裂縫性地層鉆井技術(shù)研究

朱瑞春

（大慶鉆探工程公司鉆井四公司，吉林 松原 138000）

鉆井過程中經(jīng)常有井下漏失現(xiàn)象發(fā)生。從歷史數(shù)據(jù)可以得知，大量的鉆井液漏失到地層中（漏失循環(huán)）會(huì)大幅度提高鉆井液施工成本并造成井下復(fù)雜問題。此外，漏失發(fā)生后采取的堵漏措施也容易對(duì)儲(chǔ)層造成損害。研究發(fā)現(xiàn)，漏失成本占總成本的10%～20%，而其中的90%的漏失都是發(fā)生在裂縫性地層中。鉆井液漏失的主要原因是天然裂縫或誘導(dǎo)性裂縫造成[1-2]。如果在鉆進(jìn)過程中持續(xù)鉆遇大量天然裂縫，則可能會(huì)發(fā)生失返性漏失。

從油氣開采的角度來說，天然裂縫的存在可以大大提高儲(chǔ)層巖石的有效滲透率，從而提高產(chǎn)量，但從鉆井施工角度來說，天然裂縫的存在會(huì)使鉆井和固井作業(yè)以變得極為復(fù)雜[3-4]。因此，需要對(duì)裂縫性地層的鉆井技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，從而避免漏失問題的出現(xiàn)。

1 鉆井漏失的預(yù)防技術(shù)

預(yù)防性技術(shù)主要指提前通過計(jì)劃來減少或避免漏失的發(fā)生。當(dāng)在天然性裂縫地層或在高滲透率地層進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，不可能完全防止漏失，但是可以采取某些預(yù)防措施來減少漏失的發(fā)生，特別是那些可以避免誘發(fā)裂縫的預(yù)防措施。防止漏失的最有效方法是保持井底壓力等于或接近于地層壓力[5-6]。目前比較成熟的預(yù)防性鉆井措施主要有欠平衡鉆井技術(shù)、控壓鉆井技術(shù)和套管鉆井技術(shù)。

1.1 欠平衡鉆井技術(shù)

在常規(guī)鉆井過程中，井眼中鉆井液液柱壓力高于地層孔隙壓力。在某些情況下，尤其是鉆遇含有自然裂縫、孔洞和高滲透性地層的過程中，由于孔隙壓力低，可能導(dǎo)致鉆井液漏失。如果鉆井液液柱壓力低于孔隙壓力（欠平衡鉆井）則可以避免漏失現(xiàn)象的發(fā)生，為了實(shí)現(xiàn)當(dāng)量循環(huán)密度小于地層孔隙壓力，需要采用較輕的鉆井流體，如油基鉆井液、空氣、霧化、泡沫或充氣鉆井液。在某些情況下，欠平衡鉆井是唯一可用的鉆井技術(shù)，并且由于存在多相流體流，它比常規(guī)鉆井或控壓鉆井更為復(fù)雜。過平衡鉆井中的壓力窗口介于孔隙壓力和裂縫壓力梯度之間，而欠平衡鉆井（UBD）中的壓力窗口介于井壁穩(wěn)定壓力和孔隙壓力之間，因此，密度窗戶的大小將決定采用的鉆井技術(shù)。欠平衡鉆井的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是可以鉆穿破裂或衰竭儲(chǔ)層，并最大程度地減少鉆井液循環(huán)漏失，欠平衡鉆井所使用的鉆井液成本通常高于常規(guī)鉆井液，但在提高機(jī)械鉆速和鉆頭使用壽命的同時(shí)，還提高了鉆井成功率，總體而言，還是較為經(jīng)濟(jì)的一種鉆井方案。

1.2 控壓鉆井技術(shù)

某些地層的孔隙壓力和破裂壓力之間的差異很小，對(duì)該類地層進(jìn)行鉆井施工容易發(fā)生井漏或井噴等井下安全問題。通常在該類地層，可以采用增加套管層級(jí)的方法來進(jìn)行施工作業(yè)，但過多的套管層級(jí)會(huì)大幅度增加鉆井成本。因此控壓鉆井技術(shù)作為一種有效控制環(huán)空壓力的技術(shù)，成為開發(fā)該類地層的主要選擇之一。

為了確保在狹窄的密度窗口范圍內(nèi)安全鉆進(jìn)，必須使鉆井液在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的條件下均保持適當(dāng)?shù)膲毫?。控壓力鉆井技術(shù)是一種可精確控制環(huán)空壓力的鉆井技術(shù)，通過精確控制可維持整個(gè)井眼中的壓力曲線在預(yù)期范圍內(nèi)。通過配備旋轉(zhuǎn)控制設(shè)備（RCD）、止回閥（NRV）、連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)（CCS）、連續(xù)循環(huán)閥（CCV）和回壓泵等控壓裝備，來實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的精確控制。

1.3 套管鉆井

套管鉆井也是一種相對(duì)新穎的鉆井技術(shù)，該技術(shù)使用套管代替鉆柱。因?yàn)榭梢酝瑫r(shí)完成鉆井作業(yè)和下套管作業(yè)，所以這種類型的鉆井方式成本較低、效率較高，近年來成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。套管鉆井減少了鉆桿相關(guān)的施工成本，避免了在鉆進(jìn)過程中可能發(fā)生的井下漏失、井壁失穩(wěn)和井控問題。套管鉆井可以實(shí)現(xiàn)鉆井液的連續(xù)循環(huán)，可以大幅度減少因鉆井液靜止帶來的井壁穩(wěn)定和井下漏失問題，節(jié)約大量的非鉆井時(shí)間。套管鉆井使用的套管直徑比常規(guī)鉆探中使用的鉆桿直徑大，這導(dǎo)致鉆井液在環(huán)空中流動(dòng)的面積相對(duì)較小。在有限的環(huán)形間隙中，鉆屑會(huì)被壓碎，從而在套管和井壁之間形成更細(xì)的顆粒，使得套管鉆井比常規(guī)鉆井產(chǎn)生了更大的粒度分布，較高的泥漿顆粒濃度和較為寬泛的固相粒度分布，有助于通過“抹灰”作用橋接和封堵裂縫。因?yàn)榇笾睆教坠芘c井壁的機(jī)械接觸將較小粒徑的鉆屑涂抹到井壁表面，有助于產(chǎn)生了薄而致密的泥餅，這層泥餅可以進(jìn)一步防止鉆井液的流失。因此，在套管鉆井技術(shù)有利于提高井壁穩(wěn)定性。

2 堵漏技術(shù)

在鉆探裂縫性和孔隙性碳酸鹽巖時(shí)，即使采用了先進(jìn)的工藝技術(shù)往往也不能解決全部漏失問題。為此，相關(guān)科研機(jī)構(gòu)從堵漏角度出發(fā)，通過使用觸變水泥漿、泡沫水泥塞、水泥—膨潤(rùn)土—柴油漿、纖維橋聯(lián)材料、可膨脹材料和纖維材料等來封堵天然裂縫和誘發(fā)裂縫。封堵材料大小、類型和濃度的選擇對(duì)封堵效果起決定性作用。所用的封堵材料必須進(jìn)入到巖石的孔隙或裂縫中才能發(fā)揮作用，而不是僅僅殘留在井壁表面上。

此外，在大多數(shù)情況下，堵漏成功率還在很大程度上取決于使用封堵材料時(shí)所制定的配套堵漏方案。在制定方案前，需要進(jìn)行井眼穩(wěn)定性分析、當(dāng)量循環(huán)密度建模、確定漏失通道的幾何構(gòu)型和鉆井液類型對(duì)堵漏材料的影響[7]。

堵漏前需要對(duì)每種堵漏材料的封堵效果進(jìn)行測(cè)試。通常的方式是使用不同尺寸的縫板（1～5mm），將配制的堵漏漿在一定壓力下通過，測(cè)量30min的漏失體積。但傳統(tǒng)的堵漏材料很難封堵大于5mm的裂縫，此時(shí)需要使用聚合物凝膠或水泥塞才能起到預(yù)期的封堵效果。

3 結(jié)論和建議

（1）鉆井液漏失主要是天然裂縫或誘導(dǎo)性裂縫造成，井下漏失嚴(yán)重影響鉆井安全并提高了鉆井成本。

（2）從油氣開采的角度來說，天然裂縫的存在可以大大提高儲(chǔ)層巖石的有效滲透率，從而提高了產(chǎn)量，但從鉆井施工角度來說，天然裂縫的存在會(huì)使鉆井和固井作業(yè)變得極為復(fù)雜。

（3）防止漏失的有效方法之一是保持井底壓力等于或接近地層壓力。目前比較成熟的預(yù)防性鉆井措施主要有欠平衡鉆井技術(shù)、控壓鉆井技術(shù)、套管鉆井技術(shù)。

（4）目前常用的堵漏技術(shù)有觸變水泥漿、泡沫水泥塞、水泥—膨潤(rùn)土—柴油漿、橋聯(lián)堵漏材料、可膨脹材料和纖維材料。封堵材料的大小、類型和濃度的選擇對(duì)封堵效果起決定性作用。