梁文利

（ 中石化江汉石油工程有限公司页岩气开采技术服务公司，武汉430072）

深层页岩气开发，储藏埋深大于3 500 m，地层压力系数增加，由以前的1.45～1.50上升到1.60～1.80，由于地层微裂缝发育，地层破碎程度增加，地层承压能力需要进一步提高。为了提高固井质量，防止在固井过程中水泥浆发生漏失，需要进一步提高地层承压能力，特别是在完钻时候需要对油基钻井液进行封堵性能改造，以提高薄弱地层的承压能力。目前中国的承压堵漏技术，堵漏材料普遍采用常规水基堵漏材料，例如核桃壳、锯末等，他们的亲水性强，在油基钻井液环境中容易膨胀、变质、降解，堵漏效果的持久性差，而且与油基钻井液的配伍性能差，不能形成有效封堵，对油基钻井液的流变性能影响较大。因此，需要对深层页岩气的提承压堵漏技术及配套堵漏材料进行研究攻关。

1 新型国外油基堵漏技术

采用湖北创联石油科技有限公司自主研制的CDL-Ⅲ型高温高压动静态堵漏试验仪，对新型国外油基堵漏技术进行堵漏材料性能评价，模拟漏失地层温度110 ℃和堵漏时的压差5 MPa，并建立模拟不同漏失地层的物理模块，模块采用梯形缝块，外形尺寸为φ38 mm×500 mm，进出口缝宽分别为：8～5 mm、5～3 mm、5～2 mm、4～2 mm、3～1 mm、2～0.5 mm等。实验结果见表1。

表1 油基堵漏浆堵漏实验结果

从表1可以看出：2种油基堵漏浆配方均能够堵住1 mm裂缝，承压能力达到7 MPa；对于2 mm裂缝，不能够有效封堵，在承压能力1 MPa时候，就全部漏完。因此，这2种堵漏浆配方，只能够封堵1 mm裂缝以及以下的微小裂缝。

该新型国外油基承压堵漏材料共由4种材料组成，FIT、SEAL、FIRST STRIKE、BLOCKADE，每种材料的特点和作用机理如下。①FIT是一种由纤维、碎片和颗粒混合而成的钻井密封剂，用于增强地层完整性，尤其是裂隙岩层和衰竭砂层。该产品可用于水基、油基钻井液以及修井液。提供了含可变形性和可压缩性的颗粒的组合材料，以增强钻井液的粒度分布，改善裂隙、多孔和或衰竭地层的密封效果。FIT能够在裂隙地层中形成应力笼，因此对增加井筒环箍强度特别有用。当裂缝闭合应力增加时，可以增加地层完整性和压裂梯度。②SEAL是一种由颗粒、碎片、纤维和聚合物混合而成的钻井密封剂。这些可变形、可压缩的颗粒，在水基、油基钻井液和合成的流体中，对地层的孔道和裂缝形成桥堵和堵塞，避免地层漏失。该密封剂能够单独作为一种产品，或者与其它性质的堵漏产品配合使用防止漏失。这些密封剂也可用在波及转向中，或者泵入井下实现永久封堵。③FIRST STRIKE是一种由纤维、碎片和颗粒混合而成的钻井密封剂，是防止钻井液流失的第一道防线。该产品可用于水基、油基钻井液以及修井液。其是一种含可变形性和可压缩性的颗粒的组合材料，以增强钻井液的粒度分布，改善裂隙、多孔和或衰竭地层中的密封效果；能够在裂隙地层中形成应力笼，因此对增加井筒环箍强度特别有用，当裂缝闭合应力增加时，该过程实际上可以增加地层完整性和抗断裂性。FIRST STRIKE也可用于增强衰竭砂层，以减少钻井液漏失和压差卡钻发生的可能性。④BLOCKADE为独有的混合型封堵剂，在各种类型的水基、油基钻井液中形成一种稳定的、高固相、高滤失量的钻井液堵漏剂，该产品同漏失层接触后，加有该堵漏剂的钻井液能够快速失水或者失油，在裂缝、孔隙、孔穴空间内形成一个可钻的水泥塞，当采用较低的挤注压力时，封堵效果更好。该水泥塞易于钻除，不会产生井下复杂情况。残留堵漏剂仍可作为高质量的钻井液滤饼存在。该堵漏剂能够配成堵漏钻井液，密度可加重到2.28 g/cm3，无需特殊的混合设备。从搅拌器和管线入口加入一定量的堵漏剂和重晶石粉，然后使用泥浆泵顶替加入堵漏剂的钻井液。

以上4种堵漏材料由于抗温能力强，均大于180 ℃，不会发生在高温条件下糊化、降解、变质、堵漏效果持久性差的问题；另外，由于亲油性适度，对油基钻井液的破乳电压不会造成下降甚至破乳的危害，与油基钻井液体系的配伍性良好，在随钻堵漏浆钻进时或者筛除堵漏材料后，不会对流变性造成增稠，发生黏度变化大的问题。如表2所示：该新型国外堵漏材料对钻井液流变性影响不大，过筛后钻井液体系中的堵漏材料可以被筛除，整个钻井液仍然拥有很好的流变性。

表2 该新型国外堵漏材料对油基钻井液性能影响

2 自主研发油基提承压堵漏材料

2.1 自研产品特点

目前现场油基承压堵漏材料只能封堵1 mm及以下的微小裂缝，为此开发了一种简化配方的新型油基堵漏剂，该堵漏剂仅由一种类型的堵漏材料组成，且是经过特殊工艺加工成5 mm以下不同颗粒级配的堵漏材料混合而成，材料代号为T150。在油基钻井液中，随着时间和温度的变化，该堵漏剂产生一个弹性体，能够阻止钻井液向地层漏失。该堵漏剂一旦在井壁周围形成封堵墙，会降低漏失压力，封堵剂颗粒会释放蓄积弹性能量，进一步变形，占领在仓促建立封堵墙时未能及时占据的其它自由空间，并通过颗粒之间的远程范德华力和“纤维手”之间的桥接力提高封堵剂颗粒间的联结力，进一步提高封堵墙强度。即使正压差降至很低，也不会被地层反吐出来。所以，该堵漏剂具有自我调整“进留颗粒粒径”的能力[1-3]。

该产品有3种型号：T150-Ⅰ、T150-Ⅱ、T150-Ⅲ，其中T150-Ⅰ适用于微裂缝、 小裂缝的随钻堵漏，颗粒级配为1 mm以下不同尺度的材料；T150-Ⅱ适用于小到中型漏失，颗粒级配为3 mm以下不同尺度的材料；T150-Ⅲ适用于中到大型漏失的堵漏，颗粒级配为5 mm以下不同尺度的材料。

2.2 自研产品堵漏性能评价

在4 L取自现场的油基钻井液中加入T150油基堵漏材料， 搅拌均匀， 针对1～4 mm不同宽度裂缝做承压堵漏实验，结果见表3，实验图片见图1。

表3 1～4 mm裂缝堵漏实验数据

图1 油基堵漏浆封堵裂缝情况（裂缝宽度从左至右依次为1、2、3、4 mm）

实验结论：自主研制开发的T 150堵漏材料在油基钻井液中，能够封堵1～3 mm的裂缝，具有很高的承压能力，最高达到7 MPa，可以作为目前涪陵工区油基钻井液的主要防漏堵漏材料，提高地层承压能力。从图1可以看出：裂缝端面全部封堵住，堵漏材料进入裂缝深部，并在裂缝内部进行搭桥堆积，形成阻塞。

2.3 堵漏材料与油基钻井液的配伍性评价

为了考察自主研制的堵漏材料T 150加入油基钻井液后是否产生副作用，进行了配伍性实验，主要考察流变性和破乳电压等技术参数的影响。鉴于大颗粒加入后对六速旋转黏度计造成数值不稳定，只做了T150-Ⅰ型堵漏剂与油基钻井液的配伍性实验，实验数据见表4。从表4可知，T150-Ⅰ对油基钻井液的流变性和破乳电压无影响，参数变化小，没有造成大幅度波动，说明自主研制的油基堵漏新材料与油基钻井液的配伍性好。

表4 堵漏材料T150-Ⅰ对油基钻井液性能的影响

2.4 堵漏材料受压与回弹实验

堵漏材料T150在不同压力下的回弹体积见表5。从表5可以看出：该堵漏材料的初始体积比较大，这是因为颗粒之间的空隙较大，加压后材料体积缩小，卸压后样品体积均回弹，在10～20 MPa的不同压力情况下，均有不同程度的回弹，该回弹特性适合油基钻井液环境下的承压堵漏，提高地层的承压能力。

表5 堵漏材料T150在不同压力下的回弹体积

3 现场应用

3.1 焦页XX井工程概况

焦页XX井是部署在川东南地区川东高陡褶皱带平桥断背斜上的一口开发井。目的层为上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组下部页岩气层，完钻层位为志留系龙马溪组，钻至B靶点留口袋完钻。其邻井焦页YY井在钻进至4 685.74 m出现渗漏，采用随钻堵漏恢复正常。继续钻进至井深4 728.72 m漏速达到20 m3/h，采用单封、随钻堵漏剂、复合Ⅰ型堵漏剂、高效复合堵漏剂、核桃壳、纳米封堵剂、油基封堵剂、云母片等，堵漏材料总浓度达到36%，经过2次堵漏无效。根据邻井岩心分析：该层段页岩岩心笔石化石发育程度低，构造缝发育，共发育36条裂缝，多交织呈网状，层间缝较发育，岩心呈千层饼形状。

3.2 承压堵漏施工

焦页XX井在钻至井深4 205 m时，为了提高钻井液密度时候防止漏失，加入随钻堵漏剂，将钻井液密度从1.70提高至1.75 g/cm3。由于井下气侵较严重，接单根后效大，且地层承压能低，造成密度窗口极低，结合国外防漏堵漏技术进行随钻承压堵漏作业。

第1阶段配制清扫浆20 m³（分别加入FIT、BLOCKADE、DRILL-SEA）， 待 配 制 好 堵 漏 浆 后，钻进至井深5 121.00 m开始注入清扫浆2.4 m3，随后钻进期间每15 min加入“FIT”一袋，缓慢提升堵漏材料含量，每钻进1个立柱再次泵入1.6 m3清扫浆至井筒内循环，直到全井钻井液的FIT浓度达到1.5%。第2阶段再次配制清扫塞20 m3（加入FIT、BLOCKADE）。进入第2阶段时逐步提密度至1.75 g/cm3钻进，钻进期间未发生漏失。

钻进至井深5 692 m完钻，根据固井技术要求，对整个裸眼段进行提承压作业，换牙轮钻头，下钻通井的漏失情况见表6。

表6 页岩气井焦页XX井下钻分段循环漏失情况

从表6可以看出，扶正器和牙轮钻头钻具组合在裸眼段下钻通井过程中，比PDC钻头钻进的井眼直径略大些，把致密的泥饼破坏掉，尤其是在漏失层位，把堵漏材料形成的井壁破坏，循环出来，不能短时间内建立可承压的井壁，因此在下钻过程中发生微漏至小漏失。

为了提高承压堵漏能力，采用国外堵漏技术进行专项承压堵漏作业。首先是采用随钻循环堵漏，提高承压能力至循环不漏；再对井漏层段进行专堵，使地层承压能力从1.75 g/cm3提高至1.80 g/cm3不漏；最后采用国外油基堵漏浆+T150堵漏材料联合堵漏，对漏失层位至套管鞋长裸眼段进行专堵，地层承压能力提高至1.85 g/cm³，筛除井浆中的堵漏材料，循环不漏。

承压堵漏施工注意事项：①先是采用正注方式，随着泵入量的不断增加，泵入压力和套管压力也会逐渐升高，地层会再次破裂。破裂后应当暂停打压，静止堵漏2 h后再逐步打压，当超过地层破裂压力后采用“间歇式泵入进行承压堵漏”的方式，逐渐将压力提到预定值。②在立管压力达3 MPa的时候，采用反挤的方式，套管压力稳定时停止打压[4-5]。承压堵漏作业具体情况见表7。

在固井注水泥浆过程中，未发生漏失，堵漏效果良好。

表7 页岩气井焦页XX井承压堵漏情况

4 结论

1.国外油基堵漏技术可以借鉴的是：在循环时先泵入部分堵漏浆，循环选择小排量。待堵漏浆出钻头后逐步提高排量，发生漏失的话，再次泵入堵漏浆，依次进行，直至循环至不漏，排量调整至正常循环钻进时的排量，停止泵入堵漏浆。

2.承压堵漏作业，应该选择对最下面的漏层至套管鞋这一段进行承压堵漏，否则漏掉某个漏层、某个薄弱地层，造成承压堵漏效果不好，则需再次进行重复堵漏，浪费时间和材料。

3.自主研制的亲油型堵漏材料T150，能够封堵3 mm以下的裂缝，根据现场堵漏情况分析认为1 mm≤井下当量裂缝宽度≤3 mm，应该根据前期堵漏提承压能力，和堵漏材料粒径分布，进行优化堵漏浆颗粒尺寸分布，该种材料可以作为国外承压堵漏材料的有益补充，提供宽范围的粒径，为提高一次性堵漏成功率提供技术支撑。