塔里木油田防漏堵漏技術進展與發展建議

王 濤，劉鋒報，羅 威，晏智航，陸海瑛，郭 斌

（中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒841000）

塔里木油田地質條件復雜，鉆井過程中易井漏，且井漏具有普遍性、多變性和復雜性等特點[1-2]。根據地質分析結果與實鉆情況，目前遇到的井漏類型較多——按漏失通道分，有孔隙性漏失、裂縫性漏失和溶洞型漏失等；按井漏原因分，有壓差性漏失、壓裂誘導性漏失和天然裂縫溶洞型漏失等。該油田防漏堵漏的重點和難點主要集中在庫車山前古近系鹽膏層、塔河南岸二疊系和奧陶系目的層，采用油基鉆井液鉆進可以減少庫車山前鉆井時的井下故障，大幅縮短鉆井周期；但油基鉆井液成本較高，如發生漏失則損失更大。為了進一步推動塔里木油田防漏堵漏技術發展，筆者分析了塔里木油田的井漏類型，總結了防漏堵漏技術的研究進展，針對目前面臨的防漏堵漏難題給出了技術攻關建議。

1 地層特征與井漏類型

塔里木盆地是在古生代地臺基礎上發展起來的中生代、新生代疊加型含油氣盆地，基底由褶皺強烈、變質程度很高的太古界和褶皺與變質程度較低的元古界組成，蓋層發育齊全，分布有第四系、新近系、古近系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系、奧陶系、寒武系、震旦系和前震旦系等地層[3-5]。塔里木油田位于塔里木盆地，不同地層對應不同的漏失類型，可總結歸納為以下幾種：

1）淺表層欠壓實粗礫巖、粗砂巖等地層的大裂隙貫通性漏失。庫車坳陷、塔北隆起和塔西南坳陷等地表粗礫巖、粗砂巖發育的區塊，若導管下深不足，則鉆井過程中常發生表層貫通性漏失，且漏失程度比較嚴重。

2）礫巖、粗中砂巖地層的滲透性漏失。井筒液柱壓力超過礫巖、粗中砂巖地層的孔隙壓力時，常發生滲透性漏失。該類型漏失遍布塔里木油田各區域，漏失程度相對較輕，易處理。

3）臺盆區二疊系裂縫孔隙性漏失。三疊系早期沉積的泥巖覆蓋在二疊系晚期經過風化剝蝕的凝灰巖層之上，形成角度不整合接觸，地層不整合接觸面往往裂縫極為發育，是井漏的主要漏失通道之一[6]；火山噴發時產生的大量碎屑顆粒經沉積壓實作用形成凝灰巖，其分選度與磨圓程度均較低，且顆粒之間膠結物質少，膠結作用較弱，導致凝灰巖承壓能力較低，易發生井漏；玄武巖結構復雜且非均質性強，形成過程中由于巖漿噴發、溢流、冷凝、結晶、構造運動和風化作用等因素，可在玄武巖內形成發育的孔隙和裂縫[7]，易發生井漏；二疊系底部存在砂泥巖互層，滲透性較好，易發生孔隙性漏失；受構造運動影響，二疊系往往還發育斷層，易發生裂縫性漏失。

4）臺盆區奧陶系縫洞型漏失。塔北奧陶系儲集體以裂縫性-孔洞型儲層為主，縫洞發育，洞穴主要為直徑大于20mm的溶蝕孔洞，易發生漏速非?？斓穆┦?。塔中奧陶系碳酸鹽巖油氣藏屬于超深縫洞型碳酸鹽巖凝析氣藏，碳酸鹽巖儲層為裂縫、巖溶孔洞和洞穴構成的復雜網絡孔隙系統，鉆井過程中常出現失返性漏失、放空性漏失及 “溢漏同層” 等復雜情況。其漏失類型主要為縫洞型漏失和洞穴型漏失，在空間規模上呈現 “串珠” 地震反射[8]。

5）庫車山前古近系鹽膏層誘導性裂縫漏失。鹽頂低壓層漏封或套管鞋附近水泥封固質量不好，提高鉆井液密度后，套管鞋附近地層承壓能力不足而發生井漏；鹽間存在薄弱層，承壓能力較低，難以承受平衡鹽層蠕變所需要的鉆井液液柱壓力（密度2.25～2.35kg/L），從而發生漏失；此外，欠壓實泥巖或高壓鹽水需要超高密度（密度≥2.35kg/L）鉆井液來平衡，易壓裂鹽間地層或下部泥巖地層，導致惡性井漏；鹽底卡層難度大，易鉆穿鹽膏層底板或提前鉆開目的層，高壓差誘導裂縫，導致發生惡性井漏，甚至卡鉆[9-11]。

6）庫車山前目的層裂縫性-誘導性裂縫漏失。庫車山前目的層普遍存在裂縫-微裂縫，且大多為高角度縫，微裂縫發育地層一般不會直接產生漏速非?？斓穆┦?，但是微裂縫在鉆井液液柱壓力作用下會不斷擴展，產生誘導性裂縫，造成漏失。

2 防漏堵漏技術進展

截至目前，塔里木油田防漏堵漏技術經歷了基礎體系建立和特色技術發展完善2個階段，形成了油基鉆井液防漏堵漏、高強度承壓堵漏、高壓鹽水層防漏堵漏和縫洞型漏失堵漏等技術。

2.1 基礎體系建立階段

1997年，塔里木油田巴楚地區在鉆井過程中頻繁遇到井漏問題，通過開展針對性的技術攻關，研究出針對不同漏速的隨鉆防漏漿和橋接堵漏漿配方，形成了巴楚地區目的層與非目的層防漏堵漏技術和現場操作規范，并在巴楚地區堵漏10多井次，均一次成功。

2001年，隨著克拉2氣田開發和對迪那氣田的評價，開始大范圍應用高密度鉆井液。從2003年開始，塔里木油田開展了中高密度鉆井液井漏控制技術研究，分析現場使用的19種橋接堵漏材料的粒徑分布、酸溶性及其對鉆井液性能的影響，并評價接堵漏材料的橋堵效果，篩選出10種材料作為塔里木油田常用橋接堵漏材料，并對其粒徑等性能指標進行了明確；研究出了不同地層、不同漏速、不同密度條件下的橋接堵漏漿配方?，F場應用結果表明，山地構造發生的高密度鉆井液井漏，一次堵漏成功率提高到了80%以上。

2006年，針對山地構造高壓高產氣層鉆井時發生嚴重井漏的問題，開展了高密度鉆井液防漏堵漏技術研究，形成了山地構造目的層高密度鉆井液井漏控制技術（包括隨鉆封縫即堵防漏技術、停鉆堵漏與承壓堵漏技術）。2007年，在迪那氣田開發井進行了現場試驗，初步取得成功。

2008年，塔里木油田編制完成井漏控制技術作業指導書，確定了井漏控制原則：1）井漏控制要堅持 “預防為主” 的原則；2）在預防失效的情況下，根據漏層位置、漏失特性和漏失程度，按照從簡到繁、從易到難的順序，選用適宜的堵漏技術（或措施）進行堵漏；3）目的層堵漏必須兼顧油氣層保護。在此基礎上，形成了塔里木油田早期常用的井漏控制與處理技術，包括井漏預防、隨鉆堵漏、停鉆堵漏、強鉆和注水泥漿等。該指導書還提出了不同類型、不同漏速下的井漏處理方法，不同地層、不同密度和不同漏速下的橋堵漿配方、橋堵漿配制工藝、堵漏施工工藝等，為庫車山前鹽膏層、目的層高密度鉆井液井漏控制提供了全方位的指導。

2.2 特色技術發展完善階段

隨著塔里木油田的勘探開發工作向庫車山前進一步推進，超深井、超高溫井、超高壓井越來越多，鹽層厚度由最大二三百米發展到四五千米。2010年，為解決庫車山前復雜地層的鉆井技術難題，采用了國外的油基鉆井液，取得了明顯成效；經過幾年的優化完善和配套技術攻關，2013年開始在庫車山前推廣應用油基鉆井液。針對地質復雜性帶來的井漏挑戰和油基鉆井液缺乏配套堵漏技術的問題，開展了一系列基礎研究工作，在高承壓堵漏技術、油基鉆井液防漏堵漏技術方面取得了顯著成果。截至目前，已初步建立了堵漏材料關鍵性能參數室內評價方法，形成了油基鉆井液防漏堵漏、高強度承壓堵漏、高壓鹽水層防漏堵漏和縫洞型漏失堵漏等技術。

2.2.1 堵漏材料關鍵性能參數室內評價方法

針對堵漏材料眾多，但缺乏關鍵性能評價指標及評價方法的現狀，進行了以下研究：

1）根據庫車山前區塊鹽膏層和目的層高溫、高壓、高地應力特征，明確了裂縫封堵層承壓失穩機理，進而選取了堵漏材料關鍵的幾何、物理、力學和化學性能參數，建立了堵漏材料粒度、圓球度、摩擦系數、抗壓強度、抗高溫能力、酸溶率等性能參數的系統評價方法，提出了各性能參數的分級指標，建立了庫車山前堵漏材料關鍵性能參數評價方法。

2）考慮庫車山前鹽膏層和目的層的漏失機理與漏失成因類型，按重要性對堵漏材料的性能參數進行排序，基于層次分析法確定堵漏材料各性能參數的權重，并根據堵漏材料性能參數評價結果，計算得到了各類型堵漏材料的評價分數。依據評分結果準確優選高性能堵漏材料，形成了庫車山前堵漏材料定量評分優選方法。

2.2.2 油基鉆井液防漏堵漏技術

前期應用實踐表明，油基鉆井液防漏堵漏具有自身特性，不能直接照搬水基鉆井液防漏堵漏技術。通過攻關研究，目前形成了以下認識：油基鉆井液重建地層破裂壓力的難度大于水基鉆井液；高摩阻堵漏材料能夠顯著提高油基鉆井液重建地層破裂壓力的能力，有助于在裂縫內形成封堵隔墻，同時提高封堵隔墻與裂縫壁面之間的摩阻，增強封堵隔墻的穩定性；巖心壓裂試驗表明，油基鉆井液壓裂巖心的破裂壓力比水基鉆井液低，油基鉆井液與地層巖石不潤濕，微觀裂縫內壓力釋放困難，更容易憋壓產生 “水力劈裂” ，繼而引起壓裂式井漏；根據油基和水基鉆井液組分分散性及體系潤滑性對堵漏效果的影響，指出油基堵漏體系需要重視親水堵漏材料的親油性改變，適當條件下可采用水基堵漏體系處理油基鉆井液漏失。

2.2.3 高強度承壓堵漏技術

針對鹽頂漏封、鹽間薄弱地層發育、鹽底提前鉆遇目的層等需要提高地層承壓能力的問題，研究形成了LCC、NT和FCL系列高強度承壓堵漏技術和沉淀隔離法堵漏技術。

1）LCC系列高強度承壓堵漏技術。LCC系列橋接堵漏劑具有抗壓60MPa、抗溫200℃、粒度分布范圍廣、材料自身密度可調等特點。室內評價結果表明，LCC系列高強度承壓堵漏漿可封堵5.0～8.0mm 縫板，抗溫 150℃，承壓 20.04MPa。該技術在吐北 401井的鹽層（鹽底井漏，井深 5308.00m，鉆井液密度 2.39kg/L）、目的層（井深 5469.00m，鉆井液密度1.80kg/L）進行了應用，均一次堵漏成功，承壓能力提高了8.0MPa。

2）NT系列高強度承壓堵漏技術。NT系列橋接堵漏劑是經高壓制造的片狀橋接堵漏材料，抗溫278℃，具有較好的化學穩定性。室內評價結果顯示，150℃溫度下，在鹽膏層該堵漏漿（密度2.35kg/L）的平均承壓能力為19.86MPa，在目的層該堵漏漿（密度 1.80kg/L）的平均承壓能力為 19.38MPa。該技術在克深133井的鹽層（井深7458.00m，鉆井液密度2.31kg/L）進行了應用，鹽層承壓能力提高了 8.2MPa。

3）FCL系列高強度承壓堵漏技術。FCL系列橋接堵漏劑由纖維和高強度復合金屬顆粒組成，進入漏層能很快形成網狀高強度復合體，封堵漏失層，提高承壓能力。室內評價結果顯示，150℃溫度下，在鹽膏層堵漏漿（密度2.35kg/L）的平均承壓能力為 20.55MPa，在目的層堵漏漿（密度 1.80kg/L）的平均承壓能力為20.02MPa。該技術在克深605井的鹽間薄弱層（失返性漏失，井深 5321.55m，密度1.95kg/L）進行了應用，鹽間薄弱層承壓能力提高了5.0MPa。

4）沉淀隔離法堵漏技術。鹽底發生漏失時，可采用沉淀隔離方法來提高井筒承壓能力，即注入 “高強度堵漏漿+惰性石灰石顆?！?的復合堵漏漿，惰性石灰石顆粒沉淀在井底實現物理隔離。

2.2.4 高壓鹽水層防漏堵漏技術

鉆遇高壓鹽水層時若提高鉆井液密度，鹽間薄弱地層會發生漏失；若降低鉆井液密度，鹽水層又會發生溢流。針對這一難題，研究形成了排水降壓技術、精細控壓鉆井技術和HTSD堵水堵漏技術。

2.2.4.1 排水降壓技術

排水降壓技術是在鉆遇高壓鹽水層后通過控制井筒環空液柱壓力，使地層鹽水流入井眼并將其循環至地面進行處理或分離的技術。高壓鹽水層若屬于透鏡體型圈閉（定容儲集體），采用合理的控壓排水方法，能夠降低鹽水層壓力，減少溢流和井漏的發生。排水降壓技術可降低鉆井液密度，但需要注意：1）控制好壓力逐步放水；2）只對定容鹽水（透鏡體）有效；3）僅適用于油基鉆井液條件。

排水降壓技術的要點是控壓、控量、多次。每次循環排水時控制套壓最高不超過5.0MPa；一個遲到時間內的鹽水侵入量控制在5～20m3，若侵入量較少，則逐漸全開節流閥或降低鉆井液排量放水；經過多次控壓排水，地層壓力不再明顯下降時，表明地層蘊藏的高壓鹽水能量較強，應結束排水降壓作業。

克深13井鉆至井深7138.40m時發生溢流，由于鉆井液密度高（2.55kg/L），后續鉆進過程中一直存在井漏，鉆至井深7275.89m時進行排水降壓，鉆井液密度降至2.37kg/L，順利中完。排水降壓技術通過降低鉆井液密度，降低了發生井漏等井下故障的風險。

2.2.4.2 精細控壓鉆井技術

精細控壓鉆井技術最早應用于臺盆區奧陶系碳酸鹽巖溢漏同層井段，2018年開始在庫車山前探索應用，解決了鉆井過程中溢漏頻發的問題，保障了復雜層段的安全鉆進。

針對奧陶系碳酸鹽巖溶洞、裂縫發育，儲層壓力敏感，經常溢漏同存，特別是水平井漏失嚴重的問題，在超深水平井中應用了精細控壓鉆井技術。其中，在塔中I號氣田應用了7口井，均實現了零漏失（見表1），在解決碳酸鹽巖 “窄密度窗口” 鉆井難題和保護儲層方面取得了顯著效果。

庫車山前復合鹽膏層采用排水降壓技術難以降低鹽水層壓力時，也可采用精細控壓鉆井技術。2018年起，在克深、大北區塊探索應用了精細控壓鉆井技術，為高壓鹽水層安全鉆井提供了有效手段。如克深9-2井在井深6898.00m鉆遇高壓鹽水層，鉆井液密度 2.64kg/L，放水 41 次，排水 1717.5m3，耗時49d，地層壓力無下降趨勢，最后嘗試采用精細控壓鉆井技術，鉆進169.79m，順利下套管封隔了鹽水層。

2.2.4.3 HTSD 堵水堵漏技術

2011年以來，臺盆區開發井采用LTSD堵劑進行堵漏/堵水，累計使用149井次，成功率達95%。該堵劑根據 “顆粒級配原理” 和 “顆粒緊密堆積理論” 研制，能在封堵層位置有效駐留，并能形成強度高、韌性好、有效期長、具有 “自愈合功能” 的固化體。該堵劑還具有抗竄、抗溫（180℃）、抗鹽（礦化度≥200000mg/L）等特點[12]。

以LTSD堵劑為基礎，研制了HTSD堵漏漿，性能評價結果顯示，該堵漏漿密度1.70～2.60kg/L，封堵強度 33～35MPa，抗溫 90～160℃，膨脹率1.9%～3.2%。HTSD堵漏漿具有很好的抗污染能力，而且稠化時間可通過加入外加劑靈活控制。

中秋1井是一口風險探井，五開鉆進時，上部蘇維依組承壓能力相對較低，在井深5477.00和5535.00m處均發生井漏，先后采用6次LCC高強度承壓堵漏技術、2次隨鉆堵漏技術、1次常規水基橋堵技術和1次油基橋堵技術，將鉆井液密度提高至2.19kg/L，地層不漏。但因鉆遇鹽巖地層，仍憋停頂驅，鉆井液密度仍不能滿足安全鉆井需求，提高密度則面臨井漏問題。若堵漏不成功，需提前下入套管；鹽膏層與目的層則需要采用小井眼鉆進，施工難度加大，易發生井下故障。最后，采用HTSD堵漏技術封堵了5543.00m以淺漏失嚴重層段，滿足了下一步安全鉆進需求，地層承壓能力達到6.2MPa（當量密度 2.30kg/L）。

表1精細控壓鉆井技術在塔中I號氣田的應用情況Table1 Application of precise pressure management drilling technology in the Tazhong I Gas Field

2.2.5 縫洞型漏失封堵技術

碳酸鹽巖地層鉆遇較大裂縫或孔洞時會發生惡性漏失，甚至鉆具放空。為此，研究形成了縫洞型漏失封堵技術，先使用投球堵漏技術將大通道變為小通道，然后使用中粗、細酸溶性堵漏材料顆粒填充、封堵。

縫洞型漏失封堵技術在8口井的10個漏層進行了應用，取得了較好封堵效果（見表2）。

表2 縫洞型漏失封堵技術應用效果Table2 Application effect of plugging technology for fracturecavity leakage

3 防漏堵漏難題及攻關建議

3.1 防漏堵漏主要難題

經過多年的發展，塔里木油田堵漏技術取得了很大進步，解決了許多井漏問題。但由于該油田探井較多且地層壓力系統復雜，井漏問題依然突出，仍存在諸多技術難題有待攻關研究。

總體而言，塔里木油田目前的漏失主要發生在庫車山前鹽膏層、塔河南岸二疊系和奧陶系目的層，以裂縫性和縫洞型漏失為主，主要表現在以下方面：

1）庫車山前地質條件復雜，鉆井（尤其是探井）時，一些地層的地層壓力、坍塌壓力、蠕變壓力等難以準確預測，鉆井液密度選擇困難，導致鉆井中頻繁發生井漏。

2）現有技術提高地層承壓能力有限（5～8MPa），不能滿足庫車山前高壓鹽水層正常鉆進及固井施工需求。鉆遇鹽間高壓鹽水層時，需超高密度的鉆井液來平衡高壓鹽水層壓力，但是往往會誘發鹽間薄弱地層發生漏失，堵漏失敗時又需要降低鉆井液密度，造成溢流和井漏反復交替發生。

3）油基鉆井液潤滑性好于水基鉆井液，更容易進入巖石弱面而產生水力劈裂，較之水基鉆井液更容易漏失。目前大部分堵漏材料為親水材料，適用于油基鉆井液的專用堵漏材料較為缺乏。

4）對于易漏地層的工程技術應對措施不足，主要表現在：庫車山前有些構造地層復雜，套管層序不足，只好將高低壓地層設計在同一開次；薄弱地層固井時的防漏工藝還有待完善；深井超深井停鉆堵漏起下鉆時間長，旁通閥等專用堵漏工具和漏點檢測儀器還沒有形成配套，堵漏效率低、周期長。

5）對于裂縫性和縫洞型漏失，由于缺乏井下裂縫形態（寬度、分布等）及洞穴形態資料，堵漏設計時針對性差，存在一定盲目性。

3.2 技術攻關建議

針對上述防漏堵漏難題，基于塔里木油田 “科學、精確、經濟” 的防漏堵漏理念，結合現場施工現狀，提出如下技術攻關建議：

1）進一步開展地質力學研究，加強地層預測，通過優化井身結構和完井工藝、設計合理的鉆井液密度等措施預防井漏。如：加強斷層預測，優選井位，以避開多套斷層；在高角度裂縫發育的易漏儲層，優化鉆揭井段，有較好油氣顯示時及時完鉆。

2）現有堵漏技術眾多，但是堵漏效果可復制性差，一次堵漏成功率低，且地層承壓能力提高有限。因此，需持續開發引進新型堵漏技術，提高應對井漏的能力。

3）豐富工程技術手段及配套堵漏工具，提高堵漏效率。如：開發引進膨脹管技術，封堵低壓易漏地層；在超深易漏井段推廣使用堵漏旁通閥，提高堵漏效率；對于窄壓力窗口地層，配套測壓接頭（PWD)，實時監測等效循環密度；調研漏點測量工具和儀器并開展現場試驗，使找準漏點成為堵漏前的標準工序；試驗推廣堵漏漿自供系統，減少堵漏漿浪費，提高堵漏施工效率。

4）基于大數據開發堵漏軟件，提高堵漏的針對性。如建設完善堵漏數據庫，編制堵漏設計和施工軟件，根據現場漏速及時給出堵漏配方及施工方案，提高堵漏的成功率。

4 結束語

塔里木油田的防漏堵漏應以防為主，防堵結合。防漏的關鍵是加強地質工程一體化研究，在精準預測地層巖性、三壓力剖面、裂縫斷層分布等的基礎上，優化井身結構，優選鉆井液密度，或提前采取精細控壓鉆井、超低密度鉆井液體系（密度低于1.0kg/L）等工程措施，避免井漏的發生。堵漏的關鍵有4點：一是認清漏失通道寬度等形態，對于裂縫性漏失，通過準確預測裂縫寬度提高堵漏成功率；二是加強堵漏配套工具研究，如漏點檢測儀、堵漏旁通閥等，提高堵漏成功率及效率；三是制訂堵漏施工現場操作規范，避免人為因素造成堵漏失??；四是持續研發、引進堵漏新技術，豐富堵漏技術手段。