張 斌

（中石化華東油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇南京 210000）

涪陵平橋南區(qū)塊頁巖氣藏位于川東高陡褶皺帶萬縣復(fù)向斜平橋背斜南部，屬涪陵頁巖氣田二期產(chǎn)能建設(shè)區(qū)。鉆井周期由2016年的90d左右降至目前的70d左右。盡管平橋南區(qū)塊整體鉆井速度有了大幅提升，但仍有部分井段受限于復(fù)雜的地質(zhì)條件，經(jīng)常發(fā)生井漏[1]。井漏嚴(yán)重地拖延了鉆井工期、并造成工程事故、影響經(jīng)濟效益，為解決井漏問題，順利推進產(chǎn)建，本文對南川頁巖氣田鉆井井漏情況進行統(tǒng)計分析，通過室內(nèi)實驗結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用，提出防漏堵漏發(fā)展意見。

1 漏失情況

目前井漏是平橋南頁巖氣鉆井過程中最普遍的問題。通過對漏失井的統(tǒng)計分析可知，漏失層位主要集中在淺表層的嘉陵江組、飛仙關(guān)組，韓家店組、小河壩組、龍馬溪地層（見圖1）。

圖1 漏失層位頻率與漏速示意圖

2 漏失地層特性

嘉陵江組、飛仙關(guān)組巖性特征主要為灰?guī)r，實鉆過程中經(jīng)常發(fā)生失返性漏失，漏失原因主要為溶洞型漏失、縫洞型漏失、裂縫型漏失。

韓家店、小河壩巖性特征主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖及少量的泥質(zhì)粉砂巖互層，地震剖面未顯示縱向裂縫發(fā)育，漏失原因主要為層理縫漏失。

龍馬溪巖性特征主要為泥頁巖，上段有少量的粉砂巖及砂質(zhì)泥巖，巖心、地震剖面顯示裂縫發(fā)育，漏失原因主要為裂縫型漏失。

3 南川頁巖氣田防漏堵漏技術(shù)

南川頁巖氣鉆井過程中，井漏處理的主要方法有：強鉆、循環(huán)堵漏、靜止堵漏、承壓堵漏、注水泥堵漏與化學(xué)固結(jié)堵漏。各類處理方法占比為：靜止堵漏44%、承壓堵漏24%、強鉆15%、循環(huán)堵漏10%（主要是在龍馬溪組，漏失量較小一般＜5m3/h）、注水泥5%、化學(xué)堵漏2%（見圖2）。

圖2 堵漏方式統(tǒng)計

3.1 強鉆

采用強鉆的方式處理井漏主要有兩種情況，一是針對淺表層的漏失，在導(dǎo)管及一開井段采用清水強鉆，鉆至中完井深后，下套管封固；二是在韓家店、小河壩地層發(fā)生連續(xù)性漏失，地層漏失頻繁，具備強鉆條件，強行鉆穿漏失層，然后集中處理。

3.2 隨鉆堵漏

在鉆井過程中加入隨鉆堵漏材料，通過鉆井液的循環(huán)，堵漏材料進入漏層中封堵微小裂縫，一般針對微小裂縫滲漏，不影響正常鉆井施工。

3.3 靜止堵漏

即在鉆進過程中出現(xiàn)漏失，且漏失量較大時，停泵觀察，起鉆至安全井段，向井底泵入一定量堵漏漿，憑借靜液柱壓力與漏失位置的壓差，將堵漏材料壓入地層裂縫，進行封堵。

3.4 承壓堵漏

將復(fù)配好的堵漏漿注入井內(nèi)，同時關(guān)閉井口，附加一定的壓力，將堵漏漿擠進地層。堵漏漿的材料種類與配比基本與靜止堵漏一致。

3.5 注水泥堵漏

一般采用比重為1.8的水泥漿20～30m3通過鉆桿注入井內(nèi)，通過水泥漿固結(jié)封堵漏層。

3.6 化學(xué)堵漏

以化學(xué)固結(jié)劑或化學(xué)凝膠為主的堵漏配方，一般高濃度能到達30%～40%，進入地層后失水快，通過化學(xué)作用固結(jié)或者膠聯(lián)在漏層中形成一定強度的封閉層，主要針對惡性漏失。

各類處理方法在使用過程中并非單一使用，承壓堵漏的過程中，為了讓堵漏漿固結(jié)形成強度，也在配方中添加一定量水泥，憋擠進地層進行堵漏；注水泥堵漏時也提前注入一定量堵漏漿，防止水泥漿全部從裂縫中漏失，無法在漏失通道中停留。

3.7 措施效果

淺表層漏失均采用清水強鉆穿漏失層后，下套管封固。二開后的漏失層一旦漏失量過大，則無法強鉆（鉆井液跟不上，消耗過大）需要逐一漏點處理，多采用靜止+承壓堵漏。一般情況下靜止堵漏基本成功，但是在鉆進過程中鉆井液的不斷循環(huán)與循環(huán)壓力易造成復(fù)漏。所以處理時，一般都采用井口憋擠，在這種情況下，承壓堵漏效果井口一般壓力只有2～5MPa，也會有承壓不穩(wěn)或承壓失敗的情況出現(xiàn)。

二開鉆進至龍馬溪組過程中，存在漏失風(fēng)險，且漏失量也較大，經(jīng)過處理后能有效控制。龍馬溪組中部三開鉆進過程中，采用油基鉆井液施工，鉆井井漏易造成較大的經(jīng)濟損失，從目前鉆井的情況看，龍馬溪組漏失速度較小，采用隨鉆堵漏能有效控制，其主要的問題在于固井施工前，為了提高地層承壓能力，進行承壓堵漏施工，造成了油基鉆井液的二次損失。

4 隨鉆堵漏技術(shù)

目的層龍馬溪組地層作為主要目的儲層，集中表現(xiàn)為微、小漏失為主，且漏失最為頻繁，天然裂縫、誘導(dǎo)裂縫發(fā)育是造成井漏的主要原因，它區(qū)別于一般性滲透性儲層，屬于裂縫性儲層。而針對天然裂縫性儲層漏失的關(guān)鍵，一是利用隨鉆測井工具，準(zhǔn)確預(yù)測和預(yù)報儲層壓力，及時調(diào)整工作液性能，有意識地改變井底循環(huán)壓力（ECD），實現(xiàn)近平衡或欠平衡鉆進，從而避免鉆井液漏失和降低儲層損害等問題；二是采用屏蔽暫堵-堵漏工藝技術(shù)，提高儲層承壓能力，盡可能地提高儲層安全密度窗口，精確預(yù)測裂縫寬度和優(yōu)選堵漏材料尺寸是該技術(shù)的核心。

4.1 隨鉆堵漏技術(shù)關(guān)鍵

隨鉆堵漏技術(shù)就是在鉆井液中引入一定濃度的由尺寸合適、強度較高的顆粒狀物質(zhì)按合理級配形成的封堵劑，當(dāng)裂縫擴大到致漏程度時，封堵顆粒隨著鉆井液漏失進入裂縫中，大的封堵顆粒在裂縫中某個位置卡死架橋，較小的封堵顆粒填充裂縫中剩余的空間，最終堵死裂縫，實現(xiàn)即堵。隨鉆堵漏技術(shù)的關(guān)鍵是，在隨鉆過程中能在很短的時間內(nèi)、在漏失量很少的情況下迅速堵住天然致漏裂縫，并能制止其進一步擴大；同時，它能防止天然非致漏裂縫由于誘導(dǎo)作用開啟、擴大到致漏程度的漏失，即只要及時封堵裂縫的速度大于誘導(dǎo)裂縫擴大的速度，則誘導(dǎo)作用停止，地層不再因誘導(dǎo)作用而漏失。因此只要加有隨鉆封堵劑的鉆井液能對鉆遇的天然致漏和誘導(dǎo)擴展到致漏寬度的裂縫具有封堵能力，則此鉆井液就能做的到即堵防漏[2]。由于天然致漏裂縫較少，在其開啟擴大到顆粒合適寬度（顆粒剛好能進去，并能在其中架橋的寬度）時就已實現(xiàn)即堵，因此只要加有封堵劑的鉆井液能對某一寬度的裂縫具有封堵能力，則此鉆井液就能隨鉆即堵防漏。實際使用的隨鉆堵漏顆粒較小，粒徑一般為0.125～0.18mm，使用量也很少，通常為1%～2%（見圖3）。

圖3 顆粒粒徑對封堵的影響

理論和實際證明，只要封堵顆粒的大小、級配、形狀、性質(zhì)等合理，加有封堵劑的鉆井液就能形成很好的封堵層，實現(xiàn)隨鉆即堵，大幅度提高地層承壓能力，至少能到達3～5MPa。另外，針對發(fā)生漏速小于5m3/h的井漏時，受地層因素及井身結(jié)構(gòu)的限制，不能降低鉆井液密度，而降低排量又沒有效果時，可采用隨鉆堵漏法。

另一方面，根據(jù)“應(yīng)力籠”模型描述井眼強化現(xiàn)象（見圖4）：當(dāng)鉆井液液柱壓力超過地層的破裂壓力時，井壁便會產(chǎn)生裂縫，在裂縫形成后，固相顆粒和泥餅迅速在裂縫的近井眼處形成封堵，形成一個楔子楔進裂縫當(dāng)中，對地層形成了壓縮；鉆井液液柱壓力通過“楔子”作用在裂縫兩側(cè)形成壓縮環(huán)，即“應(yīng)力籠”，它的產(chǎn)生使得井眼的強度得以提高；當(dāng)鉆井液液柱壓力大于裂縫尖端的閉合壓力時，漏失便會發(fā)生。因此，阻隔液液柱壓力向裂縫尖端的傳導(dǎo)是堵漏的關(guān)鍵。

圖4 “應(yīng)力籠”模型描述井眼強化現(xiàn)象

為了封堵裂縫的尖端，必須有能深入裂縫當(dāng)中起架橋作用的橋堵材料，還要有能迅速濾失、在裂縫中沉積出非常厚的濾餅的高失水材料，一旦裂縫中充滿這種堅韌的濾餅，井眼強度便會提高。根據(jù)這一理論可知，封堵材料的粒徑、級配是材料能否進入裂縫之中，經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用與研究選用了兩類適應(yīng)性較為理想的封堵材料。

5 室內(nèi)實驗

5.1 封堵實驗測試

利用CLDL-II型高溫高壓漏失儀針對選用的兩種暫堵劑進行封堵實驗評價，以驗證其隨鉆堵漏及提高地層承壓能力的效果。根據(jù)不同類暫度劑，按其粒徑分布，選擇合理的模擬孔隙或裂縫類型，評價其封堵能力（見表1）。

表1 暫堵劑封堵實驗

從上述室內(nèi)實驗結(jié)果來看，暫堵劑于剛性封堵劑針對微小孔隙能夠起到較好的封堵作用，同時較大程度上能提高地層承壓能力。鉆井過程中通過添加封堵材料能有效減少壓力激動而造成的非致漏裂縫的擴張，減少漏失的風(fēng)險。但是單一堵漏粒徑材料封堵效果較差，主要原因是尺寸的不匹配或者單一充填漏造成失量會顯著增大。理想情況下兩種或兩種以上材料復(fù)配充填能有效而快速充填孔隙通道，隨著孔隙尺寸的增大，封堵能力有所下降，一旦各類材料尺寸粒徑均不匹配時（實驗中10～20目砂模擬時），失去封堵能力。

通過添加不同尺寸、級配的封堵材料能有效提高地層承壓能力，上述內(nèi)容主要是針對非致漏裂縫，作為前期預(yù)防井漏的手段。當(dāng)漏失發(fā)生以后還是需要采用更多大粒徑的堵漏材料添加進鉆井液中，或者配制專門針對性的堵漏漿泵入井筒，采用的靜止堵漏與橋接材料堵漏結(jié)合的方式對易發(fā)生井漏的地層進行處理。因此堵漏材料的粒徑、濃度等會直接影響處理效果。

5.2 封堵效果室內(nèi)模擬

同樣采用高溫高壓漏失儀，通過其中裂縫與孔隙模擬塊模擬不同程度地層裂縫，對不同的堵漏材料配比進行封堵評價實驗（見圖5）。根據(jù)理論研究與實際效果，避免對鉆井液流變性影響過大，而現(xiàn)場無法泵入的情況，應(yīng)控制封堵材料濃度控制在3%～5%以下。

圖5 高溫高壓漏失儀及模塊結(jié)構(gòu)

用來模擬微小漏失，從表2看出，采用剛性封堵材料能有效封堵，隨著濃度的增加能減少漏失鉆井液量，承壓能力提高至3-5MPa。

表2 漏失封堵實驗

從表3看出，5mm鋼珠模擬孔、滲地層承壓能到達7.2MPa，裂縫地層根據(jù)裂縫大小堵承壓能力各不相同。實際漏失過程中，孔隙的非均質(zhì)性、裂縫不規(guī)則與裂縫面摩阻的情況，承壓能力應(yīng)比實驗中更高。所以針對滲漏及裂縫地層采用這類堵漏方案能夠滿足鉆井要求。

表3 漏失封堵實驗

針對南川區(qū)塊常用的堵漏配方進行室內(nèi)實驗，完成了幾種堵漏配方的封堵效果評價，在此基礎(chǔ)上確定適合該區(qū)塊井漏處理方按如下：

（1）漏速小于5m3/h時，向鉆井液中加入剛性封堵材料，累計含量在3～5%，同時降低排量，進行隨鉆封堵。

（2）漏速5～10m3/h，油基鉆井液中加入3%～4%剛性封堵材料和1～3%的果殼（F）配制堵漏漿，將上述20m3堵漏漿泵入漏層后起鉆至套管鞋，靜止堵漏，靜止時間8～12h。

（3）漏速大于10m3/h時或只進不出，油基鉆井液中加入3～4%剛性封堵材料、2%～3%片狀堵漏材料、3～5%的果殼（F和M）配制堵漏漿，將上述30m3堵漏漿泵入漏層后起鉆至套管鞋，靜止堵漏，靜止時間8～12h。

此外，針對漏速＞10m3/h的裂縫性漏失，可以采用不同與靜止堵漏、橋接堵漏的方法，主要技術(shù)要點如下：

（1）裂縫性地層，漏速10～30m3/h，采用抗反吐交聯(lián)成膜堵漏技術(shù)，引入耐油浸的顆粒材料、與膨脹的顆粒材料，提高韌性的纖維材料及致密填充材料，滿足油基堵漏要求，通過抗高溫、高強度堵漏材料的顆粒級配、化學(xué)交聯(lián)，形成彈性封體，承壓＞15MPa，抗反吐＞3MPa。

（2）裂縫地層、漏失30m/h至失返。采用新型化學(xué)固結(jié)堵漏技術(shù)，引入正電納米級BA-AI-Si材料，電位+28mV，粒徑10～25nm，堵漏漿易進入地層漏失通道，與地層發(fā)生電性吸引而滯留；混入柴油后強度有所下降，但48h強度仍可達到10MPa以上。

6 認(rèn)識與建議

1） 針對淺表層微裂縫地層可鉆至中完井深后，下套管封固。對于韓家店、小河壩地層發(fā)生連續(xù)性漏失，地層漏失頻繁，具備強鉆條件，強行鉆穿漏失層，然后集中處理。

2） 鉆井液密度的控制以及鉆井液中不同粒徑暫堵劑的使用，龍馬溪組裂隙發(fā)育井段防漏。

3） 現(xiàn)階段堵漏工藝不能精確、高效地對漏點進行封堵，可探討應(yīng)用物理堵漏技術(shù)，采用新工藝，新工具，如堵漏材料送入工具，實現(xiàn)精確堵漏、高效堵漏。