北部灣盆地徐聞X3井抗高溫承壓堵漏技術(shù)

摘 要

摘要：徐聞X3井是中石化在北部灣盆地部署的一口重點(diǎn)預(yù)探定向井，該井漸新統(tǒng)潿洲組下為發(fā)育、地層承壓能力低、鉆井液漏失嚴(yán)重且井下溫度高達(dá)180℃，導(dǎo)致部分堵漏材料高溫后失效，采
摘要：徐聞X3井是中石化在北部灣盆地部署的一口重點(diǎn)預(yù)探定向井，該井漸新統(tǒng)潿洲組下為發(fā)育、地層承壓能力低、鉆井液漏失嚴(yán)重且井下溫度高達(dá)180℃，導(dǎo)致部分堵漏材料高溫后失效，采用常規(guī)橋接堵漏和水泥漿堵漏效果不理想，需研發(fā)出抗高溫承壓堵漏技術(shù)。為此，通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)優(yōu)選出抗高溫架橋材料高強(qiáng)支撐劑GQJ、抗高溫纖維材料SW，以SAN-2工程分布理論為指導(dǎo)，加入不同粒徑的CaC03和云母作為片狀填充材料，并配合高失水劑HH-1及無機(jī)鹽Ca0，形成了抗高溫承壓堵漏配方，室內(nèi)模擬0.5～4mm裂縫寬度承壓能力高于12MPa?，F(xiàn)場(chǎng)采用分段逐級(jí)堵漏法注入配制好的堵漏漿進(jìn)行承壓堵漏作業(yè)，在地層復(fù)雜情況下將地層承壓能力提升至4.5MPa，徐聞X3井第三次開鉆固井期間再未發(fā)生漏失。實(shí)踐證明，所研發(fā)的抗高溫承壓堵漏技術(shù)能夠滿足該井的固井施工要求，取得了較好的應(yīng)用效果。
關(guān)鍵詞：北部灣盆地；漸新世；徐聞X3井；高溫；承壓堵漏；橋接堵漏；水泥堵漏；纖維；配方
徐聞X3井是中石化在北部灣盆地部署的一口重點(diǎn)預(yù)探定向井，該井位于廣東省徐聞縣邁陳鎮(zhèn)提姑村，構(gòu)造位置屬北部灣盆地邁陳凹陷邁10塊，目的層為始新統(tǒng)流沙港組(E2l)、漸新統(tǒng)潿洲組(E3w)，均為砂泥巖地層，儲(chǔ)層以砂巖為主。該井屬三開井身結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)垂深5100m，斜深5664.16m，井斜34.14℃，水平位移1893.92m；第三次開鉆預(yù)計(jì)井底溫度為187℃，該井鉆至潿洲組三段下部井段(4684～4881m)巖性以棕色含礫中砂巖為主夾薄層棕色泥巖，鉆井液漏失嚴(yán)重、承壓堵漏難度大。
1 現(xiàn)場(chǎng)堵漏情況
1.1 橋接堵漏
徐聞X3井鉆至潿洲組三段井深4737.75m時(shí)，泵壓由13MPa下降至7MPa，鉆壓從14t降至0t，井口泥漿失返，所用鉆井液密度為1.29g/cm3，立即起鉆至套管內(nèi)并低泵沖連續(xù)灌漿，最大漏速達(dá)70m3/h?，F(xiàn)場(chǎng)配制30m3堵漏漿[8%土漿+6.7%KD-68+3%PE+5%FST-1+6.7%CaC03]，泵入后替漿43m3，觀察液面無明顯下降跡象，后液面下降且井口觀察不到，繼續(xù)井口灌漿，后補(bǔ)充密度為1.11g/cm3左右的泥漿及清水建立循環(huán)，并用12m3抗溫泥漿封閉井底，本次失返性漏失累計(jì)漏失泥漿量在330m3左右。
    失返性漏失后為驗(yàn)證產(chǎn)能進(jìn)行了中途試油作業(yè)，鉆電測(cè)口袋(4737.75～4800m)共漏失泥漿475m3左右，其間進(jìn)行了3次橋接堵漏作業(yè)。
    1) 第一次橋接堵漏：將20m3堵漏漿[5%土漿+7%KD-68+3%PE+5%FST-1+2%單封+5%CaC03]替至井底，起鉆至套管鞋內(nèi)，關(guān)封井器，排量2min/沖，從環(huán)空逐步憋壓至8.0MPa，穩(wěn)壓7.4MPa，穩(wěn)壓時(shí)間為1h，累計(jì)泵入泥漿6.2m3，堵漏后循環(huán)泥漿漏速由堵漏前的11m3/h降至9.74m3/h，堵漏后鉆進(jìn)漏速為14.32m3/h，鉆進(jìn)4737.75～4751m井段漏失及消耗泥漿128m3左右，考慮到沉砂對(duì)漏層具有掩蓋性及堵漏材料粒度級(jí)配，第二次橋接堵漏調(diào)整了堵漏配方。
    2) 第二次橋接堵漏：將20m3堵漏漿[井漿+1.2%核桃殼(40～80目)+1.2%核桃殼(3～5目)+1.25%云母片(60目)+1.25%云母片(80目)+2.5%單封+2.5%FST-1+2.5%KD-68+2.5%PE]替入井底，起鉆至套管鞋內(nèi)，關(guān)封井器，環(huán)空逐步憋壓至9MPa，最后穩(wěn)壓至8.6 MPa，穩(wěn)壓2h不降，累計(jì)泵入泥漿5m3，堵漏后循環(huán)泥漿漏速由堵漏前的25.6m3/h降至6.2m3/h，堵漏后鉆進(jìn)漏速為12.2m3/h，鉆進(jìn)4751～4800m井段漏失及消耗泥漿217m3左右，考慮到粒度級(jí)配及堵漏將擠入量，第三次橋接堵漏調(diào)整了堵漏配方。
    3) 第三次橋接堵漏：將20m3堵漏漿[井漿+1.2%核桃殼(40～80目)+1.25%云母片(80目)+5%FST-1+2.5%PE+5%CaC03]替入井底，鉆具起至套管鞋內(nèi)，關(guān)封井器，環(huán)空逐步憋壓至5MPa后，穩(wěn)不住壓，累計(jì)泵入泥漿22m3，堵漏后循環(huán)泥漿漏速由堵漏前的9.4m3/h降至3.6m3/h。
    上述3次堵漏前后漏速統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示，由圖1可知每次橋接堵漏之后循環(huán)時(shí)漏速降低，鉆進(jìn)后漏速增高，說明新鉆地層裂縫、孔隙較為發(fā)育，也存在一定程度的漏失，3次橋接堵漏之后，正常鉆進(jìn)時(shí)漏速由11m3/h降至3.4m3/h，說明橋接堵漏起到了一定的效果。
 

    鉆至井深4800m后進(jìn)行通井及電測(cè)作業(yè)，正常電測(cè)時(shí)漏速為1m3/h左右，期間通井兩次，循環(huán)時(shí)漏速介于4.6～11.3m3/h不等，累計(jì)損失泥漿185m3左右。電測(cè)結(jié)束后，下鉆循環(huán)泥漿及氣測(cè)循環(huán)中均發(fā)生漏失，鉆進(jìn)井段4800～4881m共漏損失泥漿174.2m3。
1.2 水泥漿堵漏
    為有效封堵井深4737.75m失返性漏層，進(jìn)行了水泥漿堵漏作業(yè)。下鉆至井深4747m循環(huán)泥漿后注水泥(1m3清水+1m3緩凝液+10m3水泥漿+0.5m3清水)，水泥漿最大、最小密度分別為1.96g/cm3、1.62g/cm3，平均密度為1.79g/cm3，替漿45.25m3(鉆具組合內(nèi)容積為47.38m3，考慮井徑擴(kuò)大率后，理論水泥塞面介于4583～4747m)，起鉆至井深4435m后循環(huán)泥漿，后關(guān)井憋壓，最高達(dá)7MPa，最終穩(wěn)壓4MPa，擠入水泥5.5m3。掃塞下鉆至井深4412m進(jìn)行了第一次承壓試驗(yàn)，立管擠泥漿，套管壓力為8.5MPa，7min后降至8.0MPa，累計(jì)擠入泥漿4.4m3，卸壓后返出1.7m3。繼續(xù)下鉆至4650m有遇阻現(xiàn)象(摩擦阻力5～6t)，初步判斷水泥塞段位介于4650～4747m，容積為6m3左右。掃塞至4680m進(jìn)行了第二次承壓試驗(yàn)，鉆頭位置為井深4666m，套管擠泥漿，套壓為6.8MPa，3min降至6.3MPa。擠入泥漿2.4m3。繼續(xù)掃塞至4740m進(jìn)行第三次承壓試驗(yàn)，立管擠泥漿，套管壓力為6.8MPa，7min后降至6.3MPa。
    由于水泥漿堵漏效果未達(dá)到預(yù)計(jì)要求，后采用兩段不同濃度、不同粒徑配比的堵漏漿連續(xù)注入井內(nèi)進(jìn)行承壓堵漏。細(xì)顆粒為主的堵漏漿在下、中細(xì)顆粒為主的堵漏漿在上。具體作業(yè)為：將鉆具下至4738m，連續(xù)泵入10m3中細(xì)顆粒為主的堵漏漿[4%土漿+2%核桃殼(20～40目)+2%核桃殼(40～80目)+1%云母(20目)+1%云母(60目)+2%KD-68+2%單封+2%PE+2%FST-1+2%HQ-10+2%CaC03]和18m3細(xì)顆粒為主的堵漏漿[4%土漿+2%核桃殼(40～80目)+1%云母(20目)+2%云母(60目)+2%單封+3%PE+3%FST-1+2%HQ-10+5%CaC03+1%膨潤(rùn)土]，并替漿44m3 (鉆具內(nèi)容積為46m3)，鉆具內(nèi)保留2m3(井深4313～4740m)，可確保細(xì)顆粒為主的堵漏漿封住4470～4740m裸眼井段，中細(xì)顆粒為主的堵漏材料在套管內(nèi)。后起鉆至套管內(nèi)進(jìn)行承壓試驗(yàn)，套管壓力由6MPa逐漸增至14MPa，10min降至。7.5MPa，后釋放壓力，期間累計(jì)泵入泥漿14m3，卸壓{后返吐5.2m3。靜止堵漏3h后繼續(xù)承壓堵漏，10沖/min的排量向環(huán)空中擠泥漿，擠入14m3泥漿，套壓由6MPa增至8.3MPa，停泵后，套壓1min內(nèi)降至7MPa，35min降至4.0MPa，后釋放壓力繼續(xù)掃塞，水泥塞掃至4770m，4770～4783m為混漿帶，說明；水泥漿堵漏形成的水泥塞段為4650～4770m，循環(huán){時(shí)漏速由1.27m3/h增至2.93m3/h。
2 堵漏難點(diǎn)分析
    徐聞X3井涸洲組三段(4737.75～4881m)井段漏失嚴(yán)重，從取心巖樣上可以看出該層位灰色細(xì)砂巖及灰色含礫細(xì)砂巖微裂縫較為發(fā)育，裂縫方向以高角度一垂直方向?yàn)橹?，縫寬小于2mm，縫長(zhǎng)以5～20cm為主；且該地層地層孔隙壓力低，依據(jù)試油數(shù)據(jù)，井深4404.19m，垂深4047m，地層溫度為156℃，地層壓力位38.8MPa，可計(jì)算出地層壓力梯度系數(shù)為0.95MPa/100m。井深4737.75m發(fā)生失返性漏失時(shí)鉆井液密度為1.29g/cm3，壓差較大，導(dǎo)致裂縫張開。通過對(duì)該井段橋接堵漏及水泥漿堵漏分析，認(rèn)為該井段堵漏技術(shù)存在以下難點(diǎn)。
   1) 裂縫孔隙較為發(fā)育且漏層多、漏層復(fù)雜，以至于難以把握堵漏材料的粒徑級(jí)配。前兩次橋接堵漏，雖然分別承壓至7.4MPa和8.6MPa，但循環(huán)時(shí)依然存在漏失，認(rèn)為第一次橋堵時(shí)沉砂將漏層掩蓋，故第二次橋接堵漏時(shí)先循環(huán)井底然后泵入堵漏漿，堵漏后仍漏失，認(rèn)為粒徑級(jí)配不合理，堵漏材料在漏層外堆積、存在“封口”現(xiàn)象，故第三次承壓時(shí)以細(xì)顆粒堵漏材料為主，結(jié)果全部漏失，承不住壓。
   2) 地溫梯度高，依據(jù)井深5974m電測(cè)溫度達(dá)211℃，地溫梯度達(dá)3.6℃/100m。計(jì)算井深4881m時(shí)井底溫度高于180℃，以核桃殼為主的架橋材料在高溫后，出現(xiàn)碳化現(xiàn)象，表面為黑色，有煳臭味，指甲殼可摳動(dòng)，強(qiáng)度降低，有大顆粒變成小顆粒——由此反映本身堵好的填塞層也容易再次發(fā)生漏失[1]。
   3) 堵漏材料單一，現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)備的堵漏材料有核桃殼、云母、單封、棉子殼、碳酸鈣、PE等，單封、棉子殼、核桃殼等高溫后部分失效，PE中纖維有效含量較低，不能起到拉筋作用，難以形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，堵漏漿抗反吐能力差。水泥漿堵漏時(shí)水泥漿中沒有加纖維材料，水泥漿滯留能力有限，不能完全形成有效封堵層。
   4) 堵漏工藝需完善，承壓堵漏時(shí)承壓時(shí)間短，并沒有采用間歇關(guān)擠方式進(jìn)行承壓堵漏[2]，承壓值不高時(shí)，并沒有連續(xù)承壓，直接開井卸壓，且擠入漏層的堵漏漿有限，不能達(dá)到承壓堵漏效果。
3 抗高溫堵漏技術(shù)研發(fā)
    潿洲組下部的流沙港組含有大段微裂隙發(fā)育的硬脆性黑色泥巖，地層壓力系數(shù)較大，井壁穩(wěn)定難度大，在同一裸眼段中存在多套復(fù)雜地層，井壁穩(wěn)定、井控壓井與防漏堵漏矛盾突出[3]。為避免提前下套管封隔漏層，調(diào)整井身結(jié)構(gòu)及鉆具組合，針對(duì)該區(qū)的這一技術(shù)難題，需優(yōu)選抗高溫堵漏材料，形成抗高溫橋堵配方，而對(duì)于抗180℃高溫的堵漏配方則研究較少[4～8]。
3.1 單劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)
    根據(jù)橋接堵漏封堵裂縫的要求，對(duì)以往鉆井施工中常用的惰性堵漏材料，以及新選的長(zhǎng)石、高強(qiáng)支撐劑Ⅱ型、高強(qiáng)支撐劑Ⅲ型、等進(jìn)行了抗溫、抗壓等實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。

    從表1可以看出，石英、長(zhǎng)石、核桃殼、高強(qiáng)支撐劑Ⅱ型、高強(qiáng)支撐劑Ⅲ型、陶粒等均具有較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度和抗溫性，是理想的惰性堵漏材料。但石英莫氏硬度高，對(duì)泵配件、鉆具和循環(huán)系統(tǒng)損害較大。核桃殼在空氣中的抗壓強(qiáng)度雖然也可以達(dá)到14MPa以上，但在水或泥漿中浸泡24h以后，其強(qiáng)度僅在6MPa左右，對(duì)于有較高承壓要求的橋接堵漏，效果不太理想。云母雖然也有較高的抗壓強(qiáng)度和抗溫性，但岡其形狀多為片狀特性，難以加工成2mm以上的粗顆粒材料，作為填充材料比較理想，但作為架橋材料則容易出現(xiàn)橋接不穩(wěn)的現(xiàn)象。陶粒雖然抗壓能力、抗溫能力高，但其密度太高，不容易懸浮，容易在堵漏漿中沉降，不易攜帶至漏層，因此也不宜作為橋接堵漏材料。
    纖維材料主要有天然纖維、化學(xué)纖維。植物纖維是由植物的種子、果實(shí)、莖、葉等處得到的纖維，是天然纖維素纖維。礦物纖維是從纖維狀結(jié)構(gòu)的礦物巖石中獲得的纖維，主要組成物質(zhì)為各種氧化物，如二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂等，其主要來源為各類石棉，如溫石棉，青石棉等?；瘜W(xué)纖維是經(jīng)過化學(xué)處理加工而制成的纖維?？煞譃槿嗽炖w維和合成纖維兩類。通過高溫老化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大部分纖維材料抗溫能力不夠180℃，高碳纖維經(jīng)180℃下熱滾后，已產(chǎn)生高溫熔化。SWⅠ、SWⅡ纖維材料雖也發(fā)黃、有煳味，但韌性無明顯變化，故選用其，以期在封堵層中形成“拉筋”，加強(qiáng)封堵層的強(qiáng)度[9～10]。
3.2 室內(nèi)配方優(yōu)選
    通過材料優(yōu)選確定以GQJ-Ⅱ型、GQJ-Ⅲ型為主要架橋材料，SW-Ⅰ、SW-Ⅱ?yàn)槔w維材料，不同粒徑的CaC03和云母作為片狀填充材料，并配合高失水劑HH-1及無機(jī)鹽Ca0，根據(jù)Howard和Scott的SAN-2工程分布理論[11]確定了各種材料的粒徑級(jí)配，形成抗高溫堵漏配方，并用堵漏儀對(duì)0.5～4mm之間的縫板進(jìn)行承壓堵漏效果評(píng)價(jià)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，不同縫寬下承壓能力均高于12MPa。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果分析
    第三次開鉆鉆至井深6010m后，依據(jù)電測(cè)確定4685～5115m井段為儲(chǔ)層，故用水泥漿封固5200～5350m井段，后掃塞至5235m，考慮到井深4737.75m曾發(fā)生過失返性漏失，多次橋堵及水泥漿堵漏效果未達(dá)到預(yù)期效果，4737.75m以下井段鉆進(jìn)過程中，鉆井液消耗較大，存在一定程度的漏失，為避免i開固井時(shí)低密度水泥漿漏失，影響固井質(zhì)量，故進(jìn)行了承壓堵漏施工。
    2010年12月4日21：30下鉆至4450m(垂深4085m)循環(huán)90min后關(guān)井做承壓試驗(yàn)，立管壓力加壓至5MPa，停止加壓后，降至3MPa，17min立壓降為2.4MPa，開井泄壓，累計(jì)泵入2.1m3泥漿。
4.1 堵漏漿的配制
    結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，進(jìn)行分段逐級(jí)堵漏，并對(duì)原堵漏配方進(jìn)行微調(diào)，配制細(xì)顆粒堵漏漿45m3[4%土漿+8%CaC03(4%60～80目+4%200目以上)+5%云母(1%20目+2%60目+2%80目)+5%GQJ-Ⅲ+3%HH-1+6%SW(3%SW-1+3%SW-Ⅱ)+2%膨潤(rùn)土(以40m3為基數(shù)加入堵漏材料材料)]，配制中細(xì)顆粒堵漏漿30m3[4%土漿+9%CaC03(3%20～40目+3%60～80目+3%200目以上)+5%云母(1%20目+2%60目+2%80目)+5%GQJ(1%Ⅱ+4%Ⅲ)+3%HH-1+6%SW(3%SW-1+3%SWⅡ)+2%膨潤(rùn)土]。
4.2 堵漏施工
    2010年12月5日12：17先注入中細(xì)顆粒堵漏漿25m3，12：46注入細(xì)顆粒堵漏漿40m3，13：30開始替漿，13：45替漿結(jié)束，替漿30m3，起鉆前鉆具內(nèi)留17m3，起鉆至4310m。關(guān)井后先進(jìn)行正擠，打壓時(shí)推薦小排量替漿打壓，正擠8次，預(yù)計(jì)鉆具內(nèi)細(xì)顆粒堵漏漿已替完，故更換為環(huán)空憋壓，泄壓時(shí)反吐量很少，反擠21次，最后正擠1次，泄壓后反吐量少，累計(jì)30次，共擠入38.15m3，可穩(wěn)壓4.5MPa。
    由于清水浸泡及試油抽吸作用.4467.47～5210m井段為大斜度井眼且大肚子井段多，4467～4800m井段平均井徑擴(kuò)大率高達(dá)27%，鉆屑沉積較多，堵漏材料聚集在大肚子井段下井壁外側(cè)，形成堆積，不能有效進(jìn)入漏層，具有一定假象承壓能力，而大肚子上井壁承壓能力有限，憋壓過高易漏，細(xì)顆粒堵漏材料難以滯留，大顆粒堵漏材料不足難以架橋，影響了承壓堵漏效果。
2010年12月13日進(jìn)行第三次開鉆固井作業(yè)，先向環(huán)空替入25.9m3密度為1.03g/cm3的清水，然后泵入前置液5m3，其中1m3配漿水、4m3隔離液，接著泵入密度1.37g/cm3的領(lǐng)漿33m3，1.85g/cm3的尾漿11m3，最后泵入2m3后置液，替漿用25m3污水、35.7m3井漿，替漿期間觀察出口沒有發(fā)生明顯漏失，碰壓達(dá)10MPa，達(dá)到同井設(shè)計(jì)碰壓要求，電測(cè)表明，該井第三次開鉆固井質(zhì)量合格，說明承壓堵漏達(dá)起到了一定效果，滿足了固井施工要求。
5 認(rèn)識(shí)及結(jié)論
   1) 北部灣盆地邁陳凹陷邁10塊潿洲組三段裂縫孔隙較為發(fā)育，漏層多且復(fù)雜，井底溫度高達(dá)180℃，部分堵漏材料失效，堵漏效果不理想。
   2) 高強(qiáng)支撐劑、SW纖維材料抗溫可達(dá)180℃，配合不同粒徑級(jí)配的填充材料CaC03和云母，結(jié)合高失水劑HH-1及無機(jī)鹽可形成抗高溫堵漏漿。
   3) 徐聞X3固井前采用抗高溫承壓堵漏配方將地層；承壓能力提高至4.5MPa，滿足了第三次開鉆固井要求。
   4) 高溫承壓堵漏技術(shù)難度大，需進(jìn)一步深入研究抗高溫承壓堵漏材料及現(xiàn)場(chǎng)承壓堵漏工藝。
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(本文作者：李勝1 田璐1 薛玉志1 劉貴傳1 睢文云2 1.中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院；2.中國(guó)石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究)