防漏堵漏技术及循环堵漏短节在渤海潜山的应用

席江军，侯冠中，和鹏飞，牟 炯，史富全

1.中海石油（中国）有限公司天津分公司（天津300452）

2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司（天津300452）

■质量

防漏堵漏技术及循环堵漏短节在渤海潜山的应用

席江军1，侯冠中1，和鹏飞2，牟 炯2，史富全2

1.中海石油（中国）有限公司天津分公司（天津300452）

2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司（天津300452）

井漏是钻井作业中常见的复杂情况，处理不当会直接导致井塌、卡钻或者井喷事故。在渤海13区块探井和开发井作业中累计钻井9口，钻遇潜山地层均出现了或多或少的井漏问题。针对潜山地层物性特点，在井身结构设计方面，通过对地层三压力曲线分析，采用5级井身结构，实现东二段高压井段（孔隙压力系数1.35）与潜山低压段（孔隙压力系数1.10）分隔。在钻井液方面，在采用低密度的同时提高泥饼承压能力，并加入随钻封堵材料；在工具应用方面，采用Φ127.0mm循环堵漏短节配合螺杆马达钻具，成功实现了Φ152.4mm小井眼潜山地层高效钻进并形成了一套渤海潜山防漏、堵漏技术。

井漏；防漏堵漏；潜山；深井；海上油田

井漏是渤海钻井过程中面临的主要复杂情况，每年均有部分井由于发生井漏以及堵漏不成功导致卡钻等事故的发生[1-5]。渤海油田地层较为均质，油气开发的主要目的层从明化镇组往下至沙河街组以及潜山地层。对于开发层位位于潜山的油气井，潜山界面破碎型风化壳以及潜山裂缝、砂砾岩的发育是导致深部井漏的主要原因。长期以来，渤海油田对于井漏的预防和处置主要集中在钻井液技术方面，以钻井液中加入随钻小颗粒堵漏材料作为渗透性漏失的预防措施，针对钻具采取的应对措施较少。对于采用水平井模式开发的潜山井，一方面为实现水平井轨迹控制需要采用螺杆马达或者旋转导向等钻具；另一方面钻进潜山2～3m着陆时发生井漏则无法实现用该趟钻具堵漏，需要起钻更换简易大通径钻具。在渤海13区块探井和开发井作业中发生多次井漏问题，为保证调整井作业安全，根据油田地层特性深入分析，从井身结构设计、钻井液技术、现场操作以及最主要的是对螺杆马达钻具加入循环堵漏短节的钻具技术进行了研究和应用。

1 作业背景及基本数据

1.1 地质情况

渤海13区块沙河街组以上地层主要钻遇砂泥岩，下部中生界地层钻遇灰岩。自上而下依次钻遇第四系平原组，上第三系明化镇组、馆陶组，下第三系东营组、沙河街组和中生界。其中东营组二段、三段及沙河街组一段地层以厚层泥岩为主，沙一段底部发育一套生屑云岩储层，是本油田的主要目的层段。

潜山地层容易发生井漏的岩性是凝灰岩。凝灰岩是一种火山碎屑岩，主要是由火山碎屑物组成，质软多孔隙、外貌疏松、裂缝发育，具有孔隙裂缝双重介质特征。

1.2 地层压力

从表1可以看出，渤中13区块明化镇组、馆陶组地层孔隙压力、坍塌压力、破裂压力值均在正常范围内。进入东一段以后破裂压力较低，当量密度在1.47g～1.53g/cm3，东二下段开始孔隙压力逐步升高，出现异常高压，东二段和东三段破裂压力当量密度基本在1.60g/cm3以上，但个别层段当量密度低至1.40g～1.49g/cm3左右，易发生漏失。沙河街组地层坍塌压力当量密度高值在1.35g/cm3左右，破裂压力当量密度低值在1.49g/cm3左右。潜山地层坍塌压力较低，当量密度基本低于1.20g/cm3，破裂压力当量密度低值在1.46g～1.50g/cm3之间，有漏失风险。

表1 渤海13区块地层三压力当量密度

2 技术措施

2.1 井身结构优化

根据地层三压力曲线以及开发井作业情况，本次作业中利用Φ244.5mm套管封固至东二下段，封隔东一段和东二上段的低破裂压力段，使高低压分隔，避免在同一井眼。潜山段采用Φ152.4mm井眼单独揭开完钻。

1）Φ660.4mm井眼至300m左右，封隔淤泥和疏松砂土层，下入Φ508.0mm套管。

2）Φ444.5mm井眼钻进明化镇上段底部泥岩中，下入Φ339.7mm套管。

3）Φ311.1mm井眼钻穿东二上段，进入东二下段，不揭开高压层，下入Φ244.5mm套管。

4）Φ215.9mm井眼钻穿东三段及沙一段油层、进入潜山中完，下入Φ177.8mm尾管。

5）Φ152.4mm井眼钻潜山井段至完钻，下入Φ114.3mm尾管。

2.2 钻井液设计优化

1）钻井液密度优化[6]。选用的钻井液所产生的静液柱压力低于所揭开裸眼段中的最低破裂压力或漏失压力，高于地层最高孔隙压力。对于低漏失压力地层（潜山地层），可根据漏失压力大小，选用低固相钻井液（表2）。

表2 渤海13钻井液性能设计

2）环空压耗的控制。根据伯努利方程，影响环空压耗的主要原因包括钻井期间的排量以及钻井液性能（黏度等）。导致环空压耗增加的另外一个原因是有害固相的累计，钻进过程中如果岩屑不能及时带出井眼将增加钻井液的当量密度从而增加环空压耗，因此净化钻井液，降低当量钻井液密度是降低环空压耗的另一个重要措施。高渗透地层，降低钻井液滤失量（深井降低高温高压滤失量），改变泥饼质量。加重钻井液时，控制加重速度，防止钻井液的循环压力超过漏失压力或破裂压力[7]。

3）提高地层承压能力。针对孔隙型漏失层、轻微渗透性漏失层，进入漏层前，调整钻井液性能，增强钻井液的封堵能力，渤海常用材料为随钻封堵剂和单向封堵剂，这两种材料为微小颗粒材料（粒径小于3mm），能够通过井下MWD等精密仪器，具有一定的堵漏预防性质。

2.3 钻具组合优化

钻具组合设计应考虑几个方面因素：一是具有合理的环空间隙；二是具有较高强度并且能够满足5 000m左右深井出现复杂情况的处理；三是尽量降低水力消耗；四是能够实现发生井漏以后的堵漏处理，满足大颗粒物的通过；五是针对潜山段地层可钻性差的问题尽量提高钻进时效。

本区块潜山段Φ152.4mm井眼设计钻具组合如下。首选钻具组合：Φ152.4mmPDC钻头+Φ127.0mm螺杆马达（0.39°单弯角/Φ149.2mm直翼扶正套）+ Φ146.1mm稳定器+Φ120.6mm浮阀接头+Φ120.6mm无磁钻铤+Φ120.6mmMWD+Φ120.6mm无磁钻铤+ Φ127.0mm循环堵漏短节+Φ120.6mm钻铤×12根+ Φ120.6mm随钻震击器+变扣接头+Φ 101.6mm加重钻杆×14根+Φ101.6mm钻杆若干+变扣接头+Φ139.7mm钻杆若干。备用简易钻具组合：Φ152.4mmPDC钻头+ Φ120.6mm浮阀接头+Φ139.7mm稳定器+Φ120.6mm钻铤×12根+Φ120.6mm随钻震击器+变扣接头+ Φ101.6mm加重钻杆×14根+Φ101.6mm钻杆若干+变扣接头+Φ139.7mm钻杆若干。

2.4 循环堵漏短节的选用

首次在渤海引进了钻井循环旁通阀。钻井循环旁通阀设计用于放在精密的井下辅助钻具组合上方，如MWD和LWD工具，取芯筒和钻井马达。也可以作为井眼清洁工具下井，提高环空流速，使得高速流动的液体携带出杂物。

1）结构组成。该工具分为旁通阀和捕球筒两部分，旁通阀在上，捕球筒在下，靠丝扣连接。采用投球方式打开、关闭。

2）工作原理。需要时在关闭的状态下下钻，通过投开关球并施加泵压，打开工具水眼。此时流体直接由旁通孔流出从而可以提高泵速以增加环空流速。当需要时，再次投开关球并施加泵压，工具旁通孔被关闭，此时循环经由钻头。所有的投球均被下部的捕球器捕获，开关根据作业需要重复实现，周期数由捕球器的容量决定（图1）。

图1 循环堵漏短节工作原理示意图

3）加放位置。旁通阀和捕球筒可以直接连接，根据作业需要也可在旁通阀和捕球筒之间加入其他钻具。

4）工具特点。旁通阀打开以后分流比9：1或者8：2（大部分在上面出环空，小部分出钻头），受钻井液密度、黏度等性能变化影响较大，分流比会发生变化，必要时在旁通阀打开后可投入隔离球完全封闭钻头水眼的过流，工具特性参数见表3。

表3 循环堵漏短节性能参数

2.5 操作细化

1）接立柱钻进前，开泵要缓慢，小泵冲建立循环再逐渐提高排量钻进。

2）深井下钻过程中采取分段循环及钻具到底后，提离井底。小排量建立循环，逐渐提高排量循环，以便达到钻井液密度循环均匀，防止到底一次循环泵压过高，憋漏地层。

3）小井眼起钻时，在井况允许的情况下，开泵起钻，减少钻具抽吸压力[8-10]。

4）起钻或下钻时如遇卡或遇阻时，采用“一开、二通、三划眼”模式，开泵时要注意泵速，先采用小排量打通，然后逐步提高排量至划眼排量，划眼过程中控制送钻速度，避免因为发生憋压而导致憋漏地层。

3 现场应用与效果分析

以调整井中D井为例，说明其使用情况。

3.1 潜山段井漏的发生

1）井漏的发生。D井五开旋转钻进至5 117m，泵压突降1MPa，环空失返，判断井下发生漏失，迅速降低排量至300L/min，将钻具提离井底，监测循环漏速19m3/h。

2）堵漏处理。短起至4 673m，灌注泵连续灌浆，监测静态漏速为12m3/h；投堵漏短节开启球，以200L/min排量泵送到位，泵送期间监测循环漏失量为14m3/h；投堵漏短节隔离球，等待隔离球下落到位，期间计量罐监测静态漏速逐渐降为0。堵漏浆配方：随钻堵漏材料（20kg/m3）+单向封堵材料（20kg/m3）+大颗粒堵漏材料（40kg/m3）+井浆20m3，如图2、图3、图4。

3.2 循环堵漏短节的操作

现场使用的捕球器可容纳18个球（开关球各6对，对应隔离球6个），即可实现旁通阀6次开关。

1）投入Φ44.5mm的开关球，小排量开泵追球，不要超过追球的最大循环排量或立压参数值。

2）当球到达球座后，泵压上升，不要停泵泄压，继续缓慢打压至6.89MPa，稳压30s，打开旁通阀。

图2 随钻封堵材料颗粒

图3 单向封堵材料颗粒

图4 微大颗粒堵漏材料

3）缓慢打压至推荐剪切压力值10.34MPa，稳压30s，如果看不到泵压下降，再提高泵压3.45MPa，持续30s，每次增加都要持续30s，直到可以观察到泵压下降（图5）。

图5 地面测试时打开状态的旁通阀

4）隔离下部钻具。旁通阀打开后，投入外径为Φ43.1mm的隔离球，泵送隔离球时，使用与泵送开关球同样的排量，在开始泵入堵漏材料之前，要达到泵送开球相同的泵冲总数。

3.3 作业效果

该套技术在13区块两口调整井中均进行了应用，其中D井最深钻进至5 239m完钻，潜山井段钻进122m，顺利下入，E井钻进至4 716m，进入潜山段69m。通过防漏、堵漏技术措施的配套使用，两口井顺利达到地质油藏目的，完成开发任务。

4 结论

1）渤海潜山井段钻井作业，应采用防漏为主，堵漏方案准备充分的原则。预防井漏的措施可以从钻井液密度优选、随钻堵漏工具的应用等措施进行，从渤海13区块应用效果来看具有较好的应用效果。

2）循环堵漏短节在渤海潜山地层首次应用的结果表明，该工具和螺杆马达、PDC钻头的配合使用，一方面可提高钻井时效；另一方面为钻进过程中发生井漏提供了在钻井施工中堵漏的可行方案。

3）循环堵漏短节从目前现场的应用情况来看，对防漏、堵漏起到了重要作用，但实施过程中较为繁琐、耗时，尤其对于深井中，开关+隔离一组3个球，泵送过程时间较长，一定程度上延缓了井下复杂情况的处理速度。

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Lost circulation is a common complex case during drilling,improper handling can lead directly to borehole collapse,sticking or blowout.In drilling operation of 9 exploration and development wells in Bohai 13 block,there was more or less circulation loss when drilling in the buried hill formation.According to the characteristics of the buried hill formation,five-stage well structure was adopted in the operation of adjustment wells in this area,which implements the separation of high pressure section(the second member of Dongying Formation pore pressure coefficient is 1.35)with low pressure section(buried hill formation,pore pressure coefficient is 1.10)；the drill⁃ing fluid with low density and high mud cake pressure bearing capacity was used,and loss circulation material was added into it；the combination use of circulation loss plugging bypass tool with screw motor drilling tool successfully implemented the high efficiency drill⁃ing of 152.4mm slimhole in the buried hill formation.The three measures form a set of circulation loss prevention and plugging technolo⁃gy for the buried hill formation in Bohai.

circulation loss；circulation loss preventing and plugging；buried hill；deep well；offshore oilfield

贾强

2016-05-11

席江军（1982-），男，工程师，主要从事海洋石油钻井技术监督与管理工作。