庫車山前鹽膏層鉆井液漏失成因類型判定

尹 達，劉鋒報，康毅力，郭 斌，羅 威，王 濤，晏智航

（1中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司油氣工程研究院2油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室·西南石油大學）

尹 達等.庫車山前鹽膏層鉆井液漏失成因類型判定.鉆采工藝，2019，42（5）：121-123

鉆井液漏失是油氣鉆井與完井過程中最嚴重的井下復雜事故之一。隨著油氣勘探開發轉向深部復雜地層，發生漏失事故更加頻繁，妨礙了安全高效建井［1-5］。漏失發生需要三個必要條件：正壓差、漏失通道及較大漏失空間、漏失通道開口尺寸大于外來工作液固相粒徑［6］。可見，漏失與鉆井液密度、鉆井液固相粒徑、地層壓力、地層孔、縫、洞發育情況等密切相關［7］。鉆井液液柱壓力超過巖石破裂壓力產生的張性縫，有較大的開度和長度，可導致嚴重漏失［8］。鉆遇地層中較大漏失通道時，較窄的安全密度窗口引起鉆井過程中井漏［9］。眾多科學研究和工程實踐表明，防漏堵漏須秉持“預防為主，防治結合”的思想，準確診斷鉆井液漏失主因是高效開展防漏堵漏作業的重要前提［10-11］。塔里木盆地庫車山前區塊鉆井期間鹽膏層承壓能力低，固井、鉆井漏失量大，嚴重影響固井質量和成本控制［12-15］。

本文從漏失原因出發，以塔里木盆地庫車山前區塊鹽膏層為例，對漏失進行分類，開展了庫車山前研究區工程地質特征和漏失實鉆數據分析，形成鉆井液漏失成因判定模型，明確了鹽膏層鉆井液漏失成因，對庫車山前工區的防漏堵漏工作具有重要意義。

一、鉆井液漏失成因

為有針對性地研究和解決庫車山前油氣區鹽膏層漏失問題，有必要對漏失成因進行分類。依據漏失發生原因進行分類，提出把漏失分為誘導破裂型漏失、裂縫擴展延伸型漏失、小型裂縫型漏失。

1.誘導破裂型漏失

誘導破裂型漏失是指在近井筒附近原地條件下未經擾動的巖石是完整巖體（不存張開裂縫）。若發生漏失，必須使地層產生裂縫并使其能夠延伸。漏失發生的原因是鉆井液液柱的有效壓力大于地層的破裂壓力使其產生裂縫，并達到裂縫傳播所需的壓力。

2.裂縫擴展延伸型漏失

裂縫擴展延伸型漏失指原地條件下井筒周圍存在張開的漏失通道，但在一定壓差內鉆井液固相不能自由進入漏失層。當鉆井液液柱壓力傳遞到裂縫面后由于正壓差的作用以及溫度、滲流等作用影響，使得裂縫擴展（裂縫寬度變大并延伸），鉆井液固相和液相進入地層的現象。井漏的發生是因為地層存在微裂縫及裂縫寬度對井筒壓力敏感，裂縫寬度超過鉆井液所能有效封堵的臨界寬度所致。

3.小型裂縫型漏失

小型裂縫型漏失是指存在與井筒連通的至漏裂縫，鉆井液在正壓差下自由進入地層的現象。漏失是因為存在漏失通道，鉆井液不能實現有效地封堵，當鉆井液液柱壓力大于地層壓力時，便會發生漏失。此類漏失又可分為可控漏失及不可控漏失。小型裂縫漏失是指常規堵漏技術可以堵漏成功的類型，往往伴隨裂縫擴展延伸致使常規的堵漏方法難以奏效。

二、鹽膏層鉆井液漏失特征

塔里木盆地庫車山前油氣區，庫車山前油氣區近4年共完鉆115口井，總計發生漏失101口（占完鉆總井數的87.8%），漏失總量9.45×104m3，損失總時間1 552.5 d。漏失井中平均單井漏失量936 m3，平均漏失損失時間15.4 d，井漏復雜影響鉆井周期5.91%。膏巖層、目的層地層承壓能力低，固井、鉆井漏失量大，嚴重影響固井質量和成本控制。近4年漏失統計結果表明，漏失主要發生鹽膏層、目的層和鹽上地層。其中鹽膏層漏失占全井段的56%，目的層漏失占28%。

1.漏失層特征

庫車山前古近系庫姆格列木群地層由上到下分泥巖段、膏鹽巖段、白云巖段、膏泥巖段和底砂巖段；鹽膏層巨厚鹽膏層普遍發育，深、厚、巖性復雜、孔隙類型多樣、孔縫尺寸跨度大、含高壓鹽水層，巨厚層狀泥巖、鹽巖、膏巖及三者的交互為特征［16］。膏鹽巖層不是十分純的膏巖或者鹽巖，內多夾薄層砂巖、白云巖等物性較好的特殊巖層，導致膏巖層內的壓力系統復雜。以克深區塊為例，鹽膏層埋深大于5 000 m，鹽膏層鉆井液密度2.45～2.57 g／cm3，地溫梯度（2.0℃～2.5℃）／100 m，鹽頂地層溫度多在105℃～150℃；鹽上地層巖性為砂巖和泥巖，鹽膏層及夾層巖性為泥巖和白云巖（發育層間裂縫），鹽下地層為泥巖、砂礫巖（微裂縫發育）［17-18］。

2.漏失嚴重程度

山前區塊近年完鉆的60余口井的漏失資料表明，鹽膏層段總的層位鉆井液漏失量為14 015.1 m3，堵漏漿漏失量為2 700.5 m3，總漏失量16 715.6 m3。鹽膏層各段漏失嚴重程度：膏泥巖段＞膏鹽巖段＞泥巖段＞白云巖段。

庫車山前區塊今年完鉆的鉆井資料表明，鹽膏層段總漏失事故162次，各層段漏失發生次數的大小關系為：膏泥巖段＞膏鹽巖段＞白云巖段＞泥巖段。

3.漏失發生作業過程

庫車山前區塊的鉆井資料表明，承壓堵漏漏失+下套管漏失+固井漏失：泥巖段（64%）＞膏泥巖段（30%）＞白云巖段（25%）＞膏鹽巖段（14%），鉆進漏失：膏鹽巖段（84%）＞白云巖段（75%）＞膏泥巖段（51%）＞泥巖段（27%）。

三、鉆井液漏失成因判定

鉆井工程中若要發生漏失現象則必然存在連通井筒與地層中漏失空間的一定尺寸的通道。裂縫欠發育地層，致密層發生漏失以誘導破裂型為主，發育微裂縫非至漏地層發生漏失以裂縫擴展延伸型漏失為主，裂縫發育且致漏地層發生漏失以小型裂縫型漏失為主。

漏失的分類體現了主客觀因素中的主要矛盾。從第一種漏失到第三種漏失，主觀因素影響逐步減弱，客觀因素逐漸成為漏失發生的主要原因，控制漏失的難度在逐漸增大。通過對漏失發生機理的分類，分析地質因素和工程因素聯合作用，形成鉆井液漏失成因判定模型如圖1。

誘導破裂型漏失往往發生在鉆高壓油氣層或壓井作業時，由于工作液密度過高壓裂低壓地層而發生漏失；下鉆、下套管時下放速度過快，或是在鉆頭、扶正器泥包的情況下，猛提猛放鉆具，造成壓力激動，將地層壓裂而發生漏失；地層承壓能力過低導致鉆井液壓裂地層。鉆進過程中發生漏失以裂縫擴展延伸型，小型裂縫型為主。對庫車山前構造下典型井井漏原因進行分析，見表1。

圖1 鹽膏層鉆井液漏失成因判定模型

表1 庫車山前鹽膏層典型井井漏原因分析

對庫車山前區塊鹽膏層各層段統計，分析各層段地質特征、漏失嚴重程度、漏失頻繁程度、漏失發生工況、裂縫發育特征等，應用鉆井液漏失成因判定模型，結果見表2。

表2 庫車山前區塊鹽膏層各層段漏失成因

四、結論

（1）從漏失發生的原因上認識漏失，對庫車山前區塊鹽膏層鉆井液漏失進行分類，把漏失分為：誘導破裂型漏失、裂縫擴展延伸型漏失、小型裂縫型漏失。

（2）統計并分析庫車山前區塊鹽膏層各層段地質特征、漏失嚴重程度、漏失頻繁程度、漏失發生工況、漏失速率、裂縫寬度等，揭示了鹽膏層漏失特征。

（3）對漏失發生機理的分類，分析地質因素和工程因素形聯合作用及各因素重要度，形成鉆井液漏失成因判定模型。

（4）明確了庫車山前鹽膏層不同層位漏失成因，泥巖段、膏鹽巖段、膏泥巖段主要漏失成因類型為誘導破裂型，次要漏失成因類型為裂縫擴展延伸型；白云巖段、砂礫巖段主要漏失成因類型為裂縫擴展延伸型，次要漏失成因類型為誘導破裂型。