建南地區克服窄安全密度窗口的鉆井技術＊

張良萬

（中國石化江漢石油管理局鉆井公司，湖北 潛江 433121）

建南地區克服窄安全密度窗口的鉆井技術＊

張良萬

（中國石化江漢石油管理局鉆井公司，湖北 潛江 433121）

為解決江漢油田建南地區嚴重的井漏問題與提高鉆井堵漏成功率，特別是深井加重鉆井液“窄”安全密度窗口的堵漏成功率及地層承壓能力技術水平，提出優化井身結構、利用測漏儀準確測定漏層、在多個漏失層井中采取鉆一層堵一層、根據地層裂縫大小來選擇合適的堵漏材料、堵漏工藝上采用橋漿＋水泥堵漏并適當蹩壓、采用高密度隨鉆堵漏漿鉆進壓力高而承壓能力低的地層、固井前采用非滲透抗壓處理劑提高承壓等堵漏技術措施，以克服“窄”安全密度窗口的堵漏難題。現場實踐證明采用上述措施，堵漏效果較好。

建南地區 復雜壓力系統 窄安全密度窗口 堵漏 橋漿

0 引言

復雜壓力系統鉆井是當今鉆井技術領域的世界性難題，針對多產層、多漏層井進行鉆井施工，現有的套管程序難以對眾多不同壓力系數的漏層、噴層進行一一封隔，從而導致多個不同壓力系數的地層處于同一裸眼井段中，給鉆井施工帶來了極大的困難[1-2]。近年來，江漢石油管理局鉆井公司在川東北及鄂西建南地區所鉆的井大都屬于多壓力系統的井。由于鉆井液密度無法同時滿足同一裸眼井段內的多套壓力系統的要求，因而增加了鉆井的難度，該地區已完成的20余口井幾乎每井必漏。井漏已成為制約該地區鉆井速度提高的最主要因素，如何提高防漏、堵漏的成功率及提高地層承壓能力，特別是深井加重鉆井液“窄”安全密度窗口的堵漏及提高地層承壓能力，是現有井身結構條件下亟待解決的問題。

1 地質特點

建南地區上組合地層從侏羅系到志留系，包括了陸相及海相地層，下組合地層為志留系至燈影組。建南地區產層主要分布在三疊系嘉陵江組、飛仙關組，二疊系長興組、黃龍組，志留系韓家店組、小河壩組。該地區地層壓力大致分為幾個系統：①侏羅系—三疊系低壓漏失層；②三疊系氣層；③二疊系較高壓力氣層及吳家坪的垮塌層；④石炭系的低壓氣層；⑤志留系韓家店組、小河壩組的高壓氣層；⑥寒武系三游洞組、覃家廟組上部的低壓漏失層及覃家廟組下部的鹽膏層。以現有的井身結構，不可能用套管將這些地層逐一封隔，因此在同一裸眼井段內存在著多套復雜地層壓力系統。

2 井漏特點及原因分析

2.1 井漏特點

建南地區井漏主要有以下特點：①漏失層段不固定，從地表下至石炭系、志留系均有井漏的可能。②上部漏失壓力極低，有的漏失通道與地表連通，井漏壓力為零。③中、下部井漏層段非常破碎，井漏后往往帶來井下復雜情況，同時漏失井段長，地層孔隙壓力、漏失壓力、破碎壓力三者比較接近，給井漏的處理帶來了較大難度。④同一裸眼井段存在著多個壓力系統，且高、低壓力層的壓力系數相差懸殊，壓力系統復雜，規律性差。⑤海相碳酸鹽地層垂直型、大傾角型裂縫漏失、裂縫—孔隙漏失、溶洞漏失是鉆井中最常見的問題。⑥裂縫發育，連通性好，開口尺寸大，且虧空層和水層并存。⑦存在壓力敏感性地層，在蹩擠后，易形成誘導性漏失。

2.2 漏失原因

高陡構造的地質構造特征是井漏的重要原因。建南地區的主體構造都是褶皺強烈的高陡構造，由于褶皺的強烈運動，使較陡一側的地層較為破碎，形成縱橫交錯的裂縫；如果同時受到拉伸張力的作用，則可能使裂縫擴展和延伸，形成更大的裂縫。其中，石炭系、二疊系是應力集中的層段，其軸部被多個斷層切割，呈現出凹凸相同的格局，即上盤正向構造、中部斷凹構造、下盤潛伏高帶或背斜圈閉構造；如果地層埋藏較深，一般會出現微裂縫、小裂縫和中等裂縫，如果埋深淺，則可能出現大裂縫、大溶洞。在縱向上，地面構造與地覆構造之間往往發生偏移并形成裂縫，與斷層有關的構造裂縫，其發育程度和寬度與斷層性質、規模、斷距有關。斷層規模大，斷層附近裂縫發育寬度越大；斷距越大，斷層產生的剪切應力越強，附近裂縫也就越發育；離斷層越近的地層，裂縫越發育。由于鮞粒、生物礁在高溫下形成天然氣后，形成眾多孔隙。復雜的地質構造運動和水的活動造成地下裂縫、溶洞縱橫交錯，在同一裸眼井段存在多個壓力系統。建南地區地層傾角大，地層破碎，斷層多，孔隙、裂縫、溶洞發育，產層多且壓力系統復雜，井漏以裂縫性漏失最為常見。

3 堵漏技術難點

在建南地區近10年的堵漏施工中，存在以下難點：

1）找漏層困難。因裸眼井段長、漏失井段長、漏層多，使得無法準確判斷漏層。

2）堵漏材料匹配困難，由于對漏失的特點、縫洞孔喉的大小、漏失通道的形態掌握不準，僅靠漏失量的大小來判斷，所以堵漏材料的匹配較為困難。

3）堵漏漿密度難以準確確定。漏失壓力窗口窄，塌、漏、噴同時存在，使得難以準確確定堵漏漿的密度。

4）堵漏材料缺乏廣譜性。由于裸眼井段長、漏失井段長、漏層多、各漏失段（點）漏失特點差異大，高效、廣譜的堵漏材料缺乏，使得材料選擇余地小，堵漏工藝受限。

5）堵漏提高承壓方案確定困難。井漏和承壓能力低的井，往往需要同時解決井壁穩定、防漏、堵漏、提高承壓等問題，加之鄰區、井、層資料少且可比性不強，所以堵漏提高承壓方案確定困難。

6）提高承壓的極限受限。地層巖石本身強度低，地層巖石骨架膠結差，自身承受外力的能力低，而且其破裂壓力與漏失壓力接近，在較高的鉆井液液柱壓力作用下容易被壓裂。一旦被壓裂將大幅度降低其承壓能力，所以提高承壓有一定的極限。

7）溶洞型井漏堵漏困難。若碰上大溶洞情況，堵漏幾乎不可能，只能靠套管封隔。

4 克服窄安全密度窗口的對策

4.1 堵漏與提高承壓的思路

1）優化井身結構，減輕提高承壓的壓力。在建南地區鉆井應從井身結構、套管程序方面入手，盡可能將上部低壓層與下部高壓層分開，以減輕提高承壓的壓力。合理的井身結構是安全施工的前提條件，要充分體現每一層套管的作用，盡量封隔住高壓氣層上部的易漏地層；對于上漏下噴的井，須在對漏層進行有效的封堵并使其具備一定的承壓能力后，方可鉆開下部的高壓層；鉆遇高壓氣層時，若因地層巖石強度不夠地層承壓能力無法提高的，應采用高密度隨鉆堵漏漿鉆進。

2）利用測漏儀準確測定漏層的井段，以減少堵漏的盲目性，提高堵漏效率。

3）解決上部地層的井漏及垮塌問題。鉆至嘉陵江組嘉二段前采用空氣鉆井法，可較好地解決建南地區上部地層因井漏引起的堵漏時間長的問題。對于上部井漏地層，應采取鉆開一層封堵一層的方法，采取積極的堵漏措施，利用橋塞堵漏和注水泥堵漏相結合的方法，保證上部地層在堵漏后具備一定的承壓能力，為使用較高密度鉆井液鉆開下部易垮塌層創造條件，從而在防漏條件下有效防止地層垮塌。

4）應用屏蔽暫堵技術。對于飛三段這種地層壓力系數低而孔隙發肓好、極易發生漏失的產層，可應用屏蔽暫堵產層保護技術，在鉆進過程中對其進行有效保護，同時使其具備一定的承壓能力，為安全鉆開下部產層創造條件。

5）實施高密度隨鉆堵漏漿鉆進技術。對于地層壓力高，但承壓能力難以提高的地層，在鉆進中可采用高密度隨鉆堵漏漿鉆進。

7）固井前提高承壓。固井前采用橋漿或非滲透抗壓處理劑（KSY）提高承壓后能保證水泥漿返至地面，以提高固井質量效果。

4.2 防漏堵漏措施

根據不同地層的漏失特點，應采取不同的防漏堵漏措施。對于上部承壓能力要求不高的滲漏地層，應采取加入隨鉆堵漏劑和靜止堵漏相結合的辦法；對于要求承壓的滲漏地層，應采取加入隨鉆堵漏劑和小顆粒堵漏劑的橋漿進行封堵并適當蹩壓的方法；對于要求承壓的裂縫性地層，應采取加入復合堵漏劑的橋漿進行封堵并蹩壓至所要求的承壓值的方法。其具體措施為：

1）對于漏速低于15 m3／h的滲透性漏失，使用QS-2、FT-388等填充材料及DF-1、SDL等細顆粒堵漏材料進行隨鉆堵漏。

2）在目的層出現滲漏時，使用屏蔽暫堵劑對漏層進行封堵。

3）對于因密度窗口窄而出現的漏失，采取靜止6～8 h、適當降低鉆井液密度、降低鉆井液的結構強度、減小排量降低環空返速、起下鉆時放慢速度的措施，以減小激動壓力來平衡漏失。

4）對于漏速高于15 m3／h的裂縫性漏失，選擇使用橋漿、水泥漿、橋漿+水泥漿對漏層進行封堵。

5）針對裸眼地層承壓能力不足的問題，根據地層特點，通過提高橋漿鋼性多棱角材料的尺寸及濃度，豐富堵漏材料的幾何形狀及添加鋼性可溶纖維粒子等措施優化橋漿的配方，以提高裸眼井段的承壓能力。

2.3 兩組患者不同時間點的體質量及血清滲透壓變化趨勢 結果(圖1)表明：治療后1～7 d，兩組患者的體質量均呈下降趨勢(托伐普坦組：F=20.744，P<0.001；標準治療組：F=12.097，P<0.001)；托伐普坦組體質量下降幅度高于標準治療組(F=13.69，P<0.001)。治療后1～7 d，標準治療組患者血清滲透壓呈下降趨勢(F=2.394，P=0.042)，托伐普坦組患者血清滲透壓呈上升趨勢(F=4.660，P=0.003)；托伐普坦組的總體血清滲透壓高于標準治療組(F=15.82，P<0.001)。

6）在噴漏同存、不具備起鉆條件的情況下，采用DF-1、SDL、ZD-1等細顆粒堵漏材料，然后逐步加大尺寸、豐富形狀、提高濃度，再通過控制一定的回壓或提高鉆井液密度的方法逐步提高地層的承壓能力。

4.3 橋漿堵漏工藝措施

堵漏方法確定后，在堵漏劑的選擇上應根據地層裂縫的大小選擇合適的堵漏材料；橋漿的配方應考慮不同粒級、不同形狀、不同硬度及變形粒子的合理搭配；堵漏材料的濃度應根據漏失速度來選取。主要橋漿堵漏配方見表1。

在堵漏工藝上，應采用橋漿＋水泥堵漏，并適當蹩壓，通過優質（致密、高強度）內、外濾餅的形成，達到提高地層承壓能力的目的。具體過程為：①根據漏速、地層巖性、鉆時變化、前期施工情況準確判斷漏失層位。②根據漏速確定橋漿配方。③起鉆換光鉆桿（若不具備起鉆條件可在調整橋漿配方的前提下使用原鉆具）。④配制橋漿，用原漿作為基漿或配制與原漿性能相當的鉆井液作為基漿，配制量為封堵井段井眼的容積附加10～15 m3。⑤注橋漿，將所配制的橋漿全部注入。⑥替鉆井液，精確計量替換量，保證橋漿能填充預計封堵井段。⑦起鉆，將鉆具起出橋漿面，若井況不具備長時間起鉆的條件，可考慮將鉆具起離井底一定的高度，并確保鉆具安全。⑧關井憋擠，小排量間斷憋擠，憋擠壓力以后期施工可能達到的井底壓力為依據，憋擠時間不少于6 h，憋擠量一般為2～5 m3。⑨若憋擠時難以起壓，說明橋漿粒徑偏小，需調整橋漿配方重新施工或配合水泥漿重新實施堵漏施工；若憋擠壓力難以達到預期值則應先立足用原漿建立循環，再進行提高承壓施工。

表1 橋漿堵漏配方表

5 現場試驗與效果分析

根據建南地區上組合井漏地層主要分布在自流井組、須家河組、嘉陵江組、飛仙關組，以裂縫漏失為主，以及下組合主要分布在覃家廟組的特點，現場堵漏主要采用以下幾種方法：①橋漿堵漏；②水泥堵漏（普通水泥、快干水泥、膠凝水泥、纖維水泥）；③橋漿＋水泥堵漏；④膠凝堵漏劑（HALS）堵漏；⑤KSY承壓堵漏；⑥隨鉆堵漏漿（普通隨鉆堵漏漿、剛性顆粒隨鉆堵漏漿、高密度隨鉆堵漏漿）堵漏。

在堵漏方法上以橋漿、橋漿＋水泥堵漏為主，現場實踐證明這兩種堵漏方法易于操作，成本較低且效果明顯。但在深井階段，由于地層溫度較高，橋漿堵漏劑難以滿足抗高溫要求，材料中硬質堵漏材料的含量須適當增大。在建深1井覃家廟組的提高承壓過程中，采用剛性顆粒隨鉆堵漏材料，較好地解決了高溫對常規堵漏材料的影響。另外，當在破碎地層采用復合堵漏劑堵漏，地層承壓能力難以提高時，采用KSY來提高承壓力的效果較好。如龍8井在提高承壓過程中，使用復合堵漏劑堵漏3次，承壓能力仍難以提高，后改用KSY一次性將地層承壓提高到設計要求。對固井質量要求較高的井，在下套管前對地層進行提高承壓作業，能有效防止漏失，提高固井質量。建平7井、龍8井、三星1井下套管前進行提高地層承壓施工后，固井施工中均無漏失現象，而其他未進行提高承壓的井則普遍在固井時發生井漏。

6 結論

1）KSY具備較高的堵塞強度，工藝簡單，現場操作方便，但牢固程度不夠，容易在后續作業過程中被破壞，其堵塞持久性差的特點已在多口井的堵漏作業中有所體現。然而對于下套管前的堵漏則非常適合，可起到立竿見影的效果，但是成本較高。在對地層承壓要求不高的情況下，采用橋漿堵漏也能收到很好的效果。

2）通過對建南構造幾口井堵漏施工經驗的分析，認為在堵漏劑的選擇上應根據地層裂縫的大小來選擇合適的堵漏材料；對于含多個漏失層的井，應發現一層堵死一層，以免在下部井段再發現井漏時無法判斷漏失層；在堵漏工藝上應采用橋漿+水泥堵漏相結合并適當蹩壓，以提高地層的承壓能力。由于揭開高壓層后還會繼續鉆進。因此，所形成的堵塞強度和牢固程度是承壓堵漏成功與否的關鍵；對因地層巖石本身強度低而承壓能力難以提高的，可采用隨鉆堵漏漿鉆進。

［1］劉四海，崔慶東，李衛國.川東北地區井漏特點及承壓堵漏技術難點與對策［J］.石油鉆探技術，2008，36（3）：47-51.

［2］關義君.橋漿承壓堵漏關鍵技術［J］.西部探礦工程，2006（5）：27-31.

（編輯：蔣龍）

TE282

A

1673-9035（2010）05-0058-04

10.3969／j.issn.1673－9035.2010.05.019

2010－06－17

2010－09－14

*本文為中國石化集團公司先導項目“鄂西渝東海相深井鉆井技術研究”（編號：JKZ0306005）、中國石化集團公司項目“分支井鉆井技術先導試驗”（編號：SG0984）的部分研究成果。

張良萬（1964－），碩士，高級工程師，從事鉆井與科研管理工作。E-mail：zhanglw9757@163.com