延长油田西部地区随钻堵漏技术研究与应用——以X241井为例

张文哲，王 波，李 伟，侯云翌.

(1.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安 710075；2.陕西省二氧化碳封存与提高采收率重点实验室，陕西西安 710075)

1 地质工程概况

井漏是钻井过程中常见的井下复杂情况之一，它不仅会耗费钻井时间，损失泥浆，而且有可能引起卡钻、井喷、井塌等一系列复杂情况，甚至导致井眼报废，造成重大经济损失[1]。延长油田勘探开发区域位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡，油田部分区域在钻井过程中存在低压、易漏失层，根据区域钻井情况表明，靖边、吴起、定边、西区等西部采油厂钻井中时常发生井漏，漏速在5～60 m3/h不等，漏失严重时泥浆失返导致井塌甚至掩埋钻具造成填井侧钻，严重影响钻井周期、增加钻井成本。由统计资料可知，延长西部地区钻井中漏失最普遍的是砂岩地层的渗透性漏失及微裂缝漏失，漏速一般在12 m3/h以内，发生频繁、漏失反复，堵漏措施采取不当时易引起裂缝性井漏。为此，通过室内实验研究建立多孔渗滤介质和微裂缝模型，优选堵漏材料类型与材料组合，建立随钻堵漏配方及钻井液体系，可解决延长西部油田钻井施工中遇到的低压漏失层、高渗透地层及裂缝地层漏失严重及反复漏失问题，并对油层起到暂堵作用，达到保护产层目的[2-4]。

2 随钻防漏堵漏配方室内研究

2.1 配伍性实验

钻井作业中钻遇地层漏失时往往需要在钻井液体系中加入堵漏材料，而地层钻进时又需要钻井液体系的性能保持稳定，因此，保证堵漏材料与钻井液体系的配伍性对保障地层安全钻进达到防漏、堵漏目的起到关键的作用。本文使用延长油田钻井作业中常用的聚合物钻井液体系作为基础体系1(3%钠膨润土+0.5%Na2CO3+2%LV-CMC+0.8%KPAM+1.2%KPT+1.5%铵盐+2%润滑剂)，加入所建立的随钻堵漏剂配方，经80 ℃热滚1 6h后测试其性能变化。

从测试结果可知，加入堵漏材料后钻井液体系失水量由5.6 mL增加至6.8 mL变化较小，黏度和切力均在性能可控的范围内小幅变化，说明堵漏剂对钻井液体系的影响较小、配伍性较好。

2.2 砂床漏失模拟实验

2.2.1 实验原理

根据渗透性漏失地层特点及钻井液在岩心中的线性流动情况，将天然岩心简化为数根毛管组成的理想岩心模型(如图1所示)。可见，钻井液中堵漏及封堵材料能否进入孔隙，在近井壁端形成内外泥饼封堵地层孔隙、裂缝，是堵漏浆降低流动压力的关键[5-7]。

表1 堵漏配方与钻井液体系的配伍性测试结果Table 1 The Compatibility test results

图1 模拟渗透性漏失的毛管束模型Fig.1 Capillary bundle model

因此，笔者以不同目数的石英砂为填充介质模拟高渗地层，通过使用单封堵漏剂DF、随钻堵漏剂SD及低渗透堵漏剂LCD进行防漏堵漏配方建立和优化，形成高效的防漏堵漏钻井液配方。

2.2.2 40～60目砂床堵漏实验评价

本文实验以SY/T 5840—2007 钻井液用桥接堵漏材料室内试验方法、Q/SH 0277—2009 桥接堵漏液高温高压封堵能力评价推荐方法等标准制定实验方法[8]。

以40～60目(0.425～0.250 mm)石英砂作为填充介质为例，500 mL泥浆在0.7 MPa压力下全部漏失实验测试结果为6s，则漏速V1=83.33 mL/s≈0.30 m3/h。已知，砂床堵漏仪漏失横截面面积A1=18 cm2，以215.9 mm大小井眼为例，井底横截面积为A2。

则：

A2/A1=20.34

对应井底的实际漏速V2=V1×20.34=6.10 m3/h。

因此，以40～60目石英砂为填充介质可模拟漏速小于6 m3/h的钻井漏失情况，经过中压砂床实验和高压砂床实验，筛选评价堵漏配方并建立堵漏钻井液体系。

使用延长油田钻井作业中常用的聚合物钻井液体系，经过实验优化研究，加入所建立的随钻防漏堵漏配方。基础体系1为：3%钠膨润土+0.5%Na2CO3+2%LV-CMC+0.8%KPAM+1.2%KPT+1.5%铵盐+2%润滑剂，加入堵漏剂后的配方如表1所示。

表2 40～60目砂床堵漏实验配方Table 2 40～60 mesh sand bed plugging formula

在0.7 MPa压力下作用30 min后测量堵漏浆在砂床中的侵入深度和侵入量。

图2 不同配方在40～60目砂床侵入量与侵入深度变化Fig.2 Intrusion amount and intrusion depth of 40～60 mesh sand bed

由图2实验结果可知，未加入堵漏材料前的1#配方钻井液侵入60 mL、侵入深度6.5 cm，加入纤维类和细颗粒堵漏材料DF、SD、LCD后钻井液侵入量和侵入深度均呈现一定程度的降低，至6#配方(基础体系1+3%DF+1%SD+3%LCD)时钻井液侵入量为10 mL，侵入深度仅为1 cm，大大降低了钻井液在该类地层中的漏失。 这是因为细颗粒堵漏材料LCD能进入渗漏地层的孔、缝之间形成架桥，然后纤维类堵漏剂DF、SD在暂堵后形成的微孔隙中进一步充填而降低地层渗透率，从而减少钻井液漏失量及地层侵入量。钻井液体系在40～60目砂床中侵入情况如图3、图4所示。

图3 配方1#堵漏浆砂床侵入情况Fig.3 Formula 1# experimental phenomenon

图4 配方6#堵漏浆砂床侵入情况Fig.4 Formula 6# experimental phenomenon

2.2.3 20～40目砂床堵漏实验评价

为测试堵漏配方对孔隙度较大的孔渗漏失地层的防漏堵漏效果，使用20～40目(0.850～0.425 mm)石英砂作为填充介质，测试钻井液配方的防漏堵漏效果。

表3 20～40目砂床堵漏实验配方Table 3 20～40 mesh sand bed plugging formula

图5 不同配方在20～40目砂床侵入量与侵入深度变化Fig.5 Intrusion amount and intrusion depth of 20～40 mesh sand bed

由实验结果可知，在孔隙度更大的20～40目石英砂介质中1#配方漏失144 mL，相比于图2的实验结果漏失更严重。随着堵漏剂DF、SD及LCD单独及按比例复合加入到钻井液体系后漏失量逐渐降低，侵入深度也从12 cm降低为2.2 cm如6#配方，但相比于图1的6#配方而言侵入深度和侵入量仍未得到最有效控制。经过进一步实验研究和配方优化，最终形成的7#配方(基础体系1+5%DF+3%SD+3%LCD)侵入量仅为10 mL、侵入深度1.3 cm，不仅能在钻进过程中钻遇漏失时起到防漏堵漏效果而且阻止钻井液及滤液向地层中侵入，具有一定的保护储层效果。钻井液体系在20～40目砂床中侵入情况如图6、图7所示。

图6 配方1#堵漏浆砂床侵入情况Fig.6 Formula 1# experimental phenomenon

图7 配方7#堵漏浆砂床侵入情况Fig.7 Formula 7# experimental phenomenon

使用20～40目石英砂对1#～7#配方进行高压砂床堵漏实验，由测试结果图8可知1#配方加压1 MPa后钻井液全部漏失，随着堵漏剂浓度和种类增加漏失量逐渐减少。当堵漏配方为6#配方(基础体系1+3%DF+1%SD+3%LCD)、7#配方(基础体系1+5%DF+3%SD+3%LCD)时累计漏失量分别为6.3 mL、0 mL，针对孔隙漏失地层的承压和堵漏能力显著提高。

图8 不同配方漏失量随压力变化Fig.8 Leakage changes with pressure

2.3 微裂缝堵漏模拟实验

微裂缝漏失是钻井漏失常遇到的情况，若钻井液堵漏能力差往往会造成微裂缝扩展延伸而诱发更严重的裂缝性井漏。研究表明，当微裂缝开度大于150 μm后会形成明显的漏失情况，实验选用裂缝宽度为150 μm和300 μm。微裂缝堵漏模拟实验采用MFC-Ⅰ型高温高压多功能损害评价仪进行测试，测试方法结合标准SY/T 5840-2007(钻井液用桥接堵漏材料室内实验方法)、SY/T 5336-2006(岩心分析方法)中的规范。实验仪器及所选岩心裂缝如图9、图10所示。

图9 MFC-Ⅰ型多功能损害评价仪Fig.9 MFC-I multi-function damage evaluation instrument

图10 实验所用裂缝形态Fig.10 Crack used in the experiment

实验使用上述测试效果最优的6#配方、7#配方，分别在a、b两种裂缝中进行承压堵漏测试，实验结果如图11所示。

图11 不同堵漏配方漏失量与裂缝宽度、压力的关系Fig.11 Relationship between leakage loss and crack width and pressure

由实验结果可知，研究建立的6#、7#随钻防漏堵漏配方针对150 μm裂缝在压力达到9 MPa时累计漏失量不超过2 mL，表现出很强的防漏堵漏效果。当裂缝开度增大到300 μm时使用6#、7#配方测试时漏失量稍有增大，针对300 μm的裂缝7#配方漏失量仅为3.4 mL，裂缝堵漏能力更强。这是因为，针对微裂缝漏失所研制的堵漏配方中含有刚性细颗粒和对尺寸纤维堵漏材料，进入裂缝后颗粒材料在裂缝间形成一层暂堵填充带，之后纤维类堵漏材料在颗粒形成的孔隙间填充堆积形成紧密的封堵带，从而阻止漏失发生，起到高承压堵漏效果[5]。如图12所示。

图12 微孔隙、裂缝堵塞填充示意图Fig.12 Schematic diagram of micro-pore and crack plugging

3 现场应用

3.1 区域概况

X241井场位于延安安塞区某采油厂，含有X241-3、241-4两口定向井。X241-3设计井深860 m。根据邻井地质及钻井资料显示，该区域在钻进至洛河组、直罗组、延安组底部及延长组长1段时易发生井漏，漏失量从20方～60方不等，最严重时发生失返性漏失且堵漏不成功造成井眼报废。该井二开使用的钻井液体系为清水+少量聚合物，此类体系在易渗易漏地层钻进时基本无防漏堵漏能力，极易发生渗透性漏失。

3.2 X241井现场堵漏施工情况

根据邻井资料显示，钻井中针对井漏的处理比较单一和滞后，往往是出现漏失后随机加入1～2吨随钻或者单封堵漏剂，继续钻进时又会出现不同程度漏失，没有形成系统的防漏堵漏处理措施。因此，针对这些问题，本井堵漏施工中以“防、堵结合”为宗旨，在钻进漏失层前以防漏为目的，钻进时出现漏失后选择合理堵漏方案，从而快速解决漏失问题避免引起其他复杂情况。

经过室内实验研究，针对不同孔渗特征的地层条件制定出不同的防漏堵漏配方体系，若漏速小于6 m3/h，则防漏堵漏配方为：井浆体系+3%DF+1%SD+3%LCD；若漏速在6～12 m3/h，则使用井浆体系+5%DF+3%SD+3%LCD。

3.2.1 现场井漏情况

X241-3井在钻进时共发生两次漏失，分别发生在延安组及延长组长1，漏失情况如表2所示。

表4 X241-3井钻井漏失情况统计Table 4 Drilling loss statistics of X241-3 well

3.2.2 堵漏应对措施

(1)进入地层前防漏措施。

一开完钻井深130 m，二开开钻后直接进入洛河组、直罗组等易漏失层位，因此在配制二开井浆时提前加入堵漏材料。二开初始配浆80 m3，具体防漏处理措施为：约3%DF(2.4 t)+1.5%SD(1.2 t)+3%LCD(2.4 t)，与二开井浆钻进时共同使用，共使用材料6 t。

(2)出现漏失时堵漏措施。

2017年9月22日23:10，钻进至430 m延安组地层时泥浆量消耗量增大，2 h内减少10 m3，判断为发生渗透性漏失。在30 m3泥浆中迅速加入1 t DF、1 t SD、1 t LCD，排量由28 L/s降低至20 L/s缓慢钻进，泥浆循环两周无漏失后至23日02:00提高排量至28L/s继续钻进。此次共计漏失液量15 m3，使用材料3 t，继续钻进无漏失。

9月23日13:10，钻进至720 m延长组长1底部地层时出现漏失，2 h内泥浆量减少12 m3，判断为钻至延长组漏失带。降低排量，通过剪切泵两个循环周(约50 min)加完1.5 tDF、2 tSD及1 t复合堵漏剂，循环两周后不再漏失，共计漏失泥浆18 m3，使用材料4.5 t，至完钻无漏失发生。

在本井施工中通过配浆时加入SD、DF等堵漏剂，避免了洛河组等易漏失区内更小漏失量的井漏情况发生，起到较好的防漏作用。当钻遇漏失后降低排量，在钻进漏失层前按3～4%DF+3～4%SD+2～3%LCD配方配制防漏体系，若遇渗漏则追加4～5%DF+4～5%SD+2～3%复合堵漏剂(30 m3堵漏浆内)，循环加入堵漏材料进行施工，使堵漏材料能充分进入地层孔、缝漏失带进行堵漏。经现场应用可知，本井施工中共使用堵漏材料13.5 t，两次漏失均能一次堵漏成功，减少了漏失量并缩短了施工周期，防漏堵漏效果明显。

4 结论与认识

(1)配伍性评价结果表明所选取的随钻堵漏剂及随钻堵漏配方对钻井液体系的影响较少，在钻遇漏失时使用该随钻堵漏体系，不影响钻井液其他性能，可有效保证钻井液在漏失层段安全钻进。

(2)通过砂床模拟堵漏实验研究，得出所建立的随钻堵漏配方分别为：井浆+3%DF+1%SD+3%LCD及井浆+5%DF+3%SD+3%LCD，针对40～60目石英砂和20～40目石英砂的钻井液侵入深度为1 cm、1.3 cm，相比常规钻井液体系大大提升了防渗漏能力。

(3)该随钻堵漏体系针对150 μm及300 μm的微裂缝漏失，承压9 MPa时累计漏失量不超过6 mL，微裂缝防漏堵漏能力显著。

(4)使用该随钻堵漏体系现场堵漏施工效果表明，针对漏速在小于10 m3/h的地层漏失情况以随钻堵漏体系为主，根据钻遇情况进行微调可起到防漏堵漏效果，降低井漏风险、提高堵漏成功率，为快速、安全钻过漏失层提出一种更有效的解决方案。