井眼强化随钻防漏技术研究与应用

2021-12-29李银婷董小虎严思明

钻采工艺 2021年5期

李银婷，高强，董小虎，申威，严思明

1中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院 2中国石化缝洞型油藏提高采收率重点实验室 3中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院 4西南石油大学

1 地层漏失特征对井眼强化随钻防漏技术的需求

越来越多的长段裸眼孔隙—裂缝发育带来的漏失问题，严重影响钻井提速，并造成相当大的经济损失。以某地区对其同一井段志留系11个漏点进行成像测井为例(如图1)。测井图显示，5 492～6 220 m诱导缝宽度相对较大(>0.1 mm)，以砂岩孔隙型漏失为主；6 220～6 843 m天然裂缝较发育，其中漏点10和11漏失量最大，可能与沟通断裂有关。

图1 某地区志留系成像测井图

从成像测井资料分析，该地区志留系井漏呈现如表1漏失特征，即5 492～6 200 m井段基本为孔隙性漏层和诱导裂缝性漏失，以诱导裂缝性漏失为主，6 220～6 843 m井段以天然裂缝性漏失为主。

表1 某地区志留系地层漏失特征

因此，针对长段裸眼孔隙——裂缝发育地层防漏的重点是[1]：①有效封堵地层中的孔隙性漏失通道；②有效防止地层中诱导裂缝性漏失的发生；③有效快速封堵地层中天然微裂缝性漏失。

2 井眼强化随钻防漏体系的建立

针对孔隙—微裂缝地层或诱导性裂缝地层(漏速<5 m3/h)，往往钻井液密度较低时会出现井壁不稳定现象，而钻井液密度较高时又出现井漏、安全密度窗口较窄，为很好地解决这一问题，在微裂缝发育地层钻进前，将一种微纳米级的井眼强化剂AT-MUP 2%～4%直接加入钻井液中，形成随钻防漏体系。该体系中井眼强化剂AT-MUP是一种由微纳米级刚性树脂、有机材料、纤维及脂肪酸植物衍生物、表面活性剂经高温合成的纤维颗粒材料，在清水、清洁盐水及不同种类的钻完井液中均具有良好的封堵性能，能大幅度改善井壁强度，提高地层承压能力和安全密度窗口，具有优良的封堵、防漏、防塌性能。

井眼强化剂在体系中的作用机理见图2。

图2 井眼强化剂作用机理示意图

(1)井眼强化剂中的微米级和纳米级高强度刚性颗粒随钻头破岩时迅速嵌入到井周孔隙和微裂缝中，产生沿井眼切线方向的挤压[2]。

(2)无数已填充微裂缝沿切线方向的同时挤压，大大提高了井眼承压能力和井壁稳定性。

(3)在井壁形成“桶箍效应”[3]。

(4)优选粒径的颗粒和特殊的填充介质，对先期刚性架桥颗粒形成的封堵塞进一步封堵填充，彻底封堵渗滤通道，强化结构强度；高强度封堵塞，避免了堵塞的二次破坏[4]。

(5)致密的网络封堵结构，在近井地带迅速阻止钻井液向地层深部渗入，防止微裂缝进一步扩展，达到预防井漏的目的[5]。

井眼强化随钻防漏体系基本配方：井浆+2%～4%井眼强化剂AT-MUP+1%高分子刚性颗粒AT-RP+1%沥青粉。

3 井眼强化随钻防漏体系封堵能力评价

3.1 实验基浆的基本配方和性能指标

实验基浆配方为：3%～4%膨润土浆+0.3%KPAM+0.5%聚胺+1%PAC-LV+7%KCl+3%SMP-2+3%SPNH+3%FT-1+2%RHJ-3+3%QS-2。

实验基浆性能要求：密度1.35～1.40 g/cm3；漏斗黏度50～60 s；PV15～25 mPa·s；YP5～10 Pa；静切力(10″/10′)1～4/3～12 Pa；API失水/滤饼厚度≤5 mL/<0.5 mm；HPHT失水/滤饼厚度≤10 mL/<1.5 mm；pH值9～10；膨润土含量30～35 kg/m3；固相含量≤13%；含砂量≤0.1%；滤饼粘滞系数Kf<0.10；K+浓度≥15 000 mg/L。

井眼强化随钻防漏体系综合评价的所有实验均采用上述钻井液作为实验基浆进行测试。

3.2 封堵能力评价装置

封堵能力评价采用的可视化高压漏失测试仪[6]，是一种模拟深井(高压)高渗透孔隙性地层和裂缝性地层的承压堵漏测试仪器，用于评价油田钻井用随钻堵漏剂、储层保护剂、堵漏剂的堵漏承压能力。仪器由注液泵和测试主体两部分构成。注液泵可泵注清水或基础油，其额定顶替压力为80 MPa。测试主体的模拟漏层有不同粒径的砂床和不同尺寸的缝板两种。砂床是将不同粒径的砂子填装到可视管中用以模拟高渗透孔隙性漏层，实验过程中可观察封堵剂的浸入深度，其额定工作压力为10 MPa。

3.3 井眼强化随钻防漏体系封堵能力评价

3.3.1 井眼强化剂AT-MUP在清水中的封堵能力评价(20～40目砂床)

在清水中加入1%～3%的井眼强化剂，考察其在20～40目砂床上的封堵能力。

在清水中分别加入1%、2%、3%井眼强化剂，均能形成5 MPa的封堵能力(如图3)。将图3中的4#实验完成后，将砂床上部封堵浆抽掉换成清水，然后考察其已形成封堵的承压能力(如图4)。通过井眼强化剂封堵能力评价，添加了井眼强化剂的封堵浆，针对砂床不仅具备5 MPa以上的封堵能力，其所形成的封堵层具备清水承压5 MPa的能力。

图3 5 MPa封堵能力评价

图4 形成的封堵层的承压能力评价

3.3.2 井眼强化剂AT-MUP在井浆中的封堵能力评价(20～40目砂床)

推荐的井眼强化随钻防漏体系配方：井浆+4%井眼强化剂AT-MUP+1%高分子刚性颗粒AT-RP(0.1 mm)+1%沥青粉(高软化点)。

按表2所列配方的评价试验表明(表3)，在添加了井眼强化剂的体系中，封堵能力都有明显提高，在采用推荐的井眼强化随钻防漏体系配方实验中，封堵能力≥7 MPa。

表2 井眼强化随钻防漏体系实验配方表

表3 井眼强化随钻防漏体系封堵能力评价表

4 现场应用

4.1 井眼强化随钻防漏体系在YT6井的应用

YT6井是中石油部署在湖北当阳市的一口页岩气水平井，目的层为龙马溪组，属于重点预探井，设计井深5 505 m。

该井二开施工井段2 590～3 780 m，依次钻遇栖霞组、马鞍组、黄龙组、纱帽组、罗惹坪组及龙马溪组地层，二开使用密度1.67 g/cm3的高性能水基钻井液开钻，现场情况表明，该体系无法满足施工需要，从二开开钻井下就伴随比较严重的井壁垮塌，现场不断优化水基钻井液性能，重点提高了钻井液的抑制、封堵能力，高温高压失水最低时降到了4.2 mL，但仍然无法解决井壁失稳的问题。由于本开次安全密度窗口窄，超过1.70 g/cm3后容易发生诱导性漏失，无法通过提密度的方式来解决问题。鉴于以上原因，在钻至井深3 100 m后转换为油基钻井液施工，转换后井下掉块虽然有所减小，但钻井液安全密度窗口窄的问题依然存在，钻井施工仍然比较困难，每钻进一米都需要倒划确保上部井段稳定，而且倒划眼过程非常困难。

钻至井深3 170 m开始使用井眼强化剂，按照2%的加量一次性补充到位，在后续施工中，井下情况逐渐好转，钻至井深3 300 m基本没有掉块产生，起下钻正常，无需划眼。维持钻井液密度1.70 g/cm3至中完，井下不垮不漏。中完电测显示，2 590～3 170 m井段平均井径扩大率为17.3%，3 170～3 780 m井段井径扩大率仅2.8%，使用效果显著。

4.2 井眼强化随钻防漏体系在JY197-6HF井应用

JY197-6HF井是中石化部署在涪陵页岩气田平桥南区的一口开发井，目的层为龙马溪组。该井采用密度为1.53 g/cm3的油基钻井液钻进至3 721 m处发生井漏，为减轻漏失程度，常规堵漏后降低密度至1.48 g/cm3钻进。由于本开次安全密度窗口窄，钻进至井深3 865 m时发生掉块，出现上漏下塌的复杂情况。为了解决这一复杂的情况，需要有效提高井漏地层的承压能力，井浆密度至少要恢复到1.51～1.53 g/cm3才能有效防止井壁掉块，维持井壁稳定。

在井浆中先加入3%的井眼强化剂后，逐步提高井浆密度至1.51 g/cm3，井下无漏失，掉块现象逐渐消失。后进一步将井浆密度提高至1.53 g/cm3，井下无漏失无掉块发生，并维持该密度至完钻。加入井眼强化剂后，井浆消耗量从0.11 m3/m降至了0.06 m3/m，提高了井浆的防渗漏能力。加入井眼强化剂后井浆性能见表3。

表3 加入井眼强化剂后的井浆性能

4.3 井眼强化随钻防漏体系在MaHW6006井应用

MaHW6006井位于准格尔盆地中央坳陷玛湖凹陷区，设计垂深3 902.64 m，斜深5 284.97 m，造斜点3 555 m，A点位于4 108 m。MaHW6006井是一口平台井，相邻于MaHW6005井、MaHW6007井和MaHW6008井，在前两口井的三开施工过程中均存在漏失现象，进而由漏转喷。

MaHW6006井三开有机盐钻井液起步密度1.55 g/cm3，后期密度逐渐提升至1.68 g/cm3。针对白碱滩及克上的大段泥岩，可钻性强、钻时快，由于邻井在3 140～3 450 m发生过漏失，所以该井在每次提密度之前先加入1%～2%的井眼强化剂，以增强井壁的承压能力。加入井眼强化剂有改善滤饼质量降低失水的作用，且对钻井液性能没有大的影响。通过对比，邻井在同一密度同一井段均发生过漏失，而该井在加入井眼强化剂后未发生漏失。

以邻井MaHW6008井为例，钻至井深3 438 m地层克上发生漏失，钻井液密度1.67 g/cm3，黏度70 s，漏速12 m/h。MaHW6006井在进入邻井发生漏失的对应地层前提前加入了2%～3%的井眼强化剂，钻井液密度1.65～1.68 g/cm3，黏度57 s，钻进过程中未发生漏失。