松辽盆地北210-5HF井钻井液堵漏技术

杨兴福，李子钰

（1.中石化华东石油工程公司六普钻井液公司，江苏镇江 212000；2.中国地质大学，北京 100083）

北210-5F井位于松辽盆地南部长岭断陷龙凤ft鼻状构造带，为水平开发井，目的层位为营城组。根据领井资料显示，北210井区存在4口钻井发生漏失，发生漏失的主要层位为泉头组、登娄库组及营城组，累计漏失1 708.81m3，在钻井过程共计漏失钻井液1 049.45m3，固井时漏失659.36m3。井漏问题一直是影响国内外石油勘探、开发的重大技术难题[1]。统计表明，全世界钻井井漏发生率占20%~25%，其中恶性漏失所造成的损失占总漏失损失的50%以上[2]，全球的石油行业每年因井漏造成的经济损失达数亿元[3]，近年来堵漏技术得到大量发展，中小型漏失，常使用的堵漏方式主要为随钻堵漏及承压堵漏。本文使用了一种新型堵漏材料——聚硅纤维，并应用承压堵漏的方式，成功完成了北210-5F井的堵漏。

1 堵漏背景

1.1 施工及漏失情况

北210-5F井完井层位为营城组，领井地质资料显示，泉头组、登娄库组及营城组易发生漏失。北210-5F井于3 200m进入营城组，3 300m开始造斜，钻进至井深4 152m因钻时升高起钻，起钻至4 100m，即有遇卡显示，后起钻至3 610m循环注稠浆清扫井眼，振动筛返出较多掉块。起钻再下钻至470m发现出口返浆流量变小，后下钻至500m接顶驱小排量开泵循环，漏失钻井液6.4m3，然后进行分段循环降比重的措施，以减少钻进液的漏失量，为堵漏提供条件，避免出现直接下钻到漏层以上进行堵漏时井口失返造成更大的漏失，进而导致环空液面过低造成的井壁失稳，比重由1.30g/cm3降至1.27g/cm3，累计共漏失68.4m3，下钻至2 630m循环期间发现漏失速率增大，停泵配堵漏浆。

1.2 漏层分析

根据邻井北210-3HF井资料显示，该井二开封登娄库组，三开钻井液比重1.30g/cm3未出现漏失现象，且本井在钻进过程中比重提至1.30g/cm3亦未发生漏失，判断营城组漏失的可能性较小。根据本井三开地破试验计算登娄库组当量密度为1.48g/cm3，本井二开封登娄库组中部及以上地层，初步判断漏层在登娄库与营城界面。后进行常规堵漏，根据常规堵漏的漏失情况分析，泵入堵漏浆过程中，上提钻具时井口返浆（返浆量小），下放钻具时井口失返，替堵漏浆后待堵漏浆至3 200m左右后，出口流量明显增大且持续返浆，故判断漏点在登娄库与营城组交界处。

1.3 井漏原因

北210-5F井自3 200m进入营城组至井深4 152m，营城组井段累计泥岩共计467m，且岩性剖面显示该组地层为砂泥岩互层，砂泥交替频繁，易发生井壁失稳复杂情况，钻遇井深3 720m时发现有掉块，后逐步将比重由1.21g/cm3提至1.26g/cm3，但起钻过程中仍有遇卡显示，需要上下活动钻具配合带泵上提，为保证井下安全，本趟钻（4 101~4 152m）将比重由1.26g/cm3逐步提至1.30g/cm3，后钻进及起钻过程中未出现漏失现象，但在重新下钻过程中因压力激动导致井漏。

1.4 漏失钻井液体系及性能

漏失井段钻井液体系为聚合物水基钻井液，密度1.30g/cm3，漏斗黏度61s，塑性黏度28mPa·s，动切力12Pa，初终切6Pa/16Pa，API失水3.4mL，泥饼0.4mm，pH9，固相含量12%，含砂量0.2%。

2 堵漏难点及技术分析

2.1 堵漏难点

泉头组、登娄库组及营城组均存在砂泥岩互层，由于使用水基钻井液钻井，泥岩易水化膨胀，从而发生井壁失稳、坍塌及掉块，由于进入营城组后发现有掉块，因而需要提升钻井液的比重以维持井壁稳定，但重新下钻过程中又因压力激动从而导致井漏发生，因此该地层易发生塌漏同层的复杂情况。后进行常规堵漏，因3 000m循环验漏无漏失（排量由25spm逐步提至60spm），下钻到底逐步提排量至40spm发现漏失，下钻过程中发现钻井液回吐，起钻过程中亦出现回吐现象，判断该漏失为圈闭漏失，导致堵漏材料返出漏层难以架桥，因此常规堵漏很难有效果。

2.2 堵漏思路

针对常规堵漏过程中钻井液有回吐现象，故考虑使用承压堵漏的方式进行堵漏，由于漏失速率较大（23.5m3/h），因此需要再次优选堵漏材料及配方，提高堵漏浆的浓度，以细为主、中粗为辅，并考虑继续增加堵漏颗粒中大尺寸材料的使用，小尺寸的堵漏材料进入地层裂缝通过架桥原理实现封堵效果，大尺寸的堵漏材料可受压变形挤压进入裂缝、空隙，达到封堵作用。如经调整，堵漏效果仍然不佳时，考虑采用化学固结、凝胶堵漏等其他堵漏方案。

3 堵漏技术研究

3.1 堵漏材料优选及体系构建

目前常用的纤维状堵漏材料主要有竹纤维、棉纤维等，但是这些纤维材料在高温钻井液中会碳化、失效，因此无法在高温井中使用。该新型堵漏材料是一种最新研发的一种纤维状堵漏材料。它具有堵漏效果好、耐高温和配伍性好等优点，非常适合用于高温井的堵漏。

该新型堵漏材料有四类产品型号，为评价四类型号堵漏材料的性能，进行室内对比实验评价。

3.1.1 对水基钻井液流变性及滤失量的影响

将这四种型号堵漏材料加入水基钻井液中，在常温下和120℃热滚16h后测量钻井液的流速、API滤失、高温高压滤失，实验结果如表1所示。

表1 钻井液性能影响

基浆配方：清水（500mL）+3%膨润土（15g）+0.25% Na2CO3（1.25g）+0.2%DS-301（1g）+3%腐殖酸钾（15g）+ 0.5%RHPT-2（2.5g）+3%磺化沥青（15g）；堵漏剂加量3%

由表1可以看出，无论是老化前还是老化后，该纤维加入水基钻井液后钻井液的塑性黏度和动切力几乎没有变化，中压滤失和高温高压滤失量略有降低。因此加入该新型纤维堵漏材料不影响钻井液的流变性和滤失量。

3.1.2 封堵能力评价

将这四种型号堵漏材料加入水基钻井液中，在常温下和120℃热滚16h后做沙床渗漏滤失实验，实验结果如表2所示。

表2 砂床渗漏滤失实验

基浆配方：清水（500mL）+3%膨润土（15g）+0.25% Na2CO3（1.25g）+0.2%DS-301（1g）+3%腐殖酸钾（15g）+ 0.5%RHPT-2（2.5g）+3%磺化沥青（15g）；堵漏剂加量3%

由表2可以看出，在水基钻井液中，四类纤维中除了聚硅纤维-4，其余三种纤维对渗透性漏失都有明显的封堵效果，并且120℃老化后的堵漏效果更好。四类纤维中聚硅纤维-1价格最低，而聚硅纤维-3堵漏效果最好，因此优选出该两种短纤维进一步分析研究。

3.1.3 抗温性评价

选取聚硅纤维-1和聚硅纤维-3短纤维加入水基钻井液中，在180℃、200℃、220℃热滚16h后做沙床渗漏滤失实验，实验结果如表3所示。

表3 抗温性评价

基浆配方：清水（500mL）+3%膨润土（15g）+0.25% Na2CO3（1.25g）+0.2%DS-301（1g）+3%腐殖酸钾（15g）+ 0.5%RHPT-2（2.5g）+3%磺化沥青（15g）；堵漏剂加量3%

由表3可以看出，聚硅纤维-1和聚硅纤维-3在水基钻井液中都有着很好的抗温性能，低于200℃时聚硅纤维-3有着更好的封堵效果，因此适合用于水基高温井的随钻堵漏 工作。

堵漏配方（浓度33%）：井浆+2%复合堵漏剂+5%竹纤维（10目）+4%竹纤维+（40~100目）+8%纳米封堵剂+3%随钻堵漏剂+2%碳酸钙颗粒（200~400目）+3%短绒纤维+ 2%碳酸钙颗粒（800目）+4%碳酸钙（1 500目）+3%聚硅纤维-3。

3.2 堵漏效果

北210-5F井使用优选的堵漏体系，更换钻具组合下钻进行专堵，10月22日18：30组钻具、下钻至3 180m；至10月22日21：00配制好堵漏浆；至10月22日21：50泵入浓度33%的堵漏浆27.5m3，泵入过程中漏失16.3m3；至10月22日22：10替浆23m3，替浆过程中漏失4.1m3；至10月23日0：30起钻至2 630m，进行承压堵漏；至10月23日19：00承压堵漏完，开防喷器，钻井液返出1.3m3。10月23日19：00至10月25日动态承压、分段循环验漏，2 630m、2 900m、3 100m、3 300m、3 530m、3 730m、3 930m、4 152m开泵循环，调整钻井液性能，排量逐步提至90spm无漏失；10月25日11：30起钻完，本次专堵成功。

4 堵漏施工过程注意事项

1）保证井底当量钻井比重度不超过1.30g/cm3，漏点当量钻井液密度不超过1.30g/cm3，管鞋处当量钻井液比重不超过地破试验当量钻井液比重，以保证不出现新的漏点且不能将原有漏点的裂缝压开还能保证堵漏浆更多地进入漏层；

2）严格控制泵压，计算承压堵漏的压力值，最高不超过1.5MPa；

3）配制堵漏浆和注入堵漏浆的时间要尽量短，防止堵漏剂在进入地层裂缝前水化膨胀，从而影响堵漏效果；

4）加强坐岗观察，密切关注循环管液面、泵入量与返出量，计算漏失，观察堵漏效果。

5 结论

1）根据地质资料及领井钻井资料显示，钻井过程中遇复杂地层，发生井塌、井漏的风险大，故应严格控制钻井液密度及性能；

2）该井在泉头组、登娄库组及营城组均存在砂泥岩互层，使用水基钻井液，易发生井壁失稳坍塌的复杂情况，故在钻遇泥页岩地层时应提升水基钻井液的抑制性或考虑使用油基钻井液；

3）该井进行常规堵漏，发现钻井液回吐，判断该漏失为圈闭漏失，导致堵漏材料返出漏层难以架桥，因此后续使用承压堵漏的方式成功封堵了漏失地层；

4）堵漏材料中，优选新型堵漏材料的四类纤维，实验结果表明，该新型堵漏材料对水基钻井液性能影响小；堵漏纤维-1、堵漏纤维-2、堵漏纤维-3均具有良好的堵漏性能；且抗温性能良好，适用于高温深井的堵漏；

5）由于常规堵漏过程中的回吐现象及较大的滤失速率，因此提升堵漏浆的浓度，堵漏材料以细为主，中、粗为辅。