长庆油田边缘探井致密承压复合堵漏剂研制及现场试验

刘 伟梁海军罗 磊

1.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室 陕西西安 710018；

2.中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院 陕西西安 710018；

3.中国石油天然气股份有限公司长庆油田长北作业分公司 陕西榆林 719000

长庆油田钻井过程中，边缘探井是井漏的高发区，单井漏失发生概率＞70%，且失返性漏失占比高。边缘探井因地层存在裂缝承压能力低、深井段钻井液密度高、井温高等问题，造成堵漏难题[1-3]。边缘探井忠平1 井、忠5 井和页岩油水平井城页1 井、城页2 井等探井和复杂油气井都发生多次漏失。忠平1 井刘家沟- 山西组发生漏失10次，打水泥堵漏6 次，累计漏失钻井液3312m3，处理时效超过600h。城页1 井全井发生多次漏失，堵漏15 次，打水泥堵漏5 次，泥浆总漏失量2284m3，处理漏失复杂时效370h。城页2 井也发生多次漏失，其中二开发生7 次漏失，总计漏失量1502m3。高频漏失地层是刘家沟、石千峰、石盒子、延长组等地层，占所有井漏地层的80%以上[4-5]。刘家沟组细- 粗粒砂岩夹砂质泥岩、泥岩发育，层理裂隙异常发育，地层裂缝纵横交错，钻井液易漏失。石千峰组、石盒子组上部为泥岩夹砂岩，下部为泥岩与砂岩互层。刘家沟组与石千峰组交界面存在脆性泥页岩地层，层理裂隙发育并具有应力敏感性的特点，易发生诱导裂缝漏失。延长组上部为泥岩，砂质、粉砂质泥岩夹砂岩，中下部为砂岩夹泥岩，砂岩类裂缝张开度高，部分断层、天然裂缝发育、地层压力系数低，且诱导裂缝发育[6-7]。

现场常用的钻井液防漏堵漏配方裂缝封堵承压能力低，无法有效封堵刘家沟等裂缝性漏失地层；防漏堵漏材料单一，现场堵漏施工成功率较低。另一方面，水泥浆等固化型堵漏剂成本大、耗时长。为此，针对长庆油田刘家沟组等裂缝发育的特点，基于不同类型的防漏堵漏材料，研制了致密承压复合堵漏剂，进行了综合性能评价，并开展了现场试验。

1 致密承压复合堵漏剂的研制

针对长庆油田复杂裂缝地层漏失机理，研选了刚性颗粒、弹性颗粒、纤维材料、延迟膨胀颗粒和变形充填颗粒等不同类型防漏堵漏材料，为致密承压复合堵漏剂的研制奠定了基础。

1.1 刚性颗粒

研选不同目数的碳酸钙矿物颗粒（G）作为刚性架桥和充填颗粒，其具有以下特点：

（1）弹性模量大，泊松比小，利于形成强力链网络结构；

（2）强度高，承压能力强；

（3）酸溶率高，便于储层堵漏；

（4）惰性物质，抗温能力强，不与钻井液发生物化反应；

（5）棱角分明，易于加工，货源充足，经济廉价。

筛分为不同级配的刚性颗粒，针对不同开度的裂缝，大粒径颗粒作为架桥粒子，逐次递减分布小粒径颗粒作为充填粒子，有利于形成强力链网络结构。

1.2 弹性颗粒

研选不同目数的弹性橡胶颗粒（R）作为弹性颗粒，其具有以下特点：

（1）弹性变形率大，达到71.43%，自适应裂缝开度的变化；

（2）表面摩擦系数高，避免封堵层发生摩擦滑动失稳和剪切破坏失稳，且有利于在裂缝入口不远处形成封堵层；

（3）惰性物质，抗温能力强，不与钻井液发生物化反应。

1.3 纤维材料

研选了纤维复合堵漏剂（F），其为不同长短的聚丙烯纤维复合材料，具有物理机械性能好、弹性模量高、抗拉强度大、抗高温能力强（达150℃）等特性；能快速、均匀、完全地分散于水中，可有效地捕捉堵漏材料，加入很少的量即可成倍提高堵漏浆对堵漏材料的携带能力；具有化学惰性，不与水基、油基和其他合成基钻井液反应；对钻井液体系性能影响较小，具有良好的配伍性。

1.4 延迟膨胀颗粒

以丙烯酸、丙烯酰胺、阳离子单体等为主要聚合单体，膨润土、多糖化合物、纤维为支撑剂，采用溶液聚合法，研制出膨胀凝胶颗粒堵漏剂（S）。其60min 膨胀倍数达到43.05%，遇水后在0～10h 内体积膨胀12 倍左右，可在一定范围内对不同开度裂缝进行自适应架桥封堵。主要作用机理有以下几点：弹塑性颗粒的架桥堵塞作用；弹塑变形挤压充填堵塞作用；延迟膨胀充填堵塞作用；强力吸附提高封堵强度；大骨架支撑作用。

对于大开度裂缝，需要加入大粒径颗粒进行架桥，碳酸钙颗粒密度大（2.7g/ cm3），易在井筒中发生沉降效应，导致架桥颗粒无法进入封堵层进行有效架桥封堵。因此对于大开度裂缝漏失，优选低密度核桃壳（N）等大粒径架桥颗粒。为了提高封堵致密性，降低封堵层渗透率，优选了超低渗透处理剂CDS- 1。

采用裂缝堵漏模拟实验装置（图1）和1～5mm 开度的楔形裂缝模块，基于表1 钻井液漏失速度和模拟裂缝开度，开展了不同开度楔形裂缝的钻井液防漏堵漏配方优化，研制了致密承压复合堵漏剂，为长庆油田易漏地层钻井施工，提供可靠的钻井液防漏堵漏技术支撑及物质保障。

图1 裂缝堵漏模拟实验装置

如表1 所示，研制了处理小、中、大等不同漏速的致密承压复合堵漏剂系列产品，针对1～5mm 不同开度的楔形裂缝，通过颗粒类型、粒度级配与浓度合理控制，优化了强化致密承压封堵钻井液配方，可形成具有“强力链网络结构”的裂缝致密承压封堵层，承压能力＞8MPa。

表1 基于力链封堵理论的复合桥接承压堵漏剂性能指标

2 致密承压复合堵漏剂的性能评价

2.1 粒径分布特征

采用电子筛分仪筛分致密承压复合堵漏剂，绘制累计粒径分布曲线，求取D10、D50、D90 值。得到致密承压复合堵漏剂1- 3 型系列产品的D90 值分别为0.82、2.14、4.45mm。

2.2 抗压强度

室内建立了堵漏材料抗压强度的实验评价方法，以粒度降级率作为评价参数，评价了堵漏剂1- 3 型系列产品的抗压强度。堵漏剂的抗压D90 降级率＜6%，抗压D90降级率＜9%，证明30MPa 受压后，粒径特征值基本保持不变，抗压强度＞30MPa。致密承压复合堵漏剂中的植物颗粒、弹性颗粒和膨胀凝胶颗粒的弹塑性具有变形作用，不易发生破碎，有利于保持原粒径分布；纤维材料的填充也起到了缓冲作用，增加了抗压强度。

2.3 弹性特征

建立了堵漏剂弹性特性实验评价方法，以弹性变形率作为评价参数，评价了复合桥接承压堵漏剂的弹性特性。致密承压复合堵漏剂的弹性变形率较大。在钻井作业中，由于钻井液当量循环密度ECD 的变化，裂缝开度是动态变化的，且难以准确预测裂缝开度，这就要求裂缝承压封堵层具有较好的弹性变形性能，自适应裂缝开度的变化。另外，弹性颗粒由于弹性变形特征充填于微小孔隙之间，降低封堵层渗透率，从而增加封堵层强力链数目，提高封堵层致密承压能力。

3 现场试验

制定现场承压堵漏施工方案，给出了致密承压复合堵漏剂适用建议（表2），开展了2 口井的现场试验。

表2 致密承压复合堵漏剂适用建议

2121 年8 月24 日，桃7- 12- 19X3 井钻至3630m 井段时钻遇天然裂缝，发生失返性漏失。垂深3251.2m，井斜84.15°，漏失层位为石盒子组，泥浆性能：密度1.32g/ cm3，粘度72s，失水1.9mL，pH=9。采用常规桥塞承压堵漏配方（堵漏剂加量25%）进行承压堵漏作业未成功，开井后测得漏速为48m3/ h。然后采用致密承压复合堵漏剂现场配制堵漏浆（加量22%）进行承压堵漏作业，通过4 次挤堵后开井测得漏速＜0.5m3/ h，循环后无漏失，一次堵漏成功。

2121 年9 月5 日，安平31- 16 井钻至3447m 井段时钻遇天然裂缝，发生漏失，漏速为40m3/ h。水平段849m，漏失层位为延长组，泥浆性能∶密度1.15g/ cm3，粘度40s，失水5.0mL，pH=9。采用致密承压复合堵漏剂配制堵漏浆（加量22%）进行承压堵漏作业，挤堵后开井测得漏速＜3.0m3/ h，循环恢复正常钻井作业后无漏失，一次堵漏成功。

4 结论

（1）研制了致密承压堵漏剂1- 3 型系列产品，适用于小、中、大不同漏速地层，D90 值分别为0.82、2.14、4.45，抗压强度大于30MPa，1～5mm 裂缝开度承压能力＞8MPa，最高达10MPa。适用于封堵地层不同开度裂缝，易形成强力链网络结构，提高承压能力和堵漏成功率。

（2）完成了防漏堵漏现场试验2 口井，堵漏成功率100%。致密承压复合堵漏剂的研制，为长庆油田边缘探井“安全、高效”钻井提供了技术保障。