加固保护井壁创新技术在某油田的应用

陈香琴，刘坤翔，肖梦林，徐聪

(中海石油(中国)有限公司深圳分公司，广东 深圳 518064)

1 灰岩天然裂缝地层漏失特点

灰岩是以方解石为主要成分的碳酸盐岩，在水流侵蚀作用下易溶解形成天然的裂缝和溶洞，暴露于地表的灰岩层经过长时间风化作用，易导致岩石疏松、裂缝孔洞发育，在地质作用下，经过风化的岩层下陷，形成天然的裂缝和溶洞，泥质灰岩中的黏土矿物吸水产生水化应力，削弱了岩石强度，使地层更易破裂。

灰岩颗粒的原生孔隙和构造运动、成岩作用所形成的裂缝、孔洞共同构成灰岩的主要漏失通道，灰岩地层裂缝具有较强的非均质性，裂缝壁面相对光滑，裂缝较长且开口尺寸较大，常规堵漏材料难以在灰岩地层裂缝中驻留，形成有效封堵层灰岩地层裂缝具有较强的应力敏感性，其裂缝宽度并非恒定不变，随激动压力变化而变化，导致重复漏失的发生［1］。

2 灰岩天然裂缝地层漏失机理

2.1 封堵层多尺度分析

“强力链”理论：堵漏颗粒形成封堵层，是典型颗粒物质体系，则具有以“力链”为核心的多尺度结构特征，非均匀地贯穿封堵层，决定承压封堵稳定性。

微观：是从单颗粒逐渐形成整体的、具有一定强度结构的过程；

细观：是颗粒之间挤压产生接触应力形成强力链结构的过程；

宏观：是颗粒逐渐堆积、挤压形成承压封堵层的过程［2］。

裂缝封堵层多尺度结构如图1 所示。

图1 裂缝封堵层多尺度结构示意图

2.2 岩心测试分析

LF 某油田灰岩及砂岩地层微裂缝发育，其尺度在微米级，开度数十到数百微米不等，既存在单条裂缝也存在交错裂缝。

LF 某油田珠江组储层段微裂缝发育，钻井液易沿孔隙及微裂缝侵入，井周微裂缝在液相尖劈和正压差的进一步作用下向地层深部扩展、延伸形成贯通裂缝，引起严重漏失［3］。

微裂缝的存在还会影响地层强度，同一层位由于地层岩石的不均质和岩石中一些微裂缝的存在，导致岩石强度降低，岩石内部微裂缝越多、岩石强度越低，破坏应力越小。漏失原因分析如图2 所示。

3 灰岩天然裂缝地层防漏堵漏系列技术

3.1 升级版快速堵漏技术

如图3 所示，BLN D 系列较BLN1-3 粒径大、强度高；PF-BLN 系列颗粒粒径偏小，更适合原钻具堵漏，对其进行了刚性提升来同时满足承压堵漏要求；PF-BLN-D 系列颗粒粒径大，室内评价高压下堵漏效果良好，但需光钻杆堵漏。

为提高快堵堵漏技术PF-BLN 在深部地层的适用性，需要提高架桥粒子的强度，采用压力机向堵漏材料加压，堵漏材料15 MPa 下稳压10 min 后，称量堵漏材料受压后过20 目标准筛的筛余量，计算破碎率［4］。如图4 所示，改进后的快速复合堵漏剂可有效封堵各开度裂缝，且承压能力均可达到20 MPa。

图4 改进后的复合堵漏剂封堵各开度裂缝图

3.1.1 判断漏失层位

针对井漏以及漏层性质等具体情况进行分析，能够合理明确桥浆浓度及级配、配备数量等参数，从而确保其能够与钻进的井浆密度相接近；在具体实践中，可基于地面配浆罐连续搅拌时，严格按照既定配方加入适应的堵漏材料。这一过程中应注重预防出现漂浮现象，并注重减少沉淀和不可泵性等。当确定配制量时，应当按照漏层的具体位置、漏速大小以及裸眼段长、井眼尺寸等现实情况，有效确定最终参数。

当科学确定各项数据后，可开展操作实践，即是将钻具下至漏层顶部，大约50～100 m 的位置，然后将已配好的桥浆泵入到漏失层段。为确保漏层得到有效堵漏，应当合理控制注入量，即是以能全部覆盖漏层段并附加10～25 m3为宜。此时应清楚本次堵漏的目的，是一般堵漏还是承压堵漏［5］。若是以堵住为目的，那就可以适当弱化配方(确保适当吃入量)，达到满足循环压耗即可，一般为2 MPa 左右为宜，避免高套压压漏其他地层，导致堵漏失败；若是承压堵漏，则套压可按预计提密度值+循环压耗确定，此时相应配方则要予以强化。

对于漏层不清的井，可注入较大量的桥浆，尽可能覆盖全裸眼段，然后关井挤压堵漏；对于不具备关井挤注条件的井，可以将钻具提升到上层套管鞋内，大排量循环，靠循环压耗施加附加压力到漏层进行挤注作业。

3.1.2 堵漏施工工艺

漏速小于10 m3/h 的渗透性漏失堵漏作业，建议使用原钻具，随钻桥塞堵漏，可使用PF-BLN 1 配制桥接堵漏浆进行堵漏，建议加量为原浆+3%～5%PFSEAL+3%～5%PF-SZDL+2%～3%PF-RG+5%～8%PF-BLN D 1；漏速10～30 m3/h 的裂缝性漏失堵漏作业，建议起钻更换简易钻具，进行桥接堵漏，可使用PF-BLN配制桥接堵漏浆进行堵漏，建议加量为原浆+5%～10%PF-SEAL+5%～10%PF-SZDL+2%～3%PFRG+5%～10%PF-BLND1+5%～10%PF-BLN D 2。

漏速大于30 m3/h 的裂缝性漏失或承压堵漏作业，建议起钻直接用光钻杆下井，桥接或挤注堵漏；桥接堵漏浆，建议加量为原浆+5%～10%PF-SEAL+5%～10%PF-SZDL+2%～3%PF-RG+5%～10%PFBLN1+5%～10%PF-BLN D 2+5%～10%PF-BLN D 3+5%～10%PF-BLN D 4+3%～5%PF-STP。

3.2 强凝胶堵漏技术

根据适应温度的不同，分为CHEMGEL 140 和CHEMGEL 180 两个系列产品，所有组分材料安全环保、无毒害，地下交联，交联时间可调可控，凝胶强度远超一般冻胶，可单独治理恶性漏失，地面配制黏度低，易于泵送。

堵漏施工工艺：组合钻具至井底，确认井眼是否畅通、提排量至钻进排量，验证漏速及充分暴露漏失点，以便于后续施工中堵漏浆进入裂缝；提钻至漏层上方，上提位置依具施工设计而定；使用泥浆泵依次泵注前置隔离液、胶液、后置隔离液，然后使用钻井液将段塞正替入井内；待前置隔离液在钻杆内高度与环空中高度一致后，停泵，上提钻具，直至钻杆内前置隔离液高度下降一半。

继续正替胶液，待胶液在钻杆内高度与环空中高度一致后，停泵起钻。缓慢起钻至胶液液面以上1～2 柱；测静止漏速，若静止时井口液面下降，则补充泥浆，同时记录泥浆补充量，待泥浆补充量达到注入胶液量，漏速仍未明显降低，则堵漏失败，若漏速明显下降，则继续补充泥浆，直至静止漏速下降为零；若静止时井口液面不下降，则关闭环形防喷器，开泵向地层挤注胶液。

待2/3 体积的胶液挤入地层后，停止挤注，静置候凝4 h 以上；以1/3 的钻进排量循环，若液面正常，逐步提至钻进排量。下钻期间分段循环(1/3～2/3 的钻进排量)，注意观察遇阻情况，若有异常，及时上提钻具，再定下步措施。

观察振动筛是否有大块凝胶出现，并防止跑浆；下钻完，以小排量顶通，若不漏，逐步提至钻进排量循环。循环一周不漏，满足要求则化学凝胶堵漏成功；若不能满足，则分析原因，再研究决定下步施工方案［6］。

3.3 强力网堵漏技术

该堵漏技术易与颗粒材料协同架桥，填塞漏失通道；强力网堵漏材料具有多孔、高压缩性、高弹性等特点，可以变形挤入裂缝与其他颗粒材料共同架桥，增大与裂缝壁面的摩擦力，有利于封堵层的稳定如图5所示；同时可采用变缝为孔的方式，进一步降低漏层的堵漏难度。比如在实践过程中，相关人员可在裂缝处形成过滤架桥床，通过变缝为孔操作，有利于降低裂缝的渗透性，促使层位的漏失速率得到有效降低；另外，相关人员还可采用包络颗粒材料的方式，进而保障粒径范围得到有效拓宽，更容易捕获其他类型堵漏材料，有利于构建三维立体式的封堵隔墙(层)，保障堵漏材料的颗粒粒径范围得到增大，有效提高堵漏材料在裂缝中的滞留能力，确保堵漏成果良好；除此，相关人员还可促使堵漏材料快速失水，经过聚集堆积后可形成密封封堵层。这是由于固相颗粒在一般情况下，难以透过网格聚集堆积，但堵漏浆内的水分依然可以透过网状泡沫材料，能够产生失水作用，有助于形成致密封堵层。

图5 强力网堵漏技术封堵示意图

堵漏施工工艺：综合分析井漏和漏层性质等，可科学确定堵漏施工工艺。比如：合理确定桥浆及强力网浓度、级配和配备数量，确保桥浆密度应接近于钻进的井浆密度。

配堵漏钻井液：泥浆池倒入井浆(如用简易钻井液根据现场情况配制，合适的流变性，密度和井浆相当)，泥浆泵循环并搅拌，通过漏斗加入所需量快速复合堵漏系列材料；停止混浆泵，保持搅拌器运转，从泥浆池上方加入NetLock 系列产品(建议按照NetLock F、NetLock M、NetLock C 顺序依次加入)，加完搅拌10 min 以上可以使用(如NetLock 不均匀，可适当短时间开启混浆泵)，始终保持搅拌器运转［7］。

将光钻杆或简易钻具等，下到漏层顶部约50～100 m 的位置上，再将事先准备好的的桥浆有序泵入到漏失层段，确保注入量能全部覆盖漏层段，同时并附加10～25 m3左右。此时应清楚本次堵漏的目的，是一般堵漏还是承压堵漏。若是以堵住为目的，那就可以适当弱化配方(确保适当吃入量)，达到满足循环压耗即可，一般为2 MPa 左右为宜，避免高套压压漏其他地层，导致堵漏失败；若是承压堵漏，则套压可按预计提密度值+循环压耗确定，此时相应配方则要予以强化；对于漏层不清的井，可注入较大量的桥浆全覆盖可能的漏失层段，然后关井挤压堵漏；对于不具备关井挤注条件的井，可以将钻具提升到上层套管鞋内，大排量循环，靠循环压耗施加附加压力到漏层进行挤注作业。

4 强承压堵漏技术

强承压堵漏技术的代表性产品为PF-BLN 11-PF-BLN 20，主要功能为提高薄弱地层或者裂缝地层承压能力，封堵强度和效率远优于传统堵漏工艺，是治理不同类型漏失的有效手段。

5 热固性树脂堵漏技术

针对灰岩地层易发生失返性漏失，基于热固性树脂的分子设计和配方优化，研选热固性树脂堵漏材料。该热固性树脂堵漏材料应具有密度、黏度可调，方便泵送，且可在设定温度时间内固化，固化后的树脂具有强度高、耐高温高压、韧性好等特点。

6 结语

南海东部灰岩地层某油田漏失情况及地质资料调研结果表明，LF 区域潜在漏失层位相对集中，主要为新近系珠江组灰岩、砂岩及灰质粉砂岩层段，在处理井下事故、起钻及测压作业等非正常钻进过程中井漏现象突出，灰岩地层漏失速度高、漏失量大，漏速最高可达159 m3/h，漏失量最多的高达1 300 m3，灰岩及砂岩地层存在反复漏失现象。

基于LF 区块珠江组地质及工程资料分析了漏失原因，主要包括钻遇断层及天然裂缝导致的压差性漏失，井筒憋压诱发的压裂性漏失，以及珠江组微孔隙及微裂缝扩展导致的裂缝扩展性漏失，封堵层失稳导致的重复性漏失。

针对井筒憋压诱发的压裂性漏失及微裂缝发育导致的裂缝扩展性漏失，探讨了提高地层承压能力方法。针对天然宏观裂缝及断层发育导致的压差性漏失及封堵层失稳诱发的重复性漏失，提出了致密承压封堵钻井液优化设计方法，提高封堵效率及封堵层承压能力。分别针对灰岩地层及砂岩地层不同程度漏失情况制定了现场施工的防漏堵漏技术预案。

升级改造后的快速堵漏剂PF-BLN D 系列粒径较大，抗压强度高，摩擦系数大，具有良好的瞬时堵漏效果，更适合于陆丰惠州区域承压堵漏作业。

研选了一种强力网堵漏材料NETLOCK，抗温可达140 ℃，可变形挤入裂缝与其他颗粒材料共同架桥，增大与堵漏材料裂缝壁面的摩擦力，显著提高堵漏材料在裂缝中的滞留能力，有效提高堵漏成功率。

研制了强凝胶堵漏剂CHEMGEL，均具有地面黏度低，地下交联后强度高的特点，在100～180 ℃范围内，均可通过调整缓凝剂或促凝剂加量来调控凝胶时间研制了强承压系列堵漏材料，具有良好的粒径分布、摩擦和抗压能力，所形成的强承压堵漏配方，粒径分布合理，最高承压可达20 MPa 以上。

研制了一种热固性树脂堵漏材料，密度、黏度可调，易于进入漏失通道中，固化后的树脂具有耐高温高压、韧性好等特点。

研选了一种井壁增强防漏剂，该材料具有很好的回弹率，能明显提高地层承压能力。该井后的快速复合堵漏技术在LF 某井、KP 某井和HZ 某井成功应用，强承压堵漏技术在HZ 某井成功应用。通过钻井液密度控制、精细化操作控制ECD、井壁强化技术等工艺措施，LF 油田四口井均未发生漏失。