伊朗北阿地区碳酸盐岩地层漏失压力统计分析

马克迪，柳丙善，王玺，蒋官澄，平立秋，付晋，崔昇

（1.中国石油集团钻井工程技术研究院，北京102206；2.中国石油大学（北京）石油工程教育部重点实验室，北京102249）

油气工程

伊朗北阿地区碳酸盐岩地层漏失压力统计分析

马克迪1，2，柳丙善1，王玺1，蒋官澄2，平立秋1，付晋1，崔昇1，2

（1.中国石油集团钻井工程技术研究院，北京102206；2.中国石油大学（北京）石油工程教育部重点实验室，北京102249）

伊朗北阿地区碳酸盐岩地层在钻井和固井作业中频发严重漏失，而揭示地层漏失机理，确定漏失层位的漏失压力是解决的关键。本文依据伊朗北阿地区碳酸盐岩地层漏失数据，利用统计学方法从漏失层位分布、工况、井漏发生率、漏失通道进行分析，初步得出了漏失机理；依据漏失压差与漏失速率分布规律，建立了伊朗北阿地区漏失压力预测模型，并根据现场数据对模型进行了验证。结果表明，伊朗北阿地区碳酸盐岩地层微小裂缝发育，漏失类型主要为渗透性漏失和局部漏失；漏失较为严重的地层顶深在2 800 m～3 200 m，厚度在700 m～1 000 m；漏失压力预测模型应用表明，预测结果与实际情况相符，为伊朗北阿地区防漏堵漏提供了一定依据。

碳酸盐岩；漏失机理；漏失压力；钻井；井漏

伊朗北阿地区碳酸盐地层漏失情况严重，这不仅延长了钻井周期和带来了巨大的经济损失，而且可能引发井塌井喷等严重的井下复杂和事故[1-3]。揭示地层漏失机理，确定漏失层位的漏失压力是防漏堵漏的关键[4-6]。关于漏失压力国内外学者已开展了大量研究，但目前国内对于碳酸盐岩地层漏失压力确定尚无成熟理论[7-10]。漏失压力预测的方法主要有经验法、邻井资料对比法和测井法等，其中比较常用的计算模型主要是基于力学的漏失压力计算模型和基于统计的漏失压力计算模型[8，9]。朱亮等[11]对基于力学和基于统计的两种漏失压力计算模型进行了比较分析，认为统计学方法得到的漏失压力模型更符合实际情况。

本次研究运用统计学方法对伊朗北阿地区碳酸盐岩地层漏失层位数据进行了分析，并依据漏失压差与漏失速率分布规律建立了伊朗北阿地区漏失压力预测模型，为揭示伊朗地区碳酸盐岩地层漏失机理及漏失压力预测提供了依据，对控制伊朗北阿地区碳酸盐岩地层钻完井过程中漏失发生率具有一定的指导意义。

1 伊朗北阿地区漏失统计

伊朗北阿区块调研了58口井，其中漏失井29口井，包括失返漏失井4口，井漏发生率49.2%。伊拉克哈法亚油田调研了124口井，其中37口井存在较严重的井漏问题，井漏发生率29.84%，可见伊朗北阿地区井漏问题十分严重。

1.1 漏失层位统计

对伊朗北阿区块的308次井漏进行了统计，统计结果（见表1）。由表1可知，在伊朗北阿地区钻完井过程中，各个层位具有漏失，其中Sarvak地层为主要的漏失层位，同时也是目的层，漏失次数所占比例为33.96%，地质勘探显示Sarvak地层顶深在2 800 m～ 3 200 m，厚度在700 m～1 000 m，测井资料表明该层段岩性主要为石灰岩到含高岭土石灰岩，底部是页岩与白云岩夹盐水层。

表1 伊朗北阿地区漏失层位统计

1.2 伊朗北阿地区漏失工况统计

伊朗北阿地区漏失工况统计（见图1）。由图1可知，伊朗北阿地区在钻进工况下最容易发生井漏（占总漏失工况的55%以上），其次分别为下钻具、固井和循环三种工况。结合伊朗北阿地区实际施工情况及地质资料，认为引起钻井漏失的主要原因可分三类：（1）钻进时当量循环密度较大；（2）活动钻具时激动压力过大；（3）固井过程中静液柱压力增大。

图1 伊朗北阿地区漏失工况统计

1.3 伊朗北阿地区地层漏失通道性质及漏失类型判断

根据伊朗北阿地区地层漏失速率对漏失通道性质及漏失类型进行判断，判断结果（见表2、表3）。根据表2、表3统计结果，并与伊朗北阿地区漏层岩性、钻时、钻屑以及邻井资料进行对比，判断伊朗北阿地区地层漏失通道主要为微小裂缝漏失，漏失类型主要为渗透性漏失和局部漏失。

表2 伊朗北阿地区地层漏失通道性质判断

表3 伊朗北阿地区地层漏失类型判断

2 基于统计的漏失压力模型建立

2.1 压差与漏失速率间的关系

大量现场地层数据的研究分析可以发现钻井液发生漏失与钻井液黏度、钻井液密度以及地层漏失通道等多种因素有关。多孔隙地层的漏失速率的统计分析表明压差与漏失速率存在比较好的关联性，因此表征多因素影响下的地层漏失现象可以通过建立压差与漏失速率之间的关系来实现[7，9，11]，其表达形式为：

式中：Q－漏失速率，m3/h；K－漏失系数，无量纲；Δp－漏失的工作液在漏失通道中流动时的压力损耗，MPa；n－表征钻井液漏失状态的系数，无量纲。

图2 伊朗北阿地区易漏失地层压差与漏失速率关系

由于伊朗北阿地区漏失较为严重的地层顶埋深在2 800 m～3 200 m，厚度在700 m～1 000 m，且该层段主要为孔隙-裂缝型储层，漏失类型以渗漏、局部漏失为主，根据相关数据得到了压差与漏失速率的关系（见图2），通过非线性拟合得到了相应的漏失方程：

2.2 漏失压力预测模型

假设发生漏失时漏失处井内的漏失压力pl，漏失处的孔隙压力pp，该处的漏失压力为pl=pp+Δp。

即伊朗北阿地区漏失压力为：

根据所建立的漏失模型可以得到伊朗地区碳酸盐岩地层漏失压力的当量钻井液密度，即：

式中，ρm－地层漏失压力当量密度，g/cm3；H－漏失井深，m。

2.3 模型应用及探讨

伊朗北阿地区AZNN-017井在钻进至井深3 067 m（位于Sarvak层）时发生漏失，此时泵压为11.72 MPa，排量为25.2 L/s，钻井液密度1.25 g/cm3，钻井液黏度为31.25 mPa·s，漏速0.795 m3/h，由漏失方程得对应的压差为10.59 MPa。该层段地层压力系数为1.14，估计该层段的漏失压力为44.81 MPa。根据井身结构及管柱尺寸，其环空压耗为2.90 MPa，则钻井液循环时井底压力状态为46.34 MPa，由于46.34 MPa>44.81 MPa表明井底压力状态大于地层漏失压力，因此发生井漏。

伊朗北阿地区AZNN-007井在钻进至井深2 545 m时发生漏失，此时泵压为5.7 MPa，排量为23.5 L/s，钻井液密度1.23 g/cm3，钻井液黏度为22.14 mPa·s，漏速1.2 m3/h，由漏失方程得对应的压差为11.65 MPa。该层段地层压力系数为1.14，估计该层段的漏失压力为40.09 MPa。根据井身结构，环空压耗为1.96 MPa，则钻井液循环时井底压力状态为43.68 MPa，由于43.68 MPa>40.09 MPa表明井底压力状态大于地层漏失压力，因此发生井漏。

3 结论

（1）伊朗北阿区块主要漏失层位为Sarvak地层，地层顶深在2 800 m～3 200 m，厚度为700 m～1 000 m，岩性主要为石灰岩到含高岭土石灰岩，在钻遇该层段时应提前做好防漏堵漏的措施。

（2）伊朗北阿地区地层漏失通道主要为微小裂缝漏失，漏失类型主要为渗透性漏失和局部漏失，漏失程度严重。

（3）根据伊朗北阿地区地层漏失压差与漏失速度分布规律得到相应的漏失方程，建立了漏失压力模型，经过实际数据验证表明该模型的计算结果与实际相符，从而为伊朗北阿地区碳酸盐岩地层防漏堵漏提供了依据。

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Statistic analysis of leakage pressure of carbonate formation in the north Azadegan oilfield

MA Kedi1，2，LIU Bingshan1，WANG Xi1，JIANG Guancheng2，PING Liqiu1，FU Jin1，CUI Sheng1，2
（1.CNPC Drilling Research Institute，Beijing 102206，China；2.Key Laboratory of the Education Ministry of China，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

While drilling and cementing operation,severe well leakage often occurs in carbonate formation in the north Azadegan oilfield in Iran.So it is vital to reveal the leakage mechanism and determine the leakage pressure to prevent leakage.Based on the statistic of leakage of absorption wells of the north Azadegan oilfield in Iran,such as well depth distribution,working conditions,incidence of well leakage,and leakage path,primarily evaluatesthe leakage mechanism.According to the relationship between the leakage pressure differences and leakage velocity,corresponding leakage pressure model is established,and the model is verified by field data.The result shows that the main leakage path of carbonate formation is tiny crack,the main type of the losses are seepage losses and partial losses.Severe well leakage often occurs at the depth of the top strata between 2 800 m and 3 200 m,and the thickness is between 700 m to 1 000 m.The verification of the model shows that the calculation result is identical with the actual conditions,which lays a solid basis for leakproof and lost circulation in the north Azadegan oilfield.

carbonate；leakage mechanism；leakage pressure；drilling；lost circulation

TE256.1

A

1673-5285（2016）12-0006-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.12.002

2016－11-07

“海外复杂油气藏安全高效钻井技术集成与应用”中石油重点项目“中东地区防漏治漏及钻修井机管理技术集成与应用”课题部分研究成果，项目编号：2014D-4510。

马克迪（1991-），中国石油大学（北京）在读硕士研究生，现于中国石油集团钻井工程技术研究院实习，从事钻井液及钻井工程技术研究工作，邮箱：makedi@sina.cn。