艾 昆 張軍義 賈光亮 劉 福

(中石化華北石油工程有限公司， 鄭州 450006)

0 前 言

東勝氣田嚴(yán)重漏失層位主要集中在和尚溝組底部、劉家溝組中下部和石千峰組上部，平均埋藏深度為1 980～2 415 m，漏失井段長150～350 m左右。其中部分區(qū)塊地層發(fā)育大量破碎帶及高角度裂縫，導(dǎo)致鉆井作業(yè)中漏失情況嚴(yán)重[1-3]，主要漏失層劉家溝組的漏失當(dāng)量密度為1.15～1.20 g/cm3。目前多采用常規(guī)配方水泥漿進(jìn)行封堵，成功率不高，候凝時間過長，水泥塞強(qiáng)度較高，掃塞難度大。為此，在調(diào)研先進(jìn)堵漏技術(shù)的基礎(chǔ)上[4-9]，討論基于可膨脹堵漏劑的KPD堵漏技術(shù)(可控膨脹堵漏技術(shù))及其在東勝氣田的應(yīng)用。采用KPD堵漏技術(shù)，可通過鉆桿將可膨脹堵漏漿擠入漏失部位，堵漏漿在進(jìn)入漏層后會黏附、凝結(jié)于巖石表面，與地層凝為一體，從而迅速封堵漏失部位。

1 東勝氣田漏失層堵漏難點(diǎn)分析

東勝氣田位于鄂爾多斯盆地北緣，橫跨伊盟隆起、伊陜斜坡和天環(huán)向斜這3個一級構(gòu)造單元。在多次地殼運(yùn)動的影響下，區(qū)內(nèi)斷層和裂縫充分發(fā)育[10-14]。該區(qū)塊自上而下從侏羅系、三疊系到二疊系地層發(fā)育多套泥巖，整體地質(zhì)條件比較復(fù)雜,氣田儲層發(fā)育特征如圖1所示。部分地層為含礫粗砂巖，石盒子組(主要指盒1段)、山西組地層中石英含量較高。山1組地層中石英的體積分?jǐn)?shù)高達(dá)86.9%，在多個層位發(fā)育有大段泥巖。石千峰組地層垂厚約290 m，且以棕紅棕褐色泥巖為主。石盒子組以灰綠色、灰褐色泥巖為主，山西組、太原組存在大段硬脆性泥巖。

圖1 東勝氣田儲層發(fā)育特征示意圖

面對該氣田漏失層，堵漏作業(yè)中主要應(yīng)解決以下漏失問題：

(1) 裂縫性漏失。區(qū)域內(nèi)二疊系劉家溝組地層與底部地層均為砂泥巖互層，地層破碎，微裂縫發(fā)育，安全鉆進(jìn)泥漿密度窗口小。因此，地層對當(dāng)量鉆井液密度的變化比較敏感，易發(fā)生裂縫性漏失，從而對鉆井液性能與鉆井工藝的適用性要求極高。

(2) 重復(fù)性漏失。在堵漏層水平裂縫和垂直裂縫發(fā)育，在停泵狀態(tài)下裂縫閉合；當(dāng)井內(nèi)液柱壓力增加時，裂縫又重新開啟，從而導(dǎo)致堵漏層段產(chǎn)生重復(fù)性漏失。

(3) 新形成的漏失。由于氣侵等原因，現(xiàn)場測量出的井內(nèi)鉆井液比重數(shù)據(jù)有可能失真，從而導(dǎo)致堵漏漿密度設(shè)計錯誤，在施工過程極易因憋漏而形成新的漏失點(diǎn)。

(4) 反復(fù)性漏失。漏失井段較長，約150～350 m，漏點(diǎn)較多且難以確定，堵漏工藝及堵漏漿選擇不當(dāng)時極易造成反復(fù)性漏失。

2 KPD堵漏水泥漿性能評價

結(jié)合東勝氣田漏失層地質(zhì)特征，以漂珠、微硅為外摻材料,以膨脹劑、降失水劑和緩凝劑為外加劑,以多尺度纖維為堵漏劑,優(yōu)選了用于漏失性地層的KPD堵漏水泥漿，其配方為：84.00%水泥+8.00%漂珠+8.00%微硅+1.80%降失水劑+1.00%膨脹劑+1.00%短纖維+2.00%長纖維+0.22%緩凝劑+0.05%聚丙烯酰胺鉀鹽+85.00%水。為了確定堵漏水泥漿的物理性能，在對主要區(qū)塊漏失層地層溫度特征進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗分析的基礎(chǔ)上，用高溫高壓稠化儀、六速旋轉(zhuǎn)黏度計、高溫高壓失水儀對KPD堵漏水泥漿的物理性能作了測試，結(jié)果如表1所示。

表1 KPD堵漏水泥漿物理性能測試結(jié)果

2.1 KPD堵漏水泥漿稠化性能評價

結(jié)合東勝氣田主要區(qū)塊漏失層地質(zhì)及工程特征，利用高溫高壓稠化儀在70 ℃、30 MPa室內(nèi)實(shí)驗條件下對KPD堵漏漿的稠化性能作了測試[15]，其稠化時間曲線如圖2所示。在漏失層循環(huán)溫度和施工壓力條件下，KPD堵漏漿的初始稠度為15.1 Bc，稠化時間為180～200 min，能夠滿足現(xiàn)場施工要求。

圖2 KPD堵漏水泥漿稠化時間曲線

2.2 KPD堵漏水泥漿可膨脹性能評價

按照上述KPD堵漏漿配方制成堵漏水泥漿，并使其在施工壓力條件下候凝成型。測定不同時期的試件長度及相應(yīng)齡期的豎向微膨脹量，計算和評估KPD堵漏水泥漿的可膨脹性能。其膨脹率的計算如式(1)所示:

(1)

式中：Ep—— 膨脹率，%；

L1—— 某時期的試件長度，cm；

L0—— 初始試件長度，cm；

L—— 標(biāo)準(zhǔn)試件長度，一般取25 cm。

圖3所示為70 ℃條件下KPD堵漏水泥漿的膨脹性能變化。在70 ℃條件下，養(yǎng)護(hù)20 h，堵漏水泥漿的膨脹率達(dá)3%以上，自膨脹封堵性能較好。

圖3 70 ℃條件下KPD堵漏水泥漿的膨脹性能變化

該區(qū)塊劉家溝組地層的循環(huán)溫度為70℃左右，因此在KPD堵漏水泥漿抗壓強(qiáng)度室內(nèi)實(shí)驗中設(shè)定養(yǎng)護(hù)溫度為70 ℃，養(yǎng)護(hù)時間為24 h。在高溫高壓養(yǎng)護(hù)釜內(nèi)養(yǎng)護(hù)一定時間，觀察KPD堵漏水泥漿封堵強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)時間的變化規(guī)律[16-17](見圖4)。在地層條件下養(yǎng)護(hù)之后，KPD堵漏水泥漿的封堵強(qiáng)度達(dá)到10.6 MPa，有效地增大了地層的壓力安全窗口。

圖4 70 ℃條件下KPD堵漏水泥漿封堵強(qiáng)度隨時間變化規(guī)律

3 KPD堵漏漏點(diǎn)預(yù)測

針對實(shí)鉆井分別統(tǒng)計漏失速度與漏失壓差、裂縫孔隙度，觀察它們之間的關(guān)系(見圖5)?？梢钥闯觯┦俣葧S著漏失壓差和裂縫孔隙度的增大而不斷加快，與裂縫孔隙度之間基本滿足線性關(guān)系，而與漏失壓差之間的線性關(guān)系并不明顯。

圖5 漏失速度與漏失壓差、裂縫孔隙度的關(guān)系

劉家溝組地層漏失速度與漏失壓差、裂縫孔隙度的關(guān)系用式(2)表示：

q=0.027 2φfΔp2.83

(2)

式中：q—— 漏失速度，m3/h；

φf—— 裂縫孔隙度，%；

Δp—— 漏失壓差，MPa。

運(yùn)用非線性擬合方法分別擬合漏失速度與漏失壓差、裂縫孔隙度的關(guān)系，統(tǒng)計實(shí)測點(diǎn)與擬合點(diǎn)的漏失速度(見圖6)，結(jié)果顯示兩者擬合程度均較高。

圖6 實(shí)測點(diǎn)與擬合點(diǎn)漏失速度統(tǒng)計對比

為了驗證擬合方法的準(zhǔn)確性，對JXX井、J58PXX井的實(shí)鉆漏失情況進(jìn)行了對比。結(jié)果顯示，實(shí)鉆漏失點(diǎn)與計算所得漏失壓力薄弱點(diǎn)的分布基本一致(見圖7)。

圖7 兩井實(shí)鉆漏失點(diǎn)與計算漏失壓力薄弱點(diǎn)的分布

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

東勝氣田鉆井工程地質(zhì)特征復(fù)雜,由此引起的井漏問題比較突出，如三疊系底部劉家溝組漏失壓力低，二疊系石千峰組、石盒子組坍塌壓力高，防漏、防塌矛盾突出，井漏頻繁。劉家溝 — 石千峰層的漏失比例占全井段漏失的90%以上，尤其是在兩地層交界面上下50 m范圍內(nèi)漏失嚴(yán)重。為此，結(jié)合劉家溝組的地層地質(zhì)特征，將KPD堵漏漿應(yīng)用于東勝氣田，工藝實(shí)施效果較好?，F(xiàn)場共實(shí)施20井次，其中一次封堵成功18井次，作業(yè)成功率達(dá)90%。

5 結(jié) 語

針對東勝氣田地層地質(zhì)特征，討論了適用于該氣田的KPD堵漏工藝。采用該工藝配方，堵漏水泥漿的承壓能力可達(dá)10.6 MPa,有效地增大了井下壓力安全窗口，且在地層條件下稠化時間為180～200 min，完全滿足現(xiàn)場施工的要求。根據(jù)漏失速度與漏失壓差、裂縫孔隙度的非線性擬合關(guān)系，確立了東勝氣田主要漏失層段劉家溝組漏失壓力統(tǒng)計預(yù)測模型，以準(zhǔn)確預(yù)測漏失點(diǎn)位置?，F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，KPD堵漏技術(shù)一次封堵作業(yè)的成功率達(dá)90%以上，效果良好。