川東北地區(qū)馬路背區(qū)塊鉆井防漏堵漏技術探討

張 敏，鄧 鵬，李俊嶺，張喜民，李明文，肖新磊

（中國石化勝利石油工程有限公司西南分公司，四川 德陽 618000）

川東北地區(qū)馬路背區(qū)塊位于四川省通江縣，屬于通南巴背斜帶的次級構造，構造發(fā)育多條斷裂帶和斷層。據實鉆數據結合三維地震資料綜合研究，通江-馬路背地區(qū)具有多層系含氣、裂縫發(fā)育的特點；發(fā)育多套規(guī)?？紫?裂縫型優(yōu)質儲層，預測須家河組高產富集區(qū)面積共375.86 km2，資源量845.3×108 m3。該地區(qū)已鉆陸相井11口，均獲工業(yè)氣流，是須家河組致密砂巖儲層勘探的有利地區(qū)［1］。實鉆表明：該區(qū)塊鉆井過程中，存在嚴重的惡性漏失情況。因井漏導致該地區(qū)的惡性井下復雜和故障頻發(fā)，嚴重影響鉆井周期，制約勘探開發(fā)速度。本文通過分析馬路背區(qū)塊的井漏特點、堵漏難點及防漏堵漏的技術現狀，提出了有效解決馬路背區(qū)塊鉆井井漏難題的技術措施，為該地區(qū)的后續(xù)井施工提供可借鑒的方案。

1 井漏特點

根據地質資料研究，馬路背地區(qū)主要發(fā)育北北西、北東東向兩組裂縫，具有剪切縫切穿深度大、縫面光滑、縫面常見擦痕及階梯狀等特征。單井裂縫線密度為每米5.0～36.6條，平均值為17.3條。馬路背地區(qū)發(fā)育張、剪的兩種應力成因的裂縫，以高角度縫及垂直縫為主，其中，垂直縫占45%，高角度裂縫占38%。張性縫往往角度大（大于85°），將巖心豎直劈開，延伸規(guī)模2 m以上，裂縫面容易發(fā)生彎曲或呈鋸齒狀延展，縫面粗糙不平，縫面上的小階梯具有裂縫面鋸齒狀延伸的特征［2］。該區(qū)塊儲層為須家河組二段，巖性以巖屑砂巖、巖屑石英砂巖、長石巖屑砂巖、石英砂巖為主，平均孔隙度2.44% ，平均滲透率0.025×10-3μm2。因而，該區(qū)塊的漏失以滲透性漏失和裂縫性漏失為主。裂縫性井漏呈現單次漏失大、漏速高、堵漏周期長的特點；滲透性漏失呈現出漏速小、易復漏、地層承壓能力逐次降低的特征。因此，在同一開次的地層壓力體系差異大，易出現噴漏同存的井控風險。據統(tǒng)計數據顯示，馬路背區(qū)塊的已完成井平均發(fā)生井漏20.5次，漏失地層包括下沙溪廟組、千佛崖組、自流井組、須家河組和雷口坡組。其中，馬3井漏失23次，漏失量1 700.0 m3（自流井組發(fā)生井漏4次，漏失鉆井液164.6 m3；須家河組發(fā)生井漏11次，漏失鉆井液579.05 m3；雷口坡組發(fā)生井漏3次，漏失鉆井液309.00 m3），井漏損失時間占全井時效的9.65%；馬4井共井漏40次，累計漏失鉆井液6 291.29 m3；馬5井共井漏23次，累計漏失鉆井液2 492.97 m3。

2 防漏、堵漏的技術難點

馬路背區(qū)塊位于通南巴構造帶東北段，為米倉山沖斷構造帶與大巴山弧形沖斷構造帶的構造疊合區(qū)，處于通南巴構造走向的轉換帶位置（圖1），自下向上為劍門關組、蓬萊鎮(zhèn)組、上下沙溪廟組、千佛崖組、自流井組和須家河組。經歷多期構造運動，地層變形強烈，發(fā)育多條“通天”斷層，向上延伸至地表，向下消失于海相地層雷口坡組-嘉陵江組，斷層傾角67°～74°。根據地震資料及電成像測井資料顯示，區(qū)塊內縱向裂縫、網狀裂縫發(fā)育，是導致馬路背區(qū)塊惡性漏失頻發(fā)的主要原因。

圖1 馬路背地區(qū)構造轉換帶形成三維可視化圖

目前，馬路背區(qū)塊的井身結構以三開制為主：一開鉆至1 200.0 m封固蓬萊鎮(zhèn)組上部地層；二開鉆至井深4 000.0～4 500.0 m，鉆穿沙溪廟組后封固千佛崖組上部以上地層；三開鉆至井深4 500.0～5 800.0 m，鉆穿須家河組進入雷口坡組50 m左右完鉆。該井身結構存在如下難點：

①二開裸眼井段長達3 300.0～3 400.0 m，鉆遇蓬萊鎮(zhèn)組-千佛崖組地層。其中沙溪廟地層易垮塌、其他地層的微裂縫發(fā)育承壓能力低，井漏和防塌矛盾突出。

②三開鉆遇千佛崖組-雷口坡組地層，地層壓力體系差異比較大，呈現由低到高的趨勢，須家河組地層含高壓裂縫氣層，上漏下噴、噴漏同層的井控風險較大。

空氣鉆井工藝能有效的解決井漏問題［3］，因馬路背構造多個地層（遂寧組、沙溪廟組等）出水，限制了空氣鉆的使用井段。轉漿后，空氣鉆井段均發(fā)生了不同程度的漏失，甚至造成惡性井下故障。區(qū)塊裂縫發(fā)育，且裂縫寬度、跨度大，堵漏劑材料粒徑優(yōu)選難度大，橋漿堵漏成功后易出現復漏現象；同時，堵漏材料的加入，對鉆井液流型的影響較大，固控設備使用率低，造成鉆井液中的有害固相含量高、泥餅虛厚，易造成井下復雜。

地層巖石骨架本身承受外力的能力決定了地層承壓能力，如果存在張開裂縫且壓力傳遞非常迅速，巖石骨架遭受破壞，承壓能力會大幅降低。馬路背區(qū)塊經歷多期地質運動影響，地層被多次“揉搓”，造成了其裂縫發(fā)育、地應力復雜，巖石的骨架承壓能力較低。實鉆過程中，馬4井、馬5井在沙溪廟組、千佛崖組地層進行承壓堵漏后，發(fā)現地層承壓能力越來越弱，漏失門檻壓力越來越低。因此，馬路背的陸相地層依靠常規(guī)的物理材料堵漏，提高地層承壓能力非常困難。

3 防漏與堵漏的技術對策

3.1 優(yōu)化井身結構

馬3井原設計為三開制井身結構，三開設計綜合預測壓力系數范圍1.55～1.90，鉆井液密度設計為1.67～2.37 g／cm3。馬3井為滿足安全揭開須家河組高壓地層的要求，通過使用橋漿堵漏、水泥堵漏、MTC堵漏、速封堵漏等方法進行分段堵漏和承壓作業(yè)，最高承壓當量密度只能達到1.95 g／cm3，未能達到設計要求（2.23～2.37 g／cm3）。在馬3井的后期作業(yè)中，存在承壓能力逐漸降低的趨勢。為保證后期施工安全，井身結構由三開井改為四開井，補下一層?193.7 mm的尾管封固須家河組以上的低壓地層，四開使用?165.1 mm的鉆頭鉆至設計井深，順利完井。因而，在后續(xù)井（馬6井）采用四開井身結構，一開鉆至井深1 000.0 m左右，確保套管坐至穩(wěn)定地層；二開鉆至井深4 700.0 m左右（距離大安寨組斷縫體影響區(qū)域約50.0 m），封隔上部承壓能力低、井壁不穩(wěn)定地層；三開鉆至井深約5 170.0 m，封固須家河組產層以上地層；四開鉆至完鉆井深5 643.0 m。

3.2 諸漏技術對策

馬路背區(qū)塊的井漏分為滲透性、裂縫性和斷層或裂縫體惡性井漏。針對滲透性井漏，主要采用隨鉆堵漏、無滲透承壓封堵材料、橋漿或水泥堵漏；裂縫性井漏則采用復合堵漏劑間歇關井擠堵漏或無滲透承壓封堵劑或水泥堵漏；若規(guī)模較大的裂縫系統(tǒng)、斷層、裂縫體的井漏，則采用清水強鉆、鉆井液堵漏+復合堵漏劑堵漏等措施。針對須家河組目的層，宜采用屏蔽暫堵技術堵漏，鉆遇惡性井漏且常規(guī)堵漏措施效果較差時，則利用化學凝膠、高濾失堵漏漿、纖維水泥漿、速凝水泥漿、膨脹堵漏漿、剛性堵漏等非常規(guī)堵漏方法。當出現井漏時，通過確定漏失層位、計算漏失速度，初步估算裂縫大小等，確定堵漏漿濃度、堵漏材料配比、堵漏漿密度等橋漿堵漏方案［3］。其中，隨鉆堵漏、橋漿堵漏、MTC堵漏、固井水泥堵漏、速封堵漏五種體系，是目前馬路背區(qū)塊堵漏的主要技術。

3.2.1 橋漿堵漏技術

橋漿堵漏技術是一種常規(guī)堵漏技術，堵漏材料粒徑的優(yōu)選和橋漿濃度尤為關鍵，經現場多次試驗，優(yōu)選出如下常用材料：

①漏速小于10 m3／h時，可采取降低循環(huán)排量、加入隨鉆堵漏劑的方式進行堵漏，從現場的堵漏情況分析，這種方法能有效堵漏，減少生產時效損失。

②漏速在10～60 m3／h時，采用橋漿堵漏，堵漏漿的濃度與漏速正相關，現場使用最高濃度達53%，能有效封堵漏層。

③漏速在60～160 m3／h時，可在橋漿中加入適量的硅酸鹽纖維（3%左右）和固井水泥（2%～3%）。

④在鉆井過程中出現未失返型漏失，當漏速較小時，可加入小顆粒的剛性堵漏劑和FDJ-1進行隨鉆堵漏；當隨鉆堵漏無法堵住時，根據鉆具組合和漏速大小確定堵漏漿配方及濃度［4］。

試驗數據表1展示了不同FDJ系列的適用堵漏范圍。

表1 FDJ系列堵漏劑適應的封堵范圍

以不同密度泥漿（水化膨潤土漿+3%SMC+20%KHm堿液+0.3%CaCl2+加重劑）作堵漏劑的攜帶液，評價各種堵漏劑的封堵效果及最高承壓（漏層能穩(wěn)定承受30 min的最高壓力）。加入5%～8%（W／V）FDJ-1時可有效封堵裂縫口為1.5 mm的漏失，堵住后憋壓至3.7～4.1 MPa不發(fā)生漏失；加入5%～10%FDJ-2時能有效封堵裂縫口為2～5 mm的漏失，堵住后憋壓至4.0～4.3 MPa不漏；加入為5%～12%FDJ-3時能有效封堵裂縫口為5～10 mm的漏失，堵住后，憋壓至3.8～4.3 MPa不發(fā)生漏失。

3.2.2 速封堵漏技術

以化學凝膠配置堵漏漿具有良好的流動性，能夠快速進入不同尺寸的裂縫通道，在壓差下快速濾失駐留堵塞，通過凝膠的纖維成網作用，在裂縫通道中形成高強度的駐留封堵段塞，駐留封堵段塞在地層條件下發(fā)生適度膠凝固化強度，在裂縫通道中形成膠凝固化體。具有駐留性好、固化體強度常壓4 h可達到5.0 MPa，8 h達10.0 MPa以上；封堵強度高（15.0 MPa以上）、施工周期短（候凝8～12 h）、可酸溶（酸溶率達69%）、適應范圍廣等優(yōu)勢。該技術主要用于馬路背區(qū)塊上部裂縫性地層堵漏，效果較好。

3.2.3 MTC堵漏技術

MTC是一種由活性硅酸鈣、剛性樹脂、纖維絨、固化劑、緩凝劑等多種物質經復配而成的鉆井用隨鉆固結堵漏劑?；钚怨杷徕}是該堵劑的主體材料，主要成分是SiO2，還含有少量Al2O3、Fe2O3等，活性硅酸鈣在堵劑中起增大失水和充填漏失通道的作用；軟質懸浮纖維在堵液中可架托懸浮，在堵漏中起架橋和加強拉筋作用，同時增大堵劑孔隙率，增強透氣透水性，質軟則易于進入微小裂縫；助濾劑能抑制堵劑及黏土粒子的水化作用，使堵液快速失水，提高堵塞物承壓能力。由于上述三種組分的增效作用，使MTC堵漏漿液具有很高的濾失量。利用API堵漏試驗裝置進行堵漏試驗，承壓能力達4.0 MPa以上，對中等和嚴重漏失都具有極佳的堵漏效果。MTC酸溶率達80%以上，有利于產層保護，可由井漿配置，與井漿兼容性較好，污染低，失水甚至可以調整至和井漿相同。因此，該堵漏技術對保持井壁穩(wěn)定性具有很好的效果；主要適用于非產層常規(guī)井漏及漏層位置不清的長段裸眼井漏。

根據現場要求配制出MTC-1型（軟塞）和MTC-2型（硬塞）高失水堵劑。該劑既具有高失水堵漏性能，又能部分酸溶，便于酸溶解堵，有利于保護油氣層。將兩種型號的堵劑按干粉：水=1∶6的比例配制成漿液，測定其流變性能和濾失性能，并測定其濾失后泥餅的強度（表2、表3）。

表2 MTC堵劑漿液性能

表3 MTC型堵劑泥餅強度對比 MPa

從上面的實驗結果可以看出，漿液有很高的濾失性能；MTC-2型堵劑形成泥餅較MTC-1型更薄且更致密，強度也更好。該技術均在馬4井、馬5井進行了應用，配合橋漿，成功堵住了多處惡性漏層且提高了上部地層承壓能力。

3.3 細化施工方案

①根據地質資料，采取近平衡鉆井或欠平衡鉆井方式；在易漏非油氣顯示層段，在保障井眼穩(wěn)定的前提下使用低密度鉆井液鉆進［5］。

②進入漏層前，提前加入隨鉆堵漏材料、超細碳酸鈣等封堵材料，提高地層承壓能力［6-10］。

③當鉆井液安全密度窗口窄時，優(yōu)化鉆井液流變性，以此來降低循環(huán)當量密度，在保持攜砂能力和井壁穩(wěn)定的基礎上，通過降低鉆井液黏切和觸變性，以防誘發(fā)井漏。

④加強坐崗觀察，實時監(jiān)測液面。在滿足設計要求儲備量的情況下，盡可能多地儲備堵漏漿及各類型堵漏材料；一旦出現井漏，根據漏失情況優(yōu)選承壓堵漏工藝，提高堵漏效率，減少堵漏造成的時間損失。

⑤制定好有針對性的堵漏預案，堵一層，鞏固一層，避免出現同一裸眼段多套漏層共存的復雜局面。處理井漏時，在滿足井控安全的情況下，加強防卡和防塌的技術措施。使用好液面監(jiān)測裝置，一方面為選擇最優(yōu)堵漏方式提供依據；另一方面，做好井筒靜液柱高度的監(jiān)控，以此確保井控安全。

⑥對于鉆開每個層、不整合面之前，優(yōu)化鉆具組合，避免螺桿等通徑小的鉆井工具入井；同時，提前儲備堵漏漿基液30 m3，出現漏失時，能立即進行堵漏施工。

⑦鉆過每個斷層、不整合面后，進行承壓試驗；確保地層承壓能力滿足井控要求。

4 現場實例應用情況

馬4井、馬5井在非儲層井段的采用了橋漿堵漏為主，當常規(guī)堵漏無效時，則采用凝膠、纖維水泥漿、MTC堵漏方式進行地層承壓堵漏，并取得良好的效果。在須家河組儲層采用高酸溶性剛性堵漏劑+復合堵漏劑方式實施橋接堵漏。具體應用情況如下。

4.1 橋槳諸漏技術

在馬5井應用了15次橋漿堵漏，涉及地層為沙溪廟組-須家河組。其漏失類型為裂縫性。常規(guī)的堵漏漿濃度為24%～35%，當出現惡性漏失時，堵漏漿濃度高達30%以上。通過不同粒徑的堵漏材料構成橋聯(lián)的纖維網絡進行封堵；當堵漏成功后，進行間隙擠堵提高地層承壓能力。在能確定漏失速度的情況下，堵漏按以下措施分情況執(zhí)行：出現未失返型且漏速小的井漏，可加入小顆粒的剛性堵漏劑和FD堵漏材料進行隨鉆堵漏。當隨鉆堵漏無法堵住時，根據鉆具組合和漏速大小確定堵漏漿配方及濃度，參考配方：

①井漿+2%～3%棉籽殼+4% ～5%橡膠粒+4%～5%蚌殼粉+5%～8%剛性堵漏劑+5% ～8%復合堵漏劑；

②3%坂土漿+2%土粉+2%棉籽殼+5%硅酸鹽纖維+5%剛性堵漏劑+5%蚌殼粉+15% ～20%水泥（需加重）；

當橋漿堵漏無法堵住時，則必須進行專項堵漏處理，采用下入光鉆桿、平推方法堵漏，參考配方：

①清水+60%速封堵漏劑（需加重）+5%～8%剛性堵漏劑；

②2%坂土漿+1% ～1.5%LV-PAC+65%MTC（需加重）+5%剛性堵漏劑；

③在加堵漏劑堵漏的同時，盡量降低鉆井液密度，尋找合適的壓力點，力爭做到既壓穩(wěn)又不漏［7］。

4.2 速封諸漏技術

馬4井在井深3 349.0 m高壓水層以及3 444.7 m斷層堵漏時使用速封堵技術，均取得很好的效果。在高壓水層前期，采用橋漿、固井水泥等方式進行了多次堵漏，效果不好，每次堵漏后，均有返吐現象，在采用速封堵漏技術后，一次擠堵起壓；后期施工中，再未有地層水侵入鉆井液中。馬4井在后期施工發(fā)生失返性井漏，井筒液面掏空300.0 m的情況下，高壓水層也未發(fā)生復漏返吐的情況，在3 444.7 m處斷層堵漏時，使用了該技術，并且在后期施工過程中，該斷層也未發(fā)生復漏。速封堵漏技術在馬4井的成功應用，為封堵高壓水層以及地下流體開辟了新的道路。

4.3 MTC諸漏技術：

馬4井在井深3 492.0 m的自流井組以上地層，采用MTC堵漏技術將承壓能力提至2.08 g／cm3（當量密度2.08 g／cm3未破）；在井深4 052.0 m的須家河組以上地層，采用橋漿、MTC堵漏技術將須家河組地層以上的地層承壓能力最終提至1.95 g／cm3。根據馬4井的施工經驗，馬5井在自流井組的馬鞍山段地層鉆進過程中，繼續(xù)應用此類技術，也取得良好承壓效果。對于常規(guī)堵漏效果不好的井段，MTC堵漏均有作業(yè)時間短，效果迅速的特點。

4.4 纖維水泥諸漏技術

對于一些惡性失返性漏失和地層承壓能力低的井段，纖維水泥堵漏技術能有效降低復漏的概率，提高堵漏成功率。馬5井自三開開鉆以來，因地層承壓能力低、裂縫發(fā)育，漏失頻繁，經過多次橋漿堵漏和一次MTC堵漏未完全封堵成功，只能靠調整泥漿性能和降排量勉強維持打鉆。為了保證須家河組儲層鉆進期間的施工安全，馬5井在進入須家河組地層前，使用纖維水泥堵漏技術有效提高地層承壓能力。馬5井，三開鉆進至井深5 083.0 m，進行纖維水泥專項堵漏一次；掃塞至井深4 609.0 m發(fā)生漏失，漏速38 m3／h。為了保證井下鉆具安全，起鉆至套管內采用平推纖維水泥的方式進行堵漏。平推堵漏施工情況：注密度1.93g／cm3纖維水泥漿35 m3，正擠密度1.92 g／cm3井漿41.9 m3，反擠密度1.92 g／cm3井漿2.15 m3后關井憋壓候凝；候凝期間正擠7次，共擠4.4 m3，立壓5.0 MPa，套壓5.1 MPa。分段循環(huán)下鉆掃塞，塞頂位置4 439.0 m；掃塞至井深4 580.0 m，進行承壓試驗，計算中部地層當量密度2.15 g／cm3。上述試驗證明，纖維水泥能有效提高地層承壓能力。

4.5 諸漏槳強鉆技術

馬路背區(qū)塊頻繁的井漏嚴重制約該地區(qū)的鉆井周期，特別是須家河組地層的裂縫發(fā)育且連通性好，容易造成須家河組多個井段存在漏失的可能。為了滿足須家河組的安全鉆進，在整個井段均使用堵漏漿鉆進，能減少專項堵漏時間。因此，堵漏漿強鉆技術作為一種非常規(guī)鉆井方式，常常應用在井漏頻繁的井段。馬4井、馬5井在須家河地層井段均是采用堵漏強鉆技術，堵漏漿未能使用振動篩、除砂器、除泥器等固控設備，導致鉆井液有害固相快速增加，鉆井液性能難以維護。通過使用大目數振動篩布和間歇式固控設備，同時清理沉砂箱、鉆井液槽及循環(huán)箱，從而控制大顆粒巖屑。比如：定期用40和80目篩布篩除鉆井液中堵漏材料及巖屑，同時補充新的堵漏材料來控制鉆井液中的有害固相。由于堵漏漿鉆進，井內溫度高，鉆井液pH值下降快，堵漏漿容易發(fā)酵，應加大燒堿的使用量，保證鉆井液pH值在10以上，保證井內鉆井液不發(fā)酵。堵漏漿強鉆技術解決了頻繁堵漏的時效損失，但容易發(fā)生卡鉆的風險。

5 結論與認識

（1）優(yōu)化后的井身結構成功解決了三開井段涌漏共存的難題，杜絕了惡性漏失、井壁垮塌、井漏誘發(fā)井噴的風險和井下復雜，保障了施工安全。

（2）橋漿堵漏和堵漏漿強鉆技術在馬路背區(qū)塊上部地層取得了良好的堵漏效果，但會給后續(xù)施工的井下安全埋下很大隱患，在井控安全、井眼穩(wěn)定的前提下，建議嘗試控壓鉆井裝置，使密度走低限，能降低井漏的風險，是該地區(qū)的鉆井提速方向。

（3）對漏失層位的判斷及漏失類型的確定是橋堵成功的關鍵因素。對于惡性漏失的處理，MTC堵漏技術和纖維水泥堵漏技術有比較好的應用效果。

（4）防漏堵漏是系統(tǒng)工程，任何堵漏技術在此都沒有絕對的把握，必須及時掌握現場情況，更好利用現有的堵漏技術，加快該地區(qū)鉆井提速。