梁衛(wèi)衛(wèi)，黨海龍，楊 江，鄧南濤，孫德瑞，崔鵬興

（陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院， 陜西 西安 710075）

鄂爾多斯盆地金鼎地區(qū)鉆井井漏原因及堵漏措施分析

梁衛(wèi)衛(wèi)，黨海龍，楊 江，鄧南濤，孫德瑞，崔鵬興

（陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院， 陜西 西安 710075）

井漏是鉆井過(guò)程中必須要解決的一項(xiàng)技術(shù)難題，其核心是鉆井液液柱壓力大于地層壓力產(chǎn)生的正壓差導(dǎo)致鉆井液向地層中孔隙、裂縫及溶洞等的漏失。針對(duì)鄂爾多斯盆地志丹金鼎地區(qū)具體沉積構(gòu)造條件及探井井漏情況，分析金鼎地區(qū)鉆井井漏原因，指出該地區(qū)漏失層地層構(gòu)造特征及鉆井工程因素是導(dǎo)致井漏的主要原因，同時(shí)對(duì)堵漏措施進(jìn)行了分析，提出了針對(duì)性的堵漏措施，進(jìn)而指導(dǎo)鄂爾多斯盆地金鼎地區(qū)鉆井施工。

鉆井；井漏；關(guān)井漏原因；堵漏措施

鉆井井漏是指在鉆完井過(guò)程中由于鉆井液液柱壓力大于地層壓力造成的井筒內(nèi)流體漏失到地層中的一種現(xiàn)象[1]。目前，鉆井井漏根據(jù)漏失通道分為四大類(lèi)，一是滲透型漏失，漏失速度小于10 m3/h；二是裂縫型漏失，漏失速度在20～100 m3/h，三是溶洞型漏失，漏失速度大于100 m3/h；四是復(fù)合型漏失。鉆井井漏主要造成鉆進(jìn)無(wú)法正常進(jìn)行，造成鉆時(shí)延誤，損失大量鉆井液及堵漏材料，造成鉆井事故，導(dǎo)致井眼出現(xiàn)縮徑、擴(kuò)徑、垮塌現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致井眼報(bào)廢，測(cè)井資料不能準(zhǔn)確真實(shí)反應(yīng)實(shí)際地質(zhì)情況，假如井漏發(fā)生在油層段，則會(huì)造成油層的嚴(yán)重污染，致使后期油井開(kāi)發(fā)受到很大影響。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明金鼎地區(qū)近年來(lái)所鉆探井及生產(chǎn)井均不同程度出現(xiàn)了鉆井井漏現(xiàn)象，井漏比例高達(dá)65%。針對(duì)鄂爾多斯盆地志丹地區(qū)兩口探井具體井漏情況，分別研究金鼎地區(qū)鉆井井漏的具體原因，同時(shí)結(jié)合具體井漏類(lèi)型研究針對(duì)性的堵漏措施，增加鉆井井漏堵漏成功率，指導(dǎo)志丹地區(qū)后續(xù)鉆井施工。

1 地質(zhì)概況

金鼎地區(qū)位于陜西省延安市志丹縣境內(nèi)，位于陜北黃土塬區(qū)，地形起伏不平，溝、梁、峁、壑縱橫，植被不發(fā)育；海撥1 170～1 700 m之間；研究區(qū)構(gòu)造位于鄂爾多斯盆地一級(jí)構(gòu)造主體陜北斜坡中部，區(qū)域構(gòu)造平緩，地層傾角不到 1°，坡降一般7～10 m/km，斜坡內(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)單，局部具有低幅度鼻狀隆起。研究區(qū)地層自上而下鉆遇第四系黃土層，下白堊系志丹統(tǒng)的環(huán)河組、華池組、洛河組、宜君組，侏羅系中統(tǒng)的安定組及直羅組，下統(tǒng)的延安組及富縣組，三疊系的延長(zhǎng)組，其中延安組及延長(zhǎng)組是研究區(qū)的主要含油層系，第四系黃土層與環(huán)河-華池組之間發(fā)育不整合面，環(huán)河-華池組、洛河組及延長(zhǎng)組地層中發(fā)育大量水平及垂直裂縫及大孔道裂隙。

2 鉆井井漏分析參數(shù)

（1） 漏失類(lèi)型

漏失類(lèi)型是分析井漏的重要因素。根據(jù)鉆遇地層特征及泥漿漏失速度確定漏失類(lèi)型，同時(shí)，鉆遇地層巖性是影響漏失類(lèi)型的主要原因，粘土巖、砂礫巖、變質(zhì)巖、碳酸鹽巖等巖性特征決定不同的漏失類(lèi)型，粘土巖一般形成滲透型及裂縫型漏失，砂礫巖一般形成滲透型或者裂縫型漏失，碳酸鹽巖一般形成裂縫型及溶洞型漏失，以上漏失也可能是多種漏失類(lèi)型形成的復(fù)合型漏失。

（2） 漏失層位深度

漏失點(diǎn)深度確定是進(jìn)行鉆井井漏分析的首要條件，漏失層位深度確定方法主要包括綜合分析法、儀器測(cè)試（鋼絲測(cè)試）、觀察法及水動(dòng)力學(xué)分析方法等[2,3]。目前主要使用儀器測(cè)試方法進(jìn)行漏點(diǎn)深度探測(cè)，但由于各種原因?qū)е侣┦佣屋^多的井或者裸眼井等的深度確定存在一定困難。

（3） 漏失層位壓力

鉆井漏失是由于鉆井液壓力大于漏失層位承受壓力而產(chǎn)生井漏，因此研究漏失層位壓力對(duì)于合理配置鉆井液密度及確定開(kāi)泵壓力等至關(guān)重要。目前針對(duì)于漏失層位壓力的確定方法主要包括儀器測(cè)試及水動(dòng)力學(xué)方法兩大類(lèi)，但以上測(cè)試方法所得壓力并不能與實(shí)際地層壓力完全一致，因此給堵漏造成影響[4]。

（4） 漏失通到尺寸

根據(jù)漏失類(lèi)型及泥漿漏失速度確定漏失通道尺寸，同時(shí)通過(guò)儀器（井下聲波電視及井下照相法）測(cè)試獲取漏失通道尺寸，但由于條件限制使用很少，一般根據(jù)漏失速度大概確定的漏失尺寸不能真實(shí)反映地層漏失情況，導(dǎo)致不能選擇尺寸合適的堵漏材料[5,6]。

3 鉆井井漏原因分析

本次井漏分析主要從地質(zhì)構(gòu)造及鉆井工程兩大因素進(jìn)行研究，同時(shí)結(jié)合事故井的具體井漏情況，分析該地區(qū)鉆井井漏原因。

3.1 事故井簡(jiǎn)介

（1） 事故井1

事故井1是一口直井探井，設(shè)計(jì)完鉆層位延長(zhǎng)組長(zhǎng)10，設(shè)計(jì)井深2 210 m。該井于2013年8月5日一開(kāi)，鉆至153.8 m處下表套，于8與8日二開(kāi)，鉆至213 m處鉆井液返排量降至原始排量的1/3，采取邊堵漏邊鉆進(jìn)方式繼續(xù)鉆至715 m處停鉆，堵漏材料主要為土粉、混合堵漏劑、高粘堵漏劑、CMC等。8月16日繼續(xù)鉆進(jìn)至1 340 m處再次出現(xiàn)井漏現(xiàn)象，鉆井泥漿不返，停鉆進(jìn)行堵漏作業(yè)，采用大量堵漏材料進(jìn)行堵漏，再次開(kāi)鉆泥漿不返，堵漏失??；8月19日采取強(qiáng)鉆方式鉆至1 930 m處停鉆，進(jìn)行三次堵漏，開(kāi)鉆泥漿返排量較小，堵漏效果甚微；8月20日繼續(xù)開(kāi)鉆鉆至2 000 m處停鉆堵漏，開(kāi)鉆鉆至2173m處提前完鉆。本次井漏共采取4次堵漏作業(yè)，共漏失鉆井液1 200 m3，損失鉆井時(shí)間140 h。

（2） 事故井2

事故井2是一口直井探井，設(shè)計(jì)完鉆層位長(zhǎng)10，設(shè)計(jì)井深2 130 m。該井于2013年8月8日一開(kāi)，鉆至182 m處下表套，于8月11日二開(kāi)，鉆至260 m處泥漿返排量降至原始排量1/3，采取堵漏加強(qiáng)鉆方式繼續(xù)鉆至660 m處停鉆；于8月14日進(jìn)行二次堵漏，采取擠水泥固井方式進(jìn)行堵漏，開(kāi)鉆掃水泥塞后又出現(xiàn)漏失，直至泥漿不返，探測(cè)漏點(diǎn)深度180～182 m之間，正好位于表套套管鞋位置附近；8月16日進(jìn)行三次堵漏，下鉆桿水泥固井，候凝掃水泥塞過(guò)程中泥漿不返，繼續(xù)探漏點(diǎn)為原始漏點(diǎn)位置，說(shuō)明上次漏點(diǎn)未封堵；8月18日進(jìn)行四次堵漏，架橋水泥固井，候凝后掃完水泥塞后泥漿不返，漏點(diǎn)未封堵；8月19日進(jìn)行5次堵漏，全井水泥固井，候凝掃水泥塞過(guò)程中又出現(xiàn)滲漏，后期泥漿不返，堵漏失敗。

事故井2于8月26日搬井口重鉆，二開(kāi)鉆進(jìn)過(guò)程中又出現(xiàn)漏失，水泥固井過(guò)程中出現(xiàn)井下事故，決定廢棄。本次井漏共采取7次堵漏作業(yè)，損失鉆井液1 600 m3，損失鉆井時(shí)間576 h。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造因素

（1）儲(chǔ)層中發(fā)育不整合面

通過(guò)地質(zhì)露頭及臨井鉆井資料分析可知，第四系黃土層與環(huán)河-華池組之間存在不整合面，該不整合面膠結(jié)較為疏松，鉆井過(guò)程中泥漿不斷沖刷及起下鉆等壓力激動(dòng)造成不整合面處地層破裂，容易產(chǎn)生裂縫型漏失或者大孔道裂隙型漏失，造成泥漿返排量明顯下降或者不返。圖 1為黃土層與環(huán)河-華池組之間不整合面。事故井1鉆遇黃土層底深為180 m，探測(cè)漏點(diǎn)位置為180～182 m之間；事故井2鉆遇黃土層底深150 m，探測(cè)漏點(diǎn)位置為155 m左右，正處于不整合面處。

圖1 黃土層與環(huán)河-華池組之間不整合面Fig.1 Uncomformable surface of loess layer and Huanhe-Huachi formation

（2）儲(chǔ)層中發(fā)育裂縫

根據(jù)地質(zhì)露頭及臨井鉆井資料可知，環(huán)河-華池組、洛河組及延長(zhǎng)組地層中發(fā)育大量水平及垂直裂縫，圖2、圖3為環(huán)河-華池組和洛河組地層中發(fā)育的裂縫及大孔道裂隙圖，從圖中可以看出，洛河組儲(chǔ)層中發(fā)育的大孔道裂隙及高角度垂直縫是造成鉆井泥漿不返的重要因素[7,8]。事故井2掃水泥塞過(guò)程中出現(xiàn)放空井段，很可能是鉆遇了大孔道裂隙，注入水泥由大孔道中全部漏失。

（3）漏失層位高含水

漏失層位高含水也是導(dǎo)致擠水泥固井失敗的主要因素之一，注入水泥不斷與地層水發(fā)生置換，導(dǎo)致無(wú)法形成封堵面較大，厚度較好的水泥餅。事故井2臨井同層測(cè)井曲線顯示高含水，導(dǎo)致堵漏過(guò)程中出現(xiàn)水泥置換，無(wú)法成功堵漏。

圖2 環(huán)河-華池組地層中發(fā)育的裂縫Fig.2 The fracture of Huanhe-Huachi formation

圖3 洛河組地層中發(fā)育的裂縫Fig.3 The fracture of Luohe formation

3.3 鉆井工程因素

鉆井過(guò)程中泥漿密度配置不合適導(dǎo)致井眼內(nèi)液柱壓力大于地層承壓能力，尤其在第四系黃土層與環(huán)河-華池組之間的不整合面處，承壓能力更差；再加之鉆井過(guò)程中起下鉆速度過(guò)快、開(kāi)泵不暢、多次循環(huán)泥漿等造成的瞬間壓力激動(dòng)，都是造成地層發(fā)生滲漏的因素；同時(shí)，環(huán)河-華池組、洛河組及延長(zhǎng)組地層中發(fā)育大量天然隱裂縫，在地層正常壓力下處于閉合狀態(tài)，當(dāng)瞬間壓力激動(dòng)或鉆井液柱壓力及大于裂縫開(kāi)啟壓力時(shí)，裂縫開(kāi)啟形成漏失；其次，鉆井操作不穩(wěn)也是造成井眼反復(fù)漏失的主要原因，事故井2井第一次使用堵漏材料堵漏成功后，繼續(xù)鉆進(jìn)一段距離后又發(fā)生漏失，主要是由于鉆井接單根過(guò)程中起下鉆過(guò)快，井眼內(nèi)形成“負(fù)壓腔”，造成裂縫再次開(kāi)啟。

4 堵漏措施分析與建議

鉆井井漏應(yīng)以預(yù)防為主，盡量避免發(fā)生井漏后采取堵漏作業(yè)，可以通過(guò)明確鉆遇地層特征，設(shè)計(jì)合理的井深結(jié)構(gòu)，優(yōu)化鉆井參數(shù)及平穩(wěn)鉆進(jìn)等措施預(yù)防鉆井井漏。

4.1 堵漏措施分析

隨鉆堵漏是事故井1的主要堵漏措施。通過(guò)加入大量堵漏劑進(jìn)行隨鉆堵漏，效果不明顯，再采取靜止堵漏方法堵漏成功后開(kāi)鉆較短時(shí)間內(nèi)又發(fā)生井漏，泥漿返排量較??；隨鉆堵漏過(guò)程中堵漏成功后10～24 h內(nèi)漏失也容易反復(fù)發(fā)生，造成堵漏失敗。以上現(xiàn)象說(shuō)明隨鉆堵漏方法具有一定的成功率，堵漏材料進(jìn)入到不整合面裂縫內(nèi)部一定距離，但沒(méi)能徹底堵死，后期由于壓力激動(dòng)等因素造成裂縫重新開(kāi)啟造成漏失；同時(shí)，多次堵漏造成不整合面裂縫完全開(kāi)啟，造成鉆井泥漿只進(jìn)不出。

擠水泥堵漏是事故井2的主要堵漏措施。該井在鉆遇不整合面出現(xiàn)漏失后采取隨鉆堵漏方式鉆進(jìn)至660 m處停鉆，沒(méi)能在第一次漏失發(fā)生后進(jìn)行徹底堵漏，造成后期裂縫完全開(kāi)啟，增加了堵漏難度，隨后都采用擠水泥進(jìn)行堵漏，但堵漏效果都不明顯，甚至出現(xiàn)鉆具放空現(xiàn)象，說(shuō)明漏失層位漏失尺寸及漏失量均較大；同時(shí)，單純的橋塞堵漏泥漿很難提高地層的承壓能力，無(wú)論灌注多少水泥，始終無(wú)法形成質(zhì)量合格的水泥塞以堵死漏失孔道[9]。

總之，本次事故井堵漏措施均沒(méi)有針對(duì)性，鉆井技術(shù)人員沒(méi)有認(rèn)清漏失類(lèi)型，沒(méi)有對(duì)漏失層壓力進(jìn)行探測(cè)，僅僅依靠礦場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)堵漏方法進(jìn)行堵漏，具有一定的盲目性。

4.2 堵漏措施建議

鉆井過(guò)程中發(fā)生井漏之后，首先必須盡快明確漏失層位深度、漏失量大小等相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而制定針對(duì)性較強(qiáng)的堵漏方法及選擇尺寸合適的堵漏材料。

（1）非油層段

對(duì)于非油層段，不用考慮儲(chǔ)層污染，可采取隨鉆堵漏方法進(jìn)行堵漏，堵漏材料可以選擇土粉、高粘堵漏劑、混合堵漏劑等常規(guī)材料，針對(duì)于漏失尺寸較大或漏失量較大的漏失層段，可以選擇一些如羊糞、核桃殼、鋸末、斷草節(jié)等惰性材料進(jìn)行堵漏，這樣可以形成較為結(jié)實(shí)的堵漏墻；同時(shí)，采用加熱膨脹劑的纖維增韌水泥也可提高地層承壓能力，形成質(zhì)量合格的水泥餅；其次也可以選擇清水強(qiáng)鉆方式，將巖屑帶入漏失層，起到堵漏的效果[10]。

（2）油層段

對(duì)于油層段，可以考慮采取欠平衡鉆井技術(shù)進(jìn)行鉆進(jìn)，從而確保井眼內(nèi)液柱壓力低于地層承壓能力，如充氣鉆井、泡沫鉆井等方法可以進(jìn)行應(yīng)用。同時(shí)，鉆遇油層段時(shí)要平穩(wěn)鉆進(jìn)，盡量避免鉆井壓力激動(dòng)，造成儲(chǔ)層污染。

5 結(jié) 論

（1）鄂爾多斯盆地志丹金鼎地區(qū)鉆井過(guò)程中容易發(fā)生不同漏失程度的井漏，尤其在第四系黃土層與環(huán)河-華池組之間發(fā)育的不整合面處、洛河組地層中井漏也較為嚴(yán)重，因此在鉆井施工前必須認(rèn)真研究鉆遇地層的構(gòu)造情況，分析易漏失地層特征，同時(shí)嚴(yán)格控制鉆井工程參數(shù)，確保平穩(wěn)鉆過(guò)漏失層段。

（2）志丹金鼎地區(qū)淺層發(fā)育大量裂縫及大孔道裂隙，是造成鉆進(jìn)井漏的地質(zhì)因素，事故井具體漏失情況也表明該層段易發(fā)生鉆井滲透型漏失、裂縫型及大孔道裂隙型等復(fù)合型漏失；同時(shí)，延長(zhǎng)組長(zhǎng)2地層中易發(fā)生砂礫巖滲透型漏失。

（3）鉆井工程參數(shù)如鉆井液密度、鉆速、起下鉆及接單根速度、開(kāi)泵泵壓及排量等參數(shù)是造成鉆井井漏的工程因素，因此鉆遇漏失層段時(shí)，要按照漏失層位壓力進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，保障平穩(wěn)鉆進(jìn)。

（4）針對(duì)本次事故井井漏的堵漏措施，堵漏技術(shù)及堵漏材料的選擇沒(méi)有針對(duì)性，造成多次堵漏均未見(jiàn)到明顯效果，同時(shí)造成鉆時(shí)延誤、損耗大量堵漏材料及固井水泥，增加了鉆井成本；針對(duì)非油層段及油層段，提出針對(duì)性的堵漏方法及選擇合適的堵漏材料是鉆井井漏堵漏的關(guān)鍵。

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Analysis on Reasons of Circulation Loss and Sealing Measures in Jinding area, Ordos Basin

LIANG Wei-wei，DANG Hai-long，YANG Jiang，DENG Nan-tao，SUN De-rui，CUI Peng-xing

（Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum(Group) Co.,Ltd., Shaanxi Xi’an 710075, China）

The circulation loss is a technology problem in the process of well drilling, its cores is positive pressure differential that the pressure of drilling fluid column is greater than the formation pressure, leading to drilling fluid loss from wellbore to pore, fracture and cave. In this paper, reasons of well circulation loss were analyzed through researching the sedimentary structure and the well circulation loss information of exploration well in Jinding Zhidan area of Ordos basin. It’s pointed out that the sedimentary structure condition and drilling engineering factors are the main reasons to cause the well circulation loss. At the same time, the sealing measures were proposed. The results could provide a guide for well drilling in Jinding area of Ordos basin.

Well drilling; Circulation loss; Reason of circulation loss; Sealing measure

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）03-0625-04

2014-10-16

梁衛(wèi)衛(wèi)（1987-），男，陜西西安人，助理工程師，碩士，2013年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣田開(kāi)發(fā)專(zhuān)業(yè)，研究方向：油藏地質(zhì)建模及油藏動(dòng)態(tài)分析。E-mail：liangwei871026@sina.com。