馬克迪，柳丙善，王璽，蔣官澄，平立秋，付晉，崔昇

（1.中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，北京102206；2.中國石油大學(xué)（北京）石油工程教育部重點(diǎn)實驗室，北京102249）

油氣工程

伊朗北阿地區(qū)碳酸鹽巖地層漏失壓力統(tǒng)計分析

馬克迪1，2，柳丙善1，王璽1，蔣官澄2，平立秋1，付晉1，崔昇1，2

（1.中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，北京102206；2.中國石油大學(xué)（北京）石油工程教育部重點(diǎn)實驗室，北京102249）

伊朗北阿地區(qū)碳酸鹽巖地層在鉆井和固井作業(yè)中頻發(fā)嚴(yán)重漏失，而揭示地層漏失機(jī)理，確定漏失層位的漏失壓力是解決的關(guān)鍵。本文依據(jù)伊朗北阿地區(qū)碳酸鹽巖地層漏失數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計學(xué)方法從漏失層位分布、工況、井漏發(fā)生率、漏失通道進(jìn)行分析，初步得出了漏失機(jī)理；依據(jù)漏失壓差與漏失速率分布規(guī)律，建立了伊朗北阿地區(qū)漏失壓力預(yù)測模型，并根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行了驗證。結(jié)果表明，伊朗北阿地區(qū)碳酸鹽巖地層微小裂縫發(fā)育，漏失類型主要為滲透性漏失和局部漏失；漏失較為嚴(yán)重的地層頂深在2 800 m～3 200 m，厚度在700 m～1 000 m；漏失壓力預(yù)測模型應(yīng)用表明，預(yù)測結(jié)果與實際情況相符，為伊朗北阿地區(qū)防漏堵漏提供了一定依據(jù)。

碳酸鹽巖；漏失機(jī)理；漏失壓力；鉆井；井漏

伊朗北阿地區(qū)碳酸鹽地層漏失情況嚴(yán)重，這不僅延長了鉆井周期和帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且可能引發(fā)井塌井噴等嚴(yán)重的井下復(fù)雜和事故[1-3]。揭示地層漏失機(jī)理，確定漏失層位的漏失壓力是防漏堵漏的關(guān)鍵[4-6]。關(guān)于漏失壓力國內(nèi)外學(xué)者已開展了大量研究，但目前國內(nèi)對于碳酸鹽巖地層漏失壓力確定尚無成熟理論[7-10]。漏失壓力預(yù)測的方法主要有經(jīng)驗法、鄰井資料對比法和測井法等，其中比較常用的計算模型主要是基于力學(xué)的漏失壓力計算模型和基于統(tǒng)計的漏失壓力計算模型[8，9]。朱亮等[11]對基于力學(xué)和基于統(tǒng)計的兩種漏失壓力計算模型進(jìn)行了比較分析，認(rèn)為統(tǒng)計學(xué)方法得到的漏失壓力模型更符合實際情況。

本次研究運(yùn)用統(tǒng)計學(xué)方法對伊朗北阿地區(qū)碳酸鹽巖地層漏失層位數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并依據(jù)漏失壓差與漏失速率分布規(guī)律建立了伊朗北阿地區(qū)漏失壓力預(yù)測模型，為揭示伊朗地區(qū)碳酸鹽巖地層漏失機(jī)理及漏失壓力預(yù)測提供了依據(jù)，對控制伊朗北阿地區(qū)碳酸鹽巖地層鉆完井過程中漏失發(fā)生率具有一定的指導(dǎo)意義。

1 伊朗北阿地區(qū)漏失統(tǒng)計

伊朗北阿區(qū)塊調(diào)研了58口井，其中漏失井29口井，包括失返漏失井4口，井漏發(fā)生率49.2%。伊拉克哈法亞油田調(diào)研了124口井，其中37口井存在較嚴(yán)重的井漏問題，井漏發(fā)生率29.84%，可見伊朗北阿地區(qū)井漏問題十分嚴(yán)重。

1.1 漏失層位統(tǒng)計

對伊朗北阿區(qū)塊的308次井漏進(jìn)行了統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果（見表1）。由表1可知，在伊朗北阿地區(qū)鉆完井過程中，各個層位具有漏失，其中Sarvak地層為主要的漏失層位，同時也是目的層，漏失次數(shù)所占比例為33.96%，地質(zhì)勘探顯示Sarvak地層頂深在2 800 m～ 3 200 m，厚度在700 m～1 000 m，測井資料表明該層段巖性主要為石灰?guī)r到含高嶺土石灰?guī)r，底部是頁巖與白云巖夾鹽水層。

表1 伊朗北阿地區(qū)漏失層位統(tǒng)計

1.2 伊朗北阿地區(qū)漏失工況統(tǒng)計

伊朗北阿地區(qū)漏失工況統(tǒng)計（見圖1）。由圖1可知，伊朗北阿地區(qū)在鉆進(jìn)工況下最容易發(fā)生井漏（占總漏失工況的55%以上），其次分別為下鉆具、固井和循環(huán)三種工況。結(jié)合伊朗北阿地區(qū)實際施工情況及地質(zhì)資料，認(rèn)為引起鉆井漏失的主要原因可分三類：（1）鉆進(jìn)時當(dāng)量循環(huán)密度較大；（2）活動鉆具時激動壓力過大；（3）固井過程中靜液柱壓力增大。

圖1 伊朗北阿地區(qū)漏失工況統(tǒng)計

1.3 伊朗北阿地區(qū)地層漏失通道性質(zhì)及漏失類型判斷

根據(jù)伊朗北阿地區(qū)地層漏失速率對漏失通道性質(zhì)及漏失類型進(jìn)行判斷，判斷結(jié)果（見表2、表3）。根據(jù)表2、表3統(tǒng)計結(jié)果，并與伊朗北阿地區(qū)漏層巖性、鉆時、鉆屑以及鄰井資料進(jìn)行對比，判斷伊朗北阿地區(qū)地層漏失通道主要為微小裂縫漏失，漏失類型主要為滲透性漏失和局部漏失。

表2 伊朗北阿地區(qū)地層漏失通道性質(zhì)判斷

表3 伊朗北阿地區(qū)地層漏失類型判斷

2 基于統(tǒng)計的漏失壓力模型建立

2.1 壓差與漏失速率間的關(guān)系

大量現(xiàn)場地層數(shù)據(jù)的研究分析可以發(fā)現(xiàn)鉆井液發(fā)生漏失與鉆井液黏度、鉆井液密度以及地層漏失通道等多種因素有關(guān)。多孔隙地層的漏失速率的統(tǒng)計分析表明壓差與漏失速率存在比較好的關(guān)聯(lián)性，因此表征多因素影響下的地層漏失現(xiàn)象可以通過建立壓差與漏失速率之間的關(guān)系來實現(xiàn)[7，9，11]，其表達(dá)形式為：

式中：Q－漏失速率，m3/h；K－漏失系數(shù)，無量綱；Δp－漏失的工作液在漏失通道中流動時的壓力損耗，MPa；n－表征鉆井液漏失狀態(tài)的系數(shù)，無量綱。

圖2 伊朗北阿地區(qū)易漏失地層壓差與漏失速率關(guān)系

由于伊朗北阿地區(qū)漏失較為嚴(yán)重的地層頂埋深在2 800 m～3 200 m，厚度在700 m～1 000 m，且該層段主要為孔隙-裂縫型儲層，漏失類型以滲漏、局部漏失為主，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)得到了壓差與漏失速率的關(guān)系（見圖2），通過非線性擬合得到了相應(yīng)的漏失方程：

2.2 漏失壓力預(yù)測模型

假設(shè)發(fā)生漏失時漏失處井內(nèi)的漏失壓力pl，漏失處的孔隙壓力pp，該處的漏失壓力為pl=pp+Δp。

即伊朗北阿地區(qū)漏失壓力為：

根據(jù)所建立的漏失模型可以得到伊朗地區(qū)碳酸鹽巖地層漏失壓力的當(dāng)量鉆井液密度，即：

式中，ρm－地層漏失壓力當(dāng)量密度，g/cm3；H－漏失井深，m。

2.3 模型應(yīng)用及探討

伊朗北阿地區(qū)AZNN-017井在鉆進(jìn)至井深3 067 m（位于Sarvak層）時發(fā)生漏失，此時泵壓為11.72 MPa，排量為25.2 L/s，鉆井液密度1.25 g/cm3，鉆井液黏度為31.25 mPa·s，漏速0.795 m3/h，由漏失方程得對應(yīng)的壓差為10.59 MPa。該層段地層壓力系數(shù)為1.14，估計該層段的漏失壓力為44.81 MPa。根據(jù)井身結(jié)構(gòu)及管柱尺寸，其環(huán)空壓耗為2.90 MPa，則鉆井液循環(huán)時井底壓力狀態(tài)為46.34 MPa，由于46.34 MPa>44.81 MPa表明井底壓力狀態(tài)大于地層漏失壓力，因此發(fā)生井漏。

伊朗北阿地區(qū)AZNN-007井在鉆進(jìn)至井深2 545 m時發(fā)生漏失，此時泵壓為5.7 MPa，排量為23.5 L/s，鉆井液密度1.23 g/cm3，鉆井液黏度為22.14 mPa·s，漏速1.2 m3/h，由漏失方程得對應(yīng)的壓差為11.65 MPa。該層段地層壓力系數(shù)為1.14，估計該層段的漏失壓力為40.09 MPa。根據(jù)井身結(jié)構(gòu)，環(huán)空壓耗為1.96 MPa，則鉆井液循環(huán)時井底壓力狀態(tài)為43.68 MPa，由于43.68 MPa>40.09 MPa表明井底壓力狀態(tài)大于地層漏失壓力，因此發(fā)生井漏。

3 結(jié)論

（1）伊朗北阿區(qū)塊主要漏失層位為Sarvak地層，地層頂深在2 800 m～3 200 m，厚度為700 m～1 000 m，巖性主要為石灰?guī)r到含高嶺土石灰?guī)r，在鉆遇該層段時應(yīng)提前做好防漏堵漏的措施。

（2）伊朗北阿地區(qū)地層漏失通道主要為微小裂縫漏失，漏失類型主要為滲透性漏失和局部漏失，漏失程度嚴(yán)重。

（3）根據(jù)伊朗北阿地區(qū)地層漏失壓差與漏失速度分布規(guī)律得到相應(yīng)的漏失方程，建立了漏失壓力模型，經(jīng)過實際數(shù)據(jù)驗證表明該模型的計算結(jié)果與實際相符，從而為伊朗北阿地區(qū)碳酸鹽巖地層防漏堵漏提供了依據(jù)。

［1］蔣宏偉，石林，郭慶豐，等.鉆井過程中的地層漏失機(jī)理研究［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，（4）：88-91.

［2］萬偉，李茂森，黃平，等.川渝地區(qū)塑性堵漏技術(shù)的室內(nèi)研究［J］.鉆井液與完井液，2014，（5）：52-55.

［3］姚曉，周保中，趙元才，等.國內(nèi)油氣田漏失性地層固井防漏技術(shù)研究［J］.天然氣工業(yè)，2005，（6）：45-48.

［4］李松，康毅力，劉修善，等.先兆漏失診斷－鉆井液漏失控制的一個關(guān)鍵［J］.鉆井液與完井液，2011，（2）：80-83.

［5］蔣宏偉，石林，郭慶豐.地層自然極小漏失壓力研究［J］.鉆井液與完井液，2011，（5）：9-11.

［6］沈海超，胡曉慶，李桂芝.破碎性地層漏失力學(xué)機(jī)理及井漏診斷與處理思路［J］.鉆井液與完井液，2013，（1）：85-88.

［7］金衍，陳勉，劉曉明，等.塔中奧陶系碳酸鹽巖地層漏失壓力統(tǒng)計分析［J］.石油鉆采工藝，2007，（5）：82-84.

［8］鄒德永，趙建，郭玉龍，等.滲透性砂巖地層漏失壓力預(yù)測模型［J］.石油鉆探技術(shù)，2014，（1）：33-36.

［9］石林，蔣宏偉，郭慶豐.易漏地層的漏失壓力分析［J］.石油鉆采工藝，2010，（3）：40-44.

［10］MORITA N.Theory of lost circulation pressure［R］.SPE 20409，1990.

［11］朱亮，張春陽，樓一珊，等.兩種漏失壓力計算模型的比較分析［J］.天然氣工業(yè)，2008，（12）：60-61+67.

Statistic analysis of leakage pressure of carbonate formation in the north Azadegan oilfield

MA Kedi1，2，LIU Bingshan1，WANG Xi1，JIANG Guancheng2，PING Liqiu1，F(xiàn)U Jin1，CUI Sheng1，2
（1.CNPC Drilling Research Institute，Beijing 102206，China；2.Key Laboratory of the Education Ministry of China，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

While drilling and cementing operation,severe well leakage often occurs in carbonate formation in the north Azadegan oilfield in Iran.So it is vital to reveal the leakage mechanism and determine the leakage pressure to prevent leakage.Based on the statistic of leakage of absorption wells of the north Azadegan oilfield in Iran,such as well depth distribution,working conditions,incidence of well leakage,and leakage path,primarily evaluatesthe leakage mechanism.According to the relationship between the leakage pressure differences and leakage velocity,corresponding leakage pressure model is established,and the model is verified by field data.The result shows that the main leakage path of carbonate formation is tiny crack,the main type of the losses are seepage losses and partial losses.Severe well leakage often occurs at the depth of the top strata between 2 800 m and 3 200 m,and the thickness is between 700 m to 1 000 m.The verification of the model shows that the calculation result is identical with the actual conditions,which lays a solid basis for leakproof and lost circulation in the north Azadegan oilfield.

carbonate；leakage mechanism；leakage pressure；drilling；lost circulation

TE256.1

A

1673-5285（2016）12-0006-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.12.002

2016－11-07

“海外復(fù)雜油氣藏安全高效鉆井技術(shù)集成與應(yīng)用”中石油重點(diǎn)項目“中東地區(qū)防漏治漏及鉆修井機(jī)管理技術(shù)集成與應(yīng)用”課題部分研究成果，項目編號：2014D-4510。

馬克迪（1991-），中國石油大學(xué)（北京）在讀碩士研究生，現(xiàn)于中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院實習(xí)，從事鉆井液及鉆井工程技術(shù)研究工作，郵箱：makedi@sina.cn。