吉木薩爾頁巖油區塊防漏堵漏技術

周雙君，朱立鑫，楊 森，毛 俊，李蕭杰，黃維安

（1.中國石油集團西部鉆探工程有限公司鉆井液分公司，新疆克拉瑪依 834000；2.中國石油大學（華東）理學院，山東青島 266580；3.西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川成都 610500；4.中國石油大學（華東）石油工程學院，山東青島 266580）

吉木薩爾頁巖油區塊鉆井過程中井漏故障頻發，2018 年完鉆了21 口井，8 口發生井漏，漏失率達到38%。統計發現，該頁巖油區塊的井漏主要集中在侏羅系八道灣組、二疊系梧桐溝組。井漏是鉆井過程中常發生的一種井下故障，因漏層位置難以準確判斷、室內對堵漏漿性能評價方法不完善等原因，堵漏成功率較低，使井漏成為困擾石油鉆井的世界性技術難題[1-9]。掌握地層的漏失機理，有助于選擇合適的堵漏材料，從而形成完善的防漏堵漏技術[10-16]。但吉木薩爾頁巖油區塊的漏失機理尚不明確，難以形成有效的防漏堵漏技術。因此，筆者針對吉木薩爾頁巖油區塊井漏頻發的問題，在分析漏失地層特性的基礎上，開展了漏失機理研究，并結合現場處理漏失的經驗，制定了堵漏材料與漏失速度的匹配原則及防漏堵漏技術措施，形成了適應于該區塊的防漏堵漏技術，取得了很好的現場應用效果。

1 地層特性及漏失機理分析

1.1 地層特性

1.1.1 地層巖性

吉木薩爾頁巖油區塊侏羅系頭屯河組為灰色泥巖夾砂質泥巖及砂巖；西山窯組為灰色、深灰色泥巖，泥質粉砂巖，細砂巖夾煤層；三工河組為灰色泥巖、泥質粉砂巖，下部為厚層細砂巖；八道灣組為深灰色、灰色泥巖夾粉砂巖、細砂巖，含多段煤層。砂泥巖夾層較多，砂巖層較為疏松，承壓能力較低。

吉木薩爾頁巖油區塊三疊系主要分為克拉瑪依組、燒房溝組和韭菜園組，部分區域有層位缺失。克拉瑪依組為泥巖砂巖不等厚互層；燒房溝組以深褐色、紅褐色泥巖、含礫泥巖為主；韭菜園組為深褐色泥巖、含礫泥巖、砂質泥巖，鉆井過程中井眼易失穩，需采用合理密度的鉆井液平衡，維持井眼穩定。

吉木薩爾頁巖油區塊二疊系主要有梧桐溝組、蘆草溝組及井井子溝組，梧桐溝組上部以泥巖為主，黏土礦物含量較高，鉆井過程中井眼易失穩，中下部為砂礫巖，底部與蘆草溝組為不整合接觸，是漏失多發層段。

蘆草溝組為目的層，以砂巖為主，部分導眼鉆至井井子溝組。水平井需要在梧桐溝組造斜，而梧桐溝組井眼失穩與井漏風險同時存在，鉆井液安全密度窗口較窄。蘆草溝組主要為一套沉積于咸化湖泊中，受機械沉積、化學沉積及生物沉積等作用的粉細砂巖、泥巖、碳酸鹽巖的混積巖，普遍發育泥晶、微晶白云石，碎屑粒徑普遍較小，粉細砂、泥質及碳酸鹽富集層多呈互層狀分布。巖石類型主要為粉細砂巖、泥巖、碳酸鹽巖。粉細砂巖包括云質粉細砂巖、巖屑長石粉細砂巖和云屑粉細砂巖。碳酸鹽巖主要為砂屑白云巖、粉細砂質白云巖、泥微晶白云巖。縱向上粉細砂巖、頁巖、砂屑白云巖、泥微晶白云巖的單層厚度都在厘米級，呈明顯的韻律性。蘆草溝組具有礦物成分復雜、巖性縱向上變化快、巖層薄等特征。在成巖演化過程中，巖石具有不均勻的硅化、方解石化、云化、沸石化、黃鐵礦化及鈉長石化等，使巖石礦物成分復雜，巖性呈現多樣化。

1.1.2 地層孔隙度分布

吉木薩爾頁巖油區塊侏羅系砂礫巖孔隙發育，膠結疏松，西山窯組、三工河組和八道灣組孔隙度集中分布在5%～20%，砂礫巖孔隙發育，承壓能力較低。二疊系梧桐溝組、蘆草溝組及井井子溝組巖性主要以砂礫巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖為主，孔隙度集中分布在4%～10%，同深度地層滲透性相對較高，為漏失多發層段。

表1 為吉45 井測井井段孔隙度解釋結果。從表1 可以看出：該井測井井段的孔隙度在3.3%～11.8%，平均為7.6%；3 247.7～3 347.8 m 井段的孔隙度變化較大，最小為6.0%，最大為10.3%；3 340.7～3 341.8 m 井段的孔隙度最小，為3.3%。

表1 吉45 井測井井段孔隙度解釋結果Table 1 Interpretation results of porosity in the logging section of Well Ji 45

1.1.3 地層裂縫分布

利用吉木薩爾頁巖油區塊部分漏失井的成像測井資料，分析該區塊漏失井漏失層位的裂縫發育情況，結果為：誘導縫占74.42%，高阻縫占13.95%，高導縫占11.63%。由此可知，吉木薩爾頁巖油區塊主要以誘導縫為主，含有部分高阻縫和高導縫[17]。由于鉆開地層以后，原始地層的應力釋放，擠壓井眼周圍的地層，在井壁上產生了誘導裂縫。高導縫屬于以構造作用為主形成的天然裂縫，誘導縫和高導縫的存在是導致井漏的直接原因。高阻縫為充填縫，由于充填物中有其他礦物，為閉合裂縫，對漏失影響不大。

1.2 漏失機理

形成漏失要有2 個必要條件[18-19]：1）有工作液經過的通道（孔隙、裂縫或溶洞等）；2）存在正壓差。吉木薩爾頁巖油區塊地層存在高導縫，鉆井過程中又會產生大量的誘導縫。

當鉆井液液柱作用于井壁的動壓力超過地層裂縫內流體的壓力，井壁與裂縫系統連通時即可發生天然裂縫性漏失。其漏失程度取決于井筒動壓力與地層孔隙壓力的差、天然裂縫的發育程度及連通狀況、裂縫寬度、裂縫長度、漏失通道內流體的流變性等。

誘導裂縫漏失，指儲層本身并不存在漏失通道，但由于井下地層壓力系數低或地層破裂壓力低，在各種作業過程中誘發裂縫或者使閉合裂縫重新開啟而導致的井漏。以下4 種情況容易引發誘導裂縫性漏失：1）鉆高壓油氣層時，或在進行壓井作業時，由于工作液密度過高，壓開低壓地層而發生漏失；2）下鉆（下套管）時下放速度過快，或是在泥包鉆頭、穩定器的情況下提或下放鉆具，造成壓力激動，將地層壓開而發生漏失；3）鉆井液切力過高，特別是靜切力過高時，如開泵過快，造成瞬時激動壓力，將地層壓開產生漏失；4）井筒內鉆井液動壓力促使天然裂縫開啟而發生漏失。

吉木薩爾頁巖油區塊漏失主要集中在侏羅系八道灣組和二疊系梧桐溝組，鉆井過程中因提高鉆井液密度、排量以及開泵等原因，導致井下正壓差增大，形成誘導裂縫，造成井漏。

2 防漏堵漏技術思路及措施

2.1 防漏堵漏技術思路

根據吉木薩爾頁巖油區塊地層漏失特性，通過評價堵漏材料與防漏堵漏體系的性能，結合該區塊處理井漏的經驗，針對不同的漏失速度，選用不同的堵漏材料進行防漏堵漏。堵漏材料與漏失速度的匹配原則見表2。

表2 堵漏材料與漏失速度的匹配原則Table 2 Matching principle between plugging materials and the circulation loss rate

2.2 防漏技術措施

2.2.1 上部井段防漏技術措施

1）控制鉆井液密度。鉆進八道灣組時將鉆井液密度控制在1.25～1.45 kg/L，三開中完時控制鉆井液密度不高于1.50 kg/L。

2）控制鉆井液流變性。將鉆井液漏斗黏度控制在45～50 s，鉆進中保持低黏、低切、低膨潤土含量。

3）改善濾餅質量。鉆井液中超細碳酸鈣和陽離子乳化瀝青的含量保持在3%，控制API 濾失量不高于5 mL。

4）提高鉆井液抑制性。由于八道灣組以上的泥巖地層極易水化膨脹，鉆進時將聚合物抑制劑含量提高到0.6%以上，鉀離子含量不低于25 000 mg/L，協同增強鉆井液的抑制性，防止縮徑。

5）加強封堵。鉆進八道灣組以上地層時，鉆井液中超細碳酸鈣和陽離子乳化瀝青的含量保持在3%、隨鉆堵漏劑含量保持在2%，以形成致密的濾餅，增強對砂巖井段的封堵。

6）工程措施。φ311.1 mm 井段選用φ290.0 mm穩定器，或采用不帶穩定器的鉆具組合；將排量控制在50～60 L/s，易漏失層段先以小排量頂通，再逐漸提高至正常排量，以免造成循環壓耗和激動壓力過大；在泥巖段加強短程起下，以保持井眼暢通。

2.2.2 下部井段防漏技術措施

1）密度控制。鉆進斜井段和水平段時，將鉆井液密度控制在1.50～1.60 kg/L。

2）鉆進非易漏失層時，鉆井液中加入2%～3%復合隨鉆堵漏劑，以封堵誘導裂縫。

3）鉆進易漏失層時，鉆井液中加入4%～6%隨鉆堵漏劑，使用100 目篩布，鉆穿易漏失層后換用160 目以上篩布。

4）調控鉆井液性能。下套管前嚴格控制鉆井液漏斗黏度不超過70 s，并提高鉆井液的潤滑性，降低摩阻，下套管中途選擇合適的井段循環洗井，以避免套管下至設計井深，開泵困難憋漏地層。

2.3 堵漏技術措施

1）發生漏失后，根據漏失速度選擇堵漏材料配制堵漏漿，泵入到漏失層堵漏。當需要泵入堵漏材料含量高的堵漏漿時，需要起鉆，更換光鉆桿鉆具組合。因為鉆具組合如果有螺桿鉆具或旋轉導向系統，堵漏漿中的堵漏材料可能會損壞螺桿鉆具和旋轉導向系統。在漏失速度較小的情況下，可以不起鉆更換鉆具組合，直接泵入堵漏漿。

2）下鉆到漏失井段上部，以小排量循環，利用液柱壓力進行靜止堵漏。

3）在沒有漏失的情況下，緩慢提高排量，使堵漏漿進入裂縫。

4）關井，以一定壓力擠入堵漏漿，增強地層承壓能力。若所鉆地層的承壓能力較弱，為了防止憋壓壓破地層，可采用不關井靜止堵漏的方式堵漏。

5）三開井鉆進二開井段時漏失主要集中在八道灣組，需根據漏失速度選擇堵漏材料配制30～40 m3堵漏漿進行堵漏；定向井段與水平段鉆進梧桐溝組和蘆草溝組時漏失頻發，主要表現為裂縫性漏失，須采用堵漏材料含量和粒徑較大的堵漏漿堵漏。因此，需要起鉆更換光鉆桿鉆具組合泵入堵漏漿，需準備20～30 m3堵漏漿。

3 現場應用

吉木薩爾頁巖油區塊應用防漏堵漏技術后，漏失發生率由38.0%降至19.7%，堵漏成功率提高到了75%，有效保障了該頁巖油區塊的開發。下面以JHW00722 井為例詳細介紹應用情況。

JHW00722 井設計完鉆井深4 508.00 m，設計使用密度1.35～1.63 kg/L 的鉆井液鉆進。該井鉆至井深1 844.00 m（八道灣組），接頂驅開泵頂通，出口未返漿，漏失鉆井液5 m3。鄰井JHW00724 井在鉆井和完井作業期間多次發生井漏。因此，該井采用堵漏漿進行堵漏。配制25 m3堵漏漿，堵漏漿配方為基漿+3.0% 核桃殼（粒徑1～3 mm）+2.0% 核桃殼（粒徑3～5 mm）+2.0%綜合堵漏劑（棉籽殼+細果殼）+4.0%隨鉆堵漏劑（TP-2）+1.0%蛭石+0.3%工程纖維（FCL）。基漿配方為4.0%膨潤土+0.5%聚合物抑制劑+0.7%降濾失劑+0.5%復配銨鹽+2.0%封堵劑+12.0%NaCl +7.0%KCl+3.0% 陽離子乳化瀝青+15.0%有機鹽+2.0%液體潤滑劑+重晶石，密度為1.55～1.60 kg/L。

將光鉆桿鉆具組合下至漏失層，降低排量泵入20 m3堵漏漿，當堵漏漿充滿鉆桿要出鉆桿時，逐步將排量提至30 L/s，保證堵漏漿部分進入漏失層，替漿時鉆桿中預留2 m3堵漏漿，將鉆具組合上提至安全井段，關井憋壓，實施擠注作業，控制套壓不超過2.0 MPa，進行多次擠注，累計擠入2.6 m3堵漏漿，泄壓過程中返出0.4 m3，實際擠入2.2 m3堵漏漿。擠注作業完成后起鉆，下入常規鉆具組合洗井，以25 L/s排量循環下鉆至井底，無漏失后循環洗井，篩除堵漏劑，將排量逐步提高至32 L/s，循環過程中，液面穩定，表明堵漏成功。該井后續鉆井過程采取上文制定的防漏堵漏技術措施，順利鉆至完鉆井深。

4 結論

1）吉木薩爾頁巖油區塊漏失層位多，其中侏羅系八道灣組、二疊系梧桐溝組為漏失高發層位，漏失類型以誘導裂縫漏失為主。

2）根據吉木薩爾頁巖油區塊的漏失特點，通過評價堵漏材料與防漏堵漏體系的性能，結合該區塊處理井漏的經驗，制定了堵漏材料和漏失速度的匹配原則，并針對不同井段制定了防漏堵漏技術措施，形成了適應于該區塊的防漏堵漏技術。

3）吉木薩爾頁巖油區塊應用防漏堵漏技術后，漏失率從38.0%降至19.7%，堵漏一次成功率提高至75%，有效保障了該區塊的鉆井安全。