李懷科，張 偉，郭 磊，向 雄，張 明.

(1.中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)研究院，河北廊坊 065201；2.中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部湛江作業(yè)公司，廣東湛江 524057)

承壓封堵技術(shù)在深水井中的應(yīng)用
——以LS25-X井為例

李懷科1，張 偉1，郭 磊1，向 雄2，張 明2.*

(1.中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)研究院，河北廊坊 065201；2.中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部湛江作業(yè)公司，廣東湛江 524057)

深水井由于泥線以上海水靜液柱壓力低造成上部地層孔隙壓力和破裂壓力曲線比較接近，作業(yè)壓力窗口窄，發(fā)生井漏的概率增大。針對(duì)深水井窄密度窗口及易漏失地層井壁失穩(wěn)的技術(shù)難題，選用自主研發(fā)的由剛性粒子、軟性材料和可變形材料三種材料組成的承壓封堵劑PF-STRH，通過(guò)室內(nèi)承壓能力和封堵能力試驗(yàn)評(píng)價(jià)，表明該材料可有效提高地層的承壓能力和封堵能力。本文以LS25-X深水井為例，介紹了該處理劑的應(yīng)用情況，結(jié)果表明，承壓封堵劑PF-STRH成功避免了該井12-1/4″井段因高壓氣層造成13-3/8″套管鞋處易發(fā)生漏失風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，成功鉆遇設(shè)計(jì)井深，避免了提前下套管。該技術(shù)的成功應(yīng)用為深水井井壁穩(wěn)定提供了可供借鑒的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)。

井漏；承壓增強(qiáng)；深水；井壁穩(wěn)定；應(yīng)用

與常規(guī)井相比，深水井由于泥線以上海水靜液柱壓力低，因此造成上部地層孔隙壓力和破裂壓力曲線比較接近，作業(yè)壓力窗口窄，可供鉆井液調(diào)節(jié)的空間明顯變窄，ECD調(diào)控難度加大。與此同時(shí)，隨著深水井鉆探深度的增加，下部地層發(fā)生井下漏失的風(fēng)險(xiǎn)也將不斷加大，鉆井液的漏失不僅增大了鉆井液成本，更重要的是井漏可能會(huì)導(dǎo)致其他井下復(fù)雜情況的發(fā)生，如卡鉆、井塌、井噴等鉆井事故，嚴(yán)重影響鉆井進(jìn)度，大大增大了非生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間[1-4]。因此，為保證深水井窄壓力窗口和易漏失地層的安全鉆進(jìn)，保證井壁穩(wěn)定，井壁承壓增強(qiáng)技術(shù)是鉆井液工程師常用且能起到立竿見影的有效措施之一，以此來(lái)增強(qiáng)地層的承壓能力，拓寬作業(yè)窗口[5-10]。本文主要介紹承壓封堵技術(shù)在深水井中的應(yīng)用情況，為深水井井壁穩(wěn)定提供了可供借鑒的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)。

1 承壓封堵技術(shù)

承壓封堵是針對(duì)薄弱地層或易發(fā)生漏失地層提出的井眼強(qiáng)化理論，該技術(shù)最先是由英國(guó)石油公司Alberty等人提出的“應(yīng)力籠”模型[11-12]，其基本原理為：當(dāng)鉆井液液柱壓力超過(guò)地層的破裂壓力時(shí)，井壁周圍就會(huì)產(chǎn)生誘導(dǎo)裂縫，裂縫形成后，鉆井液中的封堵材料在壓差作用下進(jìn)入裂縫，并迅速于裂縫的狹窄處通過(guò)“架橋、聚集、纏繞、填充”在近井眼處形成致密封堵，該封堵層就像“楔子”一樣楔進(jìn)裂縫中，對(duì)地層形成了壓縮；此時(shí)鉆井液的液柱壓力通過(guò)“楔子”作用在裂縫的近井眼端的兩側(cè)，形成了壓縮環(huán)，從而增加井眼的周向應(yīng)力。簡(jiǎn)而言之，承壓封堵技術(shù)的關(guān)鍵就是采用能夠起到承壓封堵作用的處理劑(如剛性材料、纖維類、樹脂類等)，依靠這些處理劑不同的理化性能，通過(guò)它們相互配合、協(xié)同作用，在井壁周圍形成一層堅(jiān)固的“防護(hù)層”[13-15]。

承壓封堵技術(shù)主要是通過(guò)剛性粒子和軟性顆粒的級(jí)配，實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫尖端的有效封堵，并在裂縫斷面形成一層封堵墻，減少流體向裂縫內(nèi)滲入。該技術(shù)主要適用于裂縫發(fā)育嚴(yán)重的井段以及鉆井過(guò)程中出現(xiàn)的窄(或負(fù))安全密度窗口井段，裂縫端面被封堵材料在壓差的作用下進(jìn)入裂縫，填充封堵，填充后裂縫會(huì)閉合產(chǎn)生一個(gè)閉合應(yīng)力。因此，在封堵部位起作用的材料，特別是剛性粒子必須能承受鉆井液與地層壓力的壓差，否則會(huì)因破碎再次進(jìn)入地層深部，導(dǎo)致裂縫的二次開啟。顆粒的承壓能力可根據(jù)鉆井工程參數(shù)(破裂壓力、鉆井液比重、裂縫開度等)通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M進(jìn)行優(yōu)選，同時(shí)，軟性粒子必須有一定的抗溫能力。

2 室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)

本文所用的承壓封堵劑為中海油服油田化學(xué)事業(yè)部自主研發(fā)的一種水溶性承壓封堵劑PF-STRH。該處理劑主要由剛性粒子、軟性材料和可變形材料3種材料組成，其中剛性粒子可酸溶、抗壓強(qiáng)度高、具有很好的粒徑分布，進(jìn)入地層后能提供一定的強(qiáng)度；軟性材料通過(guò)纏繞和多點(diǎn)吸附作用增加摩擦阻力，在形成堵塞過(guò)程中以“手拉手”的形式相互拉扯，增加封堵強(qiáng)度；可變形材料主要起填充封堵作用，通過(guò)吸水膨脹進(jìn)一步填充封堵層中的小孔隙，降低封堵環(huán)的滲透率，阻止液相進(jìn)入，進(jìn)一步提高封堵環(huán)的承壓能力。

2.1 室內(nèi)配方及評(píng)價(jià)方法

室內(nèi)采用的體系為中海油服自主研發(fā)的深水HEM體系，其基本配方為：海水+0.2%Na2CO3+2%PF-FLOTROL(交聯(lián)淀粉)+0.5%PF-UCAP(陽(yáng)離子聚丙烯酰胺)+1%PF-FT-1(磺化瀝青)+0.2%PF-XC(黃原膠)+3%PF-UHIB(聚胺抑制劑)+3%PF-HLUB(防泥包潤(rùn)滑劑)+9%NaCl+5%KCl。試驗(yàn)儀器示意如圖1所示。

圖1 CDL-Ⅱ型高溫高壓動(dòng)態(tài)堵漏儀Fig.1 Dynamic plugging instrument for HTHP(CDL-Ⅱ)

2.2 承壓能力評(píng)價(jià)

借助高溫高壓動(dòng)態(tài)堵漏儀評(píng)價(jià)了深水HEM體系中加入承壓封堵劑前后承壓能力的變化情況，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，基漿HEM體系在剛開始的30 min內(nèi)承壓能力不斷升高，之后壓力上下波動(dòng)明顯，當(dāng)壓力為6 MPa時(shí)出現(xiàn)明顯跳躍的現(xiàn)象，同時(shí)濾失量明顯增大(圖3)。當(dāng)在體系中加入3%承壓封堵劑PF-STRH后，整個(gè)體系的承壓能力明顯增強(qiáng)，壓力可穩(wěn)定到達(dá)18 MPa，為發(fā)生明顯的濾失量變化，說(shuō)明承壓封堵劑的加入使體系的承壓能力明顯提高，提高率達(dá)200%。

2.3 封堵能力評(píng)價(jià)

為說(shuō)明承壓封堵劑進(jìn)入地層后能夠明顯降低地層的滲透率，室內(nèi)將上述做完承壓試驗(yàn)的鉆井液換成清水，采用同樣的試驗(yàn)條件評(píng)價(jià)形成的泥餅的封堵效果，儀器采集試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，承壓封堵劑在地層中形成了致密的封堵環(huán)，其承壓能力高達(dá)13 MPa。這主要與承壓封堵劑PF-STRH中的軟性材料和可變形材料通過(guò)填充、封堵地層中的微小孔隙，大大增強(qiáng)了封堵層的致密性有關(guān)。

圖2 HEM體系中加入承壓封堵劑前后承壓能力變化Fig.2 Pressure bearing capacity curves of HEM

圖3 HEM體系中加入承壓封堵劑前后濾失量的變化Fig.3 Filtration curves of HEM added PF-STRH before and after

圖4 HEM+3%PF-STRH體系泥餅對(duì)清水封堵能力評(píng)價(jià)Fig.4 Plug capacity to water (HEM+3%PF-STRH)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 應(yīng)用背景及設(shè)計(jì)方案

LS25-X井水深970 m，井底溫度為156℃，完鉆比重為1.94 SG，屬于深水高溫高壓井。12.25″從3679 m開始鉆進(jìn)，開鉆比重為1.47 SG；鉆至4000 m時(shí)，逐步提高至1.55 SG；至4150 m鉆遇薄砂體，逐步提高至1.63 SG左右；繼續(xù)鉆至4203 m，最大氣測(cè)為值32%，現(xiàn)場(chǎng)逐步加重鉆井液比重至1.71 SG，已經(jīng)接近上部套管鞋處漏失比重1.75 SG，無(wú)法滿足鉆進(jìn)要求。為了順利鉆遇設(shè)計(jì)井深，陸地專家決定采用水基鉆井液承壓封堵劑PF-STRH，擴(kuò)大作業(yè)窗口。具體方案為：在30 m3井漿中加入10%PF-STRH，將其打至套管鞋處，靜止憋壓，逐步加重循環(huán)，現(xiàn)場(chǎng)低排量循環(huán)，溢流檢查，直至穩(wěn)定。

3.2 鉆井液性能

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定了加入承壓封堵劑PF-STRH前后鉆井液性能的變化情況，見表1。由表1可以看出，PF-STRH不影響鉆井液的性能，加入前后鉆井液的流變性穩(wěn)定。

表1 加入PF-STRH前后鉆井液性能對(duì)比Table 1 Properties of drilling fluid added PF-STRH before and after

3.3 應(yīng)用效果

本井12.25″井段加入承壓封堵劑PF-STRH，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得套管鞋處漏失當(dāng)量比重為1.79 SG，有效提高了地層的承壓能力，成功解決了13-3/8″套管鞋處的地層承壓能力，確保該井段鉆至設(shè)計(jì)井深，避免了提前下套管作業(yè)的發(fā)生。

4 結(jié)論

(1)研制的承壓封堵劑PF-STRH主要由剛性粒子、軟性材料和可變形材料3種材料組成，能夠顯著地將HEM基漿的承壓能力從6 MPa提高至18 MPa，提高率達(dá)200%。

(2)從LS25-X井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況看，承壓封堵劑對(duì)鉆井液體系的性能沒(méi)有影響。

(3)承壓封堵技術(shù)有效解決了深水井現(xiàn)場(chǎng)鉆探過(guò)程中因氣侵引起提高鉆井液密度高而無(wú)法實(shí)現(xiàn)繼續(xù)作業(yè)的技術(shù)難題，避免了提前下套管的現(xiàn)象。

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ApplicationofWellboreStrengtheningTechnologyinDeepwaterWell—Taking Well LS25-X as an Example

Li Huaike1, Zhang Wei1, Guo Lei1, Xiang Xiong2, Zhang Ming2

(1.OilfieldChemicalsR&DInstitute,COSL,Langfang,Hebei065201,China; 2.ZhanjiangBase,OilfieldChemicals,COSL,Zhanjiang,Guangdong524057,China)

In deep-water wells, the pore pressure and fracture pressure are closer because lower seawater hydrostatic pressure, which caused narrow window in operation and high lost circulation risk. In the paper, one wellbore strengthening agent PF-STRH for water-base muds has been tested in lab, which was composed with three kinds of materials-rigid particles, soft particles and deformable particles. The results showed that the material has stronger pressure-bearing ability and plugging capacity. Also the application in LS25-X well has been described, the technology effectively solved easy lost in 13-3/8″casing shoe caused by gas invasion in section 12-1/4″ and ensured continue operations, no casing in advance. The successful application provided operation experience for borehole stability in deep-water wells.

lost circulation; wellbore strengthening; deep water; wellbore stability; application

中海油田服務(wù)股份有限公司科技項(xiàng)目“HEM技術(shù)升級(jí)及應(yīng)用研究”(編號(hào)：YHB14YF003)資助。

李懷科(1983—)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事深水鉆完井液技術(shù)研究和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持工作。郵箱：lihk6@cosl.com.cn.

TE19

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