防漏堵漏技術(shù)及循環(huán)堵漏短節(jié)在渤海潛山的應(yīng)用

席江軍，侯冠中，和鵬飛，牟 炯，史富全

1.中海石油（中國）有限公司天津分公司（天津300452）

2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司（天津300452）

■質(zhì)量

防漏堵漏技術(shù)及循環(huán)堵漏短節(jié)在渤海潛山的應(yīng)用

席江軍1，侯冠中1，和鵬飛2，牟 炯2，史富全2

1.中海石油（中國）有限公司天津分公司（天津300452）

2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司（天津300452）

井漏是鉆井作業(yè)中常見的復(fù)雜情況，處理不當(dāng)會(huì)直接導(dǎo)致井塌、卡鉆或者井噴事故。在渤海13區(qū)塊探井和開發(fā)井作業(yè)中累計(jì)鉆井9口，鉆遇潛山地層均出現(xiàn)了或多或少的井漏問題。針對(duì)潛山地層物性特點(diǎn)，在井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，通過對(duì)地層三壓力曲線分析，采用5級(jí)井身結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)東二段高壓井段（孔隙壓力系數(shù)1.35）與潛山低壓段（孔隙壓力系數(shù)1.10）分隔。在鉆井液方面，在采用低密度的同時(shí)提高泥餅承壓能力，并加入隨鉆封堵材料；在工具應(yīng)用方面，采用Φ127.0mm循環(huán)堵漏短節(jié)配合螺桿馬達(dá)鉆具，成功實(shí)現(xiàn)了Φ152.4mm小井眼潛山地層高效鉆進(jìn)并形成了一套渤海潛山防漏、堵漏技術(shù)。

井漏；防漏堵漏；潛山；深井；海上油田

井漏是渤海鉆井過程中面臨的主要復(fù)雜情況，每年均有部分井由于發(fā)生井漏以及堵漏不成功導(dǎo)致卡鉆等事故的發(fā)生[1-5]。渤海油田地層較為均質(zhì)，油氣開發(fā)的主要目的層從明化鎮(zhèn)組往下至沙河街組以及潛山地層。對(duì)于開發(fā)層位位于潛山的油氣井，潛山界面破碎型風(fēng)化殼以及潛山裂縫、砂礫巖的發(fā)育是導(dǎo)致深部井漏的主要原因。長期以來，渤海油田對(duì)于井漏的預(yù)防和處置主要集中在鉆井液技術(shù)方面，以鉆井液中加入隨鉆小顆粒堵漏材料作為滲透性漏失的預(yù)防措施，針對(duì)鉆具采取的應(yīng)對(duì)措施較少。對(duì)于采用水平井模式開發(fā)的潛山井，一方面為實(shí)現(xiàn)水平井軌跡控制需要采用螺桿馬達(dá)或者旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向等鉆具；另一方面鉆進(jìn)潛山2～3m著陸時(shí)發(fā)生井漏則無法實(shí)現(xiàn)用該趟鉆具堵漏，需要起鉆更換簡易大通徑鉆具。在渤海13區(qū)塊探井和開發(fā)井作業(yè)中發(fā)生多次井漏問題，為保證調(diào)整井作業(yè)安全，根據(jù)油田地層特性深入分析，從井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鉆井液技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)操作以及最主要的是對(duì)螺桿馬達(dá)鉆具加入循環(huán)堵漏短節(jié)的鉆具技術(shù)進(jìn)行了研究和應(yīng)用。

1 作業(yè)背景及基本數(shù)據(jù)

1.1 地質(zhì)情況

渤海13區(qū)塊沙河街組以上地層主要鉆遇砂泥巖，下部中生界地層鉆遇灰?guī)r。自上而下依次鉆遇第四系平原組，上第三系明化鎮(zhèn)組、館陶組，下第三系東營組、沙河街組和中生界。其中東營組二段、三段及沙河街組一段地層以厚層泥巖為主，沙一段底部發(fā)育一套生屑云巖儲(chǔ)層，是本油田的主要目的層段。

潛山地層容易發(fā)生井漏的巖性是凝灰?guī)r。凝灰?guī)r是一種火山碎屑巖，主要是由火山碎屑物組成，質(zhì)軟多孔隙、外貌疏松、裂縫發(fā)育，具有孔隙裂縫雙重介質(zhì)特征。

1.2 地層壓力

從表1可以看出，渤中13區(qū)塊明化鎮(zhèn)組、館陶組地層孔隙壓力、坍塌壓力、破裂壓力值均在正常范圍內(nèi)。進(jìn)入東一段以后破裂壓力較低，當(dāng)量密度在1.47g～1.53g/cm3，東二下段開始孔隙壓力逐步升高，出現(xiàn)異常高壓，東二段和東三段破裂壓力當(dāng)量密度基本在1.60g/cm3以上，但個(gè)別層段當(dāng)量密度低至1.40g～1.49g/cm3左右，易發(fā)生漏失。沙河街組地層坍塌壓力當(dāng)量密度高值在1.35g/cm3左右，破裂壓力當(dāng)量密度低值在1.49g/cm3左右。潛山地層坍塌壓力較低，當(dāng)量密度基本低于1.20g/cm3，破裂壓力當(dāng)量密度低值在1.46g～1.50g/cm3之間，有漏失風(fēng)險(xiǎn)。

表1 渤海13區(qū)塊地層三壓力當(dāng)量密度

2 技術(shù)措施

2.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)地層三壓力曲線以及開發(fā)井作業(yè)情況，本次作業(yè)中利用Φ244.5mm套管封固至東二下段，封隔東一段和東二上段的低破裂壓力段，使高低壓分隔，避免在同一井眼。潛山段采用Φ152.4mm井眼單獨(dú)揭開完鉆。

1）Φ660.4mm井眼至300m左右，封隔淤泥和疏松砂土層，下入Φ508.0mm套管。

2）Φ444.5mm井眼鉆進(jìn)明化鎮(zhèn)上段底部泥巖中，下入Φ339.7mm套管。

3）Φ311.1mm井眼鉆穿東二上段，進(jìn)入東二下段，不揭開高壓層，下入Φ244.5mm套管。

4）Φ215.9mm井眼鉆穿東三段及沙一段油層、進(jìn)入潛山中完，下入Φ177.8mm尾管。

5）Φ152.4mm井眼鉆潛山井段至完鉆，下入Φ114.3mm尾管。

2.2 鉆井液設(shè)計(jì)優(yōu)化

1）鉆井液密度優(yōu)化[6]。選用的鉆井液所產(chǎn)生的靜液柱壓力低于所揭開裸眼段中的最低破裂壓力或漏失壓力，高于地層最高孔隙壓力。對(duì)于低漏失壓力地層（潛山地層），可根據(jù)漏失壓力大小，選用低固相鉆井液（表2）。

表2 渤海13鉆井液性能設(shè)計(jì)

2）環(huán)空壓耗的控制。根據(jù)伯努利方程，影響環(huán)空壓耗的主要原因包括鉆井期間的排量以及鉆井液性能（黏度等）。導(dǎo)致環(huán)空壓耗增加的另外一個(gè)原因是有害固相的累計(jì)，鉆進(jìn)過程中如果巖屑不能及時(shí)帶出井眼將增加鉆井液的當(dāng)量密度從而增加環(huán)空壓耗，因此凈化鉆井液，降低當(dāng)量鉆井液密度是降低環(huán)空壓耗的另一個(gè)重要措施。高滲透地層，降低鉆井液濾失量（深井降低高溫高壓濾失量），改變泥餅質(zhì)量。加重鉆井液時(shí)，控制加重速度，防止鉆井液的循環(huán)壓力超過漏失壓力或破裂壓力[7]。

3）提高地層承壓能力。針對(duì)孔隙型漏失層、輕微滲透性漏失層，進(jìn)入漏層前，調(diào)整鉆井液性能，增強(qiáng)鉆井液的封堵能力，渤海常用材料為隨鉆封堵劑和單向封堵劑，這兩種材料為微小顆粒材料（粒徑小于3mm），能夠通過井下MWD等精密儀器，具有一定的堵漏預(yù)防性質(zhì)。

2.3 鉆具組合優(yōu)化

鉆具組合設(shè)計(jì)應(yīng)考慮幾個(gè)方面因素：一是具有合理的環(huán)空間隙；二是具有較高強(qiáng)度并且能夠滿足5 000m左右深井出現(xiàn)復(fù)雜情況的處理；三是盡量降低水力消耗；四是能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)生井漏以后的堵漏處理，滿足大顆粒物的通過；五是針對(duì)潛山段地層可鉆性差的問題盡量提高鉆進(jìn)時(shí)效。

本區(qū)塊潛山段Φ152.4mm井眼設(shè)計(jì)鉆具組合如下。首選鉆具組合：Φ152.4mmPDC鉆頭+Φ127.0mm螺桿馬達(dá)（0.39°單彎角/Φ149.2mm直翼扶正套）+ Φ146.1mm穩(wěn)定器+Φ120.6mm浮閥接頭+Φ120.6mm無磁鉆鋌+Φ120.6mmMWD+Φ120.6mm無磁鉆鋌+ Φ127.0mm循環(huán)堵漏短節(jié)+Φ120.6mm鉆鋌×12根+ Φ120.6mm隨鉆震擊器+變扣接頭+Φ 101.6mm加重鉆桿×14根+Φ101.6mm鉆桿若干+變扣接頭+Φ139.7mm鉆桿若干。備用簡易鉆具組合：Φ152.4mmPDC鉆頭+ Φ120.6mm浮閥接頭+Φ139.7mm穩(wěn)定器+Φ120.6mm鉆鋌×12根+Φ120.6mm隨鉆震擊器+變扣接頭+ Φ101.6mm加重鉆桿×14根+Φ101.6mm鉆桿若干+變扣接頭+Φ139.7mm鉆桿若干。

2.4 循環(huán)堵漏短節(jié)的選用

首次在渤海引進(jìn)了鉆井循環(huán)旁通閥。鉆井循環(huán)旁通閥設(shè)計(jì)用于放在精密的井下輔助鉆具組合上方，如MWD和LWD工具，取芯筒和鉆井馬達(dá)。也可以作為井眼清潔工具下井，提高環(huán)空流速，使得高速流動(dòng)的液體攜帶出雜物。

1）結(jié)構(gòu)組成。該工具分為旁通閥和捕球筒兩部分，旁通閥在上，捕球筒在下，靠絲扣連接。采用投球方式打開、關(guān)閉。

2）工作原理。需要時(shí)在關(guān)閉的狀態(tài)下下鉆，通過投開關(guān)球并施加泵壓，打開工具水眼。此時(shí)流體直接由旁通孔流出從而可以提高泵速以增加環(huán)空流速。當(dāng)需要時(shí)，再次投開關(guān)球并施加泵壓，工具旁通孔被關(guān)閉，此時(shí)循環(huán)經(jīng)由鉆頭。所有的投球均被下部的捕球器捕獲，開關(guān)根據(jù)作業(yè)需要重復(fù)實(shí)現(xiàn)，周期數(shù)由捕球器的容量決定（圖1）。

圖1 循環(huán)堵漏短節(jié)工作原理示意圖

3）加放位置。旁通閥和捕球筒可以直接連接，根據(jù)作業(yè)需要也可在旁通閥和捕球筒之間加入其他鉆具。

4）工具特點(diǎn)。旁通閥打開以后分流比9：1或者8：2（大部分在上面出環(huán)空，小部分出鉆頭），受鉆井液密度、黏度等性能變化影響較大，分流比會(huì)發(fā)生變化，必要時(shí)在旁通閥打開后可投入隔離球完全封閉鉆頭水眼的過流，工具特性參數(shù)見表3。

表3 循環(huán)堵漏短節(jié)性能參數(shù)

2.5 操作細(xì)化

1）接立柱鉆進(jìn)前，開泵要緩慢，小泵沖建立循環(huán)再逐漸提高排量鉆進(jìn)。

2）深井下鉆過程中采取分段循環(huán)及鉆具到底后，提離井底。小排量建立循環(huán)，逐漸提高排量循環(huán)，以便達(dá)到鉆井液密度循環(huán)均勻，防止到底一次循環(huán)泵壓過高，憋漏地層。

3）小井眼起鉆時(shí)，在井況允許的情況下，開泵起鉆，減少鉆具抽吸壓力[8-10]。

4）起鉆或下鉆時(shí)如遇卡或遇阻時(shí)，采用“一開、二通、三劃眼”模式，開泵時(shí)要注意泵速，先采用小排量打通，然后逐步提高排量至劃眼排量，劃眼過程中控制送鉆速度，避免因?yàn)榘l(fā)生憋壓而導(dǎo)致憋漏地層。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與效果分析

以調(diào)整井中D井為例，說明其使用情況。

3.1 潛山段井漏的發(fā)生

1）井漏的發(fā)生。D井五開旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至5 117m，泵壓突降1MPa，環(huán)空失返，判斷井下發(fā)生漏失，迅速降低排量至300L/min，將鉆具提離井底，監(jiān)測(cè)循環(huán)漏速19m3/h。

2）堵漏處理。短起至4 673m，灌注泵連續(xù)灌漿，監(jiān)測(cè)靜態(tài)漏速為12m3/h；投堵漏短節(jié)開啟球，以200L/min排量泵送到位，泵送期間監(jiān)測(cè)循環(huán)漏失量為14m3/h；投堵漏短節(jié)隔離球，等待隔離球下落到位，期間計(jì)量罐監(jiān)測(cè)靜態(tài)漏速逐漸降為0。堵漏漿配方：隨鉆堵漏材料（20kg/m3）+單向封堵材料（20kg/m3）+大顆粒堵漏材料（40kg/m3）+井漿20m3，如圖2、圖3、圖4。

3.2 循環(huán)堵漏短節(jié)的操作

現(xiàn)場(chǎng)使用的捕球器可容納18個(gè)球（開關(guān)球各6對(duì)，對(duì)應(yīng)隔離球6個(gè)），即可實(shí)現(xiàn)旁通閥6次開關(guān)。

1）投入Φ44.5mm的開關(guān)球，小排量開泵追球，不要超過追球的最大循環(huán)排量或立壓參數(shù)值。

2）當(dāng)球到達(dá)球座后，泵壓上升，不要停泵泄壓，繼續(xù)緩慢打壓至6.89MPa，穩(wěn)壓30s，打開旁通閥。

圖2 隨鉆封堵材料顆粒

圖3 單向封堵材料顆粒

圖4 微大顆粒堵漏材料

3）緩慢打壓至推薦剪切壓力值10.34MPa，穩(wěn)壓30s，如果看不到泵壓下降，再提高泵壓3.45MPa，持續(xù)30s，每次增加都要持續(xù)30s，直到可以觀察到泵壓下降（圖5）。

圖5 地面測(cè)試時(shí)打開狀態(tài)的旁通閥

4）隔離下部鉆具。旁通閥打開后，投入外徑為Φ43.1mm的隔離球，泵送隔離球時(shí)，使用與泵送開關(guān)球同樣的排量，在開始泵入堵漏材料之前，要達(dá)到泵送開球相同的泵沖總數(shù)。

3.3 作業(yè)效果

該套技術(shù)在13區(qū)塊兩口調(diào)整井中均進(jìn)行了應(yīng)用，其中D井最深鉆進(jìn)至5 239m完鉆，潛山井段鉆進(jìn)122m，順利下入，E井鉆進(jìn)至4 716m，進(jìn)入潛山段69m。通過防漏、堵漏技術(shù)措施的配套使用，兩口井順利達(dá)到地質(zhì)油藏目的，完成開發(fā)任務(wù)。

4 結(jié)論

1）渤海潛山井段鉆井作業(yè)，應(yīng)采用防漏為主，堵漏方案準(zhǔn)備充分的原則。預(yù)防井漏的措施可以從鉆井液密度優(yōu)選、隨鉆堵漏工具的應(yīng)用等措施進(jìn)行，從渤海13區(qū)塊應(yīng)用效果來看具有較好的應(yīng)用效果。

2）循環(huán)堵漏短節(jié)在渤海潛山地層首次應(yīng)用的結(jié)果表明，該工具和螺桿馬達(dá)、PDC鉆頭的配合使用，一方面可提高鉆井時(shí)效；另一方面為鉆進(jìn)過程中發(fā)生井漏提供了在鉆井施工中堵漏的可行方案。

3）循環(huán)堵漏短節(jié)從目前現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況來看，對(duì)防漏、堵漏起到了重要作用，但實(shí)施過程中較為繁瑣、耗時(shí)，尤其對(duì)于深井中，開關(guān)+隔離一組3個(gè)球，泵送過程時(shí)間較長，一定程度上延緩了井下復(fù)雜情況的處理速度。

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Lost circulation is a common complex case during drilling,improper handling can lead directly to borehole collapse,sticking or blowout.In drilling operation of 9 exploration and development wells in Bohai 13 block,there was more or less circulation loss when drilling in the buried hill formation.According to the characteristics of the buried hill formation,five-stage well structure was adopted in the operation of adjustment wells in this area,which implements the separation of high pressure section(the second member of Dongying Formation pore pressure coefficient is 1.35)with low pressure section(buried hill formation,pore pressure coefficient is 1.10)；the drill?ing fluid with low density and high mud cake pressure bearing capacity was used,and loss circulation material was added into it；the combination use of circulation loss plugging bypass tool with screw motor drilling tool successfully implemented the high efficiency drill?ing of 152.4mm slimhole in the buried hill formation.The three measures form a set of circulation loss prevention and plugging technolo?gy for the buried hill formation in Bohai.

circulation loss；circulation loss preventing and plugging；buried hill；deep well；offshore oilfield

賈強(qiáng)

2016-05-11

席江軍（1982-），男，工程師，主要從事海洋石油鉆井技術(shù)監(jiān)督與管理工作。