伊拉克哈法亞油田Mishrif組碳酸鹽巖儲層防漏堵漏技術

謝春來，胡清富，張鳳臣，白忠衛，尹傳銘，司小東

（1.中國石油集團大慶鉆探工程公司國際事業部，黑龍江大慶163411；2.中國石油集團大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江大慶163411；3.中國石油集團大慶鉆探工程公司鉆井四公司，黑龍江大慶163411）

井漏為縫洞型碳酸鹽巖儲層鉆井過程中較為普遍的現象，是影響鉆井安全、鉆井效率和鉆井成本的重要因素[1]。因此，依據縫洞型儲層的漏失程度，研究針對性的防漏堵漏技術，尤其是開展針對惡性漏失的治理技術研究具有現實作用?？p洞型碳酸鹽巖儲層在國內分布比較廣泛，如四川盆地高磨區塊、新疆塔北區塊等碳酸鹽巖儲層裂縫發育，井漏嚴重，常規堵漏技術堵漏效果差，給鉆井作業帶來了嚴峻挑戰[2-3]。國外西亞地區、中東地區碳酸鹽巖儲層分布十分廣泛，如土庫曼斯坦南約洛坦氣田井漏問題嚴重，是制約該氣田高效、安全鉆井完井的主要因素[4]。近年來，國內針對碳酸鹽巖儲層鉆井開展了大量的研究工作，形成了縫洞型碳酸鹽巖堵漏技術[1]、碳酸鹽巖儲層井漏治理技術[5-8]等多套技術，提高了碳酸鹽巖儲層的鉆井成功率，降低了井下故障的發生概率。但是，未形成成熟完善的縫洞型碳酸鹽巖防漏堵漏技術，可供參考的文獻也不夠多。目前，隨著伊拉克哈法亞油田開發不斷深入，地層壓力虧空嚴重，鉆井面臨的主要難題是地層壓力系統復雜、存在多個漏層、防漏堵漏形勢嚴峻。

為此，筆者從哈法亞油田儲層地質特征入手，分析了裂縫類型和漏失因素，依據漏失速率統計結果，把目標區域定性劃分為完全漏失區、惡性漏失區、部分漏失區和滲漏區，針對不同類別的漏失區域進行了堵漏劑、堵漏漿配方和堵漏方案優選，并結合現場施工技術措施，形成了滲漏區和部分漏失區防漏堵漏技術、完全漏失區和惡性漏失區井漏治理技術，現場應用后，單井平均漏失量、堵漏次數明顯減少，堵漏成功率顯著提高，卡鉆和溢流等井下復雜情況得到有效控制，取得了較好的應用效果。

1 哈法亞油田儲層地質特征

1.1 地質和鉆井工程概況

哈法亞油田位于伊拉克東南部，含油面積288km2，油藏埋深1900.00～400.00m。目標區域為完整的背斜構造，含油層系較多[9]，自上而下鉆遇古近系、新近系、白堊系，主要巖性依次為砂巖、泥巖、膏巖鹽巖、灰巖和白云巖，共有8套油氣顯示[10]。目前，主要開采層位是Jeribe-Kirkuk組和Mishrif組。主力產層Mishrif組為低滲透油藏，以巨厚生物灰巖、白云質灰巖為主，夾薄頁巖層，地層溶洞、裂縫十分發育。油藏埋深 3000.00～3600.00m，采用四開井身結構，四開采用φ215.9mm 鉆頭鉆進，下入φ177.8mm套管（見圖1）。Mishrif組地層孔隙壓力系數1.15～1.18，破裂壓力系數1.65。從Shiranish組開始進入滲漏層，一直到完井始終處于漏失狀態。Mishrif組幾乎都存在漏失情況，近年來有3口井發生失返性漏失井壁坍塌埋鉆具的事故，目前井漏嚴重的問題未得到根本解決，已成為制約哈法亞油田碳酸鹽巖油氣藏勘探開發的主要問題。

圖1 Mishrif井井身結構示意Fig.1 Casing program of directional Mishrif Well

1.2 儲層地質特征和堵漏難點

哈法亞油田Mishrif組為碳酸鹽巖儲層，地層裂縫發育，孔隙度、滲透率較高，易發生漏失。儲層巖孔、洞和縫按照不同方式和規模構成了主要漏失通道，大致可分為天然致漏裂縫和非致漏裂縫、孔洞型裂縫和珊瑚礁型裂縫等3種類型[4]。鉆遇天然致漏裂縫和非致漏裂縫時，以高氣測值微漏或壓裂性漏失為主?？锥葱土芽p溶蝕孔洞發育，連通復雜，部分區塊發育半充填大型溶洞，鉆井過程中以失返性漏失為主，部分井有放空現象，且噴、漏、塌、卡等多重復雜情況并存。珊瑚礁溶洞和裂縫發育，地質條件復雜，多數井鉆進過程中容易發生失返性漏失，出現鉆具放空，氣液重力置換嚴重，鉆井過程中對井筒壓力有效控制難度大。

Mishrif組碳酸鹽巖儲層漏失通道復雜，導致堵漏難度大，主要表現在以下方面：

1）Mishrif組碳酸鹽巖屬于非均質巖溶伴生的縫洞系統，宏觀—微觀多尺度結構復雜，且應力擾動下裂縫動態寬度變化呈現出 “呼吸效應” ，不僅難以準確把握和選擇堵漏材料顆粒級配，而且對形成 “封堵隔墻” 的抗壓強度、膠結強度與回彈性能要求高，目前的堵漏技術很難實現以上要求。

2）碳酸鹽巖裂縫壁面光滑且漏失通道尺寸變化大，常規橋堵材料無法在近井壁漏失通道內架橋、填充堆積形成有效封堵帶。

3）碳酸鹽巖溶洞、大裂縫中常存在地層水或井筒流體，堵漏漿受到地層水或溶洞積液置換、稀釋的干擾，堵漏漿稀釋后難以固化。

2 漏失因素分析和漏失類型區域劃分

目標區域27口井的漏失情況統計結果表明，平均單井漏失量 472m3，單井最大漏失量達 2340m3；平均單井堵漏5次，最多堵漏12次。不同區域的漏失程度不同，因此分析研究不同區域的漏失程度和堵漏難度，對于確定堵漏方案十分必要。

2.1 漏失因素分析

漏失程度主要與地層裂縫、孔洞發育程度（即裂縫、孔洞的導流能力）密切相關。地層裂縫、孔洞的導流能力主要受裂縫寬度、接觸面特征和接觸端長度等自身特征影響，同時也受壓差、流體黏度等工程因素的影響。Zimmerman綜合考慮以上因素，給出了地層裂縫漏失速率的計算公式[2]，由該計算公式可知，裂縫漏失速率與裂縫接觸段長度、壓差呈線性關系，與裂縫寬度的三次方成正比，與鉆井液黏度成反比。即在正壓差相同情況下，裂縫越長越寬，漏失速率越大，反之漏失速率越??；鉆井液黏度越高，漏失速率越小，反之漏失速率越大。

2.2 漏失類型區域劃分

由目標區域27口井的漏失統計結果可知，不同區域漏失程度差異較大。不同井的漏失速率從小于5m3/h到大于30m3/h不等，因此利用雙狐繪圖軟件計算27口井的漏失速率，得到漏失速率等值線圖（見圖2）。通過總結分析，將漏失速率大于30m3/h的區域劃定為完全漏失區；漏失速率10～30m3/h的區域劃定為惡性漏失區；漏失速率5～10m3/h的區域劃定為部分漏失區；漏失速率小于5m3/h的區域劃定為滲漏區。這樣可以根據不同漏失區的漏失特征，進行針對性的防漏堵漏技術研究，為優選堵漏材料和堵漏漿配方奠定基礎。

3 不同漏失區的堵漏技術優選

結合哈法亞油田的儲層特征和現場實踐，總結和分析了不同漏失區的堵漏原理和思路，以及相應的防漏堵漏技術，并梳理破碎孔洞裂縫性儲層的嚴重漏失的治理難點，提出了相應的堵漏方案。

3.1 滲漏區和部分漏失區防漏堵漏技術

圖2 哈法亞油田漏失速率等值線圖Fig.2 Isogram of leakage rate in Halfaya Oilfield

裂縫性碳酸鹽巖地層主要發育天然致漏裂縫和非致漏裂縫[4]。天然致漏裂縫漏失特征為遇縫即漏，但漏失強度不高，若不及時有效地封堵，壓力傳遞可使天然裂縫尺寸和密度增大[11-12]，導致漏失不斷增大，直至惡化；非致漏裂縫可在井筒壓力擾動下發展成致漏性裂縫[13-16]。處理一般性裂縫漏失時，關鍵要及時有效地封堵隔絕壓力傳遞，其基本思路是以隨鉆防漏為主、堵漏為輔，立足于防，防不住再堵。鉆進過程中采用鉆井液防漏堵漏為主的技術手段，通過隨鉆不斷提高鉆遇地層的承壓能力，擴大漏失地層的安全密度窗口。

對于孔隙與微裂縫漏失儲層，綜合考慮漏失速率、井下鉆具鉆頭水眼和回壓閥尺寸及現場堵漏材料類別，結合漏失區域劃分結果，進行堵漏材料優選、堵漏材料復配試驗和儲層動態損害評價，形成了有效治理該類井漏問題的堵漏方案和系列橋堵堵漏漿配方（見表1）。優選出的堵漏材料主要有超細碳酸鈣、液體套管、磺化瀝青、油溶樹脂、纖維和橋接堵漏劑（粗、中、細）等。橋接堵漏劑包括云母、堅果殼、混合堵漏劑和超細碳酸鈣。

表1 堵漏方式和防漏堵漏配方優選Table1 Method and formula optimization for antileaking and loss circulation control

經過不斷優化和現場實踐，總結出滲漏區和部分漏失區的堵漏原則：漏失速率小于5m3/h時，采用隨鉆堵漏技術，包括全井方式和段塞方式；漏失速率大于5m3/h時，采用橋塞方式停鉆堵漏（見表1）?，F場施工時加強漏失監測，如果發現漏失，立即將排量降至0.8m3/min，實施堵漏。若漏失速率小于5m3/h，泵入 5m3隨鉆堵漏漿，嘗試繼續鉆進；若漏失速率大于 5m3/h，停止鉆進，泵入 10m3橋塞式堵漏漿。鉆井液密度是決定漏失壓差的主導因素，鉆井液密度越高，發生漏失的可能性越大或漏失越嚴重，因此在滿足井壁穩定和平衡地層流體的前提下，使用密度較低的鉆井液有利于防漏。發生井漏后，根據井下實際情況，適當降低鉆井液密度是處理井漏的有效手段之一。適當提高鉆井液的黏度和切力，尤其是提高鉆井液的靜切力，有利于防止或消除漏失。鉆進Shiranish組等可能發生漏失的層段時，鉆井期間應儲備40m3的膠液和膨潤土漿，同時儲備可實施不少于2次橋接或隨鉆堵漏的堵漏材料。2019—2020年的防漏治理效果表明，該配方堵漏漿的封堵能力強，承壓強度大，堵漏成功率高。

3.2 完全漏失區和惡性區漏失治理技術

哈法亞油田碳酸鹽巖儲層縫洞發育、連通性好且極其破碎，鉆井過程中易出現完全漏失和惡性漏失等嚴重井漏。針對完全漏失區，通過分析綜合錄井記錄的鉆井施工參數，發現從開始漏失到井壁剝落再到最后坍塌卡鉆，一般有10～15min甚至更長的時間。如果采取的措施得當，可以減緩井壁坍塌或不塌，再實施堵漏技術。治理的技術思路是：發現惡性漏失或失返性漏失時，立即大排量向環空灌漿，保持灌入量始終大于漏失量，確保液柱壓力不降低，維持井筒內壓力平衡，抑制或延長井壁坍塌時間，為大顆粒橋塞堵漏創造條件?，F場施工時，從鉆進Shiranish組開始，采用全井隨鉆堵漏方式，提高地層承壓能力。鉆至Mishrif組儲層頂部后起鉆，將定向鉆具組合更換為常規穩斜鉆具組合，鉆頭不安裝水眼，以確保大粒徑堵漏顆粒能夠通過。提前準備充足的鉆井液和大顆粒橋接堵漏劑，從鉆開儲層開始注意觀察，當發現漏失速率大于10～30m3/h或完全失返時，立即大排量向環空灌漿，以確保液柱壓力不降低，抑制或延長井壁坍塌時間。壓力穩定后起鉆至技術套管，觀察井壁是否穩定，具備堵漏條件后下鉆實施堵漏。穿過主力油層Mishrif組底部后，采用打水泥塞堵漏方式[17]，為鉆進下部地層奠定基礎。

在施工現場，常規鉆具組合下鉆到底后，首先注入5m3堵漏漿，提高地層的承壓能力后再鉆開儲層。鉆進中發生惡性漏失或完全失返時，立即通過計量罐和壓井管匯同時大排量向環空灌漿，必要時抽污水池中的污水灌漿，直至從井口返出液量，以確保液柱壓力不降低。起鉆觀察，在確定井壁不發生坍塌時再下鉆到井底，通過鉆柱注入10m3大顆粒復配橋漿堵漏，并一直活動鉆具，在環空未返出前不能停泵。然后，靜止6～8h，待堵漏成功后再恢復鉆進。通常，近200.00m長儲層井段平均要堵漏5～6次。最后，鉆過儲層后再實施水泥塞堵漏，為完成儲層下面約200.00m長的井段奠定基礎。

4 現場應用

2019年以來，Mishrif組碳酸鹽巖儲層防漏堵漏技術在哈法亞油田以Mishrif組碳酸鹽巖地層為目的層的21口定向井進行了應用，隨著防漏堵漏技術的不斷完善，平均單井漏失量29m3，平均單井實施堵漏措施1.3次，鉆井周期45.06d。與2016—2018年漏失量相比，鉆井液漏失量明顯減少，鉆井周期縮短8.5%，提速顯著。

XX0436D1井四開φ215.9mm井段從井深2000.00m 鉆至井深 2897.30m，鉆開 Mishrif組頂層時，發生失返性漏失，漏失鉆井液40m3，發生井壁坍塌埋鉆具事故，被迫打水泥塞，井眼報廢。為了完成側鉆井眼的施工，分析了鉆壓、懸重、扭矩和泵壓等施工參數的變化情況（見圖3），認為事故發生的主要原因是，對鉆遇地層的巖性和漏失程度認識和準備不足，發生失返性漏失時采取的措施不當。該井處于完全漏失區內，四開巖性依次為砂巖、黏土巖、石灰巖和白云巖，溶洞裂縫發育，鉆遇儲層時易發生惡性漏失。從圖3可以看出，從開始漏失到井壁剝落再到井壁坍塌卡鉆大致經歷了10～15min。

圖3 XX0436D1 井施工參數變化情況Fig.3 Variation of drilling parameters of Well XX0436

在此基礎上，制定了針對性的堵漏技術措施。側鉆井眼鉆至井深2885.00m時，起鉆將定向鉆具組合更換為常規穩斜鉆具組合，以保證大顆粒堵漏材料的通過性，同時鉆頭不安裝水眼，進一步擴大通過性。側鉆鉆具組合下至井底時，將鉆井液密度從 1.24kg/L 調至 1.23kg/L，并提前加入 5m3堵漏劑，以提高地層的承壓能力。鉆至Mishrif組頂部（井深 2894.00m）時發生惡性漏失，立即通過壓井管匯大排量向環空灌漿，保持液柱壓力穩定是防止剝落和坍塌的關鍵，直至有鉆井液返出。待鉆井液池液面穩定后開始起鉆至技術套管，在確定井壁穩定后，實施大顆粒橋漿堵漏方案。再次鉆進后，將漏失速率降至10m3/h左右，實施橋塞式停鉆堵漏6 次，鉆至主力油層 Mishrif組底部（井深 3155.00m）打水泥塞堵漏。從井深3155.00m鉆至完鉆井深3910.00m 始終滲漏，漏失速率 0.5～3.0m3/h，采用隨鉆堵漏技術堵漏。由于采取了一系列防漏堵漏技術措施，保障了側鉆井眼的順利施工。

5 結論與建議

1）根據漏失速率統計結果，將目標區域的漏失劃分為4個區域；針對不同漏失區，研究了針對性的防漏堵漏技術，為堵漏方式和堵漏漿配方的優選奠定了基礎。

2）發生失返性漏失時，立即大排量向環空灌漿，保持灌入量始終大于漏失量，以確保液柱壓力不降低，抑制或延長井壁坍塌時間；采用鉆頭不安裝水眼的常規鉆具組合，進行大顆粒復配橋漿堵漏和打水泥塞堵漏，堵漏效果較好。

3）建議借鑒伊拉克其他區塊的處理漏失方法，針對完全漏失進行儲層強鉆技術研究，以提高應對復雜情況的處理能力。

4）由于統計井的數量有限，不能完全反映整個油田的情況，本文給出的根據漏失速率劃分漏失區域的方法，只是一種研究思路。要進一步研究統計井數量和新老井漏失速率劃分的尺度。