建南地區(qū)克服窄安全密度窗口的鉆井技術(shù)＊

張良萬

（中國石化江漢石油管理局鉆井公司，湖北 潛江 433121）

建南地區(qū)克服窄安全密度窗口的鉆井技術(shù)＊

張良萬

（中國石化江漢石油管理局鉆井公司，湖北 潛江 433121）

為解決江漢油田建南地區(qū)嚴(yán)重的井漏問題與提高鉆井堵漏成功率，特別是深井加重鉆井液“窄”安全密度窗口的堵漏成功率及地層承壓能力技術(shù)水平，提出優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、利用測漏儀準(zhǔn)確測定漏層、在多個(gè)漏失層井中采取鉆一層堵一層、根據(jù)地層裂縫大小來選擇合適的堵漏材料、堵漏工藝上采用橋漿＋水泥堵漏并適當(dāng)蹩壓、采用高密度隨鉆堵漏漿鉆進(jìn)壓力高而承壓能力低的地層、固井前采用非滲透抗壓處理劑提高承壓等堵漏技術(shù)措施，以克服“窄”安全密度窗口的堵漏難題?，F(xiàn)場實(shí)踐證明采用上述措施，堵漏效果較好。

建南地區(qū) 復(fù)雜壓力系統(tǒng) 窄安全密度窗口 堵漏 橋漿

0 引言

復(fù)雜壓力系統(tǒng)鉆井是當(dāng)今鉆井技術(shù)領(lǐng)域的世界性難題，針對(duì)多產(chǎn)層、多漏層井進(jìn)行鉆井施工，現(xiàn)有的套管程序難以對(duì)眾多不同壓力系數(shù)的漏層、噴層進(jìn)行一一封隔，從而導(dǎo)致多個(gè)不同壓力系數(shù)的地層處于同一裸眼井段中，給鉆井施工帶來了極大的困難[1-2]。近年來，江漢石油管理局鉆井公司在川東北及鄂西建南地區(qū)所鉆的井大都屬于多壓力系統(tǒng)的井。由于鉆井液密度無法同時(shí)滿足同一裸眼井段內(nèi)的多套壓力系統(tǒng)的要求，因而增加了鉆井的難度，該地區(qū)已完成的20余口井幾乎每井必漏。井漏已成為制約該地區(qū)鉆井速度提高的最主要因素，如何提高防漏、堵漏的成功率及提高地層承壓能力，特別是深井加重鉆井液“窄”安全密度窗口的堵漏及提高地層承壓能力，是現(xiàn)有井身結(jié)構(gòu)條件下亟待解決的問題。

1 地質(zhì)特點(diǎn)

建南地區(qū)上組合地層從侏羅系到志留系，包括了陸相及海相地層，下組合地層為志留系至燈影組。建南地區(qū)產(chǎn)層主要分布在三疊系嘉陵江組、飛仙關(guān)組，二疊系長興組、黃龍組，志留系韓家店組、小河壩組。該地區(qū)地層壓力大致分為幾個(gè)系統(tǒng)：①侏羅系—三疊系低壓漏失層；②三疊系氣層；③二疊系較高壓力氣層及吳家坪的垮塌層；④石炭系的低壓氣層；⑤志留系韓家店組、小河壩組的高壓氣層；⑥寒武系三游洞組、覃家廟組上部的低壓漏失層及覃家廟組下部的鹽膏層。以現(xiàn)有的井身結(jié)構(gòu)，不可能用套管將這些地層逐一封隔，因此在同一裸眼井段內(nèi)存在著多套復(fù)雜地層壓力系統(tǒng)。

2 井漏特點(diǎn)及原因分析

2.1 井漏特點(diǎn)

建南地區(qū)井漏主要有以下特點(diǎn)：①漏失層段不固定，從地表下至石炭系、志留系均有井漏的可能。②上部漏失壓力極低，有的漏失通道與地表連通，井漏壓力為零。③中、下部井漏層段非常破碎，井漏后往往帶來井下復(fù)雜情況，同時(shí)漏失井段長，地層孔隙壓力、漏失壓力、破碎壓力三者比較接近，給井漏的處理帶來了較大難度。④同一裸眼井段存在著多個(gè)壓力系統(tǒng)，且高、低壓力層的壓力系數(shù)相差懸殊，壓力系統(tǒng)復(fù)雜，規(guī)律性差。⑤海相碳酸鹽地層垂直型、大傾角型裂縫漏失、裂縫—孔隙漏失、溶洞漏失是鉆井中最常見的問題。⑥裂縫發(fā)育，連通性好，開口尺寸大，且虧空層和水層并存。⑦存在壓力敏感性地層，在蹩擠后，易形成誘導(dǎo)性漏失。

2.2 漏失原因

高陡構(gòu)造的地質(zhì)構(gòu)造特征是井漏的重要原因。建南地區(qū)的主體構(gòu)造都是褶皺強(qiáng)烈的高陡構(gòu)造，由于褶皺的強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)，使較陡一側(cè)的地層較為破碎，形成縱橫交錯(cuò)的裂縫；如果同時(shí)受到拉伸張力的作用，則可能使裂縫擴(kuò)展和延伸，形成更大的裂縫。其中，石炭系、二疊系是應(yīng)力集中的層段，其軸部被多個(gè)斷層切割，呈現(xiàn)出凹凸相同的格局，即上盤正向構(gòu)造、中部斷凹構(gòu)造、下盤潛伏高帶或背斜圈閉構(gòu)造；如果地層埋藏較深，一般會(huì)出現(xiàn)微裂縫、小裂縫和中等裂縫，如果埋深淺，則可能出現(xiàn)大裂縫、大溶洞。在縱向上，地面構(gòu)造與地覆構(gòu)造之間往往發(fā)生偏移并形成裂縫，與斷層有關(guān)的構(gòu)造裂縫，其發(fā)育程度和寬度與斷層性質(zhì)、規(guī)模、斷距有關(guān)。斷層規(guī)模大，斷層附近裂縫發(fā)育寬度越大；斷距越大，斷層產(chǎn)生的剪切應(yīng)力越強(qiáng)，附近裂縫也就越發(fā)育；離斷層越近的地層，裂縫越發(fā)育。由于鮞粒、生物礁在高溫下形成天然氣后，形成眾多孔隙。復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和水的活動(dòng)造成地下裂縫、溶洞縱橫交錯(cuò)，在同一裸眼井段存在多個(gè)壓力系統(tǒng)。建南地區(qū)地層傾角大，地層破碎，斷層多，孔隙、裂縫、溶洞發(fā)育，產(chǎn)層多且壓力系統(tǒng)復(fù)雜，井漏以裂縫性漏失最為常見。

3 堵漏技術(shù)難點(diǎn)

在建南地區(qū)近10年的堵漏施工中，存在以下難點(diǎn)：

1）找漏層困難。因裸眼井段長、漏失井段長、漏層多，使得無法準(zhǔn)確判斷漏層。

2）堵漏材料匹配困難，由于對(duì)漏失的特點(diǎn)、縫洞孔喉的大小、漏失通道的形態(tài)掌握不準(zhǔn)，僅靠漏失量的大小來判斷，所以堵漏材料的匹配較為困難。

3）堵漏漿密度難以準(zhǔn)確確定。漏失壓力窗口窄，塌、漏、噴同時(shí)存在，使得難以準(zhǔn)確確定堵漏漿的密度。

4）堵漏材料缺乏廣譜性。由于裸眼井段長、漏失井段長、漏層多、各漏失段（點(diǎn)）漏失特點(diǎn)差異大，高效、廣譜的堵漏材料缺乏，使得材料選擇余地小，堵漏工藝受限。

5）堵漏提高承壓方案確定困難。井漏和承壓能力低的井，往往需要同時(shí)解決井壁穩(wěn)定、防漏、堵漏、提高承壓等問題，加之鄰區(qū)、井、層資料少且可比性不強(qiáng)，所以堵漏提高承壓方案確定困難。

6）提高承壓的極限受限。地層巖石本身強(qiáng)度低，地層巖石骨架膠結(jié)差，自身承受外力的能力低，而且其破裂壓力與漏失壓力接近，在較高的鉆井液液柱壓力作用下容易被壓裂。一旦被壓裂將大幅度降低其承壓能力，所以提高承壓有一定的極限。

7）溶洞型井漏堵漏困難。若碰上大溶洞情況，堵漏幾乎不可能，只能靠套管封隔。

4 克服窄安全密度窗口的對(duì)策

4.1 堵漏與提高承壓的思路

1）優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，減輕提高承壓的壓力。在建南地區(qū)鉆井應(yīng)從井身結(jié)構(gòu)、套管程序方面入手，盡可能將上部低壓層與下部高壓層分開，以減輕提高承壓的壓力。合理的井身結(jié)構(gòu)是安全施工的前提條件，要充分體現(xiàn)每一層套管的作用，盡量封隔住高壓氣層上部的易漏地層；對(duì)于上漏下噴的井，須在對(duì)漏層進(jìn)行有效的封堵并使其具備一定的承壓能力后，方可鉆開下部的高壓層；鉆遇高壓氣層時(shí)，若因地層巖石強(qiáng)度不夠地層承壓能力無法提高的，應(yīng)采用高密度隨鉆堵漏漿鉆進(jìn)。

2）利用測漏儀準(zhǔn)確測定漏層的井段，以減少堵漏的盲目性，提高堵漏效率。

3）解決上部地層的井漏及垮塌問題。鉆至嘉陵江組嘉二段前采用空氣鉆井法，可較好地解決建南地區(qū)上部地層因井漏引起的堵漏時(shí)間長的問題。對(duì)于上部井漏地層，應(yīng)采取鉆開一層封堵一層的方法，采取積極的堵漏措施，利用橋塞堵漏和注水泥堵漏相結(jié)合的方法，保證上部地層在堵漏后具備一定的承壓能力，為使用較高密度鉆井液鉆開下部易垮塌層創(chuàng)造條件，從而在防漏條件下有效防止地層垮塌。

4）應(yīng)用屏蔽暫堵技術(shù)。對(duì)于飛三段這種地層壓力系數(shù)低而孔隙發(fā)肓好、極易發(fā)生漏失的產(chǎn)層，可應(yīng)用屏蔽暫堵產(chǎn)層保護(hù)技術(shù)，在鉆進(jìn)過程中對(duì)其進(jìn)行有效保護(hù)，同時(shí)使其具備一定的承壓能力，為安全鉆開下部產(chǎn)層創(chuàng)造條件。

5）實(shí)施高密度隨鉆堵漏漿鉆進(jìn)技術(shù)。對(duì)于地層壓力高，但承壓能力難以提高的地層，在鉆進(jìn)中可采用高密度隨鉆堵漏漿鉆進(jìn)。

7）固井前提高承壓。固井前采用橋漿或非滲透抗壓處理劑（KSY）提高承壓后能保證水泥漿返至地面，以提高固井質(zhì)量效果。

4.2 防漏堵漏措施

根據(jù)不同地層的漏失特點(diǎn)，應(yīng)采取不同的防漏堵漏措施。對(duì)于上部承壓能力要求不高的滲漏地層，應(yīng)采取加入隨鉆堵漏劑和靜止堵漏相結(jié)合的辦法；對(duì)于要求承壓的滲漏地層，應(yīng)采取加入隨鉆堵漏劑和小顆粒堵漏劑的橋漿進(jìn)行封堵并適當(dāng)蹩壓的方法；對(duì)于要求承壓的裂縫性地層，應(yīng)采取加入復(fù)合堵漏劑的橋漿進(jìn)行封堵并蹩壓至所要求的承壓值的方法。其具體措施為：

1）對(duì)于漏速低于15 m3／h的滲透性漏失，使用QS-2、FT-388等填充材料及DF-1、SDL等細(xì)顆粒堵漏材料進(jìn)行隨鉆堵漏。

2）在目的層出現(xiàn)滲漏時(shí)，使用屏蔽暫堵劑對(duì)漏層進(jìn)行封堵。

3）對(duì)于因密度窗口窄而出現(xiàn)的漏失，采取靜止6～8 h、適當(dāng)降低鉆井液密度、降低鉆井液的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、減小排量降低環(huán)空返速、起下鉆時(shí)放慢速度的措施，以減小激動(dòng)壓力來平衡漏失。

4）對(duì)于漏速高于15 m3／h的裂縫性漏失，選擇使用橋漿、水泥漿、橋漿+水泥漿對(duì)漏層進(jìn)行封堵。

5）針對(duì)裸眼地層承壓能力不足的問題，根據(jù)地層特點(diǎn)，通過提高橋漿鋼性多棱角材料的尺寸及濃度，豐富堵漏材料的幾何形狀及添加鋼性可溶纖維粒子等措施優(yōu)化橋漿的配方，以提高裸眼井段的承壓能力。

2.3 兩組患者不同時(shí)間點(diǎn)的體質(zhì)量及血清滲透壓變化趨勢 結(jié)果(圖1)表明：治療后1～7 d，兩組患者的體質(zhì)量均呈下降趨勢(托伐普坦組：F=20.744，P<0.001；標(biāo)準(zhǔn)治療組：F=12.097，P<0.001)；托伐普坦組體質(zhì)量下降幅度高于標(biāo)準(zhǔn)治療組(F=13.69，P<0.001)。治療后1～7 d，標(biāo)準(zhǔn)治療組患者血清滲透壓呈下降趨勢(F=2.394，P=0.042)，托伐普坦組患者血清滲透壓呈上升趨勢(F=4.660，P=0.003)；托伐普坦組的總體血清滲透壓高于標(biāo)準(zhǔn)治療組(F=15.82，P<0.001)。

6）在噴漏同存、不具備起鉆條件的情況下，采用DF-1、SDL、ZD-1等細(xì)顆粒堵漏材料，然后逐步加大尺寸、豐富形狀、提高濃度，再通過控制一定的回壓或提高鉆井液密度的方法逐步提高地層的承壓能力。

4.3 橋漿堵漏工藝措施

堵漏方法確定后，在堵漏劑的選擇上應(yīng)根據(jù)地層裂縫的大小選擇合適的堵漏材料；橋漿的配方應(yīng)考慮不同粒級(jí)、不同形狀、不同硬度及變形粒子的合理搭配；堵漏材料的濃度應(yīng)根據(jù)漏失速度來選取。主要橋漿堵漏配方見表1。

在堵漏工藝上，應(yīng)采用橋漿＋水泥堵漏，并適當(dāng)蹩壓，通過優(yōu)質(zhì)（致密、高強(qiáng)度）內(nèi)、外濾餅的形成，達(dá)到提高地層承壓能力的目的。具體過程為：①根據(jù)漏速、地層巖性、鉆時(shí)變化、前期施工情況準(zhǔn)確判斷漏失層位。②根據(jù)漏速確定橋漿配方。③起鉆換光鉆桿（若不具備起鉆條件可在調(diào)整橋漿配方的前提下使用原鉆具）。④配制橋漿，用原漿作為基漿或配制與原漿性能相當(dāng)?shù)你@井液作為基漿，配制量為封堵井段井眼的容積附加10～15 m3。⑤注橋漿，將所配制的橋漿全部注入。⑥替鉆井液，精確計(jì)量替換量，保證橋漿能填充預(yù)計(jì)封堵井段。⑦起鉆，將鉆具起出橋漿面，若井況不具備長時(shí)間起鉆的條件，可考慮將鉆具起離井底一定的高度，并確保鉆具安全。⑧關(guān)井憋擠，小排量間斷憋擠，憋擠壓力以后期施工可能達(dá)到的井底壓力為依據(jù)，憋擠時(shí)間不少于6 h，憋擠量一般為2～5 m3。⑨若憋擠時(shí)難以起壓，說明橋漿粒徑偏小，需調(diào)整橋漿配方重新施工或配合水泥漿重新實(shí)施堵漏施工；若憋擠壓力難以達(dá)到預(yù)期值則應(yīng)先立足用原漿建立循環(huán)，再進(jìn)行提高承壓施工。

表1 橋漿堵漏配方表

5 現(xiàn)場試驗(yàn)與效果分析

根據(jù)建南地區(qū)上組合井漏地層主要分布在自流井組、須家河組、嘉陵江組、飛仙關(guān)組，以裂縫漏失為主，以及下組合主要分布在覃家廟組的特點(diǎn)，現(xiàn)場堵漏主要采用以下幾種方法：①橋漿堵漏；②水泥堵漏（普通水泥、快干水泥、膠凝水泥、纖維水泥）；③橋漿＋水泥堵漏；④膠凝堵漏劑（HALS）堵漏；⑤KSY承壓堵漏；⑥隨鉆堵漏漿（普通隨鉆堵漏漿、剛性顆粒隨鉆堵漏漿、高密度隨鉆堵漏漿）堵漏。

在堵漏方法上以橋漿、橋漿＋水泥堵漏為主，現(xiàn)場實(shí)踐證明這兩種堵漏方法易于操作，成本較低且效果明顯。但在深井階段，由于地層溫度較高，橋漿堵漏劑難以滿足抗高溫要求，材料中硬質(zhì)堵漏材料的含量須適當(dāng)增大。在建深1井覃家廟組的提高承壓過程中，采用剛性顆粒隨鉆堵漏材料，較好地解決了高溫對(duì)常規(guī)堵漏材料的影響。另外，當(dāng)在破碎地層采用復(fù)合堵漏劑堵漏，地層承壓能力難以提高時(shí)，采用KSY來提高承壓力的效果較好。如龍8井在提高承壓過程中，使用復(fù)合堵漏劑堵漏3次，承壓能力仍難以提高，后改用KSY一次性將地層承壓提高到設(shè)計(jì)要求。對(duì)固井質(zhì)量要求較高的井，在下套管前對(duì)地層進(jìn)行提高承壓作業(yè)，能有效防止漏失，提高固井質(zhì)量。建平7井、龍8井、三星1井下套管前進(jìn)行提高地層承壓施工后，固井施工中均無漏失現(xiàn)象，而其他未進(jìn)行提高承壓的井則普遍在固井時(shí)發(fā)生井漏。

6 結(jié)論

1）KSY具備較高的堵塞強(qiáng)度，工藝簡單，現(xiàn)場操作方便，但牢固程度不夠，容易在后續(xù)作業(yè)過程中被破壞，其堵塞持久性差的特點(diǎn)已在多口井的堵漏作業(yè)中有所體現(xiàn)。然而對(duì)于下套管前的堵漏則非常適合，可起到立竿見影的效果，但是成本較高。在對(duì)地層承壓要求不高的情況下，采用橋漿堵漏也能收到很好的效果。

2）通過對(duì)建南構(gòu)造幾口井堵漏施工經(jīng)驗(yàn)的分析，認(rèn)為在堵漏劑的選擇上應(yīng)根據(jù)地層裂縫的大小來選擇合適的堵漏材料；對(duì)于含多個(gè)漏失層的井，應(yīng)發(fā)現(xiàn)一層堵死一層，以免在下部井段再發(fā)現(xiàn)井漏時(shí)無法判斷漏失層；在堵漏工藝上應(yīng)采用橋漿+水泥堵漏相結(jié)合并適當(dāng)蹩壓，以提高地層的承壓能力。由于揭開高壓層后還會(huì)繼續(xù)鉆進(jìn)。因此，所形成的堵塞強(qiáng)度和牢固程度是承壓堵漏成功與否的關(guān)鍵；對(duì)因地層巖石本身強(qiáng)度低而承壓能力難以提高的，可采用隨鉆堵漏漿鉆進(jìn)。

［1］劉四海，崔慶東，李衛(wèi)國.川東北地區(qū)井漏特點(diǎn)及承壓堵漏技術(shù)難點(diǎn)與對(duì)策［J］.石油鉆探技術(shù)，2008，36（3）：47-51.

［2］關(guān)義君.橋漿承壓堵漏關(guān)鍵技術(shù)［J］.西部探礦工程，2006（5）：27-31.

（編輯：蔣龍）

TE282

A

1673-9035（2010）05-0058-04

10.3969／j.issn.1673－9035.2010.05.019

2010－06－17

2010－09－14

*本文為中國石化集團(tuán)公司先導(dǎo)項(xiàng)目“鄂西渝東海相深井鉆井技術(shù)研究”（編號(hào)：JKZ0306005）、中國石化集團(tuán)公司項(xiàng)目“分支井鉆井技術(shù)先導(dǎo)試驗(yàn)”（編號(hào)：SG0984）的部分研究成果。

張良萬（1964－），碩士，高級(jí)工程師，從事鉆井與科研管理工作。E-mail：zhanglw9757@163.com