王偉志， 劉慶來(lái)， 郭新健， 王驍男

(1.西北油田分公司石油工程監(jiān)督中心，新疆 輪臺(tái) 841600； 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)〈北京〉，北京 100083)

塔河油田地處新疆維吾爾自治區(qū)輪臺(tái)縣與庫(kù)車縣境內(nèi)，塔里木盆地北部阿克庫(kù)勒凸起南端。塔河油田面臨的主要技術(shù)難題之一是嚴(yán)重的反復(fù)惡性漏失，這對(duì)塔河油田持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展都將產(chǎn)生不可忽視的影響。鉆井實(shí)踐表明，塔河油田發(fā)生井漏的幾率較高，深部地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由此引起的井下復(fù)雜較多。各層系壓力系統(tǒng)復(fù)雜，地層存在嚴(yán)重的高地應(yīng)力、徑向應(yīng)力失衡引起的井漏問題。地層的完整性較差，地應(yīng)力分布狀態(tài)不很明確，相應(yīng)的安全鉆井液密度窗口難以確定。在部分情況下會(huì)出現(xiàn)漏失復(fù)發(fā)的現(xiàn)象，這主要是由于堵漏技術(shù)與地層不相適應(yīng)所致。本文通過對(duì)近些年塔河油田防漏、堵漏技術(shù)措施進(jìn)行梳理總結(jié)，以期為相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工作提供一定的參考。

1 塔河地區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)

塔河地區(qū)地層分布發(fā)育有下奧陶統(tǒng)、中奧陶統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系、石炭系下統(tǒng)、二疊系中統(tǒng)、三疊系、侏羅系下統(tǒng)、白堊系、第三系、第四系等。漏失地層集中在二疊系、奧陶系和志留系，二疊系與奧陶系是嚴(yán)重反復(fù)性漏失的易發(fā)井段，其特點(diǎn)是漏失量大，施工耗時(shí)長(zhǎng)易出現(xiàn)復(fù)漏。上第三系、下第三系地層，巖性以細(xì)砂巖、粉砂巖、棕褐色泥巖為主；三疊系以灰色泥巖、深灰色泥巖、淺灰色砂巖為主；二疊系地層含灰綠、灰黑、灰、深灰色英安巖，底部為灰黑色玄武巖，頂部少量凝灰質(zhì)砂巖；石炭系以棕褐色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、灰黑色泥質(zhì)粉砂巖、黃灰色泥晶灰?guī)r為主；志留系以灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、瀝青質(zhì)細(xì)粒巖屑石英砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖、淺灰色泥質(zhì)粉砂巖、棕褐色泥巖為主；奧陶系為綠灰、灰褐色泥巖，灰質(zhì)泥巖、部分含泥晶灰?guī)r。

2 塔河地區(qū)井漏分析

塔河地區(qū)地層特點(diǎn)及其易于發(fā)生的漏失類型，大體可歸納為：(1)上部砂巖地層，具有高滲透率、地層破漏壓力低，承壓能力弱，高密度鉆井液易誘導(dǎo)發(fā)生裂縫滲透漏失；(2)二疊系地層裂縫發(fā)育豐富、地層構(gòu)造作用致使地層破碎且廣為分布，地層破漏壓力小，易發(fā)生裂縫、溶洞型井漏，為中大型漏失的發(fā)生區(qū)域，并且多數(shù)井首次封堵工作成功率不高；(3)雙峰、鹽下泥巖段為致密性泥巖，滲透性差，易誘導(dǎo)裂縫性漏失[1]。

二疊系是塔河地區(qū)防漏堵漏工作的重點(diǎn)地層區(qū)域。二疊系地層為破碎、縫洞型火成巖區(qū)段，地質(zhì)巖心(見圖1)資料表明，這段地層存在著縱向天然裂縫，寬度為3～5 mm[2]。鉆進(jìn)至該地層時(shí)普遍存在井漏，漏速大多集中在15～50 m3/h的范圍內(nèi)，處理漏失耗時(shí)平均在15 d左右，情況較為嚴(yán)重的井在后期施工中會(huì)發(fā)生二次或多次失返性漏失[3]。二疊系地層受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及火成巖會(huì)保留冷凝時(shí)氣泡的特性，其具備復(fù)雜地層應(yīng)力和裂隙發(fā)育的破碎形態(tài)，致使二疊系地層在塔河地區(qū)的漏失情況較為突出。再就是對(duì)二疊系的漏失認(rèn)識(shí)得不充分造成該地層達(dá)不到承壓要求，后續(xù)鉆井施工極易導(dǎo)致二疊系地層的漏失通道重新被揭開，這也是造成該地區(qū)漏失多發(fā)、難處理、易反復(fù)的原因之一。

圖1 二疊系火成巖段巖心[2]Fig.1 Core of the Permian igneous rock section

漏失還發(fā)生在塔河油田古生界石炭系地層的鹽膏層，其埋深約5170 m，厚度達(dá)130 m左右[4]。塔河油田的鹽膏層具有埋藏深、蠕變應(yīng)力大、蠕變速度快、鹽上地層承壓能力低、鹽下地層發(fā)育全(泥盆系、志留系、桑塔木組等地層)、鹽下地層巖性復(fù)雜(發(fā)育砂巖、泥巖、灰?guī)r等地層)、承壓能力差異大、儲(chǔ)層埋藏深、井身結(jié)構(gòu)調(diào)整余地小等特點(diǎn)[5]。鉆井過程中極易發(fā)生井眼縮徑、井壁坍塌，出現(xiàn)起鉆遇阻、下鉆遇卡、漏失嚴(yán)重等現(xiàn)象。

塔河油田奧陶系碳酸鹽巖地層埋深約6000 m，地層溫度達(dá)130 ℃[6]。在地質(zhì)歷史上該段地層經(jīng)歷過多次暴露，地表大氣淡水的溶蝕及再膠結(jié)作用，使得次生溶蝕作用形成的孔隙、構(gòu)造裂縫、溶蝕裂縫及非均質(zhì)分布的孔洞遍布該段地層[7]。存在的多套地層應(yīng)力反映到鉆井施工中是較低的地層壓力系數(shù)(1.08～1.10)，鉆井液安全密度窗口極窄。塔河奧陶系地層的客觀地質(zhì)條件早就具備“易漏、難堵”的特點(diǎn)。

(1)塔河奧陶系碳酸鹽巖地層歷史上經(jīng)歷了長(zhǎng)期的巖溶地質(zhì)作用，地層裂隙、孔洞發(fā)育，而且以大的孔洞為主。據(jù)2013年的數(shù)據(jù)顯示，已完鉆的108口井中放空漏失的井?dāng)?shù)達(dá)40口，占比達(dá)37%。

(2)埋深較深，地層溫度高，地層水礦化度高等限制條件，對(duì)堵漏材料及施工都有一定的要求。堵漏材料須具備抗高溫抗鹽和抗油氣污染的特性，常用的隨鉆類堵漏材料如核桃殼、棉籽殼都會(huì)在此條件下失去強(qiáng)度以致失效。聚合物凝膠類材料也難以處理高溫、高壓環(huán)境下的堵漏問題。傳統(tǒng)化學(xué)固結(jié)類及水泥類堵漏方法也會(huì)因?yàn)榈貙又懈邼舛鹊柠}類使其固結(jié)時(shí)間、固結(jié)強(qiáng)度難以控制而無(wú)法有效應(yīng)用。地層孔隙的發(fā)育要求堵漏漿具備良好的滯留特點(diǎn)，這點(diǎn)也同樣限制著水泥類堵漏方法在奧陶系地層的使用。

3 塔河防漏堵漏技術(shù)

提前預(yù)防漏失的發(fā)生，無(wú)論從工程施工還是經(jīng)濟(jì)成本來(lái)看都是處理井漏問題的最好方法，這也是國(guó)內(nèi)外防漏技術(shù)得以較快發(fā)展的重要原因之一。現(xiàn)在應(yīng)用在塔河油田的防漏手段是很有限的，主要有預(yù)測(cè)漏失方法、防塌鉆井液技術(shù)，隨鉆堵漏材料技術(shù)以及鉆井施工手段。

作為解決井漏問題的先決條件，確定井漏位置的技術(shù)方法在實(shí)際鉆井中是缺乏的。針對(duì)塔河奧陶系縫洞型碳酸鹽地層的漏失預(yù)測(cè)預(yù)防，馬駿騏等[8]指出基于碎屑巖欠壓實(shí)理論的壓力預(yù)測(cè)等方法不適用于碳酸鹽巖層系，不能用于碳酸鹽巖層系鉆前井漏預(yù)測(cè)。而是應(yīng)該充分利用地質(zhì)學(xué)方法、鉆前預(yù)測(cè)的地震方法、測(cè)井資料及鄰井資料，結(jié)合地質(zhì)上熟知的構(gòu)造理論知識(shí)，利用相似理論模擬出地質(zhì)結(jié)構(gòu)正演模型。通過試驗(yàn)、分析并結(jié)合鉆井結(jié)果，發(fā)現(xiàn)三維地震的相干屬型、振幅屬型及波阻抗屬型對(duì)縫洞型地層具有很好的針對(duì)性，并且結(jié)果的可信度較高。準(zhǔn)確判斷漏層位置一定是解決漏失問題的必經(jīng)途徑，也是堵漏研究工作應(yīng)該推進(jìn)的工作之一。該方法雖對(duì)塔河油田超深探井S113做出較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，但較為復(fù)雜不具推廣性使其難以廣泛在塔河油田得到應(yīng)用。

縫洞型儲(chǔ)層段的鉆井施工，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為低固相鉆井液是保護(hù)儲(chǔ)層及抑制漏失發(fā)生的首要途徑。李大奇等[9]采用考慮溶洞存在和漏失動(dòng)態(tài)的有限元模型對(duì)塔河油田12區(qū)進(jìn)行數(shù)值模擬研究。研究表明，井筒有效壓力對(duì)縫洞型儲(chǔ)層裂縫寬度影響明顯：在幾兆帕的正壓差下，裂縫寬度增量便可達(dá)毫米級(jí)；鉆井液漏失改變地層裂縫的形態(tài)，會(huì)增大漏失控制的難度；縫洞型儲(chǔ)層的強(qiáng)應(yīng)力敏感性是井漏的重要原因之一?；谶@樣的認(rèn)識(shí)，李大奇等認(rèn)為想要控制井漏的發(fā)生關(guān)鍵在于鉆井中精細(xì)控制井筒壓力，保持井筒壓力微過平衡，并在鉆進(jìn)儲(chǔ)層段前隨鉆加入毫米級(jí)高酸溶性暫堵堵漏材料。

井漏預(yù)測(cè)的方法仍然停留在成因分析、現(xiàn)象分析以及鄰井資料等經(jīng)驗(yàn)性方法，而這些方法都是建立在鉆井工程師的工作經(jīng)驗(yàn)之上，多數(shù)的判斷是具有猜測(cè)性質(zhì)的。而上述研究的開展是讓井漏問題向“可預(yù)測(cè)、可判斷、可控制”方向的有效嘗試。

漏失預(yù)防除從漏失機(jī)理角度去探索，還可以對(duì)待鉆層段進(jìn)行漏失發(fā)生概率評(píng)級(jí)。康毅力等[10]針對(duì)漏失通道復(fù)雜性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，采用層次分析法將控制井漏的各種地質(zhì)因素及鄰井資料等因素層次化，將各影響因素建立易量化的隸屬度函數(shù)，加權(quán)合成后得到井漏發(fā)生的概率評(píng)價(jià)值?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果表明，對(duì)地層進(jìn)行漏失評(píng)級(jí)的方法可行，有助于防漏預(yù)案的制訂和治漏方法的優(yōu)化。這種方法從概率學(xué)的角度為塔河油田的井漏防治工作提供了一套較為可行的方法，但其最大的限制條件是對(duì)地層施工數(shù)據(jù)的積累與分析，在筆者看來(lái)該方法應(yīng)該是以大量現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)的分析積累之上，才能確保概率計(jì)算的準(zhǔn)確可靠。隨著現(xiàn)今“大數(shù)據(jù)”以及機(jī)器學(xué)習(xí)等熱門技術(shù)的普及，對(duì)于這種基于海量數(shù)據(jù)分析的方法也應(yīng)該重新被塔河油田建設(shè)者們考慮。

3.1 二疊系地層

從現(xiàn)在對(duì)二疊系地層的漏失機(jī)理來(lái)看，應(yīng)使用鉀基聚磺防塌鉆井液體系[11]，采用高抑制性鉆井液是為防止井壁水化膨脹、掉塊，增強(qiáng)井壁穩(wěn)定，鉆井液密度盡量控制在設(shè)計(jì)下限，同時(shí)也要注意在該井段增加潤(rùn)滑劑的加量。采用近平衡或欠平衡鉆井技術(shù)，排量也盡可能在低排量范圍內(nèi)調(diào)整，以降低環(huán)空循環(huán)壓耗。要嚴(yán)格控制起下鉆的速度，長(zhǎng)時(shí)間靜止后的開泵運(yùn)行要注意分段循環(huán)。在套管鞋以下，每下10立柱鉆具應(yīng)開泵循環(huán)鉆井液10～15 min，開泵循環(huán)鉆井液時(shí)，應(yīng)采用“先轉(zhuǎn)動(dòng)后開泵”的操作程序，以避免因瞬時(shí)“激動(dòng)”壓力過大而引起井漏；盡可能少加鉆鋌和扶正器，有利于減少井漏的發(fā)生。

塔河油田二疊系地層防漏堵漏的技術(shù)原理是要提高地層承壓能力，一般采用如下3種：橋漿堵漏技術(shù)、擠水泥漿堵漏技術(shù)和兩種方法的復(fù)合堵漏技術(shù)，但都沒有取得很好的現(xiàn)場(chǎng)使用效果。

通過現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐證明，雷特堵漏是應(yīng)對(duì)塔河二疊系漏失較為有效的技術(shù)手段，將該井段的堵漏施工成功率提高到100%[12-13]。雷特堵漏劑是片狀橋接堵漏材料，最大直徑分布在3～5 mm。其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗高溫高壓性能，架橋后承壓高達(dá)2000 psi(13.78 MPa)以上，與各類鉆井液配伍性良好。雷特堵漏劑對(duì)于裂縫型漏失的作用機(jī)理分為顆粒架橋、楔入承壓、封門加固3個(gè)階段[13]。大量層片狀顆粒在堵漏漿中無(wú)序排列，遇地層漏失時(shí)很容易以合適的角度楔入地層裂縫中形成架橋，為后續(xù)堵漏材料加固地層奠定了基礎(chǔ)。隨著堵漏材料的不斷堆積，壓差作用下后續(xù)的堵漏顆粒會(huì)繼續(xù)楔入到前面堆積的顆粒中，雷特層片狀顆粒會(huì)被進(jìn)一步擠密壓實(shí)，從而在井壁周圍形成一層穩(wěn)定的高承壓層。其次，片狀顆粒會(huì)覆蓋在漏失井段井壁表面以及泥餅上，進(jìn)一步降低漏失，提高承壓能力。

3.2 石炭系鹽膏地層

塔河地區(qū)石炭系鹽膏層的防漏堵漏處理方法應(yīng)以鹽上地層承壓堵漏與欠飽和鹽水鉆井液的復(fù)合方式進(jìn)行。

在進(jìn)入鹽膏層5 m前要依據(jù)鉆進(jìn)鹽膏層需要的密度進(jìn)行先期承壓實(shí)驗(yàn)，鹽膏地層的敏感性要求在進(jìn)入地層前要對(duì)鉆井液進(jìn)行調(diào)整，控制鉆井液密度，以平衡地層壓力。對(duì)鹽上裸眼段地層進(jìn)行承壓堵漏，是人工修復(fù)疏松地層和不完善的井壁，從而促使井內(nèi)建立高強(qiáng)度的井壁，以保證在鹽層鉆進(jìn)時(shí)的地層可承受較高壓力[14]。分析TK1125、TK1126以及AT16到AT23井的承壓堵漏施工可看出，鹽膏層承壓堵漏應(yīng)分兩個(gè)階段，首先使用中、小顆粒、濃度控制在8%～15%的堵漏漿進(jìn)行先期承壓，以小排量的方式進(jìn)行擠注工作，確保消除“激動(dòng)”壓力對(duì)堵漏施工的影響，讓小顆粒盡可能得侵入地層的縫隙內(nèi)，為后續(xù)的大顆粒堵漏材料的擠注打好基礎(chǔ)。而后再用濃度為18%～30%的大、中、小顆粒材料組成的堵漏漿，在第二階段要注意軟硬搭配，兼顧彈性堵漏材料的使用，盡量保證堵漏漿在粒徑、形狀、剛性與彈性顆粒的復(fù)配。在首階段堵漏取得一定成效后逐漸將高濃度復(fù)合堵漏漿注入漏層，同樣采用小排量的方式進(jìn)行擠注，施工過程中保證以比較穩(wěn)定的速率均勻打壓，達(dá)到目標(biāo)壓力后，注意壓力可維持時(shí)間，泄壓階段同樣也要保證慢而穩(wěn)，最好采用梯度泄壓的方式進(jìn)行此項(xiàng)工作，根據(jù)壓力回落的穩(wěn)定程度來(lái)判斷地層承壓能力。然后將鉆井液轉(zhuǎn)換為欠飽和鹽水鉆井液，采用欠飽和鹽水鉆井液的目的在于溶解部分鹽巖，擴(kuò)大井徑、抑制地層蠕變。另一方面要嚴(yán)格控制Cl-質(zhì)量濃度，使鹽膏層塑性蠕變速度與溶蝕速度達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，控制鹽膏層的溶蝕速度。鹽膏層鉆井液密度控制在1.6～1.65 kg/L比較合適，欠飽和鹽水鉆井液在鉆井過程中Cl-質(zhì)量濃度維持在10×104～17×104mg/L，確保鉆井、測(cè)井和下套管作業(yè)的安全。

3.3 奧陶系碳酸鹽巖地層

奧陶系為塔河油田儲(chǔ)層段，地層孔隙通道復(fù)雜，存在放空、失返等嚴(yán)重井下事故，而且此段地層對(duì)于堵漏技術(shù)的抗溫性、抗鹽性、儲(chǔ)層保護(hù)性都有著苛刻的要求。文獻(xiàn)調(diào)研得出處理該段地層漏失的方法主要有交聯(lián)固結(jié)堵漏方法[15-18]，暫堵堵漏技術(shù)[19]以及欠平衡鉆井技術(shù)[20-21]。塔河奧陶系碳酸鹽地層還分布著較為廣泛的出水層，從文獻(xiàn)中提及的堵漏方法中，采用交聯(lián)固結(jié)類堵漏方法較為行之有效。

交聯(lián)固結(jié)類堵漏方法中的水泥堵漏，易于被地層水沖刷而滯留困難并且稀釋后的水泥漿會(huì)嚴(yán)重影響其固結(jié)強(qiáng)度。聚合物交聯(lián)堵漏方法利用反應(yīng)增稠增加其滯留地層的能力，并且其具有較好的抗鹽性，但限制其在塔河地區(qū)使用的主要是抗溫性能及承壓性能不能很好地滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。

針對(duì)新疆塔河油田縫洞性漏失，陳曾偉等[15]在塔河油田TH12179CH井采用的化學(xué)交聯(lián)固結(jié)堵漏技術(shù)顯示出對(duì)縫洞型高溫、高礦化度水層、高漏失地層的封堵效果。該方法由SF-1與HDL-1兩種試劑組成，SF-l的作用利用高礦化度水中的無(wú)機(jī)金屬離子發(fā)生交聯(lián)增粘反應(yīng)，從而提高堵漏漿液滯留地層和隔離地層水的能力。SF-1與高礦化度水會(huì)產(chǎn)生部分交聯(lián)，形成具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的半固態(tài)高粘度凝膠塞。高粘彈性膠塞可有效填充到地層的縫洞中，加強(qiáng)地層的完整性，HDL-l則是在此基礎(chǔ)之上進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)固化成高強(qiáng)度固體。

TH12179CH井是塔里木盆地阿克庫(kù)勒凸起的一口老井側(cè)鉆井，其設(shè)計(jì)井深為6232 m，在鉆至6007 m時(shí)發(fā)生失返性漏失，井內(nèi)有高礦化度地層水嚴(yán)重污染鉆井液，鉆井工作被迫暫停。先期采用橋堵、水泥堵漏，漏失的狀況沒有得到有效控制，分析失敗的原因后，決定采用針對(duì)性更好的化學(xué)固結(jié)堵漏技術(shù)。施工結(jié)束靜止24 h后，以13 L/s的排量循環(huán)驗(yàn)漏，沒有漏失再次發(fā)生，同時(shí)泵壓已經(jīng)能夠達(dá)到21.5 MPa，該井一次堵漏成功，保證了順利完鉆。

4 結(jié)語(yǔ)

西北油田分公司自對(duì)塔河油田的開發(fā)力度加大和對(duì)主體鹽區(qū)的快速開發(fā)以來(lái)，面臨的技術(shù)難題主要是復(fù)雜構(gòu)造地層的認(rèn)知不足和防漏堵漏施工周期長(zhǎng)等。塔河地區(qū)地層在二疊系層位多套壓力系統(tǒng)并存，地層應(yīng)力集中，地層壓力敏感性較強(qiáng)，通過對(duì)文獻(xiàn)的調(diào)研分析，采用雷特堵漏技術(shù)能夠提高地層的承壓能力，有效控制二疊系井段的漏失。石炭系地層的鹽膏層同樣也是鉆井施工難以處理的地層之一，為此而進(jìn)行的鹽上地層的長(zhǎng)裸眼井段承壓堵漏工作又常會(huì)引起井漏等施工風(fēng)險(xiǎn)。在石炭系鹽膏層鉆井液的密度控制就顯得尤為關(guān)鍵，為保證鹽膏層的順利鉆進(jìn)，采用設(shè)計(jì)下限的密度會(huì)降低整個(gè)施工中的漏失風(fēng)險(xiǎn)。石炭系地層是塔河地區(qū)的儲(chǔ)層地段，地層中溫度、壓力、高礦化度水以及地層中富集的孔洞，都是漏失發(fā)生以及堵漏工作難以開展的客觀原因所在。而一種新型抗高溫、抗鹽污染、能承壓并且具備良好滯留地層能力的化學(xué)交聯(lián)固結(jié)凝膠體系，在現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)對(duì)惡性漏失的案例，也看到了克服奧陶系地層惡性漏失的希望。

對(duì)塔河油田井漏防漏堵漏的研究還在進(jìn)行，但現(xiàn)今的技術(shù)手段仍很難針對(duì)性地解決塔河油田的系統(tǒng)性漏失問題?，F(xiàn)有的堵漏技術(shù)中有部分已經(jīng)在抗溫、承壓、抗污染等性能上可以滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，這是未來(lái)解決塔河油田井漏的希望。為了加快塔河油區(qū)的發(fā)展于開發(fā)，建立專業(yè)化、制度化的堵漏技術(shù)規(guī)程是很有必要的。同時(shí)在專業(yè)技術(shù)指導(dǎo)的基礎(chǔ)上，取少數(shù)典型井廣泛開展現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，探索出適合于塔河油田的井漏防治處置技術(shù)施工規(guī)范，以推動(dòng)塔河油田的快速、高效、可持續(xù)發(fā)展。