库车山前盐膏层钻井液漏失成因类型判定

2019-06-12刘锋报康毅力晏智航

钻采工艺 2019年5期

尹达，刘锋报，康毅力，郭斌，罗威，王涛，晏智航

（1中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司油气工程研究院2油气藏地质及开发工程国家重点实验室·西南石油大学）

尹达等.库车山前盐膏层钻井液漏失成因类型判定.钻采工艺，2019，42（5）：121-123

钻井液漏失是油气钻井与完井过程中最严重的井下复杂事故之一。随着油气勘探开发转向深部复杂地层，发生漏失事故更加频繁，妨碍了安全高效建井［1-5］。漏失发生需要三个必要条件：正压差、漏失通道及较大漏失空间、漏失通道开口尺寸大于外来工作液固相粒径［6］。可见，漏失与钻井液密度、钻井液固相粒径、地层压力、地层孔、缝、洞发育情况等密切相关［7］。钻井液液柱压力超过岩石破裂压力产生的张性缝，有较大的开度和长度，可导致严重漏失［8］。钻遇地层中较大漏失通道时，较窄的安全密度窗口引起钻井过程中井漏［9］。众多科学研究和工程实践表明，防漏堵漏须秉持“预防为主，防治结合”的思想，准确诊断钻井液漏失主因是高效开展防漏堵漏作业的重要前提［10-11］。塔里木盆地库车山前区块钻井期间盐膏层承压能力低，固井、钻井漏失量大，严重影响固井质量和成本控制［12-15］。

本文从漏失原因出发，以塔里木盆地库车山前区块盐膏层为例，对漏失进行分类，开展了库车山前研究区工程地质特征和漏失实钻数据分析，形成钻井液漏失成因判定模型，明确了盐膏层钻井液漏失成因，对库车山前工区的防漏堵漏工作具有重要意义。

一、钻井液漏失成因

为有针对性地研究和解决库车山前油气区盐膏层漏失问题，有必要对漏失成因进行分类。依据漏失发生原因进行分类，提出把漏失分为诱导破裂型漏失、裂缝扩展延伸型漏失、小型裂缝型漏失。

1.诱导破裂型漏失

诱导破裂型漏失是指在近井筒附近原地条件下未经扰动的岩石是完整岩体（不存张开裂缝）。若发生漏失，必须使地层产生裂缝并使其能够延伸。漏失发生的原因是钻井液液柱的有效压力大于地层的破裂压力使其产生裂缝，并达到裂缝传播所需的压力。

2.裂缝扩展延伸型漏失

裂缝扩展延伸型漏失指原地条件下井筒周围存在张开的漏失通道，但在一定压差内钻井液固相不能自由进入漏失层。当钻井液液柱压力传递到裂缝面后由于正压差的作用以及温度、渗流等作用影响，使得裂缝扩展（裂缝宽度变大并延伸），钻井液固相和液相进入地层的现象。井漏的发生是因为地层存在微裂缝及裂缝宽度对井筒压力敏感，裂缝宽度超过钻井液所能有效封堵的临界宽度所致。

3.小型裂缝型漏失

小型裂缝型漏失是指存在与井筒连通的至漏裂缝，钻井液在正压差下自由进入地层的现象。漏失是因为存在漏失通道，钻井液不能实现有效地封堵，当钻井液液柱压力大于地层压力时，便会发生漏失。此类漏失又可分为可控漏失及不可控漏失。小型裂缝漏失是指常规堵漏技术可以堵漏成功的类型，往往伴随裂缝扩展延伸致使常规的堵漏方法难以奏效。

二、盐膏层钻井液漏失特征

塔里木盆地库车山前油气区，库车山前油气区近4年共完钻115口井，总计发生漏失101口（占完钻总井数的87.8%），漏失总量9.45×104m3，损失总时间1 552.5 d。漏失井中平均单井漏失量936 m3，平均漏失损失时间15.4 d，井漏复杂影响钻井周期5.91%。膏岩层、目的层地层承压能力低，固井、钻井漏失量大，严重影响固井质量和成本控制。近4年漏失统计结果表明，漏失主要发生盐膏层、目的层和盐上地层。其中盐膏层漏失占全井段的56%，目的层漏失占28%。

1.漏失层特征

库车山前古近系库姆格列木群地层由上到下分泥岩段、膏盐岩段、白云岩段、膏泥岩段和底砂岩段；盐膏层巨厚盐膏层普遍发育，深、厚、岩性复杂、孔隙类型多样、孔缝尺寸跨度大、含高压盐水层，巨厚层状泥岩、盐岩、膏岩及三者的交互为特征［16］。膏盐岩层不是十分纯的膏岩或者盐岩，内多夹薄层砂岩、白云岩等物性较好的特殊岩层，导致膏岩层内的压力系统复杂。以克深区块为例，盐膏层埋深大于5 000 m，盐膏层钻井液密度2.45～2.57 g／cm3，地温梯度（2.0℃～2.5℃）／100 m，盐顶地层温度多在105℃～150℃；盐上地层岩性为砂岩和泥岩，盐膏层及夹层岩性为泥岩和白云岩（发育层间裂缝），盐下地层为泥岩、砂砾岩（微裂缝发育）［17-18］。

2.漏失严重程度

山前区块近年完钻的60余口井的漏失资料表明，盐膏层段总的层位钻井液漏失量为14 015.1 m3，堵漏浆漏失量为2 700.5 m3，总漏失量16 715.6 m3。盐膏层各段漏失严重程度：膏泥岩段＞膏盐岩段＞泥岩段＞白云岩段。

库车山前区块今年完钻的钻井资料表明，盐膏层段总漏失事故162次，各层段漏失发生次数的大小关系为：膏泥岩段＞膏盐岩段＞白云岩段＞泥岩段。

3.漏失发生作业过程

库车山前区块的钻井资料表明，承压堵漏漏失+下套管漏失+固井漏失：泥岩段（64%）＞膏泥岩段（30%）＞白云岩段（25%）＞膏盐岩段（14%），钻进漏失：膏盐岩段（84%）＞白云岩段（75%）＞膏泥岩段（51%）＞泥岩段（27%）。

三、钻井液漏失成因判定

钻井工程中若要发生漏失现象则必然存在连通井筒与地层中漏失空间的一定尺寸的通道。裂缝欠发育地层，致密层发生漏失以诱导破裂型为主，发育微裂缝非至漏地层发生漏失以裂缝扩展延伸型漏失为主，裂缝发育且致漏地层发生漏失以小型裂缝型漏失为主。

漏失的分类体现了主客观因素中的主要矛盾。从第一种漏失到第三种漏失，主观因素影响逐步减弱，客观因素逐渐成为漏失发生的主要原因，控制漏失的难度在逐渐增大。通过对漏失发生机理的分类，分析地质因素和工程因素联合作用，形成钻井液漏失成因判定模型如图1。

诱导破裂型漏失往往发生在钻高压油气层或压井作业时，由于工作液密度过高压裂低压地层而发生漏失；下钻、下套管时下放速度过快，或是在钻头、扶正器泥包的情况下，猛提猛放钻具，造成压力激动，将地层压裂而发生漏失；地层承压能力过低导致钻井液压裂地层。钻进过程中发生漏失以裂缝扩展延伸型，小型裂缝型为主。对库车山前构造下典型井井漏原因进行分析，见表1。