南川地区页岩气防漏堵漏技术研究

张 斌

（中石化华东油气分公司石油工程技术研究院，江苏南京 210000）

涪陵平桥南区块页岩气藏位于川东高陡褶皱带万县复向斜平桥背斜南部，属涪陵页岩气田二期产能建设区。钻井周期由2016年的90d左右降至目前的70d左右。尽管平桥南区块整体钻井速度有了大幅提升，但仍有部分井段受限于复杂的地质条件，经常发生井漏[1]。井漏严重地拖延了钻井工期、并造成工程事故、影响经济效益，为解决井漏问题，顺利推进产建，本文对南川页岩气田钻井井漏情况进行统计分析，通过室内实验结合现场应用，提出防漏堵漏发展意见。

1 漏失情况

目前井漏是平桥南页岩气钻井过程中最普遍的问题。通过对漏失井的统计分析可知，漏失层位主要集中在浅表层的嘉陵江组、飞仙关组，韩家店组、小河坝组、龙马溪地层（见图1）。

图1 漏失层位频率与漏速示意图

2 漏失地层特性

嘉陵江组、飞仙关组岩性特征主要为灰岩，实钻过程中经常发生失返性漏失，漏失原因主要为溶洞型漏失、缝洞型漏失、裂缝型漏失。

韩家店、小河坝岩性特征主要为泥岩、砂质泥岩及少量的泥质粉砂岩互层，地震剖面未显示纵向裂缝发育，漏失原因主要为层理缝漏失。

龙马溪岩性特征主要为泥页岩，上段有少量的粉砂岩及砂质泥岩，岩心、地震剖面显示裂缝发育，漏失原因主要为裂缝型漏失。

3 南川页岩气田防漏堵漏技术

南川页岩气钻井过程中，井漏处理的主要方法有：强钻、循环堵漏、静止堵漏、承压堵漏、注水泥堵漏与化学固结堵漏。各类处理方法占比为：静止堵漏44%、承压堵漏24%、强钻15%、循环堵漏10%（主要是在龙马溪组，漏失量较小一般＜5m3/h）、注水泥5%、化学堵漏2%（见图2）。

图2 堵漏方式统计

3.1 强钻

采用强钻的方式处理井漏主要有两种情况，一是针对浅表层的漏失，在导管及一开井段采用清水强钻，钻至中完井深后，下套管封固；二是在韩家店、小河坝地层发生连续性漏失，地层漏失频繁，具备强钻条件，强行钻穿漏失层，然后集中处理。

3.2 随钻堵漏

在钻井过程中加入随钻堵漏材料，通过钻井液的循环，堵漏材料进入漏层中封堵微小裂缝，一般针对微小裂缝渗漏，不影响正常钻井施工。

3.3 静止堵漏

即在钻进过程中出现漏失，且漏失量较大时，停泵观察，起钻至安全井段，向井底泵入一定量堵漏浆，凭借静液柱压力与漏失位置的压差，将堵漏材料压入地层裂缝，进行封堵。

3.4 承压堵漏

将复配好的堵漏浆注入井内，同时关闭井口，附加一定的压力，将堵漏浆挤进地层。堵漏浆的材料种类与配比基本与静止堵漏一致。

3.5 注水泥堵漏

一般采用比重为1.8的水泥浆20～30m3通过钻杆注入井内，通过水泥浆固结封堵漏层。

3.6 化学堵漏

以化学固结剂或化学凝胶为主的堵漏配方，一般高浓度能到达30%～40%，进入地层后失水快，通过化学作用固结或者胶联在漏层中形成一定强度的封闭层，主要针对恶性漏失。

各类处理方法在使用过程中并非单一使用，承压堵漏的过程中，为了让堵漏浆固结形成强度，也在配方中添加一定量水泥，憋挤进地层进行堵漏；注水泥堵漏时也提前注入一定量堵漏浆，防止水泥浆全部从裂缝中漏失，无法在漏失通道中停留。

3.7 措施效果

浅表层漏失均采用清水强钻穿漏失层后，下套管封固。二开后的漏失层一旦漏失量过大，则无法强钻（钻井液跟不上，消耗过大）需要逐一漏点处理，多采用静止+承压堵漏。一般情况下静止堵漏基本成功，但是在钻进过程中钻井液的不断循环与循环压力易造成复漏。所以处理时，一般都采用井口憋挤，在这种情况下，承压堵漏效果井口一般压力只有2～5MPa，也会有承压不稳或承压失败的情况出现。

二开钻进至龙马溪组过程中，存在漏失风险，且漏失量也较大，经过处理后能有效控制。龙马溪组中部三开钻进过程中，采用油基钻井液施工，钻井井漏易造成较大的经济损失，从目前钻井的情况看，龙马溪组漏失速度较小，采用随钻堵漏能有效控制，其主要的问题在于固井施工前，为了提高地层承压能力，进行承压堵漏施工，造成了油基钻井液的二次损失。

4 随钻堵漏技术

目的层龙马溪组地层作为主要目的储层，集中表现为微、小漏失为主，且漏失最为频繁，天然裂缝、诱导裂缝发育是造成井漏的主要原因，它区别于一般性渗透性储层，属于裂缝性储层。而针对天然裂缝性储层漏失的关键，一是利用随钻测井工具，准确预测和预报储层压力，及时调整工作液性能，有意识地改变井底循环压力（ECD），实现近平衡或欠平衡钻进，从而避免钻井液漏失和降低储层损害等问题；二是采用屏蔽暂堵-堵漏工艺技术，提高储层承压能力，尽可能地提高储层安全密度窗口，精确预测裂缝宽度和优选堵漏材料尺寸是该技术的核心。

4.1 随钻堵漏技术关键

随钻堵漏技术就是在钻井液中引入一定浓度的由尺寸合适、强度较高的颗粒状物质按合理级配形成的封堵剂，当裂缝扩大到致漏程度时，封堵颗粒随着钻井液漏失进入裂缝中，大的封堵颗粒在裂缝中某个位置卡死架桥，较小的封堵颗粒填充裂缝中剩余的空间，最终堵死裂缝，实现即堵。随钻堵漏技术的关键是，在随钻过程中能在很短的时间内、在漏失量很少的情况下迅速堵住天然致漏裂缝，并能制止其进一步扩大；同时，它能防止天然非致漏裂缝由于诱导作用开启、扩大到致漏程度的漏失，即只要及时封堵裂缝的速度大于诱导裂缝扩大的速度，则诱导作用停止，地层不再因诱导作用而漏失。因此只要加有随钻封堵剂的钻井液能对钻遇的天然致漏和诱导扩展到致漏宽度的裂缝具有封堵能力，则此钻井液就能做的到即堵防漏[2]。由于天然致漏裂缝较少，在其开启扩大到颗粒合适宽度（颗粒刚好能进去，并能在其中架桥的宽度）时就已实现即堵，因此只要加有封堵剂的钻井液能对某一宽度的裂缝具有封堵能力，则此钻井液就能随钻即堵防漏。实际使用的随钻堵漏颗粒较小，粒径一般为0.125～0.18mm，使用量也很少，通常为1%～2%（见图3）。

图3 颗粒粒径对封堵的影响

理论和实际证明，只要封堵颗粒的大小、级配、形状、性质等合理，加有封堵剂的钻井液就能形成很好的封堵层，实现随钻即堵，大幅度提高地层承压能力，至少能到达3～5MPa。另外，针对发生漏速小于5m3/h的井漏时，受地层因素及井身结构的限制，不能降低钻井液密度，而降低排量又没有效果时，可采用随钻堵漏法。

另一方面，根据“应力笼”模型描述井眼强化现象（见图4）：当钻井液液柱压力超过地层的破裂压力时，井壁便会产生裂缝，在裂缝形成后，固相颗粒和泥饼迅速在裂缝的近井眼处形成封堵，形成一个楔子楔进裂缝当中，对地层形成了压缩；钻井液液柱压力通过“楔子”作用在裂缝两侧形成压缩环，即“应力笼”，它的产生使得井眼的强度得以提高；当钻井液液柱压力大于裂缝尖端的闭合压力时，漏失便会发生。因此，阻隔液液柱压力向裂缝尖端的传导是堵漏的关键。

图4 “应力笼”模型描述井眼强化现象

为了封堵裂缝的尖端，必须有能深入裂缝当中起架桥作用的桥堵材料，还要有能迅速滤失、在裂缝中沉积出非常厚的滤饼的高失水材料，一旦裂缝中充满这种坚韧的滤饼，井眼强度便会提高。根据这一理论可知，封堵材料的粒径、级配是材料能否进入裂缝之中，经过现场应用与研究选用了两类适应性较为理想的封堵材料。

5 室内实验

5.1 封堵实验测试

利用CLDL-II型高温高压漏失仪针对选用的两种暂堵剂进行封堵实验评价，以验证其随钻堵漏及提高地层承压能力的效果。根据不同类暂度剂，按其粒径分布，选择合理的模拟孔隙或裂缝类型，评价其封堵能力（见表1）。

表1 暂堵剂封堵实验

从上述室内实验结果来看，暂堵剂于刚性封堵剂针对微小孔隙能够起到较好的封堵作用，同时较大程度上能提高地层承压能力。钻井过程中通过添加封堵材料能有效减少压力激动而造成的非致漏裂缝的扩张，减少漏失的风险。但是单一堵漏粒径材料封堵效果较差，主要原因是尺寸的不匹配或者单一充填漏造成失量会显著增大。理想情况下两种或两种以上材料复配充填能有效而快速充填孔隙通道，随着孔隙尺寸的增大，封堵能力有所下降，一旦各类材料尺寸粒径均不匹配时（实验中10～20目砂模拟时），失去封堵能力。

通过添加不同尺寸、级配的封堵材料能有效提高地层承压能力，上述内容主要是针对非致漏裂缝，作为前期预防井漏的手段。当漏失发生以后还是需要采用更多大粒径的堵漏材料添加进钻井液中，或者配制专门针对性的堵漏浆泵入井筒，采用的静止堵漏与桥接材料堵漏结合的方式对易发生井漏的地层进行处理。因此堵漏材料的粒径、浓度等会直接影响处理效果。

5.2 封堵效果室内模拟

同样采用高温高压漏失仪，通过其中裂缝与孔隙模拟块模拟不同程度地层裂缝，对不同的堵漏材料配比进行封堵评价实验（见图5）。根据理论研究与实际效果，避免对钻井液流变性影响过大，而现场无法泵入的情况，应控制封堵材料浓度控制在3%～5%以下。

图5 高温高压漏失仪及模块结构

用来模拟微小漏失，从表2看出，采用刚性封堵材料能有效封堵，随着浓度的增加能减少漏失钻井液量，承压能力提高至3-5MPa。

表2 漏失封堵实验

从表3看出，5mm钢珠模拟孔、渗地层承压能到达7.2MPa，裂缝地层根据裂缝大小堵承压能力各不相同。实际漏失过程中，孔隙的非均质性、裂缝不规则与裂缝面摩阻的情况，承压能力应比实验中更高。所以针对渗漏及裂缝地层采用这类堵漏方案能够满足钻井要求。

表3 漏失封堵实验

针对南川区块常用的堵漏配方进行室内实验，完成了几种堵漏配方的封堵效果评价，在此基础上确定适合该区块井漏处理方按如下：

（1）漏速小于5m3/h时，向钻井液中加入刚性封堵材料，累计含量在3～5%，同时降低排量，进行随钻封堵。

（2）漏速5～10m3/h，油基钻井液中加入3%～4%刚性封堵材料和1～3%的果壳（F）配制堵漏浆，将上述20m3堵漏浆泵入漏层后起钻至套管鞋，静止堵漏，静止时间8～12h。

（3）漏速大于10m3/h时或只进不出，油基钻井液中加入3～4%刚性封堵材料、2%～3%片状堵漏材料、3～5%的果壳（F和M）配制堵漏浆，将上述30m3堵漏浆泵入漏层后起钻至套管鞋，静止堵漏，静止时间8～12h。

此外，针对漏速＞10m³/h的裂缝性漏失，可以采用不同与静止堵漏、桥接堵漏的方法，主要技术要点如下：

（1）裂缝性地层，漏速10～30m³/h，采用抗反吐交联成膜堵漏技术，引入耐油浸的颗粒材料、与膨胀的颗粒材料，提高韧性的纤维材料及致密填充材料，满足油基堵漏要求，通过抗高温、高强度堵漏材料的颗粒级配、化学交联，形成弹性封体，承压＞15MPa，抗反吐＞3MPa。

（2）裂缝地层、漏失30m/h至失返。采用新型化学固结堵漏技术，引入正电纳米级BA-AI-Si材料，电位+28mV，粒径10～25nm，堵漏浆易进入地层漏失通道，与地层发生电性吸引而滞留；混入柴油后强度有所下降，但48h强度仍可达到10MPa以上。

6 认识与建议

1） 针对浅表层微裂缝地层可钻至中完井深后，下套管封固。对于韩家店、小河坝地层发生连续性漏失，地层漏失频繁，具备强钻条件，强行钻穿漏失层，然后集中处理。

2） 钻井液密度的控制以及钻井液中不同粒径暂堵剂的使用，龙马溪组裂隙发育井段防漏。

3） 现阶段堵漏工艺不能精确、高效地对漏点进行封堵，可探讨应用物理堵漏技术，采用新工艺，新工具，如堵漏材料送入工具，实现精确堵漏、高效堵漏。