鄂爾多斯盆地金鼎地區鉆井井漏原因及堵漏措施分析

梁衛衛，黨海龍，楊 江，鄧南濤，孫德瑞，崔鵬興

（陜西延長石油（集團）有限責任公司研究院， 陜西 西安 710075）

鄂爾多斯盆地金鼎地區鉆井井漏原因及堵漏措施分析

梁衛衛，黨海龍，楊 江，鄧南濤，孫德瑞，崔鵬興

（陜西延長石油（集團）有限責任公司研究院， 陜西 西安 710075）

井漏是鉆井過程中必須要解決的一項技術難題，其核心是鉆井液液柱壓力大于地層壓力產生的正壓差導致鉆井液向地層中孔隙、裂縫及溶洞等的漏失。針對鄂爾多斯盆地志丹金鼎地區具體沉積構造條件及探井井漏情況，分析金鼎地區鉆井井漏原因，指出該地區漏失層地層構造特征及鉆井工程因素是導致井漏的主要原因，同時對堵漏措施進行了分析，提出了針對性的堵漏措施，進而指導鄂爾多斯盆地金鼎地區鉆井施工。

鉆井；井漏；關井漏原因；堵漏措施

鉆井井漏是指在鉆完井過程中由于鉆井液液柱壓力大于地層壓力造成的井筒內流體漏失到地層中的一種現象[1]。目前，鉆井井漏根據漏失通道分為四大類，一是滲透型漏失，漏失速度小于10 m3/h；二是裂縫型漏失，漏失速度在20～100 m3/h，三是溶洞型漏失，漏失速度大于100 m3/h；四是復合型漏失。鉆井井漏主要造成鉆進無法正常進行，造成鉆時延誤，損失大量鉆井液及堵漏材料，造成鉆井事故，導致井眼出現縮徑、擴徑、垮塌現象，甚至導致井眼報廢，測井資料不能準確真實反應實際地質情況，假如井漏發生在油層段，則會造成油層的嚴重污染，致使后期油井開發受到很大影響。根據統計資料表明金鼎地區近年來所鉆探井及生產井均不同程度出現了鉆井井漏現象，井漏比例高達65%。針對鄂爾多斯盆地志丹地區兩口探井具體井漏情況，分別研究金鼎地區鉆井井漏的具體原因，同時結合具體井漏類型研究針對性的堵漏措施，增加鉆井井漏堵漏成功率，指導志丹地區后續鉆井施工。

1 地質概況

金鼎地區位于陜西省延安市志丹縣境內，位于陜北黃土塬區，地形起伏不平，溝、梁、峁、壑縱橫，植被不發育；海撥1 170～1 700 m之間；研究區構造位于鄂爾多斯盆地一級構造主體陜北斜坡中部，區域構造平緩，地層傾角不到 1°，坡降一般7～10 m/km，斜坡內部構造簡單，局部具有低幅度鼻狀隆起。研究區地層自上而下鉆遇第四系黃土層，下白堊系志丹統的環河組、華池組、洛河組、宜君組，侏羅系中統的安定組及直羅組，下統的延安組及富縣組，三疊系的延長組，其中延安組及延長組是研究區的主要含油層系，第四系黃土層與環河-華池組之間發育不整合面，環河-華池組、洛河組及延長組地層中發育大量水平及垂直裂縫及大孔道裂隙。

2 鉆井井漏分析參數

（1） 漏失類型

漏失類型是分析井漏的重要因素。根據鉆遇地層特征及泥漿漏失速度確定漏失類型，同時，鉆遇地層巖性是影響漏失類型的主要原因，粘土巖、砂礫巖、變質巖、碳酸鹽巖等巖性特征決定不同的漏失類型，粘土巖一般形成滲透型及裂縫型漏失，砂礫巖一般形成滲透型或者裂縫型漏失，碳酸鹽巖一般形成裂縫型及溶洞型漏失，以上漏失也可能是多種漏失類型形成的復合型漏失。

（2） 漏失層位深度

漏失點深度確定是進行鉆井井漏分析的首要條件，漏失層位深度確定方法主要包括綜合分析法、儀器測試（鋼絲測試）、觀察法及水動力學分析方法等[2,3]。目前主要使用儀器測試方法進行漏點深度探測，但由于各種原因導致漏失層段較多的井或者裸眼井等的深度確定存在一定困難。

（3） 漏失層位壓力

鉆井漏失是由于鉆井液壓力大于漏失層位承受壓力而產生井漏，因此研究漏失層位壓力對于合理配置鉆井液密度及確定開泵壓力等至關重要。目前針對于漏失層位壓力的確定方法主要包括儀器測試及水動力學方法兩大類，但以上測試方法所得壓力并不能與實際地層壓力完全一致，因此給堵漏造成影響[4]。

（4） 漏失通到尺寸

根據漏失類型及泥漿漏失速度確定漏失通道尺寸，同時通過儀器（井下聲波電視及井下照相法）測試獲取漏失通道尺寸，但由于條件限制使用很少，一般根據漏失速度大概確定的漏失尺寸不能真實反映地層漏失情況，導致不能選擇尺寸合適的堵漏材料[5,6]。

3 鉆井井漏原因分析

本次井漏分析主要從地質構造及鉆井工程兩大因素進行研究，同時結合事故井的具體井漏情況，分析該地區鉆井井漏原因。

3.1 事故井簡介

（1） 事故井1

事故井1是一口直井探井，設計完鉆層位延長組長10，設計井深2 210 m。該井于2013年8月5日一開，鉆至153.8 m處下表套，于8與8日二開，鉆至213 m處鉆井液返排量降至原始排量的1/3，采取邊堵漏邊鉆進方式繼續鉆至715 m處停鉆，堵漏材料主要為土粉、混合堵漏劑、高粘堵漏劑、CMC等。8月16日繼續鉆進至1 340 m處再次出現井漏現象，鉆井泥漿不返，停鉆進行堵漏作業，采用大量堵漏材料進行堵漏，再次開鉆泥漿不返，堵漏失敗；8月19日采取強鉆方式鉆至1 930 m處停鉆，進行三次堵漏，開鉆泥漿返排量較小，堵漏效果甚微；8月20日繼續開鉆鉆至2 000 m處停鉆堵漏，開鉆鉆至2173m處提前完鉆。本次井漏共采取4次堵漏作業，共漏失鉆井液1 200 m3，損失鉆井時間140 h。

（2） 事故井2

事故井2是一口直井探井，設計完鉆層位長10，設計井深2 130 m。該井于2013年8月8日一開，鉆至182 m處下表套，于8月11日二開，鉆至260 m處泥漿返排量降至原始排量1/3，采取堵漏加強鉆方式繼續鉆至660 m處停鉆；于8月14日進行二次堵漏，采取擠水泥固井方式進行堵漏，開鉆掃水泥塞后又出現漏失，直至泥漿不返，探測漏點深度180～182 m之間，正好位于表套套管鞋位置附近；8月16日進行三次堵漏，下鉆桿水泥固井，候凝掃水泥塞過程中泥漿不返，繼續探漏點為原始漏點位置，說明上次漏點未封堵；8月18日進行四次堵漏，架橋水泥固井，候凝后掃完水泥塞后泥漿不返，漏點未封堵；8月19日進行5次堵漏，全井水泥固井，候凝掃水泥塞過程中又出現滲漏，后期泥漿不返，堵漏失敗。

事故井2于8月26日搬井口重鉆，二開鉆進過程中又出現漏失，水泥固井過程中出現井下事故，決定廢棄。本次井漏共采取7次堵漏作業，損失鉆井液1 600 m3，損失鉆井時間576 h。

3.2 地質構造因素

（1）儲層中發育不整合面

通過地質露頭及臨井鉆井資料分析可知，第四系黃土層與環河-華池組之間存在不整合面，該不整合面膠結較為疏松，鉆井過程中泥漿不斷沖刷及起下鉆等壓力激動造成不整合面處地層破裂，容易產生裂縫型漏失或者大孔道裂隙型漏失，造成泥漿返排量明顯下降或者不返。圖 1為黃土層與環河-華池組之間不整合面。事故井1鉆遇黃土層底深為180 m，探測漏點位置為180～182 m之間；事故井2鉆遇黃土層底深150 m，探測漏點位置為155 m左右，正處于不整合面處。

圖1 黃土層與環河-華池組之間不整合面Fig.1 Uncomformable surface of loess layer and Huanhe-Huachi formation

（2）儲層中發育裂縫

根據地質露頭及臨井鉆井資料可知，環河-華池組、洛河組及延長組地層中發育大量水平及垂直裂縫，圖2、圖3為環河-華池組和洛河組地層中發育的裂縫及大孔道裂隙圖，從圖中可以看出，洛河組儲層中發育的大孔道裂隙及高角度垂直縫是造成鉆井泥漿不返的重要因素[7,8]。事故井2掃水泥塞過程中出現放空井段，很可能是鉆遇了大孔道裂隙，注入水泥由大孔道中全部漏失。

（3）漏失層位高含水

漏失層位高含水也是導致擠水泥固井失敗的主要因素之一，注入水泥不斷與地層水發生置換，導致無法形成封堵面較大，厚度較好的水泥餅。事故井2臨井同層測井曲線顯示高含水，導致堵漏過程中出現水泥置換，無法成功堵漏。

圖2 環河-華池組地層中發育的裂縫Fig.2 The fracture of Huanhe-Huachi formation

圖3 洛河組地層中發育的裂縫Fig.3 The fracture of Luohe formation

3.3 鉆井工程因素

鉆井過程中泥漿密度配置不合適導致井眼內液柱壓力大于地層承壓能力，尤其在第四系黃土層與環河-華池組之間的不整合面處，承壓能力更差；再加之鉆井過程中起下鉆速度過快、開泵不暢、多次循環泥漿等造成的瞬間壓力激動，都是造成地層發生滲漏的因素；同時，環河-華池組、洛河組及延長組地層中發育大量天然隱裂縫，在地層正常壓力下處于閉合狀態，當瞬間壓力激動或鉆井液柱壓力及大于裂縫開啟壓力時，裂縫開啟形成漏失；其次，鉆井操作不穩也是造成井眼反復漏失的主要原因，事故井2井第一次使用堵漏材料堵漏成功后，繼續鉆進一段距離后又發生漏失，主要是由于鉆井接單根過程中起下鉆過快，井眼內形成“負壓腔”，造成裂縫再次開啟。

4 堵漏措施分析與建議

鉆井井漏應以預防為主，盡量避免發生井漏后采取堵漏作業，可以通過明確鉆遇地層特征，設計合理的井深結構，優化鉆井參數及平穩鉆進等措施預防鉆井井漏。

4.1 堵漏措施分析

隨鉆堵漏是事故井1的主要堵漏措施。通過加入大量堵漏劑進行隨鉆堵漏，效果不明顯，再采取靜止堵漏方法堵漏成功后開鉆較短時間內又發生井漏，泥漿返排量較小；隨鉆堵漏過程中堵漏成功后10～24 h內漏失也容易反復發生，造成堵漏失敗。以上現象說明隨鉆堵漏方法具有一定的成功率，堵漏材料進入到不整合面裂縫內部一定距離，但沒能徹底堵死，后期由于壓力激動等因素造成裂縫重新開啟造成漏失；同時，多次堵漏造成不整合面裂縫完全開啟，造成鉆井泥漿只進不出。

擠水泥堵漏是事故井2的主要堵漏措施。該井在鉆遇不整合面出現漏失后采取隨鉆堵漏方式鉆進至660 m處停鉆，沒能在第一次漏失發生后進行徹底堵漏，造成后期裂縫完全開啟，增加了堵漏難度，隨后都采用擠水泥進行堵漏，但堵漏效果都不明顯，甚至出現鉆具放空現象，說明漏失層位漏失尺寸及漏失量均較大；同時，單純的橋塞堵漏泥漿很難提高地層的承壓能力，無論灌注多少水泥，始終無法形成質量合格的水泥塞以堵死漏失孔道[9]。

總之，本次事故井堵漏措施均沒有針對性，鉆井技術人員沒有認清漏失類型，沒有對漏失層壓力進行探測，僅僅依靠礦場經驗堵漏方法進行堵漏，具有一定的盲目性。

4.2 堵漏措施建議

鉆井過程中發生井漏之后，首先必須盡快明確漏失層位深度、漏失量大小等相關參數，進而制定針對性較強的堵漏方法及選擇尺寸合適的堵漏材料。

（1）非油層段

對于非油層段，不用考慮儲層污染，可采取隨鉆堵漏方法進行堵漏，堵漏材料可以選擇土粉、高粘堵漏劑、混合堵漏劑等常規材料，針對于漏失尺寸較大或漏失量較大的漏失層段，可以選擇一些如羊糞、核桃殼、鋸末、斷草節等惰性材料進行堵漏，這樣可以形成較為結實的堵漏墻；同時，采用加熱膨脹劑的纖維增韌水泥也可提高地層承壓能力，形成質量合格的水泥餅；其次也可以選擇清水強鉆方式，將巖屑帶入漏失層，起到堵漏的效果[10]。

（2）油層段

對于油層段，可以考慮采取欠平衡鉆井技術進行鉆進，從而確保井眼內液柱壓力低于地層承壓能力，如充氣鉆井、泡沫鉆井等方法可以進行應用。同時，鉆遇油層段時要平穩鉆進，盡量避免鉆井壓力激動，造成儲層污染。

5 結 論

（1）鄂爾多斯盆地志丹金鼎地區鉆井過程中容易發生不同漏失程度的井漏，尤其在第四系黃土層與環河-華池組之間發育的不整合面處、洛河組地層中井漏也較為嚴重，因此在鉆井施工前必須認真研究鉆遇地層的構造情況，分析易漏失地層特征，同時嚴格控制鉆井工程參數，確保平穩鉆過漏失層段。

（2）志丹金鼎地區淺層發育大量裂縫及大孔道裂隙，是造成鉆進井漏的地質因素，事故井具體漏失情況也表明該層段易發生鉆井滲透型漏失、裂縫型及大孔道裂隙型等復合型漏失；同時，延長組長2地層中易發生砂礫巖滲透型漏失。

（3）鉆井工程參數如鉆井液密度、鉆速、起下鉆及接單根速度、開泵泵壓及排量等參數是造成鉆井井漏的工程因素，因此鉆遇漏失層段時，要按照漏失層位壓力進行合理設計，保障平穩鉆進。

（4）針對本次事故井井漏的堵漏措施，堵漏技術及堵漏材料的選擇沒有針對性，造成多次堵漏均未見到明顯效果，同時造成鉆時延誤、損耗大量堵漏材料及固井水泥，增加了鉆井成本；針對非油層段及油層段，提出針對性的堵漏方法及選擇合適的堵漏材料是鉆井井漏堵漏的關鍵。

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［2］任茂，蘇俊霖，房舟，等.鉆井防漏堵漏技術分析與建議[J].鉆采工藝，2009，32(3)：29-30.

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［4］石林，蔣宏偉，郭慶豐.易漏地層的漏失壓力分析[J].石油鉆采工藝，2010，32(3)：40-44.

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Analysis on Reasons of Circulation Loss and Sealing Measures in Jinding area, Ordos Basin

LIANG Wei-wei，DANG Hai-long，YANG Jiang，DENG Nan-tao，SUN De-rui，CUI Peng-xing

（Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum(Group) Co.,Ltd., Shaanxi Xi’an 710075, China）

The circulation loss is a technology problem in the process of well drilling, its cores is positive pressure differential that the pressure of drilling fluid column is greater than the formation pressure, leading to drilling fluid loss from wellbore to pore, fracture and cave. In this paper, reasons of well circulation loss were analyzed through researching the sedimentary structure and the well circulation loss information of exploration well in Jinding Zhidan area of Ordos basin. It’s pointed out that the sedimentary structure condition and drilling engineering factors are the main reasons to cause the well circulation loss. At the same time, the sealing measures were proposed. The results could provide a guide for well drilling in Jinding area of Ordos basin.

Well drilling; Circulation loss; Reason of circulation loss; Sealing measure

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）03-0625-04

2014-10-16

梁衛衛（1987-），男，陜西西安人，助理工程師，碩士，2013年畢業于中國石油大學（北京）油氣田開發專業，研究方向：油藏地質建模及油藏動態分析。E-mail：liangwei871026@sina.com。