蘇里格南區(qū)塊某井叢04井天然裂縫引起的嚴重漏失研究

董易凡

蘇里格南區(qū)塊從2011年進入開發(fā)階段以來，共鉆井400余口，有漏失記錄的油井14口，主要漏層集中在劉家溝。根據(jù)蘇里格南區(qū)塊三維地震數(shù)據(jù)顯示，從東北至西南有一條天然斷層帶且斷層帶上裂縫發(fā)育豐富。04井所在的某井叢以及過往發(fā)生漏失的井都在這個斷層帶上。某井叢目前有兩口井存在漏失現(xiàn)象，04井為大井段嚴重漏失，07井為輕微漏失。在這條斷層帶上完井的井叢共有11口井出現(xiàn)過漏失現(xiàn)象，占總漏失井數(shù)的78.6%。而04井發(fā)生的大井段嚴重漏失，且主力漏層為石千峰地層的現(xiàn)象在蘇里格南區(qū)塊還是前所未有的。

1　井漏處理數(shù)據(jù)分析

1.1　井況概述

某井叢04井自2016年4月17日凌晨1點在劉家溝地層鉆進至3 188 m首次發(fā)生漏失，井口失返，鉆至完鉆井深時共計37.13天，整個過程中共計漏失泥漿5 162 m3，日漏失量最高達540 m3，最高漏速為85 m3/h，主要的漏失地層為石千峰組。每鉆遇新地層，都會有嚴重漏失產(chǎn)生。

該井的施工方主要使用的堵漏材料：單封DF-1，剛性隨鉆堵漏劑GZD-B、GZD-C、GZD-D，承壓堵漏劑（膨脹植物纖維聚合物）MDF，綜合堵漏劑。共計堵漏施工26次，其中打堵漏泥漿21次，共計553 m3，打水泥塞4次，共計64 m3，用固壁堵漏劑（GBF）1次35 m3。

在堵漏、鉆塞與鉆進的往復交叉之間，多個PDC鉆頭的復合片在進尺非常少的情況下嚴重損害，從起出的鉆頭外形分析，證實了還有另一個復雜工況需要處理：井下疑似落物。為了打撈落物，共計下入磨鞋3次，其中第1次未下入打撈杯，第2次與第3次均下入打撈杯（表1）。從打撈杯中發(fā)現(xiàn)有鐵屑與PDC復合片碎齒。

2016年5月19日，在第4次鉆塞至3 493 m時，鉆頭偏出原有井眼造出新井眼，考慮到井下落物問題尚未解決，決定放棄原來的井眼，繼續(xù)鉆進新井眼至完鉆。在固井作業(yè)前漏速仍為2 m3/h。

表1　蘇里格南區(qū)塊某井叢04井鉆頭及打撈工具消耗概況

從首次漏失發(fā)生，共下鉆27次，額外消耗12個PDC鉆頭。總體上，這次事故處理的管理是有提高空間的，而對漏失的反應處理上也有欠妥之處。最終意外的新眼井，方才去除了落物對鉆頭的影響，在較小的漏失情況下順利完鉆。

1.2　非正常生產(chǎn)時間（NPT）

04井NPT分析:

1）因為漏失所導致的NPT為23.47天，占該井總NPT比例為49.19%；

2）井下落物導致的NPT為6.6天，占總NPT比例為13.84%；

3）總的NPT占這口井的總鉆井周期（從二開開始到完鉆井深）為66.62%；

4）這口井的總施工時間超出目標周期25.71天（已超過一口1 400 m位移的完井周期）。

1.3　成本數(shù)據(jù)

根據(jù)處理04井復雜工況所耗費的時間與材料，及現(xiàn)有掌握的數(shù)據(jù)，核查增加成本大體如下：

1）超長的鉆井周期所關聯(lián)的額外每日鉆機運營成本；

2）4個螺桿與2個MWD都在堵漏過程中被堵漏材料充滿堵塞，導致了額外的工具返修成本；

3）井下落物導致額外9個PDC鉆頭的損壞（預估每個鉆頭5萬元，9個鉆頭共計45萬元）；

4）漏失泥漿總量5 162 m3，該井所用泥漿成本、添加劑成本與堵漏材料成本的總和為2 463 548元；

5）水泥漿堵漏相應的施工和材料成本。

2　井漏處理方法分析

2.1　地質預測與提示

目前對天然裂縫地層的準確預測，還有很大的難度。地質部門只能根據(jù)三維地震資料，圈定可能存在斷層和天然裂縫的區(qū)域，做出粗略的預測與提示。但是對單井的具體裂縫發(fā)育、走向及寬度等信息，還沒有行而有效的方法去獲取，地質上存在很大的不確定性。這樣就給實際的工程造成了一定的難度。一個井叢，由于每口井的方位不同，可能遇到的漏失程度也會不同。以某井叢9口井為例，也只有04井和07井有漏失現(xiàn)象。其中07井為輕微漏失，漏失層為劉家溝和石千峰但主要為劉家溝。在04井發(fā)生嚴重漏失后，如果有詳盡的裂縫發(fā)育走向的信息，側鉆繞障控制漏失會成為現(xiàn)實。如果有裂縫寬度的信息，堵漏材料和方法的選擇也會變得有針對性。不過04井的漏失經(jīng)驗給之后07井施工在地質上提供了借鑒。

2.2　井漏處理材料選擇

針對不同漏失類型和機理，基于對此區(qū)塊地質情況的了解和經(jīng)驗[1]，來選擇不同控制漏失材料和方法顯得尤為重要。施工方在處理此次漏失的過程中，一般都是先用隨鉆堵漏劑堵漏，效果不明顯，然后起鉆換光鉆桿，采用綜合堵漏劑+剛性隨鉆堵漏劑+單封+果殼+承壓堵漏劑來控制漏失，這種以擴大顆粒直徑分布的堵漏方法[2]對于天然裂縫地層有一定的效果，可是如果裂縫過大，只能控制漏速而不能完全封堵。所以只能采用水泥來封堵漏層。但是經(jīng)過多次堵漏之后，由于沒有準備針對天然大裂縫的更大粒徑封堵材料，被迫沿用以上的方法，在鉆遇新地層新漏層后，導致過多的起下鉆次數(shù)以更換鉆具組合、更換堵漏方法。

在漏失發(fā)生后，根據(jù)漏失的嚴重程度，通常采用減小泥漿比重或在泥漿里加入堵漏劑的方式來控制漏失，但是在以上方法不能成功時，有必要引入一種非泥漿體系[3]。這類非泥漿體系需要具備以下特征：

1）較低的初始黏度、較好的流動性，可以很好地流入漏失地層；

2）有足夠大的最終剪切強度來抵抗漏點處的井筒壓力差；

3）高溫高壓下的永久穩(wěn)定性；

4）較低的比重以減小頂替時的靜液柱壓力；5）簡便的地面混配。

針對蘇里格南區(qū)塊的實際情況和經(jīng)驗，有兩種非泥漿體系適用于以上天然裂縫性地層。一種是固壁堵漏劑（GBF），另一種是觸變水泥。

2.2.1非泥漿體系固壁堵漏劑

固壁承壓封堵劑是一種集高失水、高強度、高承壓和高酸溶集于一體的堵漏劑，堵漏漿液泵入井下遇到漏層在壓差作用下迅速失水，很快形成具有一定初始強度的濾餅而封堵漏層。

堵漏原理：架橋+高失水+固化。采用固壁承壓堵漏劑承壓堵漏技術，以固壁承壓封堵劑為主，配合粗、中、細顆粒狀橋堵材料作為架橋粒子。施工過程中采取憋壓的做法，針對漏失井段進行承壓堵漏。堵漏漿配方：清水+32%GBF+5%云母（粒徑3～5mm）+5%核桃殼（粒徑5～17mm）。

固壁堵漏劑曾在蘇里格南區(qū)塊有成功的先例，在04井唯一一次的應用中也取得了很好的效果，一次堵漏成功縮短了作業(yè)時間。但是在實際應用中GBF也有一定的局限性：

1）成本相比其他堵漏材料較高；

2）不能與泥漿相兼容，泵送頂替過程中必須有前置液和后置液把它和泥漿相隔開，如果GBF被泥漿污染，黏度會瞬間增高，對作業(yè)造成風險；

3）需要與水混配，比重比較低，在儲層段使用可能有井控風險。

在04井中，施工方由于以下幾種原因沒有繼續(xù)使用GBF：

1）成本相比其他堵漏材料較高；

2）與供應商沒有有效合同；

3）研發(fā)的同等功效的產(chǎn)品質量都差強人意。

2.2.2非泥漿體系觸變水泥

針對常規(guī)水泥堵漏后依然存在輕微漏失的情況，也曾建議蘇里格南區(qū)塊使用觸變水泥來堵漏，這是一種低成本而高效的堵漏材料。觸變性水泥漿具有剪切作用下膠凝結構被破壞以及靜止后膠凝結構快速恢復的特性，進入地層靜止后便產(chǎn)生很大的剪切強度，從而提高水泥漿在地層中的均勻分布，形成更有效的封堵。以下是具體的觸變水泥實驗室模擬的結果。

水泥漿配方：華銀水泥+5%BXF-200L（AF）+1.3%觸變劑BCJ-200S+水+0.15%BXR-200L（ρ=1.89 g/cm3）。

75℃靜置10 min靜切力46 Pa、30 min靜切力65 Pa。

流變性能測試：水泥漿流變測試體現(xiàn)出明顯的滯后環(huán)，放置重新攪拌可恢復原來流變性能（表2）。

稠化性能測試：稠化時間175 min，過渡時間8 min，初始稠度24BC。稠化攪拌馬達中途停機30 min，開機后稠度值升到35BC后回歸正常。失水、強度：失水量（75℃、6.9 MPa）24 mL；75℃強度11.5 MPa(12 h)、25.4 MPa(24 h)。

表2　觸變水泥流變性能測試

觸變水泥與常規(guī)水泥在成本上相差無幾，但是在封堵效果上由于觸變水泥的良好觸變性，使得其最終封堵效果大大好于常規(guī)水泥。但是以注水泥的方法封堵地層也有一定的局限性：

1）注水泥作業(yè)本身有一定的作業(yè)風險；

2）水泥凝固之后在鉆塞過程中，由于水泥的強度硬度均大于地層，很可能造成側鉆；

3）鉆塞過程推薦使用牙輪鉆頭，鉆進過程使用PDC鉆頭，隨著井身增加會導致起下鉆換鉆頭的時間增加；

所以在常規(guī)堵漏能達到效果的情況下，不推薦使用注水泥的方法封堵地層。

2.3　井漏處理措施的選擇

對于某井叢04井這種天然裂縫發(fā)育豐富的地層，通常最為有效的處理方法是在地面泥漿準備充足的情況下邊漏邊鉆，或者在做好井控保護的同時盲打，以快速鉆進通過漏層，然后一次性封堵。但是后來在井筒中發(fā)現(xiàn)疑似落物，阻礙了其快速鉆進，故造成了更多的交替處理漏失和落物打撈的時間。造成了實際中只能鉆開一段，立即控制漏速然后再鉆開一段，再次控制漏失的方法。這樣的井漏處理措施不是最佳的選擇。而在之后意外側鉆后，快速通過漏層至完井驗證了快速通過漏層方法的效果。

2.4　井漏次生井下復雜情況處理

通過對整個處理疑似井下落物的過程來看，3次磨鞋2次打撈杯的下入，并沒有達到實際的效果，井下硬物損傷鉆頭的情況依然存在。從打撈的結果來看，有少量的鐵屑但大部分是PDC的碎齒。究竟井底是什么樣的落物，并沒有一個確定的結論。但從起出的鉆頭損傷和整個落物處理過程來分析，原因很可能是由于施工方在鉆塞過程中錯誤地選擇鉆頭。為了少一趟鉆，使用PDC鉆頭鉆塞。但由于水泥塞硬度較大，用PDC鉆頭鉆塞有很大的側鉆風險，再者如果井下掉塊太多，一些硬質的掉塊凝固在水泥之中，在PDC鉆遇這些包裹在水泥石的硬物時更容易受到交變沖擊載荷的影響而損傷并造成金剛石復合片崩裂。隨著崩齒在井底的增多和累積，對新入的鉆頭也會造成極大的磨損。同時不斷的PDC鉆頭牙齒的損傷也使井下落物情況越來越嚴重。就單從下入的處理工具來看，單一低效的打撈工具也是井下落物處理失敗的重要原因之一。針對這種情況，帶引鞋的落物打撈藍要更為適用[4]。如果不是計劃外的側鉆，整個施工處理時間還要往后延長。

2.5　應急管理和措施

面對這樣突發(fā)性大面積天然裂縫漏失，處理起來難免會措手不及，在短時間內找不到有效的應對方法從而增加物質和時間的成本，所以相匹配的應急管理和措施顯得尤為重要。成功的漏失控制必須建立在一套系統(tǒng)的完整的應急管理預案之上。應急管理預案包括兩個部分：堵漏方法決定樹和堵漏材料的儲備管理[5]。通過現(xiàn)場的實際情況，針對不同的漏失程度和表現(xiàn)，根據(jù)決定樹來選擇不同的控制方法。當控制失敗時進而根據(jù)決定樹去實施另一種更具針對性的措施。但是堵漏的成功不只依靠有針對性的措施還依靠充足多樣的堵漏材料供應鏈。堵漏材料的儲備管理就是基于此建立起來的。根據(jù)不同的現(xiàn)場情況庫房的調配能力大小，井隊儲備材料的分配等因素都需要考慮到應急預案中去。由于07井的方位也和斷層裂縫帶相交，在04井發(fā)生嚴重漏失后，施工方根據(jù)04井的經(jīng)驗建立了詳盡的應急預案應用于07井。07井在控制漏失處理上明顯要科學很多，節(jié)約了很多的時間。

3　結論

1）面對天然裂縫引起的嚴重漏失，地質部門在預測和風險提示上是有困難的。地質天然裂縫發(fā)育、走向及寬度的不確定性，給實際的漏失處理過程造成了很多不確定性因素。使得無論在堵漏材料準備還是堵漏方法的選擇上都存在一定的盲目性。

2）以綜合堵漏劑+剛性隨鉆堵漏劑+單封+果殼+承壓堵漏劑擴大粒徑分布的方式來應對這種天然裂縫引起的嚴重漏失還是有一定的效果，但是當裂縫寬度很大時，采用這種方式也只能控制漏速而不能完全封堵?；趯嶋H地質情況的了解和經(jīng)驗，選擇有針對性控制漏失材料顯的尤為重要。在沒有更多針對大裂縫的大粒徑堵漏材料可供選擇的情況下，則有必要引入非泥漿體系的堵漏材料：固壁堵漏劑和觸變水泥。但由于其各自的局限性，這些材料只能在常規(guī)堵漏材料都失效時再使用。

3）在地面泥漿準備充足的情況下邊漏邊鉆，或者在做好井控保護的同時盲打，以快速鉆進通過漏層，然后一次性封堵的方法，在應對天然裂縫引起的大面積井漏上有積極的效果。

4）疑似井下落物損傷鉆頭，造成交替處理漏失和落物打撈的復雜局面，使得快速通過漏層的措施無法應用。錯誤的鉆塞鉆頭選擇可能是導致事故發(fā)生的原因。而打撈過程中單一而低效的工具選擇，導致了打撈工作的失敗，從而耽誤了更多的時間。所以在漏失發(fā)生的過程中，避免其他次生井下復雜情況是非常重要的。

5）詳盡的漏失應急預案的建立和相關應急管理系統(tǒng)的完善，在很大程度上提高控制漏失的工作效率。充分的物資準備和有針對性的應急措施是應對天然裂縫大面積嚴重漏失的基礎。

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