李文哲，傅 棟，王 翔，郭青華,吳敬恒,王星媛，5

1中國(guó)石油四川長(zhǎng)寧天然氣開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司 2中國(guó)石油西南油氣田分公司工程技術(shù)處 3中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田蘇里格氣田開(kāi)發(fā)分公司 4中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院5油氣田應(yīng)用化學(xué)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)力度持續(xù)加大，頁(yè)巖氣優(yōu)快鉆井技術(shù)成為研究熱點(diǎn)，然而頁(yè)巖地層層理—裂縫性發(fā)育，鉆遇過(guò)程中常發(fā)生井漏，并存在漏點(diǎn)多、漏失量大、堵漏時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，例如，CNH6-1井水平段漏失密度2.05 g/cm3的白油基鉆井液約1 400 m3，先后多次采用橋漿、水泥漿堵漏無(wú)效，損耗工時(shí)486 h；CNH9平臺(tái)水平段漏失密度1.90～2.00 g/cm3的油基鉆井液736 m3，采用了靜止堵漏、橋漿等多種方式堵漏，效果不佳；N209H2-2井水平段溢流壓井作業(yè)過(guò)程提密度導(dǎo)致井漏，發(fā)生井漏至固井完未進(jìn)行堵漏作業(yè)，漏失密度1.90～2.07 g/cm3白油基鉆井液375 m3。不難發(fā)現(xiàn)，油基鉆井液漏失嚴(yán)重制約了頁(yè)巖氣安全高效鉆井進(jìn)程，成為長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)鉆井過(guò)程中重要難題[1-6]。

目前，常用的堵漏方式包括化學(xué)類水泥堵漏、凝膠堵漏及物理類剛性粒子堵漏、高失水堵漏、橋漿堵漏等，其中，物理類顆粒堵漏常采用水基鉆井液堵漏材料進(jìn)行應(yīng)用，然而大部分材料表面親水不親油，不容易在油基鉆井液中有效分散，配制出的堵漏漿存在分層、沉降等現(xiàn)象，堵漏有效濃度降低，無(wú)法形成應(yīng)力籠封閉效應(yīng)，隔絕井筒與漏層的連通，承壓堵漏效果差。本文根據(jù)川渝地區(qū)長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)龍馬溪頁(yè)巖微裂縫發(fā)育情況分析，采用表面特殊改性膠粒柔性堵漏材料，復(fù)配以剛性合成石墨，形成專項(xiàng)防漏堵漏技術(shù)，該體系在N216H2-1井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成功。

1 設(shè)計(jì)思路及決策

1.1 長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)龍馬溪頁(yè)巖微裂縫發(fā)育情況分析

長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣地層層理發(fā)育、天然裂縫發(fā)育程度低、局部發(fā)育鉆井誘導(dǎo)縫、儲(chǔ)層高導(dǎo)和高阻裂縫零星發(fā)育，其總孔隙度3.4%～8.4%，裂縫孔隙度0～1.2%、滲透率0.000 22～0.001 mD，裂縫縫寬主要為0.05～2 μm[7-11]，其中高導(dǎo)縫分布密度0.26～6.38條/m、高阻縫發(fā)育密度0.23～5.46條/m、誘導(dǎo)縫0.15～4.49條/m、微斷層0～2.16條/m，充填縫不發(fā)育，張開(kāi)縫發(fā)育井段多位于2 000～2 400 m。區(qū)域地層深度大于2 540 m處多為裂縫孔隙較發(fā)育層位，其裂縫橫向貫通性好、縱向上連通集中厚度高達(dá)30～70 m，且裂縫—孔隙發(fā)育程度不斷向下增大，如長(zhǎng)寧區(qū)塊龍一3下段至龍一1(2 948～2 960 m)發(fā)育數(shù)條應(yīng)力釋放縫，下部發(fā)育張開(kāi)縫0.1～10條/m。

1.2 防漏堵漏材料設(shè)計(jì)思路及決策

(1)根據(jù)長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)龍馬溪頁(yè)巖微裂縫發(fā)育分析，裂縫主要以0.05～2 μm為主，根據(jù)1/2～2/3架橋原理[12]，防漏堵漏材料尺寸應(yīng)為0.025～1.33 μm。

(2)堵漏材料應(yīng)對(duì)鉆井液流變性影響較小，便于配制及泵送，因此，筆者采用石墨類封堵材料，兼具橋塞及潤(rùn)滑特性。

(3)為提高承壓堵漏成功率，引入具有微納米尺寸、可變形、油基分散性、韌性較強(qiáng)的膠粒類封堵材料作為封堵填充，以提高堵漏堆積顆粒的抗壓沖擊強(qiáng)度，同時(shí)復(fù)配以微納米級(jí)、顆粒粒度分布范圍廣、剛性強(qiáng)度高、拉伸強(qiáng)度高的合成石墨作為封堵骨架，在裂縫內(nèi)形成有效的內(nèi)封堵效應(yīng)。

2 長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣專項(xiàng)堵漏技術(shù)室內(nèi)研究

2.1 材料基本特性

本文兩種材料的顆粒粒度分析通過(guò)激光粒度儀進(jìn)行測(cè)定，石墨材料的抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度測(cè)定根據(jù)GB/T 13465—2014《不透性石墨材料試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)定。其中，可變形膠粒(以下簡(jiǎn)稱A)D50為0.455 μm，合成石墨(以下簡(jiǎn)稱B)D50為1.121 μm，滿足龍馬溪組地層裂縫0.05～2 μm填充要求，B抗壓強(qiáng)度達(dá)50.1 MPa、抗彎強(qiáng)度達(dá)44.7 MPa、抗拉強(qiáng)度達(dá)22.6 MPa，滿足漏失地層填充剛性要求[13-16]。

2.2 流變性影響研究

按照GBT 16783.2—2012《石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試第2部分：油基鉆井液》測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)A、B封堵材料對(duì)油基鉆井液流變性影響進(jìn)行研究?；鶟{配方為：5#白油+2%有機(jī)土+2%QHZ-1+4.0%QHF-2+CaCl2溶液(26%濃度)+5%CaO+4%QHJ-4+2%YH-140+3%QHR-3+重晶石(O/W=8∶2,密度=2.14 g/cm3)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1、表2所述，結(jié)果表明，防漏堵漏材料A及B對(duì)油基鉆井液體系流變性、破乳電壓影響小，能有效降低高溫高壓濾失量。

表1 加入A材料前后性能對(duì)比(120 ℃滾后)

表2 加入B材料前后性能對(duì)比

2.3 承壓封堵能力研究

2.3.1 防漏封堵效果評(píng)價(jià)

針對(duì)川渝地區(qū)長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)龍馬溪組地層，形成以A、B兩種材料為主的堵漏配方，其配方為:基漿(N216H2-1井)+0.5%～4%A+0.5%～8%B，本文采用OFI滲透性封堵儀PPT對(duì)堵漏配方封堵性進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中，以防漏為主的配方為：基漿+0.5%A+1%B，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 加入專項(xiàng)堵漏材料前后封堵性對(duì)比(120 ℃/3.45 MPa,850 mD)

圖2 加入專項(xiàng)堵漏材料前后封堵性對(duì)比(120 ℃/6.89 MPa,850 mD)

結(jié)果表明，所形成的防漏配方加入油基鉆井液后，瞬時(shí)失水由1.0 mL 降低至0.7 mL，總封堵性濾失量由4.8 mL 降低至3.6 mL，表明該防漏配方能夠有效提高油基鉆井液封堵性。根據(jù)時(shí)間開(kāi)方與PPT濾失量數(shù)學(xué)模型，在3.45 MPa壓力條件下，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，體系濾失量趨于平緩，在6.89 MPa壓力條件下，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，未加防漏劑的油基鉆井液體系濾失量不斷增加，加入防漏劑后體系后期(>1 h)濾失量趨于平緩，防漏劑加入前后體系的總封堵性差異不斷加大。

2.3.2 堵漏效果評(píng)價(jià)

通過(guò)CDL-2型高溫高壓堵漏模擬試驗(yàn)儀，采用1 mm、3 mm、5 mm梯形縫，由表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，0.4%A+0.8%B堵漏配方對(duì)1～3 mm裂縫堵漏效果較好，其承壓封堵能力達(dá)3.43～5.77 MPa，2%A+4%B及4%A+8%B對(duì)1～5 mm裂縫均有較好的堵漏效果，其承壓封堵能力最高達(dá)9.57 MPa。

表3 專項(xiàng)堵漏材料堵漏效果評(píng)價(jià)(120 ℃，0.69 MPa)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 井漏情況及原因分析

N216H2-1井采用三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)井深5 002 m，?215.9 mm鉆頭鉆進(jìn)至1 911 m時(shí)發(fā)生井漏，平均漏速3.2 m3/h，采用隨鉆堵漏成功后，鉆遇新層再次井漏，通過(guò)承壓試驗(yàn)檢測(cè)穩(wěn)壓不成功后采取搶鉆方式施工。在鉆井液密度1.84～1.85 g/m3時(shí)，漏速約0.4 m3/h，期間，由1.84 g/cm3降低鉆井液密度至1.8 g/cm3時(shí)發(fā)生氣侵，提高鉆井液密度至1.85 g/cm3漏速明顯上升，安全密度窗口僅0.19 MPa。原因分析，該井段安全密度窗口窄，施工期間輕微的壓力激動(dòng)即可引起漏失，前期使用了各種粒度的超細(xì)碳酸鈣、纖維材料等，只能減緩漏速，無(wú)法完全進(jìn)入微裂縫形成屏蔽層。

3.2 堵漏施工效果

第一批加入堵漏材料0.7%A+0.9%B，充分循環(huán)并正常鉆進(jìn)，泵沖50沖，漏速逐漸降低，繼續(xù)加入2%A+1%B，逐步提高鉆井液密度和泵沖。按設(shè)計(jì)提高鉆井液密度到1.87 g/cm3，泵沖90沖，實(shí)測(cè)鉆井液漏失速度0.1 m3/15 min，后續(xù)鉆進(jìn)過(guò)程中未發(fā)生井漏及氣侵。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)堵漏效果評(píng)價(jià)

加入堵漏材料之前，穩(wěn)定鉆進(jìn)期間鉆井液密度1.84 g/cm3，泵沖83沖，鉆井液消耗速度為0.1 m3/15 min，略微提高密度至1.85 g/cm3或泵沖至85沖，鉆井液漏失速度為(0.3～0.4)m3/15min。通過(guò)前兩次加入堵漏材料并充分循環(huán)，正常鉆進(jìn)期間鉆井液密度 1.87 g/cm3，泵沖90沖，實(shí)測(cè)鉆井液漏失速度0.1 m3/15 min?？蓽y(cè)算出同等工作情況下，降低鉆井液漏失速度67%～75%，堵漏成功后安全密度窗口擴(kuò)大至0.56 MPa。

4 結(jié)論及建議

(1)采用A膠粒堵漏劑復(fù)配以強(qiáng)剛性、拉伸性的B石墨堵漏劑，形成龍馬溪頁(yè)巖防漏堵漏技術(shù)，其PPT瞬時(shí)失水由1.0 mL降低至0.7 mL，總封堵性濾失量由4.8 mL 降低至3.6 mL，根據(jù)PPT數(shù)學(xué)模型，其封堵提高率隨時(shí)間增長(zhǎng)而增加，專項(xiàng)堵漏劑承壓封堵能力可達(dá)2.33～9.57 MPa。

(2)該技術(shù)在N216H2-1井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，該堵漏劑可有效進(jìn)入龍馬溪組地層進(jìn)行填充，與地層裂縫匹配性好，承壓堵漏效果突出，鉆井液漏失速度降低67%～75%，堵漏成功后安全密度窗口由0.19 MPa擴(kuò)大至0.56 MPa。

(3)頁(yè)巖氣區(qū)塊在鉆至龍馬溪組、五峰組等潛在漏失層位前可應(yīng)用該堵漏技術(shù)以降低井漏處理難度及處理時(shí)間。