長慶油田多層系精準堵漏技術研究與應用

黨 軍，朱明明，張建卿，楊新宏，牛步能，孫 歡

1中國石油集團油田技術服務有限公司 2中國石油集團川慶鉆探工程有限公司 3中國石油集團測井有限公司

0 引言

中國石油長慶油田已建成6 000萬噸級的特大型油氣田，隨著鉆采需求增長，井漏問題逐漸突出。已鉆井大數據分析顯示，長慶區域易漏層位從上至下依次為：洛河組、延長組、劉家溝組、石千峰、石盒子、馬家溝組。為降低鉆井開發成本，簡化井身結構，多套漏失層位常共存于同一裸眼井段[1- 4]，如：“洛河與延長組”、“延長組、劉家溝組、石千峰組與石盒子組”同處于同一裸眼井段。裸眼井段跨度在3 000～5 000 m，在鉆井中發生漏失后很難判斷具體的漏失層位，且漏失機理不明確，導致堵漏效率低[5- 10]。為提高鉆井時效、降低鉆井開發成本，通過分析漏失層位的特性，結合精準的漏層定位技術，采用高效疏水堵漏工作液進行多層系精準堵漏，實現安全快速鉆完井。

1 長慶油田多層系漏失機理與技術難點分析

1.1 長慶油田多層系漏失機理分析

1.1.1 洛河組漏失分析

巖心分析顯示，洛河組地層存在大量的天然裂縫，以垂直裂縫為主，發育較好，寬度一般為0.5～15 mm。裂縫在壓差作用下，由閉合狀態轉為開啟，鉆井液進入裂縫內，發生“水力劈尖”作用，壓力沿著裂縫傳向裂縫尖端，裂縫擴展、延伸，堵漏難度增加。

1.1.2 延長組漏失分析

延長組存在裂縫、微裂縫漏失通道，裂縫腔不規則且連通性好，水泥堵漏不容易留塞且發生“竄槽”，堵漏過程存在假閉合現象，擠封作業易出現“封門”現象，堵漏材料無法進入漏層，不能形成有效塞段，堵漏成功率低。

1.1.3 劉家溝組、石千峰組、石盒子組漏失分析

劉家溝組底部地層、石千峰組、石盒子組上部三個漏失層位相鄰，漏失機理是泥質砂巖交錯地層，交界面穩定性差，有時出現破碎性交接地層，漏失通道發育良好，漏失孔隙大，圈閉型壓力分布，堵漏后易出現堵漏漿返吐現象，堵漏效果差。

1.1.4 馬家溝組漏失分析

馬家溝組巖性屬于碳酸鹽巖，地層壓力系數0.8以下，壓力系數較低，儲層破碎時發育，存在多套裂縫簇，導致發生失返性漏失；馬家溝儲層埋藏深，一般在3 500 m左右，漏層溫度在100～110 ℃，常規堵漏材料無法滿足堵漏需求。

1.2 長慶油田多層系堵漏技術難點

1.2.1 漏失層位差異化較大，堵漏難度增加

長慶油田油藏分布屬于三低油氣藏，鉆探過程中鉆遇10余套低壓力系數層位，地層壓力系數從0.87～1.25，易發生漏失，且不同漏失層位漏失現象及機理差異化大，無高效的堵漏技術實現一次堵漏成功。

1.2.2 多個漏失層位同存，漏層難以精準定位

為降低鉆探成本，井身結構簡化為二開結構水平井、優化三開水平井，導致鉆探過程中多個易漏層位同處于一個裸眼井段，如二開水平井，長裸眼存在洛河組、延長組、劉家溝組、石千鋒組、石盒子組五個易漏層位，發生漏失后很難對漏層位置進行精準識別，無法明確漏失層位，導致堵漏成功率低。

1.2.3 常規堵漏漿體抗污染能力弱，易被稀釋，堵漏成功率低

堵漏漿進入漏層后易被漏層中的鉆井液和水稀釋，如水泥堵漏施工中，鉆具在注完水泥后起鉆，抽吸作用導致漏層的水和鉆井液與井筒中的水泥堵漏漿混合，導致水泥堵漏漿的整體穩定性被破壞，無法實現漏層的整體固化，堵漏成功率低；堵漏材料匹配性差，容易出現“封門”假象，導致堵漏失敗[11]。

2 長裸眼多層系精準堵漏關鍵技術

針對以上長裸眼多層系治漏技術難點，為滿足長慶油田多層系漏失井安全快速鉆完井技術需求，發生漏失后首先通過“多參數”漏層識別技術進行漏層定位，明確漏失層位，再依據漏速大小及漏失類型，采用疏水多級配堵漏漿進行專項堵漏，實現測漏+堵漏的高效堵漏模式，避免多次“盲堵”。

2.1 漏層識別技術

長裸眼井段鉆探中發生漏失后很難明確漏失位置，導致多次無效堵漏，國內外未有一種單一測漏工具能精準實現漏層的定位，為保證測漏數據的有效性和精準性，將井溫和流量兩種工具通過轉換部件連接，形成一串多參數漏層識別工具，再配套測漏數據解析軟件，形成一套長裸眼井段漏層識別技術。

2.1.1 井溫法漏層識別技術

在注入(漏點)層的下部，井筒井溫和地層溫度接近或相等，而在注入層位，井筒井溫因受注入流體溫度影響，小于地層溫度。當井眼中存在漏點時，注入溫度較低的鉆井液，井筒流體會在漏點位置改變流動速度、流動區域和流動方式，從而引起井筒漏點位置溫度異常，引起井溫曲線的異常變化，該異常點確定為漏層位置。儀器參數配制如表1。

表1 井溫測漏工具配制參數

2.1.2 流量法漏層識別技術

井漏是一個動態的流動過程，發生井漏后鉆井液會由于壓差作用向弱壓力端流動，即漏失層位，流動位置可以通過高精度流量計進行流量監測，依據此理論優化設計高精度渦輪流量測漏工具。渦輪流量計是利用流體動量矩原理實現流量測量的，利用井內流體推動渦輪旋轉記錄渦輪轉速確定井內流體流速。儀器在下測的情況下，渦輪一直朝一個方向旋轉，定義為正轉，而且隨著測井速度的增大，渦輪的轉數也同時增大，在漏點以下，因渦輪葉片上部失去液體流動的摩擦，只剩余葉片下部與靜止液體的摩擦，因此，進入漏點以下，渦輪轉數增大。當儀器上測時，渦輪的作用由于儀器上提的速度和液體共同作用引起的，只是儀器上體時液體對渦輪的作用的方向相反，故渦輪反轉，在漏點以上，因此，漏點以上，渦輪轉數反向增大，可以通過渦輪轉數突變點，確定該井深處存在漏層。流量測漏儀器參數配制如表2。

表2 流量測漏工具配制參數

2.2 高效疏水多級配堵漏工作液

常規的堵漏材料為惰性橋塞復配型進行堵漏，但由于漏失通道連通性好，注入堵漏漿后隨著漏失通道流失，很難在漏層滯留，通過壓差形成封堵墻，為此研發了一種高效疏水多級配堵漏工作液。主要由超分子聚合物與多級配高強度堵漏材料進行復配，當堵漏工作液進入漏層后，超分子聚合物具有很高的粘彈性，可以很好的在漏失通道掛壁，阻擋堵漏漿的快速流失；多級配高強度堵漏材料在漏層處堆積，在漏層形成高粘的阻隔塞段，實現高效堵漏。

2.2.1 堵漏工作液關鍵處理劑

2.2.1.1 超分子聚合物(TDL- 1)合成與評價

利用合成的疏水單體和丙烯酰胺通過自由基聚合合成疏水締合型聚丙烯酰胺類超分子聚合物。合成步驟如下：稱取29.7 g丙烯酰胺溶于150 mL蒸餾水中，加入0.3 g疏水單體和0.9 g十二烷基硫酸鈉，攪拌混勻后倒入250 mL三口燒瓶中，通氮氣保護30 min，升溫至 50 ℃，加入0.09 g偶氮二異丁腈，反應4 h，得到粘稠狀聚合物，冷卻加入5 g NaOH水溶液，升溫至80 ℃反應5 h，冷卻后得到乳液狀產物。采用Thermo Scientific FT- IR光譜儀對疏水締合型聚丙烯酰胺類堵漏劑進行結構表征，紅外光譜在3 400 cm-1處具有比較強的峰，表明聚合物分子中存在大量的氫鍵特殊官能團的紅外光譜在 3 400 cm-1、3 000 cm-1、1 650 cm-1處發生了藍移，表明分子存在大量的非共價鍵，分子間形成了超分子締合聚集結構。

2.2.1.2 多級配高強度堵漏材料

依據漏失地層特性優選多級配高強度堵漏材料，該材料分為I型、II型、III型三種不同型號，涵蓋纖維狀、粉末狀、不規則形態，該堵漏材料具有很好的塑變性，不易在近井壁堆積，出現“封門”，可在漏失通道內形成高強度封堵層，具體參數如表3。

表3 多級配高強度堵漏材料參數表

2.2.2 堵漏工作液配方及特點

通過分析漏失特性、優選關鍵處理劑、室內進行正交分析，確定出高效疏水多級配堵漏工作液：基漿+5%～10%Ⅰ型+10%～15%Ⅱ型+15%～20%Ⅲ型+1%TDL- 1。該體系特點：①密度范圍廣：根據鉆井液性能，基漿密度通過加重材料調整在1.05～1.75 g/cm3；②粒徑范圍廣：粒徑分布1～9 mm的范圍，實現多級匹配，適用于多類型漏層匹配；③抗溫可達120 ℃，抗壓可達35 MPa，滿足多層位漏失井的堵漏需求；④抗污染能力強，該體系加入TDL- 1堵漏材料，堵漏漿不易被鉆井液稀釋，在漏層處易滯留，形成有效的塞段，提高堵漏成功率。

2.2.3 抗污染體系性能評價

分別將配制好的高效疏水多級配堵漏工作液和常規橋塞類堵漏液，迅速倒入裝有等體積水的量桶中(500 mL:500 mL)，靜止30 min，待量筒中形成的分層穩定后觀察堵漏工作液污染后的狀態。

觀察可知，常規橋塞堵漏工作液被水稀釋分散，整體穩定性大幅降低，而高效疏水多級配堵漏工作液基本保持原始形態，漿體穩定性強。這說明高效疏水多級配堵漏工作液抗污染能力強，可保證堵漏工作液進入漏層后的強度。

2.2.4 堵漏工作液高承壓評價

為了模擬不同堵漏工作液配方在不同漏失類型條件下的封堵效果，室內對優選的堵漏漿配方進行縫板承壓能力評價，表4實驗結果看出該體系2 mm縫板承壓能力可達12 MPa，滿足現場施工要求。

表4 堵漏工作液縫板承壓能力評價

3 現場應用

3.1 應用概況

長慶油田多層系精準堵漏技術已在長慶油田三口井現場應用，依據地層漏失特性，明確漏失機理，通過漏層識別技術，明確漏失層位，精準度±30 m，采用高效疏水多級配堵漏工作液進行分段式一體化堵漏，一次堵漏成功。

3.2 典型現場應用案例

SD025- XX井位于內蒙古自治區鄂爾多斯市伊金霍洛旗紅慶河鎮額日克柴達木村，設計優化三開水平井。該平臺已施工2口優化三開水平井，在鉆遇延長組、劉家溝組底部時出現不同程度的漏失，前期經過多次橋塞和純水泥堵漏施工，恢復鉆進，鉆遇石千鋒組層位后再次發生漏失，現場無法明確漏失層位，采用長慶油田多層系精準堵漏技術，一次性對兩個漏失層位進行高承壓堵漏作業，堵漏成功，地層承壓當量密度提高0.1 g/cm3，恢復鉆進。

(1)漏層識別技術應用，經過井溫、壓力和渦輪轉速流量曲線對比關聯分析，分析認為該井在2 220 m、2 235 m處井筒溫度、壓力和渦輪轉速流量均存在異常響應，且漏點集中在2 220～2 235 m井段，其中2 230～2 232 m為主漏失層，2 220～2 223 m為次漏失層。如圖1所示。

圖1 漏層識別解釋圖

(2)漏失機理明確，延長組存在裂縫性漏失，前期采用水泥漿堵漏后未能完全對漏層進行固結，承壓能力弱；劉家溝組由于與石千鋒組層位交界處砂泥巖共存，交界性差，存在微裂縫，導致漏失發生。

(3)高效疏水多級配堵漏工作液應用，依據漏失機理和漏層識別技術分析，明確漏失通道小于0.5 mm，確定配方及施工工藝，配方：原漿+10%Ⅰ型+10%Ⅱ型+1%TDL- 1，在劉家溝組、延長組分別注入高效疏水多級配堵漏工作液25 m3，關井擠入10.5 m3堵漏工作液，持續升壓至2.8 MPa，穩壓10 min，降至2.2 MPa，再繼續擠入15.3 m3后套壓升高至4.9 MPa，套壓穩壓30 min降至4.1 MPa，滿足承壓堵漏要求，開井循環無漏失，恢復鉆進，未發生漏失。

4 結論與認識

(1)長慶鉆井區域地質分層從上之下分布多個漏失層位，通過巖性及漏失類型分析明確了漏失機理，為后續堵漏工作液配制提供基礎數據。

(2)多參數測漏工具的應用效果顯著，該技術具有漏失位置卡點準確，具有時間短、成本低、位置準的特點，很好的指導了后續鉆井堵漏工藝，大幅提高堵漏效率明確了。

(3)高效疏水多級配堵漏工作液密度范圍大、堵漏材料粒徑范圍廣、抗溫抗壓高、抗污染能力強，具有常規堵漏工作液不具備的特性，施工安全，滿足高承壓堵漏需求。