复合纤维水泥浆承压堵漏技术在马井中的应用

针对胜利海上油田垦东区块垦东891井二开在钻遇明化镇组时发生坍塌现象(800~1200m)和封固段长、循环压耗高的特点,文章主要作了如下几方面的工作:分析了该井固井技术难点,优选配套的复合纤维防漏增韧水泥浆体系,应用了配套的完井管串结构。现场固井结果表明,复合纤维增韧水泥浆具有过渡时间短,稠化时间可调,水泥石致密,抗压强度高,流动度高,具有良好的防漏性能。电测结果显示,该井固井质量合格,满足了后续勘探开发的需要,该井所采取的一系列固井工艺措施在垦东潜山披覆构造带北部斜坡带垦东89断鼻构造低部位具有较好的推广应用价值。

马2井位于四川省通江县青浴乡9村1组,是中石化勘探南方分公司部署在通南巴构造带马路背构造东高点上的一口预探井,设计井深(垂深)5681m,该井在钻进过程中发生井漏11次,共漏失钻井液3856.21m3。在承压堵漏的过程中运用了桥浆、复合交联、凝胶纤维水泥等多种堵漏方式,取得了良好的效果,保障了马2井的顺利施工,文章对几次关键的承压堵漏进行分析,提出了有意义的认识和建议。

新型复合纤维堵漏水泥浆体系的研究与应用 摘要：针对胜利油田河50区块的固井漏失问题，研究开发了出了一种新型 复合纤维堵漏水泥浆体系，该体系优选了一种以有机聚合物为原料、对表面进行 特殊工艺处理的高强有机聚合物单丝短纤维作为堵漏材料，在水泥浆中有很好的 分散。当堵漏纤维水泥浆进入漏层时可形成“滤网结构”，增加水泥浆体的流动阻 力，借助于水泥浆的水化胶凝作用和未水化固相颗粒的填充作用，达到堵漏和提 高地层承压能力目的。 关键词：河50区块井漏复合纤维水泥浆性能现场应用 胜利油田河50区块位于东营凹陷中央隆起带西段，属于典型的低压渗漏地 层。该区块整体开发了20多年，现已进入高含水开发期，导致地层压力波动、 敏感，钻井、固井过程易漏失，钻井和固井技术都存在着诸多技术难题。由于该 区块地质结构比较复杂，二开的裸眼段存在两套压力系统（上部1800～2000m 压力系数

在渗漏型地层和诱导裂缝性地层固井时,水泥浆低返是各油气田急需解决的一项难题。从材料学角度出发,开发出了一种可承压延时吸水膨胀材料drf,其核心组分为经过表面改性和化学接枝处理的棒状及球状高分子吸水膨胀树脂。评价了drf承压堵漏水泥浆的常规固井施工性能和堵漏能力,分析了其作用机理。实验结果表明,drf具有一定的降失水功能,使浆体游离液为0,水泥石渗透率降低72%,通过配合使用稳定剂,可提高水泥浆的沉降稳定性;drf承压堵漏水泥浆能在0.7～6.9mpa的压差下封堵不同粒径石英砂模拟的微渗漏和大孔洞型渗漏性漏失,对2mm以下的裂缝性漏失也具有较好的堵漏能力。

at16井是位于沙雅隆起阿克库勒凸起东南斜坡带的一口探井,该井在石炭系巴楚组钻遇长达261m(5057~5318m井段)的盐膏层段。由于该井盐上地层为长裸眼段,地层压力系数低,易漏,因此钻进至井深5000m时,应使用承压堵漏工艺技术对井身5000m以上的裸眼段进行先期堵漏,使地层承压能力提高,为盐膏层顺利钻进提供保障。本文对此次承压堵漏进行了分析,提出了自己的一些认识和建议。

at5井是位于阿克库勒凸起东南斜坡带的一口预探井,其三开盐上裸眼井段可能存在灰岩、砂岩、含砾砂岩、砂泥岩不整合面等漏失类型,要求在钻进盐层前进行承压堵漏作业。从地层资料分析、堵漏浆配方的确定及后期改进、堵漏浆配制与注入、憋堵施工全过程介绍了该井的承压堵漏技术。该井进行了37次打压憋堵,累计憋入198.21m3堵漏浆,憋堵压力可稳定到14.8mpa,钻井液密度被提高到1.71g/cm3,达到了满足钻穿盐岩地层的施工需要的目的。提出了几点认识和建议。

针对庆深气田固井时因地层承压能力较低发生漏失,造成低返,以至于气层未完全压稳,井口窜气等问题,通过应用承压堵漏技术,确保地层的承压能力,为固井方案设计提供可靠的数据,从而为固井质量提供了保障。

塔河油田部分地区二叠系火成岩易坍塌,易漏,地层孔隙压力通常在1.1-1.15g/cm3范围,正常钻进时钻井液密度一般为1.2-1.3g/cm3,一般增强钻井液的封堵能力可以安全钻过该地层,但是部分地区的二叠系火成岩裂缝发育较好,联通,在钻进过程还是会发生井漏,有些地区钻进时不漏,但在后续施工中发生了较多的井漏。本文通过对二叠系漏失原因分析和堵漏方式的对比分析,提出了采用fcl纤维复合承压堵漏技术,并在现场应用中取得了良好的效果。

四川盆地地质构造复杂,在定向大斜度深井的钻井过程中,往往出现阻、卡、漏、喷等多种复杂情况,特别是在压差作用下钻井液在低渗透层或漏失层所形成的虚厚滤饼,容易造成井眼缩小,泥包钻头,频繁阻卡、托压甚至卡钻等,严重影响钻井安全。针对在定向大斜度井的裸眼复杂井段中出现的这类情况,在总结前期承压堵漏施工的基础上,提出了"间歇关挤承压堵漏技术"。该技术的关键是:使用各种颗粒刚柔级配的堵漏剂;采用高承压大于等于9mpa的间歇关挤方式;稳压8h以上。通过在河飞203、大邑301等井的现场应用表明,该技术不仅彻底堵住漏层,提高了裸眼复杂井段地层承压能力,而且消除了井下阻卡、托压、泥包钻头等安全隐患,实现了负压钻井,为治理定向大斜度深井中出现的多种复杂事故隐患提供了安全快捷的可借鉴的实用技术。

介绍了复杂气田漏失难点,对裂缝性地层漏失机理进行了探讨,应用dl-a高温高压堵漏实验仪器,针对4mm圆孔模板对13种桥堵剂的复配配方进行了模拟4mm裂缝堵漏实验,评价出了适合4mm孔隙和裂缝性地层的桥堵剂配方。现场进行了试验应用:在at16井承压堵漏密度由1.35g/cm3提高到1.78g/cm3,提高密度0.43g/cm3;在丰卤1井由1.75g/cm3提高到2.00g/cm3,提高密度0.25g/cm3。通过实验和现场应用该项承压堵漏技术在进入漏层后具有膨涨填充和挤紧压实作用,封堵效果好且封堵裂缝宽,泵入过程中,不影响钻井液性能;进入封堵层后,承压强度高、特别适合于上部高渗透及裂缝性地层的承压堵漏。

焦石坝龙马溪组非常规页岩气开采是中石化集团公司涪陵页岩气产能示范区开发的重点建设项目,首批非常规页岩气水平井水平段以油基钻井液钻进为主。该区块已发现多处易漏地层,水平段漏失情况尤其复杂,不仅加大了施工难度,更增加了钻井成本。为有效解决水平段油基钻井液堵漏难题,室内研究开发了一种水平井油基钻井液水泥浆堵漏技术,该技术的特点是采用柴油与淡水的混合物配制堵漏水泥浆,其与现场油基钻井液可以任意比例混合而不会产生配伍性问题。实验室对该堵漏水泥浆性能进行了系统研究,结果显示,该堵漏水泥浆密度、稠化时间和抗压强度均可调,具有沉降稳定性好、流动能力强的特点。试验结果充分说明,该水泥浆堵漏技术在油基钻井液水平段裂缝堵漏中具有广阔的应用空间。

塔河油田十区、十二区及艾丁区块是中石化西北油田分公司的主力上产区块,该区块井深且多含有二叠系易漏地层,固井不同阶段发生漏失严重影响了固井质量。针对这一问题,从提高水泥浆的堵漏能力方面入手进行了研究,使用了一种高强有机聚合物单丝短纤维,将其加至水泥浆中可以提高水泥浆的堵漏效果。室内研究表明,堵漏纤维性能稳定,与水泥、外加剂以及水泥浆中各种外掺料有很好的相容性,将不同尺寸的堵漏纤维合理搭配加至水泥浆后有较高的承压能力,固井时能有效的起到堵漏作用。将研究成果进行了多井次的现场应用,水泥浆中加入堵漏纤维后有效防止或降低了固井时发生漏失,提高了固井质量。

普光地区承压堵漏技术存在裸眼段长、漏层及缝洞孔喉尺寸难确定、存在张开性裂缝和岩石骨架承压能力低等难点,桥塞堵漏的效果不理想。因此对桥塞堵漏剂进行改进,通过引入凝胶聚合物和胶结剂形成凝胶堵漏剂。性能评价结果表明,凝胶堵漏剂对不同漏失通道的适应性好,能与地层胶结成高强度的封堵层,对由5～20mm砂粒组成的砂床或10～30mm石子模拟漏层均具有很好的封堵能力,封堵层的承压能力大于9mpa;该剂的弹性变形能力、膨胀堵塞和化学胶结作用能有效提高材料进入和驻留漏层的能力。凝胶堵漏技术在普光地区4口井中进行了试验,成功率为100%,取得了很好的承压堵漏效果,证实了该技术具有现场适应性好和堵漏强度高的特性。

元坝1井是位于四川盆地川东北巴中低缓构造带元坝岩性圈闭的一口重点区域探井,由于该井在嘉陵江组2段存在高压层,为满足下部井段安全快速钻进的需要,需对上部裸眼井段地层进行承压堵漏作业,使其承压能力达到2.15kg/l以上。在室内试验的基础上,优选应用了凝胶复合堵漏剂nfj-1,并给出了适用于不同漏失的堵漏浆配方及现场承压堵漏技术方案。该井须家河组、雷口坡组及嘉陵江组3段底部地层承压堵漏作业获得成功,地层承压能力均达到了设计要求,从而保证了该井的顺利完钻,并为该区块海相地层堵漏方案的确定积累了经验。介绍了该井承压堵漏技术研究、堵漏浆配方的确定、现场堵漏施工过程及效果等。

为了满足储气库井提高地层承压能力的需要,研究出了新型刚性嵌入多级封堵承压堵漏技术,该技术主要是利用不同级别目数的刚性架桥颗粒,以及各粒级的桥塞堵漏剂和可变形微粒封堵材料,在地层中架桥,楔入、填充裂缝中,提高地层的周向诱导应力,从而提高地层承压能力。室内实验针对板南储气库井的地层特点优选出一套承压堵漏浆配方:基浆+5%刚性颗粒a(150～250μm)+3%刚性颗粒b(40～60μm)+3%刚性颗粒c(10～30μm)+10%桥塞堵漏剂bz-spa+2%低渗透封堵剂bz-dft。该承压堵漏技术在板南储气库现场应用3口井,均一次完成承压堵漏,显著提高了堵漏效率,满足了固井施工对地层承压能力的要求。

盐上地层承压堵漏是决定塔河油田盐井工期之首要因素,目前承压堵漏主要以桥浆堵漏技术为主,但在后期钻进中易发生反复漏失,漏失地层多在二叠系。为提高堵漏效率,开展了化学堵漏技术在二叠系地层堵漏室内和现场试验,现场试验表明,应用化学堵漏技术针对二叠系进行封堵后,再用桥浆对盐上地层进行全井眼堵漏,可大大减少后期施工中的反复漏失问题。

钻遇多套压力层系地层时,需要应用承压堵漏技术来提高较低压力地层的破裂及漏失压力,扩大安全密度窗口,以满足正常钻井施工的要求。承压堵漏需要确定合理的粒径级配进行架桥和先期充填以达到承压的目的,之后需要纤维材料和可变形材料在封堵层表面形成一层致密的隔层以达到稳压的目的。将根据san-2工程分布理论确定的粒径级配用于承压堵漏配方中,再加入一定量的纤维材料和屏蔽暂堵材料,该堵漏配方可有效封堵1～5mm宽的人造裂缝,承压能力均超过7mpa。该承压堵漏配方在新黑池1井三开2846～4771m长裸段及河坝101井四开5408～5705m井段钻井液密度高达2.10～2.25g.cm-3的漏失井段获得了成功应用,提高了地层的承压能力,满足了固井设计的承压要求。

一些承压堵漏技术存在易发生二次漏失、承压能力难以提高、材料不能抗高温的问题。分析了承压堵漏的机理,认为该技术的关键是阻隔液柱压力向裂缝尖端的传导。开发了抗温达170℃的刚性颗粒材料a、弹性颗粒材料b、纤维材料c、可变形充填材料d和高失水材料e,并通过应用楔形模块、钢珠床和砂床模拟漏失地层,优选出了分别适用于裂缝性和孔隙性漏失的堵漏剂配方。该技术在务古4和晋古2-4(加深)井的承压堵漏施工中得到了成功应用,2口井的承压能力分别达到了3和4mpa,且30min压力不降,满足了下步施工的要求。

塔河油田s105井盐层以上地层破裂压力较平衡盐层的压力低,为了在盐层中安全钻进,必须提高钻井液密度,上部长段裸眼又会发生井漏。为此,采用了承压堵漏技术进行先期堵漏,使上部地层承压能力达到平衡盐层的当量密度,整个盐层钻井过程顺利,达到了预期效果。

在钻井施工中,经常要进行堵漏作业,有的井是为使地层承压能力达到一定预期而进行的先期承压堵漏,而进行承压堵漏,区块不同,地层承压能力也不同,承压堵漏不能盲目按照一个模式进行,要根据区块不同,地层特点有针对性的制定合理的承压堵漏方案,承压时,不能盲目追求速度,要合理调配堵漏剂颗粒,稳扎稳打,保证地层注入一定量的堵漏材料,确保承压堵漏一次成功。

at22井是一口长裸眼穿盐井,穿盐前需要提高盐上裸眼地层的承压能力,以利于穿盐作业时提高钻井液密度,防止卡钻等复杂情况的发生。根据地层岩性特征及承压要求,把裸眼地层分成5段,通过室内实验确定了承压堵漏浆配方。承压堵漏施工结束,筛堵漏材料后验漏,由于验漏方式的不合适,钻井液密度低(1.45g/cm3),套管鞋处钻井液当量密度远远超过地层破裂压力当量钻井液密度,全井段验漏未能达到井底当量密度1.73g/cm3的指标;针对套管鞋处地层进行承压施工后,钻井液密度由1.45提高至1.60g/cm3,套管鞋处当量钻井液密度与地层破裂压力相当,全井段验漏合格,井底当量钻井液密度为1.74g/cm3,满足了穿盐对钻井液密度的要求。

塔河油田推广应用堵漏前置液及堵漏水泥浆技术