裂縫性地層鉆井技術研究

朱瑞春

（大慶鉆探工程公司鉆井四公司，吉林 松原 138000）

鉆井過程中經常有井下漏失現象發生。從歷史數據可以得知，大量的鉆井液漏失到地層中（漏失循環）會大幅度提高鉆井液施工成本并造成井下復雜問題。此外，漏失發生后采取的堵漏措施也容易對儲層造成損害。研究發現，漏失成本占總成本的10%～20%，而其中的90%的漏失都是發生在裂縫性地層中。鉆井液漏失的主要原因是天然裂縫或誘導性裂縫造成[1-2]。如果在鉆進過程中持續鉆遇大量天然裂縫，則可能會發生失返性漏失。

從油氣開采的角度來說，天然裂縫的存在可以大大提高儲層巖石的有效滲透率，從而提高產量，但從鉆井施工角度來說，天然裂縫的存在會使鉆井和固井作業以變得極為復雜[3-4]。因此，需要對裂縫性地層的鉆井技術進行優化改進，從而避免漏失問題的出現。

1 鉆井漏失的預防技術

預防性技術主要指提前通過計劃來減少或避免漏失的發生。當在天然性裂縫地層或在高滲透率地層進行鉆進時，不可能完全防止漏失，但是可以采取某些預防措施來減少漏失的發生，特別是那些可以避免誘發裂縫的預防措施。防止漏失的最有效方法是保持井底壓力等于或接近于地層壓力[5-6]。目前比較成熟的預防性鉆井措施主要有欠平衡鉆井技術、控壓鉆井技術和套管鉆井技術。

1.1 欠平衡鉆井技術

在常規鉆井過程中，井眼中鉆井液液柱壓力高于地層孔隙壓力。在某些情況下，尤其是鉆遇含有自然裂縫、孔洞和高滲透性地層的過程中，由于孔隙壓力低，可能導致鉆井液漏失。如果鉆井液液柱壓力低于孔隙壓力（欠平衡鉆井）則可以避免漏失現象的發生，為了實現當量循環密度小于地層孔隙壓力，需要采用較輕的鉆井流體，如油基鉆井液、空氣、霧化、泡沫或充氣鉆井液。在某些情況下，欠平衡鉆井是唯一可用的鉆井技術，并且由于存在多相流體流，它比常規鉆井或控壓鉆井更為復雜。過平衡鉆井中的壓力窗口介于孔隙壓力和裂縫壓力梯度之間，而欠平衡鉆井（UBD）中的壓力窗口介于井壁穩定壓力和孔隙壓力之間，因此，密度窗戶的大小將決定采用的鉆井技術。欠平衡鉆井的一個顯著優點是可以鉆穿破裂或衰竭儲層，并最大程度地減少鉆井液循環漏失，欠平衡鉆井所使用的鉆井液成本通常高于常規鉆井液，但在提高機械鉆速和鉆頭使用壽命的同時，還提高了鉆井成功率，總體而言，還是較為經濟的一種鉆井方案。

1.2 控壓鉆井技術

某些地層的孔隙壓力和破裂壓力之間的差異很小，對該類地層進行鉆井施工容易發生井漏或井噴等井下安全問題。通常在該類地層，可以采用增加套管層級的方法來進行施工作業，但過多的套管層級會大幅度增加鉆井成本。因此控壓鉆井技術作為一種有效控制環空壓力的技術，成為開發該類地層的主要選擇之一。

為了確保在狹窄的密度窗口范圍內安全鉆進，必須使鉆井液在靜態和動態的條件下均保持適當的壓力?？貕毫︺@井技術是一種可精確控制環空壓力的鉆井技術，通過精確控制可維持整個井眼中的壓力曲線在預期范圍內。通過配備旋轉控制設備（RCD）、止回閥（NRV）、連續循環系統（CCS）、連續循環閥（CCV）和回壓泵等控壓裝備，來實現對壓力的精確控制。

1.3 套管鉆井

套管鉆井也是一種相對新穎的鉆井技術，該技術使用套管代替鉆柱。因為可以同時完成鉆井作業和下套管作業，所以這種類型的鉆井方式成本較低、效率較高，近年來成為研究和應用的熱點。套管鉆井減少了鉆桿相關的施工成本，避免了在鉆進過程中可能發生的井下漏失、井壁失穩和井控問題。套管鉆井可以實現鉆井液的連續循環，可以大幅度減少因鉆井液靜止帶來的井壁穩定和井下漏失問題，節約大量的非鉆井時間。套管鉆井使用的套管直徑比常規鉆探中使用的鉆桿直徑大，這導致鉆井液在環空中流動的面積相對較小。在有限的環形間隙中，鉆屑會被壓碎，從而在套管和井壁之間形成更細的顆粒，使得套管鉆井比常規鉆井產生了更大的粒度分布，較高的泥漿顆粒濃度和較為寬泛的固相粒度分布，有助于通過“抹灰”作用橋接和封堵裂縫。因為大直徑套管與井壁的機械接觸將較小粒徑的鉆屑涂抹到井壁表面，有助于產生了薄而致密的泥餅，這層泥餅可以進一步防止鉆井液的流失。因此，在套管鉆井技術有利于提高井壁穩定性。

2 堵漏技術

在鉆探裂縫性和孔隙性碳酸鹽巖時，即使采用了先進的工藝技術往往也不能解決全部漏失問題。為此，相關科研機構從堵漏角度出發，通過使用觸變水泥漿、泡沫水泥塞、水泥—膨潤土—柴油漿、纖維橋聯材料、可膨脹材料和纖維材料等來封堵天然裂縫和誘發裂縫。封堵材料大小、類型和濃度的選擇對封堵效果起決定性作用。所用的封堵材料必須進入到巖石的孔隙或裂縫中才能發揮作用，而不是僅僅殘留在井壁表面上。

此外，在大多數情況下，堵漏成功率還在很大程度上取決于使用封堵材料時所制定的配套堵漏方案。在制定方案前，需要進行井眼穩定性分析、當量循環密度建模、確定漏失通道的幾何構型和鉆井液類型對堵漏材料的影響[7]。

堵漏前需要對每種堵漏材料的封堵效果進行測試。通常的方式是使用不同尺寸的縫板（1～5mm），將配制的堵漏漿在一定壓力下通過，測量30min的漏失體積。但傳統的堵漏材料很難封堵大于5mm的裂縫，此時需要使用聚合物凝膠或水泥塞才能起到預期的封堵效果。

3 結論和建議

（1）鉆井液漏失主要是天然裂縫或誘導性裂縫造成，井下漏失嚴重影響鉆井安全并提高了鉆井成本。

（2）從油氣開采的角度來說，天然裂縫的存在可以大大提高儲層巖石的有效滲透率，從而提高了產量，但從鉆井施工角度來說，天然裂縫的存在會使鉆井和固井作業變得極為復雜。

（3）防止漏失的有效方法之一是保持井底壓力等于或接近地層壓力。目前比較成熟的預防性鉆井措施主要有欠平衡鉆井技術、控壓鉆井技術、套管鉆井技術。

（4）目前常用的堵漏技術有觸變水泥漿、泡沫水泥塞、水泥—膨潤土—柴油漿、橋聯堵漏材料、可膨脹材料和纖維材料。封堵材料的大小、類型和濃度的選擇對封堵效果起決定性作用。