庫(kù)車山前鹽膏層鉆井液漏失成因類型判定

尹 達(dá)，劉鋒報(bào)，康毅力，郭 斌，羅 威，王 濤，晏智航

（1中國(guó)石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司油氣工程研究院2油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué)）

尹 達(dá)等.庫(kù)車山前鹽膏層鉆井液漏失成因類型判定.鉆采工藝，2019，42（5）：121-123

鉆井液漏失是油氣鉆井與完井過(guò)程中最嚴(yán)重的井下復(fù)雜事故之一。隨著油氣勘探開發(fā)轉(zhuǎn)向深部復(fù)雜地層，發(fā)生漏失事故更加頻繁，妨礙了安全高效建井［1-5］。漏失發(fā)生需要三個(gè)必要條件：正壓差、漏失通道及較大漏失空間、漏失通道開口尺寸大于外來(lái)工作液固相粒徑［6］?？梢姡┦c鉆井液密度、鉆井液固相粒徑、地層壓力、地層孔、縫、洞發(fā)育情況等密切相關(guān)［7］。鉆井液液柱壓力超過(guò)巖石破裂壓力產(chǎn)生的張性縫，有較大的開度和長(zhǎng)度，可導(dǎo)致嚴(yán)重漏失［8］。鉆遇地層中較大漏失通道時(shí)，較窄的安全密度窗口引起鉆井過(guò)程中井漏［9］。眾多科學(xué)研究和工程實(shí)踐表明，防漏堵漏須秉持“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的思想，準(zhǔn)確診斷鉆井液漏失主因是高效開展防漏堵漏作業(yè)的重要前提［10-11］。塔里木盆地庫(kù)車山前區(qū)塊鉆井期間鹽膏層承壓能力低，固井、鉆井漏失量大，嚴(yán)重影響固井質(zhì)量和成本控制［12-15］。

本文從漏失原因出發(fā)，以塔里木盆地庫(kù)車山前區(qū)塊鹽膏層為例，對(duì)漏失進(jìn)行分類，開展了庫(kù)車山前研究區(qū)工程地質(zhì)特征和漏失實(shí)鉆數(shù)據(jù)分析，形成鉆井液漏失成因判定模型，明確了鹽膏層鉆井液漏失成因，對(duì)庫(kù)車山前工區(qū)的防漏堵漏工作具有重要意義。

一、鉆井液漏失成因

為有針對(duì)性地研究和解決庫(kù)車山前油氣區(qū)鹽膏層漏失問(wèn)題，有必要對(duì)漏失成因進(jìn)行分類。依據(jù)漏失發(fā)生原因進(jìn)行分類，提出把漏失分為誘導(dǎo)破裂型漏失、裂縫擴(kuò)展延伸型漏失、小型裂縫型漏失。

1.誘導(dǎo)破裂型漏失

誘導(dǎo)破裂型漏失是指在近井筒附近原地條件下未經(jīng)擾動(dòng)的巖石是完整巖體（不存張開裂縫）。若發(fā)生漏失，必須使地層產(chǎn)生裂縫并使其能夠延伸。漏失發(fā)生的原因是鉆井液液柱的有效壓力大于地層的破裂壓力使其產(chǎn)生裂縫，并達(dá)到裂縫傳播所需的壓力。

2.裂縫擴(kuò)展延伸型漏失

裂縫擴(kuò)展延伸型漏失指原地條件下井筒周圍存在張開的漏失通道，但在一定壓差內(nèi)鉆井液固相不能自由進(jìn)入漏失層。當(dāng)鉆井液液柱壓力傳遞到裂縫面后由于正壓差的作用以及溫度、滲流等作用影響，使得裂縫擴(kuò)展（裂縫寬度變大并延伸），鉆井液固相和液相進(jìn)入地層的現(xiàn)象。井漏的發(fā)生是因?yàn)榈貙哟嬖谖⒘芽p及裂縫寬度對(duì)井筒壓力敏感，裂縫寬度超過(guò)鉆井液所能有效封堵的臨界寬度所致。

3.小型裂縫型漏失

小型裂縫型漏失是指存在與井筒連通的至漏裂縫，鉆井液在正壓差下自由進(jìn)入地層的現(xiàn)象。漏失是因?yàn)榇嬖诼┦ǖ?，鉆井液不能實(shí)現(xiàn)有效地封堵，當(dāng)鉆井液液柱壓力大于地層壓力時(shí)，便會(huì)發(fā)生漏失。此類漏失又可分為可控漏失及不可控漏失。小型裂縫漏失是指常規(guī)堵漏技術(shù)可以堵漏成功的類型，往往伴隨裂縫擴(kuò)展延伸致使常規(guī)的堵漏方法難以奏效。

二、鹽膏層鉆井液漏失特征

塔里木盆地庫(kù)車山前油氣區(qū)，庫(kù)車山前油氣區(qū)近4年共完鉆115口井，總計(jì)發(fā)生漏失101口（占完鉆總井?dāng)?shù)的87.8%），漏失總量9.45×104m3，損失總時(shí)間1 552.5 d。漏失井中平均單井漏失量936 m3，平均漏失損失時(shí)間15.4 d，井漏復(fù)雜影響鉆井周期5.91%。膏巖層、目的層地層承壓能力低，固井、鉆井漏失量大，嚴(yán)重影響固井質(zhì)量和成本控制。近4年漏失統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，漏失主要發(fā)生鹽膏層、目的層和鹽上地層。其中鹽膏層漏失占全井段的56%，目的層漏失占28%。

1.漏失層特征

庫(kù)車山前古近系庫(kù)姆格列木群地層由上到下分泥巖段、膏鹽巖段、白云巖段、膏泥巖段和底砂巖段；鹽膏層巨厚鹽膏層普遍發(fā)育，深、厚、巖性復(fù)雜、孔隙類型多樣、孔縫尺寸跨度大、含高壓鹽水層，巨厚層狀泥巖、鹽巖、膏巖及三者的交互為特征［16］。膏鹽巖層不是十分純的膏巖或者鹽巖，內(nèi)多夾薄層砂巖、白云巖等物性較好的特殊巖層，導(dǎo)致膏巖層內(nèi)的壓力系統(tǒng)復(fù)雜。以克深區(qū)塊為例，鹽膏層埋深大于5 000 m，鹽膏層鉆井液密度2.45～2.57 g／cm3，地溫梯度（2.0℃～2.5℃）／100 m，鹽頂?shù)貙訙囟榷嘣?05℃～150℃；鹽上地層巖性為砂巖和泥巖，鹽膏層及夾層巖性為泥巖和白云巖（發(fā)育層間裂縫），鹽下地層為泥巖、砂礫巖（微裂縫發(fā)育）［17-18］。

2.漏失嚴(yán)重程度

山前區(qū)塊近年完鉆的60余口井的漏失資料表明，鹽膏層段總的層位鉆井液漏失量為14 015.1 m3，堵漏漿漏失量為2 700.5 m3，總漏失量16 715.6 m3。鹽膏層各段漏失嚴(yán)重程度：膏泥巖段＞膏鹽巖段＞泥巖段＞白云巖段。

庫(kù)車山前區(qū)塊今年完鉆的鉆井資料表明，鹽膏層段總漏失事故162次，各層段漏失發(fā)生次數(shù)的大小關(guān)系為：膏泥巖段＞膏鹽巖段＞白云巖段＞泥巖段。

3.漏失發(fā)生作業(yè)過(guò)程

庫(kù)車山前區(qū)塊的鉆井資料表明，承壓堵漏漏失+下套管漏失+固井漏失：泥巖段（64%）＞膏泥巖段（30%）＞白云巖段（25%）＞膏鹽巖段（14%），鉆進(jìn)漏失：膏鹽巖段（84%）＞白云巖段（75%）＞膏泥巖段（51%）＞泥巖段（27%）。

三、鉆井液漏失成因判定

鉆井工程中若要發(fā)生漏失現(xiàn)象則必然存在連通井筒與地層中漏失空間的一定尺寸的通道。裂縫欠發(fā)育地層，致密層發(fā)生漏失以誘導(dǎo)破裂型為主，發(fā)育微裂縫非至漏地層發(fā)生漏失以裂縫擴(kuò)展延伸型漏失為主，裂縫發(fā)育且致漏地層發(fā)生漏失以小型裂縫型漏失為主。

漏失的分類體現(xiàn)了主客觀因素中的主要矛盾。從第一種漏失到第三種漏失，主觀因素影響逐步減弱，客觀因素逐漸成為漏失發(fā)生的主要原因，控制漏失的難度在逐漸增大。通過(guò)對(duì)漏失發(fā)生機(jī)理的分類，分析地質(zhì)因素和工程因素聯(lián)合作用，形成鉆井液漏失成因判定模型如圖1。

誘導(dǎo)破裂型漏失往往發(fā)生在鉆高壓油氣層或壓井作業(yè)時(shí)，由于工作液密度過(guò)高壓裂低壓地層而發(fā)生漏失；下鉆、下套管時(shí)下放速度過(guò)快，或是在鉆頭、扶正器泥包的情況下，猛提猛放鉆具，造成壓力激動(dòng)，將地層壓裂而發(fā)生漏失；地層承壓能力過(guò)低導(dǎo)致鉆井液壓裂地層。鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生漏失以裂縫擴(kuò)展延伸型，小型裂縫型為主。對(duì)庫(kù)車山前構(gòu)造下典型井井漏原因進(jìn)行分析，見表1。

圖1 鹽膏層鉆井液漏失成因判定模型

表1 庫(kù)車山前鹽膏層典型井井漏原因分析

對(duì)庫(kù)車山前區(qū)塊鹽膏層各層段統(tǒng)計(jì)，分析各層段地質(zhì)特征、漏失嚴(yán)重程度、漏失頻繁程度、漏失發(fā)生工況、裂縫發(fā)育特征等，應(yīng)用鉆井液漏失成因判定模型，結(jié)果見表2。

表2 庫(kù)車山前區(qū)塊鹽膏層各層段漏失成因

四、結(jié)論

（1）從漏失發(fā)生的原因上認(rèn)識(shí)漏失，對(duì)庫(kù)車山前區(qū)塊鹽膏層鉆井液漏失進(jìn)行分類，把漏失分為：誘導(dǎo)破裂型漏失、裂縫擴(kuò)展延伸型漏失、小型裂縫型漏失。

（2）統(tǒng)計(jì)并分析庫(kù)車山前區(qū)塊鹽膏層各層段地質(zhì)特征、漏失嚴(yán)重程度、漏失頻繁程度、漏失發(fā)生工況、漏失速率、裂縫寬度等，揭示了鹽膏層漏失特征。

（3）對(duì)漏失發(fā)生機(jī)理的分類，分析地質(zhì)因素和工程因素形聯(lián)合作用及各因素重要度，形成鉆井液漏失成因判定模型。

（4）明確了庫(kù)車山前鹽膏層不同層位漏失成因，泥巖段、膏鹽巖段、膏泥巖段主要漏失成因類型為誘導(dǎo)破裂型，次要漏失成因類型為裂縫擴(kuò)展延伸型；白云巖段、砂礫巖段主要漏失成因類型為裂縫擴(kuò)展延伸型，次要漏失成因類型為誘導(dǎo)破裂型。