謝春來，胡清富，張鳳臣，白忠衛(wèi)，尹傳銘，司小東

（1.中國石油集團(tuán)大慶鉆探工程公司國際事業(yè)部，黑龍江大慶163411；2.中國石油集團(tuán)大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江大慶163411；3.中國石油集團(tuán)大慶鉆探工程公司鉆井四公司，黑龍江大慶163411）

井漏為縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層鉆井過程中較為普遍的現(xiàn)象，是影響鉆井安全、鉆井效率和鉆井成本的重要因素[1]。因此，依據(jù)縫洞型儲(chǔ)層的漏失程度，研究針對性的防漏堵漏技術(shù)，尤其是開展針對惡性漏失的治理技術(shù)研究具有現(xiàn)實(shí)作用?？p洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層在國內(nèi)分布比較廣泛，如四川盆地高磨區(qū)塊、新疆塔北區(qū)塊等碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，井漏嚴(yán)重，常規(guī)堵漏技術(shù)堵漏效果差，給鉆井作業(yè)帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[2-3]。國外西亞地區(qū)、中東地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層分布十分廣泛，如土庫曼斯坦南約洛坦氣田井漏問題嚴(yán)重，是制約該氣田高效、安全鉆井完井的主要因素[4]。近年來，國內(nèi)針對碳酸鹽巖儲(chǔ)層鉆井開展了大量的研究工作，形成了縫洞型碳酸鹽巖堵漏技術(shù)[1]、碳酸鹽巖儲(chǔ)層井漏治理技術(shù)[5-8]等多套技術(shù)，提高了碳酸鹽巖儲(chǔ)層的鉆井成功率，降低了井下故障的發(fā)生概率。但是，未形成成熟完善的縫洞型碳酸鹽巖防漏堵漏技術(shù)，可供參考的文獻(xiàn)也不夠多。目前，隨著伊拉克哈法亞油田開發(fā)不斷深入，地層壓力虧空嚴(yán)重，鉆井面臨的主要難題是地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜、存在多個(gè)漏層、防漏堵漏形勢嚴(yán)峻。

為此，筆者從哈法亞油田儲(chǔ)層地質(zhì)特征入手，分析了裂縫類型和漏失因素，依據(jù)漏失速率統(tǒng)計(jì)結(jié)果，把目標(biāo)區(qū)域定性劃分為完全漏失區(qū)、惡性漏失區(qū)、部分漏失區(qū)和滲漏區(qū)，針對不同類別的漏失區(qū)域進(jìn)行了堵漏劑、堵漏漿配方和堵漏方案優(yōu)選，并結(jié)合現(xiàn)場施工技術(shù)措施，形成了滲漏區(qū)和部分漏失區(qū)防漏堵漏技術(shù)、完全漏失區(qū)和惡性漏失區(qū)井漏治理技術(shù)，現(xiàn)場應(yīng)用后，單井平均漏失量、堵漏次數(shù)明顯減少，堵漏成功率顯著提高，卡鉆和溢流等井下復(fù)雜情況得到有效控制，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 哈法亞油田儲(chǔ)層地質(zhì)特征

1.1 地質(zhì)和鉆井工程概況

哈法亞油田位于伊拉克東南部，含油面積288km2，油藏埋深1900.00～400.00m。目標(biāo)區(qū)域?yàn)橥暾谋承睒?gòu)造，含油層系較多[9]，自上而下鉆遇古近系、新近系、白堊系，主要巖性依次為砂巖、泥巖、膏巖鹽巖、灰?guī)r和白云巖，共有8套油氣顯示[10]。目前，主要開采層位是Jeribe-Kirkuk組和Mishrif組。主力產(chǎn)層Mishrif組為低滲透油藏，以巨厚生物灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主，夾薄頁巖層，地層溶洞、裂縫十分發(fā)育。油藏埋深 3000.00～3600.00m，采用四開井身結(jié)構(gòu)，四開采用φ215.9mm 鉆頭鉆進(jìn)，下入φ177.8mm套管（見圖1）。Mishrif組地層孔隙壓力系數(shù)1.15～1.18，破裂壓力系數(shù)1.65。從Shiranish組開始進(jìn)入滲漏層，一直到完井始終處于漏失狀態(tài)。Mishrif組幾乎都存在漏失情況，近年來有3口井發(fā)生失返性漏失井壁坍塌埋鉆具的事故，目前井漏嚴(yán)重的問題未得到根本解決，已成為制約哈法亞油田碳酸鹽巖油氣藏勘探開發(fā)的主要問題。

圖1 Mishrif井井身結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Casing program of directional Mishrif Well

1.2 儲(chǔ)層地質(zhì)特征和堵漏難點(diǎn)

哈法亞油田Mishrif組為碳酸鹽巖儲(chǔ)層，地層裂縫發(fā)育，孔隙度、滲透率較高，易發(fā)生漏失。儲(chǔ)層巖孔、洞和縫按照不同方式和規(guī)模構(gòu)成了主要漏失通道，大致可分為天然致漏裂縫和非致漏裂縫、孔洞型裂縫和珊瑚礁型裂縫等3種類型[4]。鉆遇天然致漏裂縫和非致漏裂縫時(shí)，以高氣測值微漏或壓裂性漏失為主?？锥葱土芽p溶蝕孔洞發(fā)育，連通復(fù)雜，部分區(qū)塊發(fā)育半充填大型溶洞，鉆井過程中以失返性漏失為主，部分井有放空現(xiàn)象，且噴、漏、塌、卡等多重復(fù)雜情況并存。珊瑚礁溶洞和裂縫發(fā)育，地質(zhì)條件復(fù)雜，多數(shù)井鉆進(jìn)過程中容易發(fā)生失返性漏失，出現(xiàn)鉆具放空，氣液重力置換嚴(yán)重，鉆井過程中對井筒壓力有效控制難度大。

Mishrif組碳酸鹽巖儲(chǔ)層漏失通道復(fù)雜，導(dǎo)致堵漏難度大，主要表現(xiàn)在以下方面：

1）Mishrif組碳酸鹽巖屬于非均質(zhì)巖溶伴生的縫洞系統(tǒng)，宏觀—微觀多尺度結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且應(yīng)力擾動(dòng)下裂縫動(dòng)態(tài)寬度變化呈現(xiàn)出 “呼吸效應(yīng)” ，不僅難以準(zhǔn)確把握和選擇堵漏材料顆粒級配，而且對形成 “封堵隔墻” 的抗壓強(qiáng)度、膠結(jié)強(qiáng)度與回彈性能要求高，目前的堵漏技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)以上要求。

2）碳酸鹽巖裂縫壁面光滑且漏失通道尺寸變化大，常規(guī)橋堵材料無法在近井壁漏失通道內(nèi)架橋、填充堆積形成有效封堵帶。

3）碳酸鹽巖溶洞、大裂縫中常存在地層水或井筒流體，堵漏漿受到地層水或溶洞積液置換、稀釋的干擾，堵漏漿稀釋后難以固化。

2 漏失因素分析和漏失類型區(qū)域劃分

目標(biāo)區(qū)域27口井的漏失情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，平均單井漏失量 472m3，單井最大漏失量達(dá) 2340m3；平均單井堵漏5次，最多堵漏12次。不同區(qū)域的漏失程度不同，因此分析研究不同區(qū)域的漏失程度和堵漏難度，對于確定堵漏方案十分必要。

2.1 漏失因素分析

漏失程度主要與地層裂縫、孔洞發(fā)育程度（即裂縫、孔洞的導(dǎo)流能力）密切相關(guān)。地層裂縫、孔洞的導(dǎo)流能力主要受裂縫寬度、接觸面特征和接觸端長度等自身特征影響，同時(shí)也受壓差、流體黏度等工程因素的影響。Zimmerman綜合考慮以上因素，給出了地層裂縫漏失速率的計(jì)算公式[2]，由該計(jì)算公式可知，裂縫漏失速率與裂縫接觸段長度、壓差呈線性關(guān)系，與裂縫寬度的三次方成正比，與鉆井液黏度成反比。即在正壓差相同情況下，裂縫越長越寬，漏失速率越大，反之漏失速率越?。汇@井液黏度越高，漏失速率越小，反之漏失速率越大。

2.2 漏失類型區(qū)域劃分

由目標(biāo)區(qū)域27口井的漏失統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，不同區(qū)域漏失程度差異較大。不同井的漏失速率從小于5m3/h到大于30m3/h不等，因此利用雙狐繪圖軟件計(jì)算27口井的漏失速率，得到漏失速率等值線圖（見圖2）。通過總結(jié)分析，將漏失速率大于30m3/h的區(qū)域劃定為完全漏失區(qū)；漏失速率10～30m3/h的區(qū)域劃定為惡性漏失區(qū)；漏失速率5～10m3/h的區(qū)域劃定為部分漏失區(qū)；漏失速率小于5m3/h的區(qū)域劃定為滲漏區(qū)。這樣可以根據(jù)不同漏失區(qū)的漏失特征，進(jìn)行針對性的防漏堵漏技術(shù)研究，為優(yōu)選堵漏材料和堵漏漿配方奠定基礎(chǔ)。

3 不同漏失區(qū)的堵漏技術(shù)優(yōu)選

結(jié)合哈法亞油田的儲(chǔ)層特征和現(xiàn)場實(shí)踐，總結(jié)和分析了不同漏失區(qū)的堵漏原理和思路，以及相應(yīng)的防漏堵漏技術(shù)，并梳理破碎孔洞裂縫性儲(chǔ)層的嚴(yán)重漏失的治理難點(diǎn)，提出了相應(yīng)的堵漏方案。

3.1 滲漏區(qū)和部分漏失區(qū)防漏堵漏技術(shù)

圖2 哈法亞油田漏失速率等值線圖Fig.2 Isogram of leakage rate in Halfaya Oilfield

裂縫性碳酸鹽巖地層主要發(fā)育天然致漏裂縫和非致漏裂縫[4]。天然致漏裂縫漏失特征為遇縫即漏，但漏失強(qiáng)度不高，若不及時(shí)有效地封堵，壓力傳遞可使天然裂縫尺寸和密度增大[11-12]，導(dǎo)致漏失不斷增大，直至惡化；非致漏裂縫可在井筒壓力擾動(dòng)下發(fā)展成致漏性裂縫[13-16]。處理一般性裂縫漏失時(shí)，關(guān)鍵要及時(shí)有效地封堵隔絕壓力傳遞，其基本思路是以隨鉆防漏為主、堵漏為輔，立足于防，防不住再堵。鉆進(jìn)過程中采用鉆井液防漏堵漏為主的技術(shù)手段，通過隨鉆不斷提高鉆遇地層的承壓能力，擴(kuò)大漏失地層的安全密度窗口。

對于孔隙與微裂縫漏失儲(chǔ)層，綜合考慮漏失速率、井下鉆具鉆頭水眼和回壓閥尺寸及現(xiàn)場堵漏材料類別，結(jié)合漏失區(qū)域劃分結(jié)果，進(jìn)行堵漏材料優(yōu)選、堵漏材料復(fù)配試驗(yàn)和儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)損害評價(jià)，形成了有效治理該類井漏問題的堵漏方案和系列橋堵堵漏漿配方（見表1）。優(yōu)選出的堵漏材料主要有超細(xì)碳酸鈣、液體套管、磺化瀝青、油溶樹脂、纖維和橋接堵漏劑（粗、中、細(xì)）等。橋接堵漏劑包括云母、堅(jiān)果殼、混合堵漏劑和超細(xì)碳酸鈣。

表1 堵漏方式和防漏堵漏配方優(yōu)選Table1 Method and formula optimization for antileaking and loss circulation control

經(jīng)過不斷優(yōu)化和現(xiàn)場實(shí)踐，總結(jié)出滲漏區(qū)和部分漏失區(qū)的堵漏原則：漏失速率小于5m3/h時(shí)，采用隨鉆堵漏技術(shù)，包括全井方式和段塞方式；漏失速率大于5m3/h時(shí)，采用橋塞方式停鉆堵漏（見表1）?，F(xiàn)場施工時(shí)加強(qiáng)漏失監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)漏失，立即將排量降至0.8m3/min，實(shí)施堵漏。若漏失速率小于5m3/h，泵入 5m3隨鉆堵漏漿，嘗試?yán)^續(xù)鉆進(jìn)；若漏失速率大于 5m3/h，停止鉆進(jìn)，泵入 10m3橋塞式堵漏漿。鉆井液密度是決定漏失壓差的主導(dǎo)因素，鉆井液密度越高，發(fā)生漏失的可能性越大或漏失越嚴(yán)重，因此在滿足井壁穩(wěn)定和平衡地層流體的前提下，使用密度較低的鉆井液有利于防漏。發(fā)生井漏后，根據(jù)井下實(shí)際情況，適當(dāng)降低鉆井液密度是處理井漏的有效手段之一。適當(dāng)提高鉆井液的黏度和切力，尤其是提高鉆井液的靜切力，有利于防止或消除漏失。鉆進(jìn)Shiranish組等可能發(fā)生漏失的層段時(shí)，鉆井期間應(yīng)儲(chǔ)備40m3的膠液和膨潤土漿，同時(shí)儲(chǔ)備可實(shí)施不少于2次橋接或隨鉆堵漏的堵漏材料。2019—2020年的防漏治理效果表明，該配方堵漏漿的封堵能力強(qiáng)，承壓強(qiáng)度大，堵漏成功率高。

3.2 完全漏失區(qū)和惡性區(qū)漏失治理技術(shù)

哈法亞油田碳酸鹽巖儲(chǔ)層縫洞發(fā)育、連通性好且極其破碎，鉆井過程中易出現(xiàn)完全漏失和惡性漏失等嚴(yán)重井漏。針對完全漏失區(qū)，通過分析綜合錄井記錄的鉆井施工參數(shù)，發(fā)現(xiàn)從開始漏失到井壁剝落再到最后坍塌卡鉆，一般有10～15min甚至更長的時(shí)間。如果采取的措施得當(dāng)，可以減緩井壁坍塌或不塌，再實(shí)施堵漏技術(shù)。治理的技術(shù)思路是：發(fā)現(xiàn)惡性漏失或失返性漏失時(shí)，立即大排量向環(huán)空灌漿，保持灌入量始終大于漏失量，確保液柱壓力不降低，維持井筒內(nèi)壓力平衡，抑制或延長井壁坍塌時(shí)間，為大顆粒橋塞堵漏創(chuàng)造條件?，F(xiàn)場施工時(shí)，從鉆進(jìn)Shiranish組開始，采用全井隨鉆堵漏方式，提高地層承壓能力。鉆至Mishrif組儲(chǔ)層頂部后起鉆，將定向鉆具組合更換為常規(guī)穩(wěn)斜鉆具組合，鉆頭不安裝水眼，以確保大粒徑堵漏顆粒能夠通過。提前準(zhǔn)備充足的鉆井液和大顆粒橋接堵漏劑，從鉆開儲(chǔ)層開始注意觀察，當(dāng)發(fā)現(xiàn)漏失速率大于10～30m3/h或完全失返時(shí)，立即大排量向環(huán)空灌漿，以確保液柱壓力不降低，抑制或延長井壁坍塌時(shí)間。壓力穩(wěn)定后起鉆至技術(shù)套管，觀察井壁是否穩(wěn)定，具備堵漏條件后下鉆實(shí)施堵漏。穿過主力油層Mishrif組底部后，采用打水泥塞堵漏方式[17]，為鉆進(jìn)下部地層奠定基礎(chǔ)。

在施工現(xiàn)場，常規(guī)鉆具組合下鉆到底后，首先注入5m3堵漏漿，提高地層的承壓能力后再鉆開儲(chǔ)層。鉆進(jìn)中發(fā)生惡性漏失或完全失返時(shí)，立即通過計(jì)量罐和壓井管匯同時(shí)大排量向環(huán)空灌漿，必要時(shí)抽污水池中的污水灌漿，直至從井口返出液量，以確保液柱壓力不降低。起鉆觀察，在確定井壁不發(fā)生坍塌時(shí)再下鉆到井底，通過鉆柱注入10m3大顆粒復(fù)配橋漿堵漏，并一直活動(dòng)鉆具，在環(huán)空未返出前不能停泵。然后，靜止6～8h，待堵漏成功后再恢復(fù)鉆進(jìn)。通常，近200.00m長儲(chǔ)層井段平均要堵漏5～6次。最后，鉆過儲(chǔ)層后再實(shí)施水泥塞堵漏，為完成儲(chǔ)層下面約200.00m長的井段奠定基礎(chǔ)。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

2019年以來，Mishrif組碳酸鹽巖儲(chǔ)層防漏堵漏技術(shù)在哈法亞油田以Mishrif組碳酸鹽巖地層為目的層的21口定向井進(jìn)行了應(yīng)用，隨著防漏堵漏技術(shù)的不斷完善，平均單井漏失量29m3，平均單井實(shí)施堵漏措施1.3次，鉆井周期45.06d。與2016—2018年漏失量相比，鉆井液漏失量明顯減少，鉆井周期縮短8.5%，提速顯著。

XX0436D1井四開φ215.9mm井段從井深2000.00m 鉆至井深 2897.30m，鉆開 Mishrif組頂層時(shí)，發(fā)生失返性漏失，漏失鉆井液40m3，發(fā)生井壁坍塌埋鉆具事故，被迫打水泥塞，井眼報(bào)廢。為了完成側(cè)鉆井眼的施工，分析了鉆壓、懸重、扭矩和泵壓等施工參數(shù)的變化情況（見圖3），認(rèn)為事故發(fā)生的主要原因是，對鉆遇地層的巖性和漏失程度認(rèn)識和準(zhǔn)備不足，發(fā)生失返性漏失時(shí)采取的措施不當(dāng)。該井處于完全漏失區(qū)內(nèi)，四開巖性依次為砂巖、黏土巖、石灰?guī)r和白云巖，溶洞裂縫發(fā)育，鉆遇儲(chǔ)層時(shí)易發(fā)生惡性漏失。從圖3可以看出，從開始漏失到井壁剝落再到井壁坍塌卡鉆大致經(jīng)歷了10～15min。

圖3 XX0436D1 井施工參數(shù)變化情況Fig.3 Variation of drilling parameters of Well XX0436

在此基礎(chǔ)上，制定了針對性的堵漏技術(shù)措施。側(cè)鉆井眼鉆至井深2885.00m時(shí)，起鉆將定向鉆具組合更換為常規(guī)穩(wěn)斜鉆具組合，以保證大顆粒堵漏材料的通過性，同時(shí)鉆頭不安裝水眼，進(jìn)一步擴(kuò)大通過性。側(cè)鉆鉆具組合下至井底時(shí)，將鉆井液密度從 1.24kg/L 調(diào)至 1.23kg/L，并提前加入 5m3堵漏劑，以提高地層的承壓能力。鉆至Mishrif組頂部（井深 2894.00m）時(shí)發(fā)生惡性漏失，立即通過壓井管匯大排量向環(huán)空灌漿，保持液柱壓力穩(wěn)定是防止剝落和坍塌的關(guān)鍵，直至有鉆井液返出。待鉆井液池液面穩(wěn)定后開始起鉆至技術(shù)套管，在確定井壁穩(wěn)定后，實(shí)施大顆粒橋漿堵漏方案。再次鉆進(jìn)后，將漏失速率降至10m3/h左右，實(shí)施橋塞式停鉆堵漏6 次，鉆至主力油層 Mishrif組底部（井深 3155.00m）打水泥塞堵漏。從井深3155.00m鉆至完鉆井深3910.00m 始終滲漏，漏失速率 0.5～3.0m3/h，采用隨鉆堵漏技術(shù)堵漏。由于采取了一系列防漏堵漏技術(shù)措施，保障了側(cè)鉆井眼的順利施工。

5 結(jié)論與建議

1）根據(jù)漏失速率統(tǒng)計(jì)結(jié)果，將目標(biāo)區(qū)域的漏失劃分為4個(gè)區(qū)域；針對不同漏失區(qū)，研究了針對性的防漏堵漏技術(shù)，為堵漏方式和堵漏漿配方的優(yōu)選奠定了基礎(chǔ)。

2）發(fā)生失返性漏失時(shí)，立即大排量向環(huán)空灌漿，保持灌入量始終大于漏失量，以確保液柱壓力不降低，抑制或延長井壁坍塌時(shí)間；采用鉆頭不安裝水眼的常規(guī)鉆具組合，進(jìn)行大顆粒復(fù)配橋漿堵漏和打水泥塞堵漏，堵漏效果較好。

3）建議借鑒伊拉克其他區(qū)塊的處理漏失方法，針對完全漏失進(jìn)行儲(chǔ)層強(qiáng)鉆技術(shù)研究，以提高應(yīng)對復(fù)雜情況的處理能力。

4）由于統(tǒng)計(jì)井的數(shù)量有限，不能完全反映整個(gè)油田的情況，本文給出的根據(jù)漏失速率劃分漏失區(qū)域的方法，只是一種研究思路。要進(jìn)一步研究統(tǒng)計(jì)井?dāng)?shù)量和新老井漏失速率劃分的尺度。