苏里格南区块某井丛04井天然裂缝引起的严重漏失研究

董易凡

苏里格南区块从2011年进入开发阶段以来，共钻井400余口，有漏失记录的油井14口，主要漏层集中在刘家沟。根据苏里格南区块三维地震数据显示，从东北至西南有一条天然断层带且断层带上裂缝发育丰富。04井所在的某井丛以及过往发生漏失的井都在这个断层带上。某井丛目前有两口井存在漏失现象，04井为大井段严重漏失，07井为轻微漏失。在这条断层带上完井的井丛共有11口井出现过漏失现象，占总漏失井数的78.6%。而04井发生的大井段严重漏失，且主力漏层为石千峰地层的现象在苏里格南区块还是前所未有的。

1　井漏处理数据分析

1.1　井况概述

某井丛04井自2016年4月17日凌晨1点在刘家沟地层钻进至3 188 m首次发生漏失，井口失返，钻至完钻井深时共计37.13天，整个过程中共计漏失泥浆5 162 m3，日漏失量最高达540 m3，最高漏速为85 m3/h，主要的漏失地层为石千峰组。每钻遇新地层，都会有严重漏失产生。

该井的施工方主要使用的堵漏材料：单封DF-1，刚性随钻堵漏剂GZD-B、GZD-C、GZD-D，承压堵漏剂（膨胀植物纤维聚合物）MDF，综合堵漏剂。共计堵漏施工26次，其中打堵漏泥浆21次，共计553 m3，打水泥塞4次，共计64 m3，用固壁堵漏剂（GBF）1次35 m3。

在堵漏、钻塞与钻进的往复交叉之间，多个PDC钻头的复合片在进尺非常少的情况下严重损害，从起出的钻头外形分析，证实了还有另一个复杂工况需要处理：井下疑似落物。为了打捞落物，共计下入磨鞋3次，其中第1次未下入打捞杯，第2次与第3次均下入打捞杯（表1）。从打捞杯中发现有铁屑与PDC复合片碎齿。

2016年5月19日，在第4次钻塞至3 493 m时，钻头偏出原有井眼造出新井眼，考虑到井下落物问题尚未解决，决定放弃原来的井眼，继续钻进新井眼至完钻。在固井作业前漏速仍为2 m3/h。

表1　苏里格南区块某井丛04井钻头及打捞工具消耗概况

从首次漏失发生，共下钻27次，额外消耗12个PDC钻头。总体上，这次事故处理的管理是有提高空间的，而对漏失的反应处理上也有欠妥之处。最终意外的新眼井，方才去除了落物对钻头的影响，在较小的漏失情况下顺利完钻。

1.2　非正常生产时间（NPT）

04井NPT分析:

1）因为漏失所导致的NPT为23.47天，占该井总NPT比例为49.19%；

2）井下落物导致的NPT为6.6天，占总NPT比例为13.84%；

3）总的NPT占这口井的总钻井周期（从二开开始到完钻井深）为66.62%；

4）这口井的总施工时间超出目标周期25.71天（已超过一口1 400 m位移的完井周期）。

1.3　成本数据

根据处理04井复杂工况所耗费的时间与材料，及现有掌握的数据，核查增加成本大体如下：

1）超长的钻井周期所关联的额外每日钻机运营成本；

2）4个螺杆与2个MWD都在堵漏过程中被堵漏材料充满堵塞，导致了额外的工具返修成本；

3）井下落物导致额外9个PDC钻头的损坏（预估每个钻头5万元，9个钻头共计45万元）；

4）漏失泥浆总量5 162 m3，该井所用泥浆成本、添加剂成本与堵漏材料成本的总和为2 463 548元；

5）水泥浆堵漏相应的施工和材料成本。

2　井漏处理方法分析

2.1　地质预测与提示

目前对天然裂缝地层的准确预测，还有很大的难度。地质部门只能根据三维地震资料，圈定可能存在断层和天然裂缝的区域，做出粗略的预测与提示。但是对单井的具体裂缝发育、走向及宽度等信息，还没有行而有效的方法去获取，地质上存在很大的不确定性。这样就给实际的工程造成了一定的难度。一个井丛，由于每口井的方位不同，可能遇到的漏失程度也会不同。以某井丛9口井为例，也只有04井和07井有漏失现象。其中07井为轻微漏失，漏失层为刘家沟和石千峰但主要为刘家沟。在04井发生严重漏失后，如果有详尽的裂缝发育走向的信息，侧钻绕障控制漏失会成为现实。如果有裂缝宽度的信息，堵漏材料和方法的选择也会变得有针对性。不过04井的漏失经验给之后07井施工在地质上提供了借鉴。

2.2　井漏处理材料选择

针对不同漏失类型和机理，基于对此区块地质情况的了解和经验[1]，来选择不同控制漏失材料和方法显得尤为重要。施工方在处理此次漏失的过程中，一般都是先用随钻堵漏剂堵漏，效果不明显，然后起钻换光钻杆，采用综合堵漏剂+刚性随钻堵漏剂+单封+果壳+承压堵漏剂来控制漏失，这种以扩大颗粒直径分布的堵漏方法[2]对于天然裂缝地层有一定的效果，可是如果裂缝过大，只能控制漏速而不能完全封堵。所以只能采用水泥来封堵漏层。但是经过多次堵漏之后，由于没有准备针对天然大裂缝的更大粒径封堵材料，被迫沿用以上的方法，在钻遇新地层新漏层后，导致过多的起下钻次数以更换钻具组合、更换堵漏方法。

在漏失发生后，根据漏失的严重程度，通常采用减小泥浆比重或在泥浆里加入堵漏剂的方式来控制漏失，但是在以上方法不能成功时，有必要引入一种非泥浆体系[3]。这类非泥浆体系需要具备以下特征：

1）较低的初始黏度、较好的流动性，可以很好地流入漏失地层；

2）有足够大的最终剪切强度来抵抗漏点处的井筒压力差；

3）高温高压下的永久稳定性；

4）较低的比重以减小顶替时的静液柱压力；5）简便的地面混配。

针对苏里格南区块的实际情况和经验，有两种非泥浆体系适用于以上天然裂缝性地层。一种是固壁堵漏剂（GBF），另一种是触变水泥。

2.2.1非泥浆体系固壁堵漏剂

固壁承压封堵剂是一种集高失水、高强度、高承压和高酸溶集于一体的堵漏剂，堵漏浆液泵入井下遇到漏层在压差作用下迅速失水，很快形成具有一定初始强度的滤饼而封堵漏层。

堵漏原理：架桥+高失水+固化。采用固壁承压堵漏剂承压堵漏技术，以固壁承压封堵剂为主，配合粗、中、细颗粒状桥堵材料作为架桥粒子。施工过程中采取憋压的做法，针对漏失井段进行承压堵漏。堵漏浆配方：清水+32%GBF+5%云母（粒径3～5mm）+5%核桃壳（粒径5～17mm）。

固壁堵漏剂曾在苏里格南区块有成功的先例，在04井唯一一次的应用中也取得了很好的效果，一次堵漏成功缩短了作业时间。但是在实际应用中GBF也有一定的局限性：

1）成本相比其他堵漏材料较高；

2）不能与泥浆相兼容，泵送顶替过程中必须有前置液和后置液把它和泥浆相隔开，如果GBF被泥浆污染，黏度会瞬间增高，对作业造成风险；

3）需要与水混配，比重比较低，在储层段使用可能有井控风险。

在04井中，施工方由于以下几种原因没有继续使用GBF：

1）成本相比其他堵漏材料较高；

2）与供应商没有有效合同；

3）研发的同等功效的产品质量都差强人意。

2.2.2非泥浆体系触变水泥

针对常规水泥堵漏后依然存在轻微漏失的情况，也曾建议苏里格南区块使用触变水泥来堵漏，这是一种低成本而高效的堵漏材料。触变性水泥浆具有剪切作用下胶凝结构被破坏以及静止后胶凝结构快速恢复的特性，进入地层静止后便产生很大的剪切强度，从而提高水泥浆在地层中的均匀分布，形成更有效的封堵。以下是具体的触变水泥实验室模拟的结果。

水泥浆配方：华银水泥+5%BXF-200L（AF）+1.3%触变剂BCJ-200S+水+0.15%BXR-200L（ρ=1.89 g/cm3）。

75℃静置10 min静切力46 Pa、30 min静切力65 Pa。

流变性能测试：水泥浆流变测试体现出明显的滞后环，放置重新搅拌可恢复原来流变性能（表2）。

稠化性能测试：稠化时间175 min，过渡时间8 min，初始稠度24BC。稠化搅拌马达中途停机30 min，开机后稠度值升到35BC后回归正常。失水、强度：失水量（75℃、6.9 MPa）24 mL；75℃强度11.5 MPa(12 h)、25.4 MPa(24 h)。

表2　触变水泥流变性能测试

触变水泥与常规水泥在成本上相差无几，但是在封堵效果上由于触变水泥的良好触变性，使得其最终封堵效果大大好于常规水泥。但是以注水泥的方法封堵地层也有一定的局限性：

1）注水泥作业本身有一定的作业风险；

2）水泥凝固之后在钻塞过程中，由于水泥的强度硬度均大于地层，很可能造成侧钻；

3）钻塞过程推荐使用牙轮钻头，钻进过程使用PDC钻头，随着井身增加会导致起下钻换钻头的时间增加；

所以在常规堵漏能达到效果的情况下，不推荐使用注水泥的方法封堵地层。

2.3　井漏处理措施的选择

对于某井丛04井这种天然裂缝发育丰富的地层，通常最为有效的处理方法是在地面泥浆准备充足的情况下边漏边钻，或者在做好井控保护的同时盲打，以快速钻进通过漏层，然后一次性封堵。但是后来在井筒中发现疑似落物，阻碍了其快速钻进，故造成了更多的交替处理漏失和落物打捞的时间。造成了实际中只能钻开一段，立即控制漏速然后再钻开一段，再次控制漏失的方法。这样的井漏处理措施不是最佳的选择。而在之后意外侧钻后，快速通过漏层至完井验证了快速通过漏层方法的效果。

2.4　井漏次生井下复杂情况处理

通过对整个处理疑似井下落物的过程来看，3次磨鞋2次打捞杯的下入，并没有达到实际的效果，井下硬物损伤钻头的情况依然存在。从打捞的结果来看，有少量的铁屑但大部分是PDC的碎齿。究竟井底是什么样的落物，并没有一个确定的结论。但从起出的钻头损伤和整个落物处理过程来分析，原因很可能是由于施工方在钻塞过程中错误地选择钻头。为了少一趟钻，使用PDC钻头钻塞。但由于水泥塞硬度较大，用PDC钻头钻塞有很大的侧钻风险，再者如果井下掉块太多，一些硬质的掉块凝固在水泥之中，在PDC钻遇这些包裹在水泥石的硬物时更容易受到交变冲击载荷的影响而损伤并造成金刚石复合片崩裂。随着崩齿在井底的增多和累积，对新入的钻头也会造成极大的磨损。同时不断的PDC钻头牙齿的损伤也使井下落物情况越来越严重。就单从下入的处理工具来看，单一低效的打捞工具也是井下落物处理失败的重要原因之一。针对这种情况，带引鞋的落物打捞蓝要更为适用[4]。如果不是计划外的侧钻，整个施工处理时间还要往后延长。

2.5　应急管理和措施

面对这样突发性大面积天然裂缝漏失，处理起来难免会措手不及，在短时间内找不到有效的应对方法从而增加物质和时间的成本，所以相匹配的应急管理和措施显得尤为重要。成功的漏失控制必须建立在一套系统的完整的应急管理预案之上。应急管理预案包括两个部分：堵漏方法决定树和堵漏材料的储备管理[5]。通过现场的实际情况，针对不同的漏失程度和表现，根据决定树来选择不同的控制方法。当控制失败时进而根据决定树去实施另一种更具针对性的措施。但是堵漏的成功不只依靠有针对性的措施还依靠充足多样的堵漏材料供应链。堵漏材料的储备管理就是基于此建立起来的。根据不同的现场情况库房的调配能力大小，井队储备材料的分配等因素都需要考虑到应急预案中去。由于07井的方位也和断层裂缝带相交，在04井发生严重漏失后，施工方根据04井的经验建立了详尽的应急预案应用于07井。07井在控制漏失处理上明显要科学很多，节约了很多的时间。

3　结论

1）面对天然裂缝引起的严重漏失，地质部门在预测和风险提示上是有困难的。地质天然裂缝发育、走向及宽度的不确定性，给实际的漏失处理过程造成了很多不确定性因素。使得无论在堵漏材料准备还是堵漏方法的选择上都存在一定的盲目性。

2）以综合堵漏剂+刚性随钻堵漏剂+单封+果壳+承压堵漏剂扩大粒径分布的方式来应对这种天然裂缝引起的严重漏失还是有一定的效果，但是当裂缝宽度很大时，采用这种方式也只能控制漏速而不能完全封堵。基于对实际地质情况的了解和经验，选择有针对性控制漏失材料显的尤为重要。在没有更多针对大裂缝的大粒径堵漏材料可供选择的情况下，则有必要引入非泥浆体系的堵漏材料：固壁堵漏剂和触变水泥。但由于其各自的局限性，这些材料只能在常规堵漏材料都失效时再使用。

3）在地面泥浆准备充足的情况下边漏边钻，或者在做好井控保护的同时盲打，以快速钻进通过漏层，然后一次性封堵的方法，在应对天然裂缝引起的大面积井漏上有积极的效果。

4）疑似井下落物损伤钻头，造成交替处理漏失和落物打捞的复杂局面，使得快速通过漏层的措施无法应用。错误的钻塞钻头选择可能是导致事故发生的原因。而打捞过程中单一而低效的工具选择，导致了打捞工作的失败，从而耽误了更多的时间。所以在漏失发生的过程中，避免其他次生井下复杂情况是非常重要的。

5）详尽的漏失应急预案的建立和相关应急管理系统的完善，在很大程度上提高控制漏失的工作效率。充分的物资准备和有针对性的应急措施是应对天然裂缝大面积严重漏失的基础。

参考文献：

[1]Ali.Ghalambor.Integrated Workflow for Lost Circulation Pre⁃diction[J].SPE168123,2014,Feb26-28:8.

[2]Mortadha.Alsaba.Lost Circulation Materials Capability of Sealing Wide Fractures[J].SPE-172085-MS,2014,Sep10-11:10.

[3]B.vidick.How to Solve Lost Circulation Problems[J].SPE 17811,1988,Nov1-4:927.

[4]李大奇,康毅力,刘修善,等.裂缝性地层钻井液漏失动力学模型研究进展[J].石油钻探技术,2013,41(4):42-47.

[5]李大奇,刘四海,康毅力,等.天然裂缝性地层钻井液漏失规律研究[J].西南石油大学学报(自然科学版),2016,38(3):101-106.