南中國海深水區域井漏現狀及預防

李　彬　汪順文　王　彪　田　波（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳　518067）

南中國海深水區域井漏現狀及預防

李彬汪順文王彪田波
（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳518067）

與淺水鉆井相比，深水鉆井井漏的處理更加困難，預防井漏尤為重要。針對南中國海深水區域井漏頻繁發生的現狀，調查了已鉆井發生井漏的復雜情況，對漏失現狀進行了分析，包括易漏失時的作業工況及漏失性質研究等；結合南中國海深水典型的漏失案列，分析了本地區井漏的主要原因：深水壓力窗口小、ECD過高等；并根據南中國海深水井漏失的原因和特點，提出了相應的的預防和處理措施，希望對后續該區域深水井井漏的預防及處理提供一定的參考。

南中國海；深水井；井漏；預防措施

深水及超深水鉆井作業過程中有許多的挑戰。其中隨著水深的增加，地層破裂壓力會越來越低，地層壓力和破裂壓力之間的窗口變得很窄，經常導致在鉆進、下套管和固井等作業過程中發生井漏。與淺水作業相比，深水井漏的處理十分復雜，而深水鉆井作業費用又十分高昂，因此，深水作業過程中井漏的成功預防及控制尤其重要。

1　深水井漏及其危害

井漏對油氣勘探、開發和鉆井作業造成的危害極大，歸納起來有如下幾個方面：（1）損失大量的鉆井液，甚至使鉆井作業無法進行，井漏的嚴重程度不同，損失的鉆井液量也不一樣，少則十幾立方米，多則幾千甚至上萬立方米，尤其是深水井通常使用油基鉆井液，一旦漏失，損失不可估量；（2）無法及時維持井筒液面，造成隔水管內鉆井液丟失，隔水管受到海水與井筒內內外壓差的影響擠毀隔水管；（3）消耗大量的堵漏材料，堵漏是處理井漏的主要手段，往往一次很難見效，需要進行多次，會消耗大量的堵漏材料；（4）損失大量的鉆井時間，井漏到了一定程度，無法繼續鉆進，必須停鉆處理，少則幾十小時，多則十幾天甚至數月之久，深水鉆機作業日費較高，無法承受時間較長的井漏處理過程；（5）影響地質工作的正常進行，井漏發生后，尤其是失返井漏，鉆屑返不到地面，取不到隨鉆砂樣，對地層無法鑒別，若鉆遇的正好是油氣層，就會影響對油氣層資料的分析；（6）造成儲層的嚴重傷害，如果漏層就是儲層，由于大量鉆井液的漏入及大量堵漏材料的進入，肯定會對儲層造成嚴重的傷害；（7）可能造成井塌、卡鉆、井噴等其他井下復雜情況或事故。井漏后，井內液面下降，液柱壓力降低，使得井內液柱壓力不能平衡地層壓力，造成較高地層壓力中的油氣進入井筒，發生溢流或井噴。由于液柱壓力的降低，不能抗衡井壁應力，導致井塌甚至卡鉆。如果處理失當，還會導致部分井段或全井段的報廢。

2　南中國海深水區域鉆井漏失現狀分析

近年來在南中國海深水區域國內外作業者所鉆的40余口深水井中，共發生漏失事故17起，是發生次數最高的復雜情況，對鉆井作業造成了較大的影響。

2.1鉆進期間最易發生漏失

根據對南中國海區域已鉆深水井資料的統計，對不同作業階段發生井漏的次數進行對比，鉆進過程中發生漏失占59%，下套管過程發生漏失占18%，棄井注水泥塞過程中發生漏失占18%，起下鉆過程中發生漏失占5%。其中鉆進過程發生漏失最多。

2.2滲透性漏失發生最多

按照漏失通道分類，可以將漏失分為滲透性漏失、裂縫性漏失、溶洞性漏失3種。目前南中國海區域已鉆深水井所遇到的漏失大部分為滲透性漏失，裂縫性及溶洞性漏失發生次數較少。

3　典型深水井漏失案例

3.1案例一

南中國海某深水井，水深1 003 m，鉆?311.15mm井眼至1 625 m，鉆井液密度1 180.3 kg/m3，進行?339.73 mm套管鞋處地漏試驗，測得漏失當量鉆井液密度1 218.63 kg/m3，本井段預測地層孔隙壓力當量1 156.4 kg/m3，作業窗口非常狹窄僅62.3 kg/m3。

繼續鉆?311.15 mm井井眼至1 675 m，鉆進過程中，ECD 值在1 224.7 kg/m3之內沒有發生漏失，當ECD 值增到1 225.9 kg/m3，通過錄井EKD及泥漿池液面監測，發現漏失，起始漏失速度為9.5 m3/h。為了滿足下步井段的鉆進，在揭開產層之前需將地層承壓能力提高至1 258.2 kg/m3?，F場嘗試通過以下幾種方法提高地層承壓能力。

（1）加入隨鉆堵漏材料。加入隨鉆堵漏材料，循環池加入3%PF-SEAL、0.5%PF-LSF、0.5%PF-QWY。循環1周后，進行地層承壓測試，地層漏失當量鉆井液密度1 224.7 kg/m3，承壓測試不合格。

（2）固化堵漏鉆井液。配制固化堵漏鉆井液：海水+30%PFSTP+50%KCl。下鉆至井底，打通隨鉆堵漏工具旁通，關閉下部鉆具循環通道，泵入5.56 m3固化堵漏鉆井液，頂替至固化堵漏鉆井液出隨鉆堵漏工具旁通口，起鉆至1 603 m，關下萬能防噴器，固井泵通過鉆桿和壓井管線同時打壓，擠注固化堵漏鉆井液，共擠注3.97 m3，壓力穩定在0.62~0.65 MPa，漏失當量鉆井液密度1224.7 kg/m3，停泵憋壓，壓力最終穩定在0.34 MPa，承壓測試不合格

（3）LOCKSEAL 堵漏鉆井液。配制LOCKSEAL堵漏鉆井液：海水+20%PFLOCKSEAL。下鉆至1 671 m，泵入11.13 m3LOCK SEAL堵漏鉆井液，泥漿泵頂替至LOCKSEAL堵漏鉆井液出隨鉆堵漏工具旁通口，起鉆至1 504 m。關下萬能防噴器，固井泵通過鉆桿和壓井管線同時打壓，擠注4.78 m3LOCKSEAL堵漏鉆井液，壓力穩定在0.69 MPa，漏失當量鉆井液密度1 223.5 kg/m3，停泵憋壓，壓力最終穩定在0.41 MPa，承壓測試不合格。

（4）橋堵鉆井液。配制橋堵鉆井液：預水化膨潤土漿+15%PFSEAL，下鉆至1 673 m，泥漿泵泵入固化堵漏鉆井液4.78 m3及橋堵鉆井液4.78 m3，泥漿泵頂替至堵漏鉆井液出隨鉆堵漏工具旁通口。起鉆至1 541 m，關下萬能防噴器，固井泵通過鉆桿和壓井管線同時打壓，逐步打壓至1.31 MPa，停泵，穩壓1.24 MPa/5 min，地層未漏。測試地層承壓能力當量鉆井液密度為1 252 kg/m3，滿足繼續鉆進要求。

3.2案例二

南中國海某深水井，水深1 275 m，?444.5 mm鉆進過程中，鉆井液密度1 252 kg/m3，地質預測在井深約1 672 m處可能存在淺部氣層，控制ROP在15m/h以內鉆進，鉆穿可疑淺部氣層后，提高ROP繼續鉆進，ROP由15 m/h直接提高至40 m/h，ECD由1 132.4 kg/m3增加至1 143.2 kg/m3。鉆進至1 733 m，發現返出流量減少，活動池液面下降，立即停增壓泵，排查地面管線，期間活動池液面繼續下降，停止鉆進，將鉆具提離井底，逐漸降低排量，活動池持續下降，漏失速度約43 m3/h。

停泵，倒至計量罐，測靜止漏失速度12 m3/h，繼續靜止觀察1.25 h，漏失速度逐漸降低至無漏失。緩慢開泥漿泵，并逐步提高排量，ECD為1 127.6 kg/m3時，井口返出減少，泥漿池液面降低。停泵，井口液面下降，倒計量罐補漿。同時開始在配制1 024.5 kg/ m3鉆井液，隔水管循環降低鉆井液密度至1 084.5 kg/m3。繼續鉆進作業，控制ECD低于1 127.6 kg/ m3，泥漿池液面正常?；謴豌@進后逐步調整鉆具排量和增壓泵排量，嚴格監測ECD逐步來控制增加ROP 進行鉆進，同時鉆進過程中逐步加入隨鉆堵漏材料，保持接立柱期間不停增壓泵，司鉆開泵操作嚴格遵守逐步增加泵排量規定。結合ECD增加情況，及時劃眼控制ECD 增加。

4　深水井漏失原因分析

4.1深水壓力窗口窄

隨著水深的增加，上覆巖層壓力被海水水柱靜水壓力代替，巖石破碎壓力隨著水深的增加而減少，使得深水地層壓力窗口非常狹窄。最狹窄的一口井?444.5 mm井段作業壓力窗口僅為62.31 kg/m3，?311.15 mm井段作業壓力窗口僅為79.09 kg/m3。隨著水深的增加，海底沉積物越厚，海底表層沉積物膠結性越差，發生井漏的機率非常高。

4.2深水ECD的影響

深水井漏的另外一個主要原因就是ECD過高，超過地層漏失壓力，導致地層漏失，通常情況下引起ECD過高主要有以下幾個方面原因：

4.2.1鉆井液性能深水鉆井作業過程中，隔水管段較長，且海水溫度很低，隔水管內的鉆井液會被周圍海水冷卻。不管是水基、合成基或者是油基鉆井液，對低溫都是十分敏感的，低溫會導致鉆井液密度增加，流變性變化，進而導致ECD增大，產生漏失。

部分是使用的鉆井液密度不合適，哈斯基公司在南中國海所鉆深水井中，有幾口井的井漏原因是使用的鉆井液密度過高導致的。在設計時，根據經驗值，設計采用較高密度的鉆井液，在鉆進過程中隨著深度增加，ECD隨之漸漸增大，最終導致井漏。

4.2.2機械鉆速過快深水鉆井作業過程中，由于地層較軟、鉆頭攻擊性較強，并且深水鉆井平臺能力都比較強，一般可以達到很高的機械鉆速，因此可能會導致井眼清潔問題。鉆屑的產生速度大于了井眼清潔的速度，導致環空ECD升高，壓漏管鞋或者薄弱處地層。這種情況也發生在接立柱或者鉆速突變時，若環空有較多的鉆屑，特別是較大塊的鉆屑，停泵以后，這些鉆屑就會沉降在BHA位置附件。再次開泵時，產生的壓力激動也可能導致井漏的發生。

4.2.3壓力激動在起下鉆過程中，經常產生壓力激動。由于鉆頭或者套管尺寸較大，在下放過程中產生的激動壓力，導致管鞋處破裂。不僅僅下放速度影響激動壓力，同樣管柱的加速度也有很大影響，過高的加速度能引起比高速度下放產生更高的激動壓力。特別是在起下鉆遇阻時。經常會開泵劃眼通過，劃眼過程中遇阻，發生憋泵，導致井內瞬時壓力激動，使薄弱地層漏失。注水泥過程中，密度較高的水泥漿頂替了密度較低的鉆井液，由于U型管效應和較高的頂替速度，高流速產生的摩阻，會反作用于地層導致管鞋處破裂。

5　深水井漏失預防及處理

處理井漏的基本思路有3條：一是封堵漏失通道，即堵漏；二是消除或降低井筒與漏層之間存在的正壓差；三是提高鉆井液在漏失通道中的流動阻力。

深水井漏事故的處理主要原則在于預防，因此加強對地質條件的認知程度，提高壓力窗口預測精度［8］，優化井身結構設計，使用合理的鉆井液密度以防止井漏事故發生，降低井漏事故發生率，才能徹底解決井漏問題。

5.1合理設計井身結構

在進行深水井鉆井設計時，通過壓力預測研究，預測地層壓力剖面，根據地層孔隙壓力、破裂壓力、坍塌壓力和漏失壓力曲線，合理設計井身結構及套管程序，封固易漏地層，保證有合適的窗口，并備用一層套管。

某些井存在風險較高的斷層，在鉆遇斷層后，做地層承壓試驗，驗證地層承壓能力是否能夠滿足鉆進的要求，若不能滿足要求，采取措施提高地層承壓能力，仍無法提高地層承壓能力至設計要求的，則下入一層備用套管，保證后續井段作業窗口。

5.2控制ECD

5.2.1保持良好的鉆井液性能選用高性能的油基或者水基鉆井液，要求具有良好的懸浮和清除鉆屑能力，低溫下流變性能良好。目前在南中國海深水區域最常用的鉆井液體系有：MI的油基Rheliant體系、水基Ultradril體系、中海油服的水基HEM體系等。并且在作業過程中通過以下幾種方法減少低溫對流變性的影響：（1）分階段的短起下，定期循環和旋轉破壞凝膠；（2）開隔水管增壓泵，保持隔水管內的巖屑清潔；（3）執行分階段開泵程序減少壓力激動。5.2.2降低環空巖屑載荷（1）井下安全的前提下盡量采取低密度鉆進；（2）控制機械鉆速，降低鉆屑的產生速度；（3）選擇攻擊性較小的鉆頭。較小的切削齒，產生的鉆屑較小，可以降低鉆屑的沉降速度，現場資料顯示，使用合成基鉆井液時，選用小切削齒鉆頭，不用再降低機械鉆速；（4）在停泵接立柱之前簡短的循環，有助于減緩鉆屑的沉降；（5）鉆直井時，接立柱前將高黏度清掃漿墊在BHA以上，也能夠防止接立柱后開泵產生的壓力激動。鉆定向井時，高密度的清掃漿能夠更加有效的提高井眼清潔。

5.2.3使用自動灌漿浮鞋在下套管過程中，使用自動灌漿裝置能夠使鉆井液向阻力最小的方向流動，從而減少摩阻，降低激動壓力，降低了管鞋處破裂的風險。隨著自動灌漿浮鞋發展，已經能夠減少在下入過程中發生的漏失。

5.2.4應用水力學模擬軟件下套管和固井作業過程中，沒有一個環空壓力檢測儀器能夠檢測實時的環空壓力數據。水力學軟件已經發展到可以模擬實時的激動壓力，利用現場的測量數據和鉆井液性能參數判斷井下情況，計算產生的激動壓力。如果激動壓力接近地漏試驗值，就會發出報警，警告降低下放速度。利用精確的水力模型能夠提供給井隊一個詳細的下鉆速度表，控制下管柱的速度，保持ECD在之前所做地漏試驗壓力之下，減少在下套管和注水泥過程中管鞋處破裂的風險。

5.2.5使用連續灌漿裝置由于鉆井液懸浮能力不夠導致接立柱期間鉆井液中的巖屑下沉，而鉆井液又具有觸變性，這樣在連接好下個立柱，進行開泵時由于觸變性過大導致井漏，因此可以在接立柱期間通過連續灌漿裝置使得井筒內的鉆井液一直處于流動的狀態，巖屑不發生下沉，這樣就可以減少漏失的機會，尤其對于窗口較小的深水井。

5.3提高地層承壓能力

對于滲透性漏失層，在進入該層段之前，可以在循環鉆井液中加入隨鉆堵漏材料。在壓差作用下，進入漏層，封堵井壁附近的漏失通道，提高地層的承壓能力，起到防漏的作用。在鉆井液中加入提高地層強度的材料，在井壁上形成保護膜，來提高地層承壓能力，如FLC2000等。對于已出現漏失井段，也可通過向地層孔隙及裂縫中擠注堵漏材料，封堵漏失通道，提高地層承壓能力。

6　結論

（1）南中國海已發生井漏中，鉆進期間發生的頻率最高，占總漏失量的59%，且大部分為滲透性漏失。

（2）南中國海深水井漏主要是由壓力窗口窄小、ECD過高等原因造成的，在作業過程中應加強上述因素的監測。

（3）優化井身結構、控制ECD并采取一定措施提高地層承載力可有效的預防井漏的發生。

［1］胡海良，唐海雄，汪順文，等.白云6-1-1井深水鉆井技術［J］.石油鉆采工藝，2008，30（6）：25-28.

［2］董星亮，曹式敬，唐海雄，陳建兵，等.海洋鉆井手冊［M］.北京：石油工業出版社，2011.

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［4］POWER D, IVAN C D, BROOKS S W. The top 10 lost circulation concerns in deepwater drilling［R］. SPE 81133, 2003.

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［7］臧艷彬，王瑞和，張銳.川東北地區鉆井漏失及堵漏措施現狀分析［J］.石油鉆探技術，2008，39（2）：60-64．

［8］田波，周建良，劉正禮，等.南海深水探井破裂壓力計算模型研究［J］.化學工程與裝備，2014（11）：40-43.

（修改稿收到日期2014-12-29）

〔編輯付麗霞〕

Lost circulation status in deepwater of South China Sea and preventive measures

LI Bin, WANG Shunwen,WANG Biao, TIAN Bo
（Shenzhen Branch of CNOOC, Shenzhen 518067, China）

Compared with the case in shallow water drilling, the handling of lost circulation in deepwater drilling is more difficult, making it particularly important to prevent lost circulation. To address the status of frequent lost circulation in deepwater of the South China Sea, the complex conditions of the drilled wells are investigated and the leakage status is analyzed, including the operating conditions for easy leakage and the nature of leakage. In combination with the typical leakage cases in the South China Sea, the main causes for lost circulation in this area are analyzed: small deepwater pressure vessel, extremely high ECD, etc. prevention and treatment measures are proposed according to the causes and characteristics of deepwater wells leakage in the South China Sea in hope of providing some reference for the prevention and treatment of future deepwater wells lost circulation in this area.

South China Sea; deepwater wells; lost circulation; preventive measures

TE58

A

1000 – 7393（2015） 01 – 0111 – 04

10.13639/j.odpt.2015.01.028

國家自然科學基金“海洋深水淺層鉆井關鍵技術理論研究”（編號：51434009）和“深水鉆井表層套管噴射鉆進機理研究”（編號：51434009）。

李彬，1987年生。2008年畢業于西南石油大學石油工程專業，現從事海洋深水鉆完井工程設計和技術研究工作。電話：0755-26022422。E-mail： libin9@cnooc.com.cn。

2014-11-30）

引用格式：李彬，汪順文，王彪，等. 南中國海深水區域井漏現狀及預防［J］.石油鉆采工藝，2015，37（1）：111-114.