长庆油田多层系精准堵漏技术研究与应用

党 军，朱明明，张建卿，杨新宏，牛步能，孙 欢

1中国石油集团油田技术服务有限公司 2中国石油集团川庆钻探工程有限公司 3中国石油集团测井有限公司

0 引言

中国石油长庆油田已建成6 000万吨级的特大型油气田，随着钻采需求增长，井漏问题逐渐突出。已钻井大数据分析显示，长庆区域易漏层位从上至下依次为：洛河组、延长组、刘家沟组、石千峰、石盒子、马家沟组。为降低钻井开发成本，简化井身结构，多套漏失层位常共存于同一裸眼井段[1- 4]，如：“洛河与延长组”、“延长组、刘家沟组、石千峰组与石盒子组”同处于同一裸眼井段。裸眼井段跨度在3 000～5 000 m，在钻井中发生漏失后很难判断具体的漏失层位，且漏失机理不明确，导致堵漏效率低[5- 10]。为提高钻井时效、降低钻井开发成本，通过分析漏失层位的特性，结合精准的漏层定位技术，采用高效疏水堵漏工作液进行多层系精准堵漏，实现安全快速钻完井。

1 长庆油田多层系漏失机理与技术难点分析

1.1 长庆油田多层系漏失机理分析

1.1.1 洛河组漏失分析

岩心分析显示，洛河组地层存在大量的天然裂缝，以垂直裂缝为主，发育较好，宽度一般为0.5～15 mm。裂缝在压差作用下，由闭合状态转为开启，钻井液进入裂缝内，发生“水力劈尖”作用，压力沿着裂缝传向裂缝尖端，裂缝扩展、延伸，堵漏难度增加。

1.1.2 延长组漏失分析

延长组存在裂缝、微裂缝漏失通道，裂缝腔不规则且连通性好，水泥堵漏不容易留塞且发生“窜槽”，堵漏过程存在假闭合现象，挤封作业易出现“封门”现象，堵漏材料无法进入漏层，不能形成有效塞段，堵漏成功率低。

1.1.3 刘家沟组、石千峰组、石盒子组漏失分析

刘家沟组底部地层、石千峰组、石盒子组上部三个漏失层位相邻，漏失机理是泥质砂岩交错地层，交界面稳定性差，有时出现破碎性交接地层，漏失通道发育良好，漏失孔隙大，圈闭型压力分布，堵漏后易出现堵漏浆返吐现象，堵漏效果差。

1.1.4 马家沟组漏失分析

马家沟组岩性属于碳酸盐岩，地层压力系数0.8以下，压力系数较低，储层破碎时发育，存在多套裂缝簇，导致发生失返性漏失；马家沟储层埋藏深，一般在3 500 m左右，漏层温度在100～110 ℃，常规堵漏材料无法满足堵漏需求。

1.2 长庆油田多层系堵漏技术难点

1.2.1 漏失层位差异化较大，堵漏难度增加

长庆油田油藏分布属于三低油气藏，钻探过程中钻遇10余套低压力系数层位，地层压力系数从0.87～1.25，易发生漏失，且不同漏失层位漏失现象及机理差异化大，无高效的堵漏技术实现一次堵漏成功。

1.2.2 多个漏失层位同存，漏层难以精准定位

为降低钻探成本，井身结构简化为二开结构水平井、优化三开水平井，导致钻探过程中多个易漏层位同处于一个裸眼井段，如二开水平井，长裸眼存在洛河组、延长组、刘家沟组、石千锋组、石盒子组五个易漏层位，发生漏失后很难对漏层位置进行精准识别，无法明确漏失层位，导致堵漏成功率低。

1.2.3 常规堵漏浆体抗污染能力弱，易被稀释，堵漏成功率低

堵漏浆进入漏层后易被漏层中的钻井液和水稀释，如水泥堵漏施工中，钻具在注完水泥后起钻，抽吸作用导致漏层的水和钻井液与井筒中的水泥堵漏浆混合，导致水泥堵漏浆的整体稳定性被破坏，无法实现漏层的整体固化，堵漏成功率低；堵漏材料匹配性差，容易出现“封门”假象，导致堵漏失败[11]。

2 长裸眼多层系精准堵漏关键技术

针对以上长裸眼多层系治漏技术难点，为满足长庆油田多层系漏失井安全快速钻完井技术需求，发生漏失后首先通过“多参数”漏层识别技术进行漏层定位，明确漏失层位，再依据漏速大小及漏失类型，采用疏水多级配堵漏浆进行专项堵漏，实现测漏+堵漏的高效堵漏模式，避免多次“盲堵”。

2.1 漏层识别技术

长裸眼井段钻探中发生漏失后很难明确漏失位置，导致多次无效堵漏，国内外未有一种单一测漏工具能精准实现漏层的定位，为保证测漏数据的有效性和精准性，将井温和流量两种工具通过转换部件连接，形成一串多参数漏层识别工具，再配套测漏数据解析软件，形成一套长裸眼井段漏层识别技术。

2.1.1 井温法漏层识别技术

在注入(漏点)层的下部，井筒井温和地层温度接近或相等，而在注入层位，井筒井温因受注入流体温度影响，小于地层温度。当井眼中存在漏点时，注入温度较低的钻井液，井筒流体会在漏点位置改变流动速度、流动区域和流动方式，从而引起井筒漏点位置温度异常，引起井温曲线的异常变化，该异常点确定为漏层位置。仪器参数配制如表1。

表1 井温测漏工具配制参数

2.1.2 流量法漏层识别技术

井漏是一个动态的流动过程，发生井漏后钻井液会由于压差作用向弱压力端流动，即漏失层位，流动位置可以通过高精度流量计进行流量监测，依据此理论优化设计高精度涡轮流量测漏工具。涡轮流量计是利用流体动量矩原理实现流量测量的，利用井内流体推动涡轮旋转记录涡轮转速确定井内流体流速。仪器在下测的情况下，涡轮一直朝一个方向旋转，定义为正转，而且随着测井速度的增大，涡轮的转数也同时增大，在漏点以下，因涡轮叶片上部失去液体流动的摩擦，只剩余叶片下部与静止液体的摩擦，因此，进入漏点以下，涡轮转数增大。当仪器上测时，涡轮的作用由于仪器上提的速度和液体共同作用引起的，只是仪器上体时液体对涡轮的作用的方向相反，故涡轮反转，在漏点以上，因此，漏点以上，涡轮转数反向增大，可以通过涡轮转数突变点，确定该井深处存在漏层。流量测漏仪器参数配制如表2。

表2 流量测漏工具配制参数

2.2 高效疏水多级配堵漏工作液

常规的堵漏材料为惰性桥塞复配型进行堵漏，但由于漏失通道连通性好，注入堵漏浆后随着漏失通道流失，很难在漏层滞留，通过压差形成封堵墙，为此研发了一种高效疏水多级配堵漏工作液。主要由超分子聚合物与多级配高强度堵漏材料进行复配，当堵漏工作液进入漏层后，超分子聚合物具有很高的粘弹性，可以很好的在漏失通道挂壁，阻挡堵漏浆的快速流失；多级配高强度堵漏材料在漏层处堆积，在漏层形成高粘的阻隔塞段，实现高效堵漏。

2.2.1 堵漏工作液关键处理剂

2.2.1.1 超分子聚合物(TDL- 1)合成与评价

利用合成的疏水单体和丙烯酰胺通过自由基聚合合成疏水缔合型聚丙烯酰胺类超分子聚合物。合成步骤如下：称取29.7 g丙烯酰胺溶于150 mL蒸馏水中，加入0.3 g疏水单体和0.9 g十二烷基硫酸钠，搅拌混匀后倒入250 mL三口烧瓶中，通氮气保护30 min，升温至 50 ℃，加入0.09 g偶氮二异丁腈，反应4 h，得到粘稠状聚合物，冷却加入5 g NaOH水溶液，升温至80 ℃反应5 h，冷却后得到乳液状产物。采用Thermo Scientific FT- IR光谱仪对疏水缔合型聚丙烯酰胺类堵漏剂进行结构表征，红外光谱在3 400 cm-1处具有比较强的峰，表明聚合物分子中存在大量的氢键特殊官能团的红外光谱在 3 400 cm-1、3 000 cm-1、1 650 cm-1处发生了蓝移，表明分子存在大量的非共价键，分子间形成了超分子缔合聚集结构。

2.2.1.2 多级配高强度堵漏材料

依据漏失地层特性优选多级配高强度堵漏材料，该材料分为I型、II型、III型三种不同型号，涵盖纤维状、粉末状、不规则形态，该堵漏材料具有很好的塑变性，不易在近井壁堆积，出现“封门”，可在漏失通道内形成高强度封堵层，具体参数如表3。

表3 多级配高强度堵漏材料参数表

2.2.2 堵漏工作液配方及特点

通过分析漏失特性、优选关键处理剂、室内进行正交分析，确定出高效疏水多级配堵漏工作液：基浆+5%～10%Ⅰ型+10%～15%Ⅱ型+15%～20%Ⅲ型+1%TDL- 1。该体系特点：①密度范围广：根据钻井液性能，基浆密度通过加重材料调整在1.05～1.75 g/cm3；②粒径范围广：粒径分布1～9 mm的范围，实现多级匹配，适用于多类型漏层匹配；③抗温可达120 ℃，抗压可达35 MPa，满足多层位漏失井的堵漏需求；④抗污染能力强，该体系加入TDL- 1堵漏材料，堵漏浆不易被钻井液稀释，在漏层处易滞留，形成有效的塞段，提高堵漏成功率。

2.2.3 抗污染体系性能评价

分别将配制好的高效疏水多级配堵漏工作液和常规桥塞类堵漏液，迅速倒入装有等体积水的量桶中(500 mL:500 mL)，静止30 min，待量筒中形成的分层稳定后观察堵漏工作液污染后的状态。

观察可知，常规桥塞堵漏工作液被水稀释分散，整体稳定性大幅降低，而高效疏水多级配堵漏工作液基本保持原始形态，浆体稳定性强。这说明高效疏水多级配堵漏工作液抗污染能力强，可保证堵漏工作液进入漏层后的强度。

2.2.4 堵漏工作液高承压评价

为了模拟不同堵漏工作液配方在不同漏失类型条件下的封堵效果，室内对优选的堵漏浆配方进行缝板承压能力评价，表4实验结果看出该体系2 mm缝板承压能力可达12 MPa，满足现场施工要求。

表4 堵漏工作液缝板承压能力评价

3 现场应用

3.1 应用概况

长庆油田多层系精准堵漏技术已在长庆油田三口井现场应用，依据地层漏失特性，明确漏失机理，通过漏层识别技术，明确漏失层位，精准度±30 m，采用高效疏水多级配堵漏工作液进行分段式一体化堵漏，一次堵漏成功。

3.2 典型现场应用案例

SD025- XX井位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗红庆河镇额日克柴达木村，设计优化三开水平井。该平台已施工2口优化三开水平井，在钻遇延长组、刘家沟组底部时出现不同程度的漏失，前期经过多次桥塞和纯水泥堵漏施工，恢复钻进，钻遇石千锋组层位后再次发生漏失，现场无法明确漏失层位，采用长庆油田多层系精准堵漏技术，一次性对两个漏失层位进行高承压堵漏作业，堵漏成功，地层承压当量密度提高0.1 g/cm3，恢复钻进。

(1)漏层识别技术应用，经过井温、压力和涡轮转速流量曲线对比关联分析，分析认为该井在2 220 m、2 235 m处井筒温度、压力和涡轮转速流量均存在异常响应，且漏点集中在2 220～2 235 m井段，其中2 230～2 232 m为主漏失层，2 220～2 223 m为次漏失层。如图1所示。

图1 漏层识别解释图

(2)漏失机理明确，延长组存在裂缝性漏失，前期采用水泥浆堵漏后未能完全对漏层进行固结，承压能力弱；刘家沟组由于与石千锋组层位交界处砂泥岩共存，交界性差，存在微裂缝，导致漏失发生。

(3)高效疏水多级配堵漏工作液应用，依据漏失机理和漏层识别技术分析，明确漏失通道小于0.5 mm，确定配方及施工工艺，配方：原浆+10%Ⅰ型+10%Ⅱ型+1%TDL- 1，在刘家沟组、延长组分别注入高效疏水多级配堵漏工作液25 m3，关井挤入10.5 m3堵漏工作液，持续升压至2.8 MPa，稳压10 min，降至2.2 MPa，再继续挤入15.3 m3后套压升高至4.9 MPa，套压稳压30 min降至4.1 MPa，满足承压堵漏要求，开井循环无漏失，恢复钻进，未发生漏失。

4 结论与认识

(1)长庆钻井区域地质分层从上之下分布多个漏失层位，通过岩性及漏失类型分析明确了漏失机理，为后续堵漏工作液配制提供基础数据。

(2)多参数测漏工具的应用效果显著，该技术具有漏失位置卡点准确，具有时间短、成本低、位置准的特点，很好的指导了后续钻井堵漏工艺，大幅提高堵漏效率明确了。

(3)高效疏水多级配堵漏工作液密度范围大、堵漏材料粒径范围广、抗温抗压高、抗污染能力强，具有常规堵漏工作液不具备的特性，施工安全，满足高承压堵漏需求。