 堵漏工作液縫板承壓能力評(píng)價(jià)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 應(yīng)用概況

長(zhǎng)慶油田多層系精準(zhǔn)堵漏技術(shù)已在長(zhǎng)慶油田三口井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，依據(jù)地層漏失特性，明確漏失機(jī)理，通過(guò)漏層識(shí)別技術(shù)，明確漏失層位，精準(zhǔn)度±30 m，采用高效疏水多級(jí)配堵漏工作液進(jìn)行分段式一體化堵漏，一次堵漏成功。

3.2 典型現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用案例

SD025- XX井位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市伊金霍洛旗紅慶河鎮(zhèn)額日克柴達(dá)木村，設(shè)計(jì)優(yōu)化三開(kāi)水平井。該平臺(tái)已施工2口優(yōu)化三開(kāi)水平井，在鉆遇延長(zhǎng)組、劉家溝組底部時(shí)出現(xiàn)不同程度的漏失，前期經(jīng)過(guò)多次橋塞和純水泥堵漏施工，恢復(fù)鉆進(jìn)，鉆遇石千鋒組層位后再次發(fā)生漏失，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法明確漏失層位，采用長(zhǎng)慶油田多層系精準(zhǔn)堵漏技術(shù)，一次性對(duì)兩個(gè)漏失層位進(jìn)行高承壓堵漏作業(yè)，堵漏成功，地層承壓當(dāng)量密度提高0.1 g/cm3，恢復(fù)鉆進(jìn)。

(1)漏層識(shí)別技術(shù)應(yīng)用，經(jīng)過(guò)井溫、壓力和渦輪轉(zhuǎn)速流量曲線對(duì)比關(guān)聯(lián)分析，分析認(rèn)為該井在2 220 m、2 235 m處井筒溫度、壓力和渦輪轉(zhuǎn)速流量均存在異常響應(yīng)，且漏點(diǎn)集中在2 220～2 235 m井段，其中2 230～2 232 m為主漏失層，2 220～2 223 m為次漏失層。如圖1所示。

圖1 漏層識(shí)別解釋圖

(2)漏失機(jī)理明確，延長(zhǎng)組存在裂縫性漏失，前期采用水泥漿堵漏后未能完全對(duì)漏層進(jìn)行固結(jié)，承壓能力弱；劉家溝組由于與石千鋒組層位交界處砂泥巖共存，交界性差，存在微裂縫，導(dǎo)致漏失發(fā)生。

(3)高效疏水多級(jí)配堵漏工作液應(yīng)用，依據(jù)漏失機(jī)理和漏層識(shí)別技術(shù)分析，明確漏失通道小于0.5 mm，確定配方及施工工藝，配方：原漿+10%Ⅰ型+10%Ⅱ型+1%TDL- 1，在劉家溝組、延長(zhǎng)組分別注入高效疏水多級(jí)配堵漏工作液25 m3，關(guān)井?dāng)D入10.5 m3堵漏工作液，持續(xù)升壓至2.8 MPa，穩(wěn)壓10 min，降至2.2 MPa，再繼續(xù)擠入15.3 m3后套壓升高至4.9 MPa，套壓穩(wěn)壓30 min降至4.1 MPa，滿足承壓堵漏要求，開(kāi)井循環(huán)無(wú)漏失，恢復(fù)鉆進(jìn)，未發(fā)生漏失。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)長(zhǎng)慶鉆井區(qū)域地質(zhì)分層從上之下分布多個(gè)漏失層位，通過(guò)巖性及漏失類型分析明確了漏失機(jī)理，為后續(xù)堵漏工作液配制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(2)多參數(shù)測(cè)漏工具的應(yīng)用效果顯著，該技術(shù)具有漏失位置卡點(diǎn)準(zhǔn)確，具有時(shí)間短、成本低、位置準(zhǔn)的特點(diǎn)，很好的指導(dǎo)了后續(xù)鉆井堵漏工藝，大幅提高堵漏效率明確了。

(3)高效疏水多級(jí)配堵漏工作液密度范圍大、堵漏材料粒徑范圍廣、抗溫抗壓高、抗污染能力強(qiáng)，具有常規(guī)堵漏工作液不具備的特性，施工安全，滿足高承壓堵漏需求。