渤海某油田2D井區(qū)開發(fā)井項(xiàng)目漏失風(fēng)險評價及工程對策研究

張野

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）

0 引言

井漏不僅會對鉆井作業(yè)時效和鉆井液造成影響，還可能導(dǎo)致卡鉆、井噴等事故，甚至引發(fā)井眼報(bào)廢，從而導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失[1]。康毅力[2]等分析了低承壓能力地層致漏機(jī)理,概括出應(yīng)力籠、阻滲帶和強(qiáng)固環(huán)3 種地層強(qiáng)化理論；孔令江[3]等針對井漏進(jìn)行了漏層確定研究，認(rèn)為漏失風(fēng)險綜合研究是提高漏層確定對策制定的有效途徑；LI Yong[4-5]等通過精細(xì)描述鉆井液循環(huán)系統(tǒng)流量變化特征，實(shí)現(xiàn)可控微溢流或漏失，大幅減少了鹽水排放時間，確保了井眼穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了安全快速鉆穿超高壓鹽水層；席江軍[6]等針對潛山儲層物性特點(diǎn)，對鉆井參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得出一套渤海潛山防漏、堵漏技術(shù)；翟曉鵬[7-9]等根據(jù)漏失發(fā)生的不同機(jī)理，將漏失壓力分為破裂漏失壓力和自然漏失壓力，并建立了這兩種漏失壓力的計(jì)算模型，據(jù)此預(yù)測了某凹陷斜1 井的漏失壓力。為加快開發(fā)進(jìn)程，更好地指導(dǎo)前期研究并為現(xiàn)場鉆完井作業(yè)提供技術(shù)支持，有必要對該油田基本設(shè)計(jì)中的漏失風(fēng)險評價及工程對策進(jìn)行研究。

本文以鉆井地質(zhì)日報(bào)為基礎(chǔ)，利用多種技術(shù)，逐井開展漏失地質(zhì)因素的綜合分析，對渤海某油田2D井區(qū)的裂縫性漏失、薄弱地層漏失和工程漏失進(jìn)行綜合而深入的風(fēng)險評價，并針對不同類型的漏失提出相應(yīng)的工程對策,為新井風(fēng)險預(yù)測及軌跡優(yōu)化調(diào)整奠定基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)基本概況

渤海某油田位于渤海遼東灣海域，油田鉆井揭示的地層自上而下依次為第四系平原組、新近系明化鎮(zhèn)組和館陶組、古近系東營組和沙河街組。其中東營組細(xì)分為東二段、東三段，沙河街組細(xì)分為沙一段、沙二段、沙三段。油田的主要含油層系為東二段、東三段和沙一段、沙二段。

平面上，油田被分為東西兩塊共12個井區(qū)。其中，2D 井區(qū)為本次方案研究目標(biāo)區(qū)塊，主力含油層段為東二段和東三段，東二段為具有多套流體系統(tǒng)層狀構(gòu)造油氣藏，油藏埋深1 100.0～1 478.0 m，東三段為具有多套流體系統(tǒng)層狀構(gòu)造油氣藏，油藏埋深1 210.0～1 667.8 m。該井區(qū)完鉆探井、開發(fā)井共計(jì)15 口，發(fā)生漏失井共計(jì)8 口（圖1）。2D 井區(qū)位于油田西塊北部區(qū)域，整體上是受遼中1 號走滑斷層控制的半背斜構(gòu)造，構(gòu)造形態(tài)東高西低，地層傾角12°～30°，構(gòu)造較陡，井區(qū)內(nèi)次級小斷層發(fā)育使得該區(qū)構(gòu)造復(fù)雜化。油田整體上斷裂系統(tǒng)發(fā)育，構(gòu)造活動強(qiáng)烈，表現(xiàn)為受斷層影響的復(fù)雜斷塊構(gòu)造主控的復(fù)雜斷塊油田，構(gòu)造區(qū)緊鄰遼中富生烴凹陷，油源充足，成藏條件好。

圖1 渤海某油田2D井區(qū)已鉆井漏失井及漏失位置平面圖

2 漏因分析與漏失類型

渤海某油田2D 井區(qū)完鉆探井3 口，其中2 口井發(fā)生漏失，漏失率66.7%；完鉆開發(fā)井12 口，其中6口井發(fā)生了漏失，漏失率50%。

根據(jù)鉆井地質(zhì)日報(bào)整理統(tǒng)計(jì)的漏失情況（圖2），可知渤海某油田2D井區(qū)漏失情況涵蓋《海洋鉆井手冊》漏失級別中的微漏至大漏級別，其中微漏占比21.5%，小漏占比50%，中漏占比21.5%，大漏占比7%，漏失層位集中在館陶組和東三段。

圖2 渤海某油田2D井區(qū)漏失分布餅狀圖

通過地質(zhì)、工程綜合研究分析，將渤海某油田2D井區(qū)漏失類型歸結(jié)為3類（表1），分別為裂縫性、薄弱地層和工程漏失，其中裂縫性又分為斷層漏失和裂縫漏失。

表1 渤海某油田2D井區(qū)油田漏失類型分類表

2.1 裂縫性漏失

依據(jù)三維地震資料顯示，除遼中1號斷層外，對研究區(qū)范圍內(nèi)10 條主要斷層進(jìn)行了編號F1～F10（圖3）。按照斷層對構(gòu)造形成的作用大小，將該區(qū)斷層分為三級：

圖3 渤海某油田2D井區(qū)斷層分布

1）邊界斷層。遼中1 號走滑斷層和F1 斷層。其中，遼中1號走滑斷層走向北東向，目的層段構(gòu)造范圍內(nèi)垂直斷距500 m，延伸長度大于3.0 km，長期持續(xù)性活動，是該區(qū)構(gòu)造、沉積的主控?cái)鄬?；F1斷層北東走向，斷距較大，在目地層段斷距100～150 m，延伸長度大于2.0 km。

2）分塊斷層F2。F2 斷層近東西走向，斷距較大，在目地層段斷距100～150 m，延伸長度大于2.0 km，對構(gòu)造和油藏起分割控制作用。

3）調(diào)節(jié)斷層F3～F10。走向以北東向?yàn)橹?，為更次一級斷裂，多為晚期發(fā)育,斷距?。ǘ嘈∮?00 m），延伸距離短，延伸長度0.8～2.8 km，使構(gòu)造進(jìn)一步復(fù)雜化。

實(shí)鉆表明該區(qū)塊主要由斷層/裂縫引起的井漏風(fēng)險（J1-1-B1、J1-1-B40、J1-1-B5、J31-2S-2d、J1-1-B25），綜合認(rèn)為遼中1號走滑斷層和F1斷層是易漏的重要地質(zhì)因素，裂縫性漏失占已鉆井漏的62.5%。

2.1.1 斷層漏失

以遼中1 號走滑斷層-J1-1-B40 井漏失為例，二開鉆進(jìn)至2 642.00 m，井口返出突降，循環(huán)池液面降低，立即提離井底，降排量至2 500 L/min，井口無返出，排查泥漿泵及地面管匯，無異常，確認(rèn)井底發(fā)生漏失，漏失層位為館陶組，巖性為含礫細(xì)砂巖。三開鉆進(jìn)至4 129.00 m，井口無返出，排查泥漿泵及地面管匯，無異常，確認(rèn)井底發(fā)生漏失，漏失層位為東二下段，巖性為泥巖。由于該井鉆遇遼中1 號走滑斷層、F1斷層，分析認(rèn)為該井漏失與遼中1號走滑斷層、F1斷層有關(guān)(圖4)。

圖4 J1-1-B40井點(diǎn)地震剖面及錄井圖

2.1.2 裂縫漏失

圖5 J1-1-B25井地震剖面及屬性圖

圖6 J1-1-B25井測井曲線圖

2.2 薄弱地層

以J1-1-B37井漏失為例，三開鉆進(jìn)至4 093.00 m，期間鉆進(jìn)至3 950.00 m返出量突然減小，循環(huán)池液面下降，立即降排量，排查泥漿泵及地面管匯，無異常，確認(rèn)井底發(fā)生漏失。三開鉆進(jìn)至4 237.00 m，期間鉆進(jìn)至4 211.00 m返出量突然減小，循環(huán)池液面下降，立即降排量，排查泥漿泵及地面管匯，無異常，確認(rèn)井底發(fā)生漏失，漏失層位為東三段，巖性為砂泥巖互層界面、細(xì)砂巖（圖7）。造成B37井漏失原因主要有以下幾個方面：

圖7 J1-1-B37井地震剖面及屬性圖

1）漏失段地層處于東三頂部砂泥巖互層段，巖性交替頻繁，屬薄弱地層段。

2）地層對比可見，B37 井較B38 井多發(fā)育出一套地層，單層巖性地層厚度薄于B38井，巖性交替更加頻繁，使得B37井較B38井地層更加薄弱。

3）B37 井3 950 m（垂深1 355 m）計(jì)算當(dāng)量靜態(tài)密度ECD為1.585 g/cm3，井筒壓力為21.1 MPa（未測聲波，無法計(jì)算壓差）；B38 井與其對應(yīng)深度為3 712 m（垂深1 314.8 m）計(jì)算ECD為1.591 g/cm3，井筒壓力為20.5 MPa（未測聲波，無法計(jì)算壓差）（圖8）。兩口井對比而言，B37 井漏失位置井筒內(nèi)壓力大于B38井相同層位，即壓力大且處于薄弱地層，易發(fā)生漏失。

圖8 J1-1-B37 井測井曲線及ECD曲線圖

2.3 工程漏失

除斷層、火山巖及特定地層等易漏高風(fēng)險地質(zhì)因素外，也存在主要由工程施工中阻卡憋壓造成地層高承壓形成的漏失，這類漏失通常漏速不高，上提中漏速降低，相對容易堵漏，但當(dāng)其臨近斷層或破碎、高脆性等地層情況下可能出現(xiàn)較嚴(yán)重的井漏一開情況，鉆井施工中也應(yīng)充分考慮。以J1-1-B38井為例（圖9），三開旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至完鉆井深4 086.00 m，一開倒劃眼短起至3 806.00 m，二開倒劃眼短起至3 435.00 m，三開倒劃眼短起至3 260.00 m。倒劃眼期間發(fā)生漏失，漏速30 m3/h，循環(huán)降低排量至1 600 L/min，提高井漿中隨鉆堵漏劑含量，循環(huán)池液面穩(wěn)定，累計(jì)漏失鉆井液35 m3。漏失層位為東二段，漏失巖性為泥巖。井漏是動態(tài)過平衡條件下井眼壓力—應(yīng)力—應(yīng)變—再平衡的結(jié)果[13]，通過工程優(yōu)化以降低井筒正壓差及盡量避免憋壓等降低常規(guī)碎屑巖地層的漏失風(fēng)險，鉆井動態(tài)過程則主要依賴鉆井工程，因而工程優(yōu)化是降低井漏風(fēng)險的主要措施。

圖9 J1-1-B38井地震剖面及錄井圖

3 新井預(yù)測及優(yōu)化原則

綜合上述分析，可知該區(qū)塊共有8口井漏失，其中由斷層引起漏失的有4 口，由裂縫及薄弱地層引起漏失的井各1口，由工程因素引起漏失的井2口，由此可知斷層及工程因素是引起研究區(qū)井漏的關(guān)鍵所在。因此，針對斷層及工程因素給出相應(yīng)的新井預(yù)測及優(yōu)化原則。

1）斷層風(fēng)險。新井預(yù)測及優(yōu)化應(yīng)盡量規(guī)避近東西向斷層，確需過斷層建議在淺層穿越斷層，需東營組過斷層的應(yīng)按通行辦法盡量垂直斷層減小軌跡與斷層接觸。小斷層溝通較大斷層時井漏風(fēng)險較大，鉆井軌跡規(guī)避較易實(shí)現(xiàn)，因而對于這類斷層也應(yīng)盡量避開。在新井風(fēng)險預(yù)測中應(yīng)按從大原則給出風(fēng)險段，利于鉆井作業(yè)做好充分準(zhǔn)備，避免速度偏差引發(fā)的風(fēng)險點(diǎn)預(yù)測偏差。

2）工程風(fēng)險。沉沙、阻卡、泥漿比重增大、下鉆過快、鉆壓過大等易于造成憋壓或激動壓力大，進(jìn)而壓裂地層出現(xiàn)漏失，當(dāng)其臨近有斷層出現(xiàn)時可能引發(fā)顯著井漏，這類漏失受鉆井參數(shù)和實(shí)際施工影響較大，控制鉆井泥漿及工程參數(shù)可以降低漏失規(guī)?；虮苊饴┦?。

3）優(yōu)化后的技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用價值。優(yōu)化后漏失預(yù)測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，可通過對井軌跡地層巖石性質(zhì)、與斷層的空間位置匹配關(guān)系進(jìn)行多輪次論證，開展井位及鉆井軌跡優(yōu)化與設(shè)計(jì)，避開易漏斷層，降低井漏發(fā)生的風(fēng)險，并提出風(fēng)險處理預(yù)案。缺點(diǎn)在于論證過程較為繁雜，需在后續(xù)研究中進(jìn)一步優(yōu)化。

優(yōu)化后的漏失預(yù)測技術(shù)為渤海油田新井風(fēng)險預(yù)測及軌跡優(yōu)化調(diào)整奠定基礎(chǔ)，鉆井工程方案經(jīng)濟(jì)合理，支撐油藏方案順利實(shí)施。

4 結(jié)論

1）渤海某油田2D井區(qū)累計(jì)完鉆探井、開發(fā)井共計(jì)15口，發(fā)生漏失井共計(jì)8口，其中2口與下套管及倒劃眼起下鉆過程中的阻卡憋壓有關(guān)，另外6 口均為鉆進(jìn)工況漏失，漏失與地質(zhì)條件密切相關(guān)。

2）漏失層位集中在東三段、東二段，通過地質(zhì)、工程綜合研究，將漏失類型歸結(jié)為3 類：裂縫性、薄弱地層、工程漏失。

3）基于該區(qū)地質(zhì)情況，綜合分析認(rèn)為斷層是井漏易于發(fā)生的重要地質(zhì)因素，新井預(yù)測及優(yōu)化應(yīng)盡量規(guī)避近東西向斷層，確需過斷層的，建議在淺層穿越斷層，需東營組過斷層的應(yīng)盡量垂直斷層減小軌跡與斷層接觸，應(yīng)按從大原則給出風(fēng)險段，利于鉆井作業(yè)做好充分準(zhǔn)備，避免速度偏差引發(fā)的風(fēng)險點(diǎn)預(yù)測偏差。針對工程因素，控制鉆井泥漿及工程參數(shù)可以降低漏失規(guī)模或避免漏失。

4）漏失預(yù)測技術(shù)可為渤海油田在鉆井漏失風(fēng)險預(yù)測上提供可靠的科學(xué)依據(jù)，為新井風(fēng)險預(yù)測及軌跡優(yōu)化調(diào)整奠定基礎(chǔ)。