雙城地區(qū)防漏堵漏技術(shù)研究

李昕楠，李承林

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍 江大慶 163000）

1 雙城漏失層位分析

1.1 雙城地質(zhì)特性

雙城地區(qū)位于松遼盆地東南斷陷區(qū)，從淺層構(gòu)造看，從南向北依次橫跨青山口背斜帶、賓縣-王府凹陷、長春嶺背斜帶和朝陽溝階地。從深層構(gòu)造看，雙城地區(qū)發(fā)育兩個(gè)北北東走向的凹陷和夾于其間的古凸起，即鶯山凹陷、雙城凹陷及對(duì)青山凸起。由于上部地層缺失，整個(gè)區(qū)塊埋藏淺，目的層登婁路或營城組，營城組埋深1700m左右。區(qū)塊裂縫發(fā)育，斷層較多，施工的多口井發(fā)生在登樓庫下部地段泥巖裂縫以及營城組，其中大多為營城組粉砂巖、砂礫巖滲透性漏失及裂縫性漏失，漏速大。

松遼盆地營城組是主要的天然氣儲(chǔ)層，主要巖性為：安山巖、安山玄武巖、火山角礫巖凝灰?guī)r夾灰色灰綠色砂巖暗紫色流紋巖、礫巖等。其中火山巖由于巖漿的噴發(fā)、溢流、結(jié)晶、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和風(fēng)化作用等因素，在熔巖內(nèi)部形成發(fā)育的孔隙裂縫，大部為構(gòu)造縫，其延伸較長，縫寬變化較大，裂縫多為垂直裂縫。根據(jù)有關(guān)學(xué)者研究統(tǒng)計(jì)：裂縫是以高角度斜交裂縫和垂直裂縫為主的構(gòu)造裂縫，所占比例分別為35%和45%。相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)，開啟裂縫占62.8%，裂縫開啟寬度平均0.1mm，最大值0.5mm，最小值0.001mm，天然漏失通道的存在這是營城組發(fā)生漏失的主要原因。

1.2 雙城漏失層位分析

（1）調(diào)研2018～2019年雙城地區(qū)各井漏失井鉆井液漏失情況如表1所示。

表1 雙城各施工井漏失情況

位處松遼盆地東南斷陷區(qū)鶯山—雙城斷陷雙城凹 陷，由于上部地層缺失，整個(gè)區(qū)塊埋藏淺，目的層登婁路—營城組，營城組埋深1700m左右。區(qū)塊裂縫發(fā)育，斷層較多，施工的多口井發(fā)生在登樓庫組底部及營城組，營城組發(fā)生的頻率更高些，主要為粉砂巖、砂礫巖滲透性漏失及裂縫性漏失，漏速大。

2 防漏堵漏研究

2.1 防漏堵漏原理

阻止裂縫延伸方法應(yīng)用關(guān)鍵在于以下兩點(diǎn)：①封堵材料支撐誘導(dǎo)裂縫或天然裂縫張開，進(jìn)而壓縮井周地層，提高井周切向應(yīng)力；②封堵材料同時(shí)隔離裂縫尖端，阻止流體壓力向裂縫尖端的傳遞，進(jìn)而降低縫尖應(yīng)力強(qiáng)度因子，保持裂縫系統(tǒng)穩(wěn)定。

粘彈性材料隨著裂縫寬度的改變而改變自身形狀，持續(xù)起到阻止壓力傳遞的作用，利于封堵穩(wěn)定性；隨縫內(nèi)壓力系數(shù)降低，地層承壓能力增加；隨架橋距離增加，地層強(qiáng)化效果降低；封堵效率系數(shù)越高，裂縫尖端強(qiáng)度因子越小，裂縫越不容易擴(kuò)展延伸；阻止裂縫延伸方法適用性分析主要適用于裂縫發(fā)育程度低的孔隙性地層。

2.2 封堵材料及堵漏材料的選取

防漏主要是需要在于鉆井液的封堵作用,原理:微裂縫、層理是鉆井液侵入地層的主要通道,對(duì)井壁穩(wěn)定產(chǎn)生直接影響。封堵劑在壓差作用下與鉆井液體系中其它細(xì)小粒子(膨潤土顆粒、加重材料粒子等)一起進(jìn)入微裂縫,因?yàn)槲锢碜钃鹾突瘜W(xué)吸附,在微裂縫內(nèi)滯留、堆積形成致密封堵層,阻止水進(jìn)入近井壁地層,同時(shí)隔絕壓力傳遞,達(dá)到穩(wěn)定井壁的目的。

（1）封堵材料的選取。應(yīng)用鉆井液性能測試中最常用的高溫高壓靜失水儀來評(píng)價(jià)封堵性能，其測試步驟、測試方法、數(shù)據(jù)處理等均與降失水劑的評(píng)價(jià)方法相同，失水量的大小反映防塌材料或體系的封堵效果，一定時(shí)間范圍內(nèi)，高溫高壓失水量越小，表明測試體系在一定環(huán)境條件下對(duì)微孔隙進(jìn)行了有效封堵，液相經(jīng)過微孔隙侵入地層，封堵效果較好。反之，則相反。高溫高壓靜失水儀可模擬井下的高溫高壓環(huán)境，并且方便快捷，操作簡單，普及性高，也能較準(zhǔn)確地定量比較不同封堵材料和體系的封堵效果。應(yīng)用5%膨潤土漿為基漿做對(duì)比樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 高溫高壓對(duì)比效果圖

防塌封堵試驗(yàn)中防塌封堵材料濃度為4%，白瀝青的封堵效果最好，30min高壓濾失量控制在12mL。防塌封堵效果如圖2所示。

圖2 高溫高壓對(duì)比效果圖

實(shí)驗(yàn)中瀝青類處理劑都具有較好的封堵效果，但熒光效果明顯，限制它在探井上的應(yīng)用，白瀝青具有較好的封堵效果同時(shí)，熒光效果明顯低于其他材料，不影響錄井，探井也可以使用。

（2）堵漏材料的選取。目前國內(nèi)常用的堵漏方法主要是靜止堵漏、橋接堵漏、化學(xué)堵漏等。根據(jù)調(diào)研資料和現(xiàn)場井漏情況判斷地層裂縫在0.1～0.2mm左右微裂縫，因此，通過優(yōu)選，選擇超細(xì)碳酸鈣、復(fù)合堵漏劑（細(xì)）及801隨鉆堵漏劑等小粒徑堵漏材料進(jìn)行復(fù)合橋接堵漏。

根據(jù)1/2～2/3架橋原則，主要架橋粒子粒徑為0.07～0.1mm，鉆井液中的坂土和重晶石粉、801隨鉆堵漏劑中的細(xì)纖維在粒徑上可以作為架橋粒子，超細(xì)碳酸鈣作為主要的填充封堵材料；白瀝青具有很強(qiáng)的彈性，可以很好地填充在巖石空隙和裂縫中，并且還能形成吸附成膜，有效地阻止流體的侵入，提高根據(jù)堵漏材料堵漏效率。801隨鉆堵漏劑中的木質(zhì)纖維和微膠粒在裂縫中膨脹可以有效地封堵裂縫。復(fù)合堵漏劑（細(xì)）要是封堵在裂縫系列中少量存在的寬度稍大的裂縫，保證堵漏成功率。

2.3 防漏堵漏配方的制定

（1）防漏配方的優(yōu)選?，F(xiàn)有鉀鹽共聚物鉆井液體系配方：膨潤土4%+WYDZ-1 0.3%+HX-D 0.3%+NPAN 1%+JS-Ⅰ1.2%+JS-Ⅱ1.2%+SF260 1%作為基漿，做對(duì)比試驗(yàn)。白瀝青加量分別為0.8%(1號(hào)樣)、1.2%(2號(hào)樣)、1.6%(3號(hào)樣)。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看（表2），中壓濾失量和高溫高壓濾失量隨著白瀝青的含量增加而減小，但是加量為1.2%和1.6%時(shí)，中壓濾失量和高溫高壓濾失量變化已經(jīng)相差不多，從成本考慮，我們選定白瀝青加量為1.2%。

表2 封堵劑白瀝青加量實(shí)驗(yàn)

根據(jù)上述堵漏劑實(shí)驗(yàn)，非滲透封堵劑封堵較細(xì)裂縫效果較好，可作為防漏用的封堵劑，配合白瀝青進(jìn)行封堵，使用上述基漿，加入白瀝青（B）和非滲透封堵劑（C）。

白瀝青DWF-1和非滲透封堵組合3%+2%封堵效果與4%A+4%B基本相同，模擬實(shí)驗(yàn)中降低濾失能力與封堵材料含量有關(guān)，白瀝青DWF-1含量高，封堵速度快，考慮3%的白瀝青DWF-1+2%非滲透封堵劑組合的效果最優(yōu)（效果如圖3所示）。

圖3 白瀝青與非滲透配比效果圖

綜合考慮封堵材料對(duì)鉆井液的性能的整體影響應(yīng)用非滲透封堵+白瀝青組合更適合雙城地區(qū)施工。

通過上述實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：雙城地區(qū)防漏鉆井液采用鉀鹽共聚物鉆井液加入1.2%白瀝青在上部起封堵效果，在進(jìn)入登樓庫組和營城組后，起鉆前可打入防漏封閉漿進(jìn)行封堵這兩個(gè)層位，封閉漿加入3%白瀝青和2%非滲透封堵劑，在易漏區(qū)域可直接使用封閉漿配方進(jìn)行鉆進(jìn)，白瀝青濃度達(dá)總量3%，非滲透封堵劑達(dá)2%。

（2）堵漏配方優(yōu)選。由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及堵漏經(jīng)驗(yàn)公式：粒狀∶片狀∶纖維狀=6∶3∶2,初步確定以下幾組比例進(jìn)行彈子床優(yōu)選實(shí)驗(yàn):超細(xì)碳酸鈣∶非滲透堵漏劑∶801隨鉆堵漏劑∶復(fù)合堵漏劑（細(xì)）=A∶B∶C∶D。分別以15%濃度在鉀鹽共聚物鉆井液中采用彈子床試驗(yàn)進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，在壓力小于6.9MPa的情況下各配方流失量見表3。

表3 各配方漏失量

由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，超細(xì)碳酸鈣∶非滲透堵漏劑∶801隨鉆堵漏劑∶復(fù)合堵漏劑（細(xì)）=2∶2∶2∶1配比較優(yōu)。

3 鉆井液防漏堵漏方案研究

3.1 雙城地區(qū)防漏技術(shù)措施

（1）控制鉆井液密度在設(shè)計(jì)下限，控制流變性能，控制動(dòng)切力在15Pa以內(nèi)，靜切終切18Pa以內(nèi)，補(bǔ)加封堵材料。

（2）在鉆井施工過程中，鉆遇登樓庫前現(xiàn)場儲(chǔ)備足量的封堵及堵漏材料，即將進(jìn)入易漏地層時(shí)循環(huán)鉆井液內(nèi)補(bǔ)足封堵材料白瀝青含量不低于1.2%，若是易漏區(qū)域內(nèi)的井則使全井含量白瀝青達(dá)到3%，非滲透封堵劑達(dá)到2%。

（3）在起鉆前或鉆進(jìn)時(shí)定期打入10～15m3的封閉漿，非易漏區(qū)域采用濃度3%白瀝青及2%非滲透封堵劑封堵易漏層位，易漏區(qū)域采用超細(xì)碳酸鈣∶非滲透封堵劑∶801隨鉆堵漏劑=1∶1∶1，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的防漏封堵漿封堵易漏層位。

（4）進(jìn)入漏層后，緩慢開泵，泵沖逐漸提高，避免井下壓力激動(dòng)變化過大。

3.2 雙城地區(qū)堵漏技術(shù)措施

（1）漏速不大于5m3/h，主要采用循環(huán)堵漏的方式，每次配制10m3堵漏劑，超細(xì)碳酸鈣∶非滲透封堵劑∶801隨鉆堵漏劑=1∶1∶1，可適當(dāng)加大隨鉆堵漏劑濃度，隨鉆堵漏劑、非滲透封堵劑、超細(xì)碳酸鈣總濃度15%左右。

（2）漏速5～10m3/h，主要采用靜止堵漏的方式，根據(jù)漏速適當(dāng)加入復(fù)合堵漏劑（細(xì)），超細(xì)碳酸鈣∶非滲透堵漏劑∶801隨鉆堵漏劑∶復(fù)合堵漏劑（細(xì)）=2∶2∶2∶1，堵漏材料濃度15%～20%。

（3）若漏速大于10m3/h，主要采用靜止堵漏的方式，超細(xì)碳酸鈣∶非滲透堵漏劑∶801隨鉆堵漏劑∶復(fù)合堵漏劑（細(xì)）=2∶2∶2∶1，堵漏材料濃度20%～30%。

（4）若靜止堵漏效果不理想，則采用承壓堵漏方式，配比超細(xì)碳酸鈣∶非滲透堵漏劑∶801隨鉆堵漏劑∶復(fù)合堵漏劑（細(xì)）=2∶2∶2∶1，將堵漏劑擠入地層，承壓3～5MPa，堵漏材料濃度20%～30%。

4 總結(jié)

（1）通過使用白瀝青及非滲透封堵劑可有效封堵地層裂縫，提高地層承壓能力。

（2）超細(xì)碳酸鈣∶非滲透堵漏劑∶801隨鉆堵漏劑∶復(fù)合堵漏劑（細(xì)）=2∶2∶2∶1，堵漏材料濃度15%～20%的堵漏配方可針對(duì)雙城地區(qū)的在0.1～0.2mm左右微裂縫進(jìn)行有效封堵。