双城地区防漏堵漏技术研究

李昕楠，李承林

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙 江大庆 163000）

1 双城漏失层位分析

1.1 双城地质特性

双城地区位于松辽盆地东南断陷区，从浅层构造看，从南向北依次横跨青山口背斜带、宾县-王府凹陷、长春岭背斜带和朝阳沟阶地。从深层构造看，双城地区发育两个北北东走向的凹陷和夹于其间的古凸起，即莺山凹陷、双城凹陷及对青山凸起。由于上部地层缺失，整个区块埋藏浅，目的层登娄路或营城组，营城组埋深1700m左右。区块裂缝发育，断层较多，施工的多口井发生在登楼库下部地段泥岩裂缝以及营城组，其中大多为营城组粉砂岩、砂砾岩渗透性漏失及裂缝性漏失，漏速大。

松辽盆地营城组是主要的天然气储层，主要岩性为：安山岩、安山玄武岩、火山角砾岩凝灰岩夹灰色灰绿色砂岩暗紫色流纹岩、砾岩等。其中火山岩由于岩浆的喷发、溢流、结晶、构造运动和风化作用等因素，在熔岩内部形成发育的孔隙裂缝，大部为构造缝，其延伸较长，缝宽变化较大，裂缝多为垂直裂缝。根据有关学者研究统计：裂缝是以高角度斜交裂缝和垂直裂缝为主的构造裂缝，所占比例分别为35%和45%。相关研究统计，开启裂缝占62.8%，裂缝开启宽度平均0.1mm，最大值0.5mm，最小值0.001mm，天然漏失通道的存在这是营城组发生漏失的主要原因。

1.2 双城漏失层位分析

（1）调研2018～2019年双城地区各井漏失井钻井液漏失情况如表1所示。

表1 双城各施工井漏失情况

位处松辽盆地东南断陷区莺山—双城断陷双城凹 陷，由于上部地层缺失，整个区块埋藏浅，目的层登娄路—营城组，营城组埋深1700m左右。区块裂缝发育，断层较多，施工的多口井发生在登楼库组底部及营城组，营城组发生的频率更高些，主要为粉砂岩、砂砾岩渗透性漏失及裂缝性漏失，漏速大。

2 防漏堵漏研究

2.1 防漏堵漏原理

阻止裂缝延伸方法应用关键在于以下两点：①封堵材料支撑诱导裂缝或天然裂缝张开，进而压缩井周地层，提高井周切向应力；②封堵材料同时隔离裂缝尖端，阻止流体压力向裂缝尖端的传递，进而降低缝尖应力强度因子，保持裂缝系统稳定。

粘弹性材料随着裂缝宽度的改变而改变自身形状，持续起到阻止压力传递的作用，利于封堵稳定性；随缝内压力系数降低，地层承压能力增加；随架桥距离增加，地层强化效果降低；封堵效率系数越高，裂缝尖端强度因子越小，裂缝越不容易扩展延伸；阻止裂缝延伸方法适用性分析主要适用于裂缝发育程度低的孔隙性地层。

2.2 封堵材料及堵漏材料的选取

防漏主要是需要在于钻井液的封堵作用,原理:微裂缝、层理是钻井液侵入地层的主要通道,对井壁稳定产生直接影响。封堵剂在压差作用下与钻井液体系中其它细小粒子(膨润土颗粒、加重材料粒子等)一起进入微裂缝,因为物理阻挡和化学吸附,在微裂缝内滞留、堆积形成致密封堵层,阻止水进入近井壁地层,同时隔绝压力传递,达到稳定井壁的目的。

（1）封堵材料的选取。应用钻井液性能测试中最常用的高温高压静失水仪来评价封堵性能，其测试步骤、测试方法、数据处理等均与降失水剂的评价方法相同，失水量的大小反映防塌材料或体系的封堵效果，一定时间范围内，高温高压失水量越小，表明测试体系在一定环境条件下对微孔隙进行了有效封堵，液相经过微孔隙侵入地层，封堵效果较好。反之，则相反。高温高压静失水仪可模拟井下的高温高压环境，并且方便快捷，操作简单，普及性高，也能较准确地定量比较不同封堵材料和体系的封堵效果。应用5%膨润土浆为基浆做对比样实验结果如图1所示。

图1 高温高压对比效果图

防塌封堵试验中防塌封堵材料浓度为4%，白沥青的封堵效果最好，30min高压滤失量控制在12mL。防塌封堵效果如图2所示。

图2 高温高压对比效果图

实验中沥青类处理剂都具有较好的封堵效果，但荧光效果明显，限制它在探井上的应用，白沥青具有较好的封堵效果同时，荧光效果明显低于其他材料，不影响录井，探井也可以使用。

（2）堵漏材料的选取。目前国内常用的堵漏方法主要是静止堵漏、桥接堵漏、化学堵漏等。根据调研资料和现场井漏情况判断地层裂缝在0.1～0.2mm左右微裂缝，因此，通过优选，选择超细碳酸钙、复合堵漏剂（细）及801随钻堵漏剂等小粒径堵漏材料进行复合桥接堵漏。

根据1/2～2/3架桥原则，主要架桥粒子粒径为0.07～0.1mm，钻井液中的坂土和重晶石粉、801随钻堵漏剂中的细纤维在粒径上可以作为架桥粒子，超细碳酸钙作为主要的填充封堵材料；白沥青具有很强的弹性，可以很好地填充在岩石空隙和裂缝中，并且还能形成吸附成膜，有效地阻止流体的侵入，提高根据堵漏材料堵漏效率。801随钻堵漏剂中的木质纤维和微胶粒在裂缝中膨胀可以有效地封堵裂缝。复合堵漏剂（细）要是封堵在裂缝系列中少量存在的宽度稍大的裂缝，保证堵漏成功率。

2.3 防漏堵漏配方的制定

（1）防漏配方的优选。现有钾盐共聚物钻井液体系配方：膨润土4%+WYDZ-1 0.3%+HX-D 0.3%+NPAN 1%+JS-Ⅰ1.2%+JS-Ⅱ1.2%+SF260 1%作为基浆，做对比试验。白沥青加量分别为0.8%(1号样)、1.2%(2号样)、1.6%(3号样)。

从实验结果来看（表2），中压滤失量和高温高压滤失量随着白沥青的含量增加而减小，但是加量为1.2%和1.6%时，中压滤失量和高温高压滤失量变化已经相差不多，从成本考虑，我们选定白沥青加量为1.2%。

表2 封堵剂白沥青加量实验

根据上述堵漏剂实验，非渗透封堵剂封堵较细裂缝效果较好，可作为防漏用的封堵剂，配合白沥青进行封堵，使用上述基浆，加入白沥青（B）和非渗透封堵剂（C）。

白沥青DWF-1和非渗透封堵组合3%+2%封堵效果与4%A+4%B基本相同，模拟实验中降低滤失能力与封堵材料含量有关，白沥青DWF-1含量高，封堵速度快，考虑3%的白沥青DWF-1+2%非渗透封堵剂组合的效果最优（效果如图3所示）。

图3 白沥青与非渗透配比效果图

综合考虑封堵材料对钻井液的性能的整体影响应用非渗透封堵+白沥青组合更适合双城地区施工。

通过上述实验得出结论：双城地区防漏钻井液采用钾盐共聚物钻井液加入1.2%白沥青在上部起封堵效果，在进入登楼库组和营城组后，起钻前可打入防漏封闭浆进行封堵这两个层位，封闭浆加入3%白沥青和2%非渗透封堵剂，在易漏区域可直接使用封闭浆配方进行钻进，白沥青浓度达总量3%，非渗透封堵剂达2%。

（2）堵漏配方优选。由以上实验数据及堵漏经验公式：粒状∶片状∶纤维状=6∶3∶2,初步确定以下几组比例进行弹子床优选实验:超细碳酸钙∶非渗透堵漏剂∶801随钻堵漏剂∶复合堵漏剂（细）=A∶B∶C∶D。分别以15%浓度在钾盐共聚物钻井液中采用弹子床试验进行定性评价，在压力小于6.9MPa的情况下各配方流失量见表3。

表3 各配方漏失量

由以上实验数据表明，超细碳酸钙∶非渗透堵漏剂∶801随钻堵漏剂∶复合堵漏剂（细）=2∶2∶2∶1配比较优。

3 钻井液防漏堵漏方案研究

3.1 双城地区防漏技术措施

（1）控制钻井液密度在设计下限，控制流变性能，控制动切力在15Pa以内，静切终切18Pa以内，补加封堵材料。

（2）在钻井施工过程中，钻遇登楼库前现场储备足量的封堵及堵漏材料，即将进入易漏地层时循环钻井液内补足封堵材料白沥青含量不低于1.2%，若是易漏区域内的井则使全井含量白沥青达到3%，非渗透封堵剂达到2%。

（3）在起钻前或钻进时定期打入10～15m3的封闭浆，非易漏区域采用浓度3%白沥青及2%非渗透封堵剂封堵易漏层位，易漏区域采用超细碳酸钙∶非渗透封堵剂∶801随钻堵漏剂=1∶1∶1，质量分数为15%的防漏封堵浆封堵易漏层位。

（4）进入漏层后，缓慢开泵，泵冲逐渐提高，避免井下压力激动变化过大。

3.2 双城地区堵漏技术措施

（1）漏速不大于5m3/h，主要采用循环堵漏的方式，每次配制10m3堵漏剂，超细碳酸钙∶非渗透封堵剂∶801随钻堵漏剂=1∶1∶1，可适当加大随钻堵漏剂浓度，随钻堵漏剂、非渗透封堵剂、超细碳酸钙总浓度15%左右。

（2）漏速5～10m3/h，主要采用静止堵漏的方式，根据漏速适当加入复合堵漏剂（细），超细碳酸钙∶非渗透堵漏剂∶801随钻堵漏剂∶复合堵漏剂（细）=2∶2∶2∶1，堵漏材料浓度15%～20%。

（3）若漏速大于10m3/h，主要采用静止堵漏的方式，超细碳酸钙∶非渗透堵漏剂∶801随钻堵漏剂∶复合堵漏剂（细）=2∶2∶2∶1，堵漏材料浓度20%～30%。

（4）若静止堵漏效果不理想，则采用承压堵漏方式，配比超细碳酸钙∶非渗透堵漏剂∶801随钻堵漏剂∶复合堵漏剂（细）=2∶2∶2∶1，将堵漏剂挤入地层，承压3～5MPa，堵漏材料浓度20%～30%。

4 总结

（1）通过使用白沥青及非渗透封堵剂可有效封堵地层裂缝，提高地层承压能力。

（2）超细碳酸钙∶非渗透堵漏剂∶801随钻堵漏剂∶复合堵漏剂（细）=2∶2∶2∶1，堵漏材料浓度15%～20%的堵漏配方可针对双城地区的在0.1～0.2mm左右微裂缝进行有效封堵。