肖緒玉， 史東軍， 李國楠， 于培志

(1.中國地質(zhì)大學(xué)〈北京〉，北京 100083； 2.中石化華北石油工程有限公司西部分公司,新疆 輪臺 841600)

塔里木盆地順北地區(qū)二疊系隨鉆堵漏技術(shù)

肖緒玉1， 史東軍2， 李國楠1， 于培志1

(1.中國地質(zhì)大學(xué)〈北京〉，北京 100083； 2.中石化華北石油工程有限公司西部分公司,新疆 輪臺 841600)

井漏的發(fā)生不僅給鉆井工程帶來損失,也為油氣資源的勘探開發(fā)帶來極大困難。順北地區(qū)二疊系火成巖發(fā)育，地層破裂，鉆井時井下復(fù)雜主要表現(xiàn)為漏失。目前，該區(qū)塊二疊系井漏現(xiàn)象頻發(fā)，導(dǎo)致坍塌掉塊，造成該區(qū)塊井下復(fù)雜高發(fā)，給施工進(jìn)度帶來非常不利的影響。針對此問題，開展了順北地區(qū)二疊系隨鉆堵漏技術(shù)研究，結(jié)合順北1-1、1-5和1-6井的鉆井實踐以及二疊系地層特點，分析了該區(qū)塊的二疊系鉆進(jìn)難點，總結(jié)了隨鉆堵漏技術(shù)具體的施工措施。為了應(yīng)對地層可能出現(xiàn)較大漏失的情況，優(yōu)選出了用于堵1、3和5 mm縫板的堵漏配方。

二疊系；井漏；隨鉆堵漏；順北地區(qū)

隨著石油天然氣勘探開發(fā)，井漏問題日益突出[1-3]，井漏可能引起井塌、卡鉆、井噴等其它鉆井事故，給鉆井工作帶來了諸多不便。因此全面認(rèn)識鉆井堵漏技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)，對解決工程中的實際問題有重要意義。目前，順北地區(qū)二疊系井漏現(xiàn)象頻發(fā)，導(dǎo)致次生垮塌甚至井下工程事故，造成該區(qū)塊井下復(fù)雜高發(fā)，給施工進(jìn)度帶來了非常不利的影響。順北地區(qū)二疊系火成巖發(fā)育，裂縫較多，所以滲漏嚴(yán)重。為確保安全快速生產(chǎn)，使鉆井施工適應(yīng)該地區(qū)井下的復(fù)雜情況，需要提出合理的有針對性的隨鉆技術(shù)對策。通過分析順北地區(qū)漏失井和未漏失井的現(xiàn)場施工過程，總結(jié)提出了二疊系隨鉆堵漏施工措施和二疊系隨鉆堵漏鉆井液維護(hù)措施，希望能對該區(qū)塊同類井的隨鉆堵漏施工起到一定的借鑒和幫助作用。

1 地質(zhì)概況

順北地區(qū)位于新疆沙雅縣境內(nèi)，構(gòu)造位置位于塔里木盆地北部坳陷的中西部，緊鄰塔指躍滿區(qū)塊，總面積為3126 km2。該區(qū)塊采用二開井身長裸眼鉆穿白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系等多套地層，順北地區(qū)二疊系地層數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1可知，二疊系埋深4400～5100 m，層厚480～520 m，上部以英安巖為主(厚約200 m)，下部以凝灰?guī)r為主，該區(qū)塊二疊系火成巖發(fā)育，地層破裂壓力低[4-5]，二疊系層厚較大，鉆井時井下復(fù)雜主要表現(xiàn)為漏失。

表1 順北地區(qū)二疊系數(shù)據(jù)

2 二疊系鉆進(jìn)難點分析

順北地區(qū)二疊系以英安巖、凝灰?guī)r為主，地層破碎，微裂縫發(fā)育，承壓能力低，能夠安全鉆進(jìn)的泥漿密度窗口小，對當(dāng)量鉆井液密度的變化比較敏感。二疊系地層易發(fā)生裂縫性漏失，如果鉆井液性能不合理或鉆井工藝措施不當(dāng)就可能發(fā)生漏失。鉆井難點主要表現(xiàn)為以下幾點。

(1)二疊系安全密度窗口較小，鉆進(jìn)時鉆井液的密度需要控制在1.24 g/cm3左右。

(2)二疊系英安巖和凝灰?guī)r發(fā)育，英安巖和凝灰?guī)r存在較多微裂縫，易發(fā)生漏失。

(3)由于二疊系易剝蝕掉塊，存在井塌和卡鉆的風(fēng)險，所以鉆進(jìn)過程中對鉆井液的抑制和攜巖能力有較高的要求。

(4)鉆進(jìn)過程中為長裸眼，隨鉆難度大，下鉆壓力“激動”大容易壓漏地層，從順北地區(qū)井來看絕大部分的漏失和復(fù)雜發(fā)生在下鉆過程中和下鉆完成后開始鉆進(jìn)初期。

實際鉆井過程中順北地區(qū)二疊系反映出的最大問題是易發(fā)生井漏，且一但發(fā)生井漏，則多為反復(fù)井漏，堵漏困難，不但延緩工期，而且還會耗費(fèi)大量人力物力。

3 聚合物隨鉆堵漏劑(PSD)合成

實驗篩選隨鉆堵漏配方中兩個關(guān)鍵的隨鉆堵漏劑：聚合物隨鉆堵漏劑(PSD)和竹纖維。其中竹纖維是河南某石油助劑有限公司的產(chǎn)品，PSD由實驗室合成。合成過程如下：

將1.4 mol丙烯酸甲酯和1.4 mol丙烯酸鈉加入100 g蒸餾水中，充分溶解并升溫至55 ℃，保溫1 h，加入0.2 g過硫酸鉀，保溫2 h，停止加熱降至常溫，得到凝膠狀產(chǎn)物，將產(chǎn)物取出，用造粒機(jī)造粒，干燥，干燥后顆粒直徑約為20目。

4 室內(nèi)堵漏配方實驗評價

前期準(zhǔn)備工作中，為了評價聚合物隨鉆堵漏劑(PSD)、成膜隨鉆堵漏劑(CMJ)和隨鉆堵漏劑竹纖維的封堵效果，進(jìn)行了砂床堵漏實驗。為了應(yīng)對地層可能出現(xiàn)較大漏失的情況，用QD-A型堵漏儀器優(yōu)選了堵漏配方，優(yōu)選出了用于堵1、3和5 mm縫板的堵漏配方。

4.1 砂床堵漏實驗評價

實驗采用20～40目石英砂作為模擬介質(zhì)，儀器為無滲透砂床濾失儀，實驗壓力0.69 MPa，封堵材料加入鉆井液體系中，在160 ℃條件下熱滾16 h。鉆井液體系為：3%～4%膨潤土+0.2%純堿+2%磺化褐煤(SMC)+3%褐煤樹脂(SPNH)+0.3%陽離子乳液聚合物(DS-301)+0.5%～0.7%抗溫抗鹽降濾失劑(RHTP-2)+3%陽離子乳化瀝青(RHJ-3)+0.5%高效硅醇抑制劑(DS-302)+0.5%聚胺+5%氯化鉀(KCl)。隨鉆堵漏體系配方：鉆井液體系+1%超細(xì)碳酸鈣(CSC-100)+1%聚合物隨鉆堵漏劑PSD+1%竹纖維。砂床實驗結(jié)果如表2和圖1所示。

表2 砂床實驗結(jié)果

圖1 砂床表面形成的封堵層

由表2數(shù)據(jù)可知，30 min堵漏鉆井液體系進(jìn)入砂子的最大深度為7.5 cm，這說明堵漏鉆井液體系的封堵效果良好，圖1中砂床表面形成的封堵層致密、有韌性也能說明這一點。

4.2 封板堵漏實驗評價

QD-A型堵漏儀器評價不同縫寬下的堵漏配方，配方如下：

配方1：鉆井液體系+1%超細(xì)碳酸鈣(800目)+2%PSD+3%竹纖維+3.5%復(fù)合隨鉆堵漏劑(FHD-1)(用于堵1 mm縫板)。

配方2：鉆井液體系+1%超細(xì)碳酸鈣(800目)+2%PSD+3%竹纖維+8%FHD-1(用于堵1 mm縫板)。

配方3：鉆井液體系+1%超細(xì)碳酸鈣(800目)+2%PSD+3%竹纖維+2%FHD-1+3%復(fù)合堵漏劑(FHD-2)(用于堵3 mm縫板)。

配方4：鉆井液體系+1%超細(xì)碳酸鈣(800目)+2%PSD+3%竹纖維+10%FHD-1+10%FHD-2+8%大顆粒架橋堵漏劑(用于堵5 mm縫板)。

實驗結(jié)果見表3、圖2和圖3。

表3 堵漏實驗數(shù)據(jù)

由表3、圖2和圖3可知，所優(yōu)選出的用于封堵不同縫寬的4個配方均能有效封堵裂縫，在二疊系地層鉆進(jìn)時，可以根據(jù)漏失量選擇合適堵漏配方。

(1)在二疊系鉆進(jìn)過程中，如果只有滲漏，漏失速度lt;1.5 m3/h，則只用隨鉆堵漏配方。隨鉆堵漏體系配方：鉆井液體系+1%超細(xì)碳酸鈣(CSC-100)+1%聚合物隨鉆堵漏劑PSD+1%竹纖維。

圖2 3 mm縫板堵漏實驗漏失量情況

圖3 5 mm縫板堵漏實驗漏失量情況

(2)在二疊系鉆井過程中，如漏速不大(低于5 m3/h)，則強(qiáng)行鉆穿二疊系，井漿中要有9.5%的堵漏材料，具體配方見配方1。

(3)如漏速在5～10 m3/h，可增大堵漏劑濃度或及時調(diào)整堵漏材料顆粒級別，強(qiáng)鉆過程中適當(dāng)降低排量，最好保持在20～25 L/s，采用邊補(bǔ)量邊鉆進(jìn)的方法鉆穿漏層，在補(bǔ)充鉆井液量時要加足各種處理劑，保持鉆井液性能的穩(wěn)定，井漿中要有14%的堵漏材料，具體配方見配方2。

(4)漏失速度為10～20 m3/h，采用靜止堵漏。配制堵漏稠漿30～40 m3，加入凝膠堵漏劑PSD、竹纖維隨鉆堵漏劑、超細(xì)碳酸鈣、復(fù)合隨鉆堵漏劑FHD-1和復(fù)合堵漏劑FHD-2，下鉆至井底后，將堵漏稠漿送至漏失位置，起鉆至安全井段，靜止堵漏4～8 h。堵漏劑中要有較大顆粒的架橋材料，具體配方見配方3。

(5)針對于漏速≥20 m3/h，采用承壓堵漏。配制2段稠漿，前面一段稠漿加入配方4中堵漏材料配置成堵漏漿，后面一段稠漿中加入20%承壓堵漏材料，將上述稠漿送至漏失層，靜止堵漏。

5 順北地區(qū)二疊系漏失情況

順北1-1井鉆進(jìn)過程中在2015年3月14日5:52鉆進(jìn)至井深4557.53 m時，鉆遇二疊系凝灰?guī)r和英安巖的裂縫，發(fā)生了裂縫性漏失，井口失返。鉆井液密度1.24～1.25 g/cm3。先后經(jīng)過十余次堵漏(主要采取隨鉆橋堵、承壓堵漏、打水泥塞、化學(xué)堵漏)，都未能有效封堵漏層。最后通過全井使用堵漏漿，暫時性封堵住地層。順北1-1井漏失及堵漏情況見表4。

表4 順北1-1二疊系堵漏情況

由表4可知順北1-1井泥漿漏失量較大，另外順北1-2和1-4井均發(fā)生了漏失，1-2、1-4井和順北1-5井的直線距離約為5 km。順北1-5和1-6井二疊系均未發(fā)生漏失。順北1-5井于2016年1月19日(井深4408.00 m)進(jìn)入二疊系上統(tǒng)啊恰群(P2)，于2016年1月31日(井深4858.00 m)進(jìn)入石炭系下統(tǒng)卡拉沙依組，二疊系井段長達(dá)450 m。順北1-6井于2016年1月18日(井深4471.00 m)進(jìn)入二疊系上統(tǒng)啊恰群(P2)，于2016年1月28日(井深4885.00 m)進(jìn)入石炭系下統(tǒng)卡拉沙依組，二疊系井段長達(dá)414 m。順北1-5和1-6井在鉆進(jìn)二疊系期間，保持補(bǔ)加隨鉆堵漏劑，使堵漏劑的濃度維持在5%～9%，起鉆前配一罐封閉漿，泵入二疊系井段對地層進(jìn)行封堵，封閉漿配方：井漿+1%聚合物凝膠PSD+1%～4%竹纖維。在鉆進(jìn)二疊系期間，順北1-5和1-6兩口井都只有正常的滲漏消耗，滲漏消耗速度lt;1.5 m3/h，整個二疊系井段未發(fā)生漏失，安全鉆達(dá)了下一個地層。結(jié)合順北1-1、1-5和1-6井的鉆井實踐以及二疊系地層特點，總結(jié)提出了二疊系隨鉆堵漏施工措施和二疊系隨鉆堵漏鉆井液維護(hù)措施。

6 二疊系鉆井施工體會

6.1 二疊系隨鉆堵漏和鉆井液維護(hù)

針對二疊系地層特點，在二疊系地層鉆井施工過程中，應(yīng)以隨鉆堵漏技術(shù)為主，配合靜止堵漏技術(shù)完成二疊系井段鉆井施工，待穿過二疊系地層后，采用承壓堵漏漿在二疊系全井段進(jìn)行承壓堵漏施工，以滿足志留系井段鉆井施工的要求。二疊系鉆進(jìn)過程中，以防漏為主，既要防漏又要堵漏。在揭開二疊系地層前以及二疊系未漏失地層前，必須保證體系中加入適量的隨鉆堵漏劑[6]。二疊系火成巖地層重點在于提高鉆井液的封堵性能和地層的承壓能力。

6.2 二疊系隨鉆施工措施

本著“提前預(yù)防，封堵微裂縫”原則，采取“控制鉆井液合適密度、保持鉆井液良好流動性、強(qiáng)化隨鉆封堵”并配合工程技術(shù)措施，具體施工措施有以下幾個方面。

(1)二疊系鉆進(jìn)過程中，需要加大清理沉砂罐底的頻率，2天清理一次。

(2)提前封堵和隨鉆堵漏，在進(jìn)入二疊系前50～100 m，按照井漿量一次性追加2%～3%超細(xì)碳酸鈣(500～800目)、1%聚合物凝膠PSD、1%～3%竹纖維和3%高軟化點瀝青，提高鉆井液的封堵性能。

(3)起鉆對二疊系封堵[7-8]：利用起下鉆的時機(jī)對二疊系進(jìn)行封堵。起鉆前配一罐封閉漿，泵入二疊系井段對地層進(jìn)行封堵，封閉漿(濃度10%)配方：井漿+1%聚合物凝膠PSD+3%～4%竹纖維+1%～2%單封+3%高軟化點瀝青。

(4)鉆進(jìn)中，維持鉆井液較好的流變性能，控制粘度48～52 s、塑性粘度22～25 mPa·s、動切力4～6 Pa，嚴(yán)格控制起下鉆速度，保證每根立柱起下時間控制在65 s以上，盡量減小井內(nèi)壓力“激動”，預(yù)防壓漏地層。

(5)加強(qiáng)液面監(jiān)測，10 min監(jiān)測一次。液面報警裝置監(jiān)測和人工計量檢測同時進(jìn)行，并與地質(zhì)錄井緊密配合，做好井漏的預(yù)防和預(yù)報。

(6)下鉆分段循環(huán)，防止一次性下鉆到底開泵困難或開泵循環(huán)發(fā)生井漏，循環(huán)排量最大不超過正常排量1/2，循環(huán)點選擇在井眼穩(wěn)定井段。

(7)在二疊系以下地層鉆進(jìn)也必須適當(dāng)控制鉆時，降低環(huán)空巖屑濃度也即降低環(huán)空當(dāng)量密度，防止壓漏地層。

6.3 隨鉆堵漏鉆井液維護(hù)措施

在保證鉆井液性能滿足鉆進(jìn)要求的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)鉆井液的封堵性能，維護(hù)過程中尤其要注意使用低分子量優(yōu)質(zhì)聚合物作降濾失劑，保持較低的鉆井液粘度，具體維護(hù)措施如下。

(1)揭開火成巖之前50～100 m，保證振動篩和離心機(jī)的正常運(yùn)行，嚴(yán)格控制鉆井液中的固相，使固相含量≤10%。振動篩更換為較粗的篩布(20～40目)，減少隨鉆堵漏材料被振動篩篩除。

(2)隨鉆堵漏漿鉆進(jìn)，用燒堿調(diào)整鉆井液pH值，使pH值保持在10～11，防止堵漏劑過早地發(fā)酵失效。

(3)隨鉆堵漏漿鉆進(jìn)期間，鉆井液中部分膨脹堵漏材料PSD被振動篩篩除，要及時添加隨鉆堵漏劑，保證鉆井液中隨鉆堵漏劑超細(xì)碳酸鈣、聚合物隨鉆堵漏劑和竹纖維大約都是1%。

(4)控制鉆井液的密度，密度控制在1.23～1.25 g/cm3。此密度區(qū)間既可以防止鉆井液壓漏地層，又可以保證鉆井液平衡地層壓力。

(5)由于鉆井液中堵漏材料的增多，所以每天需要向鉆井液中加入150 kg潤滑劑，保持泥餅粘滯系數(shù)≤0.09，降低摩阻。

(6)控制鉆井液粘切，保持良好流動性；鉆進(jìn)中，控制粘度48～52 s、塑性粘度22～25 mPa·s、動切力4～6 Pa，降低環(huán)空流動阻力。

7 結(jié)語

順北地區(qū)二疊系火成巖發(fā)育，裂縫較多，隨鉆堵漏劑的加入提高了鉆井液的封堵性能，地層剛打開時，有較多的細(xì)顆粒物質(zhì)和可變形充填離子進(jìn)入地層內(nèi)部，封堵地層的微裂縫，有效減少了鉆井液的滲漏，同時提高了地層的承壓能力，使安全密度窗口增大，為安全鉆進(jìn)提供了保障。在鉆井液性能維護(hù)方面，使用低分子量優(yōu)質(zhì)聚合物作降濾失劑，降低了鉆井液液相粘度，有效降低了循環(huán)當(dāng)量密度的增加值。下鉆采用分段循環(huán)的方式，有效防止了壓力“激動”，降低了井漏發(fā)生的風(fēng)險。

優(yōu)選的隨鉆堵漏配方為：聚磺鉆井液體系+1%超細(xì)碳酸鈣(CSC-100)+1%聚合物隨鉆堵漏劑(PSD)+1%竹纖維。經(jīng)現(xiàn)場驗證，該配方效果良好。

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PluggingwhileDrillingTechnologyforPermianinShunbeiAreaofTarimBasin

XIAOXu-yu1,SHIDong-jun2,LIGuo-nan1,YUPei-zhi1

(1.China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 2.West Company, North China Petroleum Engineering Co., Ltd., SINOPEC, Luntai Xinjiang 841600, China)

Well leakage brings not only losses to drilling engineering, but also great difficulties to the exploration development of oil gas resources. Permian igneous rock developed in the northern part of Shunbei area with formation fractures, leakage in drilling process is the main complex downhole situation. At present, Permian leakage happens frequently, which causes collapsing and block falling and has adverse effects on construction progress. To solve this problem, the research on plugging while drilling technology for Permian in Shunbei area is carried out. Combined with the drilling practice of wells SHB 1-1, SHB 1-5 and SHB 1-6 and considering Permian strata characteristics, this paper analyzes the drilling difficulties of Permian in this block and summarizes the concrete construction methods of plugging while drilling technology. In order to cope with the possible large leakage, plugging formulas are optimized for the boards with seams of 1, 3 and 5mm respectively.

Permian; well leakage; plugging while drilling; Shunbei area

2016-11-27；

2017-08-11

中石化西北局“順北1井區(qū)二疊系隨鉆防漏及堵漏技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用及評價”(編號：34400007-15-ZC0607-0080)

肖緒玉，男，漢族，1989年生，碩士研究生在讀，地質(zhì)工程專業(yè)，北京市海淀區(qū)學(xué)院路29號，xyx626@yeah.net。

于培志，男，漢族，1962年生，教授，工學(xué)博士，北京市海淀區(qū)學(xué)院路29號，yupz@cugb.edu.cn。

TE254;P634.6

A

1672-7428(2017)10-0037-05