伊拉克哈法亚油田Mishrif组碳酸盐岩储层防漏堵漏技术

◄钻井完井►doi:10.11911/syztjs.2020125
引用格式：谢春来，胡清富，张凤臣，等. 伊拉克哈法亚油田Mishrif 组碳酸盐岩储层防漏堵漏技术[J]. 石油钻探技术，2021, 49（1）：41-46.
XIE Chunlai ， HU Qingfu ， ZHANG Fengchen ，et al. Antileaking and lost circulation control technology for the Mishrif carbonate reservoir in the Halfaya Oilfield of Iraq [J]. Petroleum Drilling Techniques ，2021, 49（1）：41-46.
伊拉克哈法亚油田Mishrif 组碳酸盐
岩储层防漏堵漏技术
谢春来1
， 胡清富1
， 张凤臣1
， 白忠卫2
， 尹传铭3
， 司小东
1
（1. 中国石油集团大庆钻探工程公司国际事业部，黑龙江大庆 163411；2. 中国石油集团大庆钻探工程公司钻井二公司，黑龙江大庆 163411；3. 中国石油集团大庆钻探工程公司钻井四公司，黑龙江大庆 163411）
摘　要: 为了解决哈法亚油田Mishrif 组碳酸盐岩裂缝溶洞型储层钻进过程中钻井液漏失严重的问题，根据该油田的地质和地层特征，分析了裂缝类型、漏失因素和漏失程度，根据目标区域漏失速率统计结果，结合现场实际，进行了漏失类型区域划分；针对不同漏失类型区域优选堵漏材料和堵漏浆配方，形成了渗漏区、部分漏失区的防漏堵漏技术，恶性漏失区、完全漏失区的综合治理技术。

2019年以来，Mishrif 组碳酸盐岩储层防漏堵漏技术在21口定向井进行了应用，与前3年未用该技术时的平均水平相比，每口井平均漏失量由472 m 3
降至29 m 3
，复杂时率降低12.5%，钻井周期缩短8.5%，取得了良好的现场应用效果。

Mishrif 组碳酸盐岩储层防漏堵漏技术为解决其他区块碳酸盐岩裂缝溶洞型储层钻井漏失难题提供了技术途径。

关键词: 碳酸盐岩储层；防漏；堵漏；漏失类型；区域划分；哈法亚油田
中图分类号: TE28+
3 文献标志码: A 文章编号: 1001–0890（2021）01–0041–06
Antileaking and Lost Circulation Control Technology for the Mishrif Carbonate
Reservoir in the Halfaya Oilfield of Iraq
XIE Chunlai 1
, HU Qingfu 1
, ZHANG Fengchen 1
, BAI Zhongwei 2
, YIN Chuanming 3
, SI Xiaodong
1
(1. International Division, CNPC Daqing Drilling & Exploration Engineering Corp., Daqing, Heilongjiang, 163411, China ; 2. No.2Drilling Company, CNPC Daqing Drilling & Exploration Engineering Corp.; 3. No.4 Drilling Company, CNPC Daqing Drilling &Exploration Engineering Corp.; Daqing, Heilongjiang, 163411, China )
Abstract: In order to solve the problem of mud loss in the drilling operations of fractured-vuggy Mishrif carbonate reservoirs in the Halfaya Oilfield, we analyzed such elements as fracture type, leakage factors, and degree of leakage according to the geological and formation conditions of the Halfaya Oilfield. The target area was classified and then zoned in terms of leakage type based on leakage rate statistics and field investigation. In addition, plugging materials and formulas were optimized for different leakage zones, forming the prevention and control technology of the leakage and partial leakage areas as well as the comprehensive treatment technology for the massive leakage area and the complete leakage area. This technology was applied in 21 directional wells in Mishrif carbonate reservoirs since 2019 and resulted in a satisfying application effect. Compared with 2016-2018, the mud loss per well has dropped from
472 m 3 to 29 m 3
; complex well drilling dealing time rate has been cut by 12.5%; and drilling cycle has been reduced by 8.5%. This technology provides guidance in the form of a reference for solving the problem of mud loss in the drilling of fractured-vuggy carbonate reservoirs in other similar blocks.
Key words: carbonate reservoir; antileakage; loss circulation control; leak type; regional division; Halfaya Oilfield
井漏为缝洞型碳酸盐岩储层钻井过程中较为普遍的现象，是影响钻井安全、钻井效率和钻井成本
的重要因素[1]。

因此，依据缝洞型储层的漏失程度，研究针对性的防漏堵漏技术，尤其是开展针对恶性
收稿日期: 2020-06-21；改回日期: 2020-10-18。

作者简介: 谢春来（1968—），男，黑龙江大庆人，1989年毕业于长春地质学院应用地球物理专业，2000年获吉林大学沉积学专业硕士学
位，高级工程师，主要从事钻井技术管理工作。

E-mail ：*****************。

第 49 卷 第 1 期石 油 钻 探 技 术Vol. 49 No.1 2021 年 1 月
PETROLEUM DRILLING TECHNIQUES Jan., 2021
漏失的治理技术研究具有现实作用。

缝洞型碳酸盐岩储层在国内分布比较广泛，如四川盆地高磨区块、新疆塔北区块等碳酸盐岩储层裂缝发育，井漏严重，常规堵漏技术堵漏效果差，给钻井作业带来了严峻挑战[2–3]。

国外西亚地区、中东地区碳酸盐岩储层分布十分广泛，如土库曼斯坦南约洛坦气田井漏问题严重，是制约该气田高效、安全钻井完井的主要因素[4]。

近年来，国内针对碳酸盐岩储层钻井开展了大量的研究工作，形成了缝洞型碳酸盐岩堵漏技术[1]、碳酸盐岩储层井漏治理技术[5–8]等多套技术，提高了碳酸盐岩储层的钻井成功率，降低了井下故障的发生概率。

但是，未形成成熟完善的缝洞型碳酸盐岩防漏堵漏技术，可供参考的文献也不够多。

目前，随着伊拉克哈法亚油田开发不断深入，地层压力亏空严重，钻井面临的主要难题是地层压力系统复杂、存在多个漏层、防漏堵漏形势严峻。

为此，笔者从哈法亚油田储层地质特征入手，分析了裂缝类型和漏失因素，依据漏失速率统计结果，把目标区域定性划分为完全漏失区、恶性漏失
区、部分漏失区和渗漏区，针对不同类别的漏失区域进行了堵漏剂、堵漏浆配方和堵漏方案优选，并结合现场施工技术措施，形成了渗漏区和部分漏失区防漏堵漏技术、完全漏失区和恶性漏失区井漏治理技术，现场应用后，单井平均漏失量、堵漏次数明显减少，堵漏成功率显著提高，卡钻和溢流等井下复杂情况得到有效控制，取得了较好的应用效果。

1 哈法亚油田储层地质特征
1.1 地质和钻井工程概况
哈法亚油田位于伊拉克东南部，含油面积288 km2，油藏埋深1 900.00～400.00 m。

目标区域为完整的背斜构造，含油层系较多[9]，自上而下钻遇古近系、新近系、白垩系，主要岩性依次为砂岩、泥岩、膏岩盐岩、灰岩和白云岩，共有8套油气显示[10]。

目前，主要开采层位是Jeribe-Kirkuk组和Mishrif组。

主力产层Mishrif组为低渗透油藏，以巨厚生物灰岩、白云质灰岩为主，夹薄页岩层，地层溶洞、裂缝十分发育。

油藏埋深3 000.00～3 600.00 m，采用四开井身结构，四开采用ϕ215.9 mm钻头钻进，下入ϕ177.8 mm 套管（见图1）。

Mishrif组地层孔隙压力系数1.15～1.18，破裂压力系数1.65。

从Shiranish组开始进入渗漏层，一直到完井始终处于漏失状态。

Mishrif组几乎都存在漏失情况，近年来有3口井发生失返性漏失井壁坍塌埋钻具的事故，目前井漏严重的问题未得到根本解决，已成为制约哈法亚油田碳酸盐岩油气藏勘探开发的主要问题。

1.2 储层地质特征和堵漏难点
哈法亚油田Mishrif组为碳酸盐岩储层，地层裂缝发育，孔隙度、渗透率较高，易发生漏失。

储层岩孔、洞和缝按照不同方式和规模构成了主要漏失通道，大致可分为天然致漏裂缝和非致漏裂缝、孔洞型裂缝和珊瑚礁型裂缝等3种类型[4]。

钻遇天然致漏裂缝和非致漏裂缝时，以高气测值微漏或压裂性漏失为主。

孔洞型裂缝溶蚀孔洞发育，连通复杂，部分区块发育半充填大型溶洞，钻井过程中以失返性漏失为主，部分井有放空现象，且喷、漏、塌、卡等多重复杂情况并存。

珊瑚礁溶洞和裂缝发育，地质条件复杂，多数井钻进过程中容易发生失返性漏失，出现钻具放空，气液重力置换严重，钻井过程中对井筒压力有效控制难度大。

Mishrif组碳酸盐岩储层漏失通道复杂，导致堵漏难度大，主要表现在以下方面：
1）Mishrif组碳酸盐岩属于非均质岩溶伴生的缝洞系统，宏观—微观多尺度结构复杂，且应力扰动下裂缝动态宽度变化呈现出“呼吸效应”，不仅难以准确把握和选择堵漏材料颗粒级配，而且对形成“封堵隔墙”的抗压强度、胶结强度与回弹性能要求高，目前的堵漏技术很难实现以上要求。

ϕ762.0 mm 导管×24.00 m
ϕ914.4 mm 钻头×24.00 m
ϕ508.0 mm 套管×150.00 m
ϕ660.4 mm 钻头×150.00 m
ϕ339.7 mm 套管×1 363.00 m
ϕ444.5 mm 钻头×1 363.00 m
ϕ244.5 mm 套管×1 906.00 m
ϕ311.1 mm 钻头×1 906.50 m
ϕ177.8 mm 套管×3 585.30 m
ϕ215.9 mm 钻头×3 585.30 m
造斜点 2 200.00 m
图 1 Mishrif井井身结构示意
Fig. 1 Casing program of directional Mishrif Well
• 42 •石 油 钻 探 技 术2021 年 1 月
2）碳酸盐岩裂缝壁面光滑且漏失通道尺寸变化大，常规桥堵材料无法在近井壁漏失通道内架桥、填充堆积形成有效封堵带。

3）碳酸盐岩溶洞、大裂缝中常存在地层水或井筒流体，堵漏浆受到地层水或溶洞积液置换、稀释的干扰，堵漏浆稀释后难以固化。

2 漏失因素分析和漏失类型区域划分
目标区域27口井的漏失情况统计结果表明，平均单井漏失量472 m3，单井最大漏失量达2 340 m3；平均单井堵漏5次，最多堵漏12次。

不同区域的漏失程度不同，因此分析研究不同区域的漏失程度和堵漏难度，对于确定堵漏方案十分必要。

2.1 漏失因素分析
漏失程度主要与地层裂缝、孔洞发育程度（即裂缝、孔洞的导流能力）密切相关。

地层裂缝、孔洞的导流能力主要受裂缝宽度、接触面特征和接触端长度等自身特征影响，同时也受压差、流体黏度等工程因素的影响。

Zimmerman综合考虑以上因素，给出了地层裂缝漏失速率的计算公式[2]，由该计算公式可知，裂缝漏失速率与裂缝接触段长度、压差呈线性关系，与裂缝宽度的三次方成正比，与钻井液黏度成反比。

即在正压差相同情况下，裂缝越长越宽，漏失速率越大，反之漏失速率越小；钻井液黏度越高，漏失速率越小，反之漏失速率越大。

2.2 漏失类型区域划分
由目标区域27口井的漏失统计结果可知，不同区域漏失程度差异较大。

不同井的漏失速率从小于5 m3/h到大于30 m3/h不等，因此利用双狐绘图软件计算27口井的漏失速率，得到漏失速率等值线图（见图2）。

通过总结分析，将漏失速率大于30 m3/h 的区域划定为完全漏失区；漏失速率10～30 m3/h的区域划定为恶性漏失区；漏失速率5～10 m3/h的区域划定为部分漏失区；漏失速率小于5 m3/h的区域划定为渗漏区。

这样可以根据不同漏失区的漏失特征，进行针对性的防漏堵漏技术研究，为优选堵漏材料和堵漏浆配方奠定基础。

3 不同漏失区的堵漏技术优选
结合哈法亚油田的储层特征和现场实践，总结和分析了不同漏失区的堵漏原理和思路，以及相应的防漏堵漏技术，并梳理破碎孔洞裂缝性储层的严重漏失的治理难点，提出了相应的堵漏方案。

3.1 渗漏区和部分漏失区防漏堵漏技术
裂缝性碳酸盐岩地层主要发育天然致漏裂缝和非致漏裂缝[4]。

天然致漏裂缝漏失特征为遇缝即漏，但漏失强度不高，若不及时有效地封堵，压力传递可使天然裂缝尺寸和密度增大[11–12]，导致漏失不
>30 m
3
/h
10~30 m3
/h
5~10 m3/h
0~5 m3/h
图 2 哈法亚油田漏失速率等值线图
Fig.2 Isogram of leakage rate in Halfaya Oilfield
第 49 卷 第 1 期谢春来等. 伊拉克哈法亚油田Mishrif组碳酸盐岩储层防漏堵漏技术• 43 •
断增大，直至恶化；非致漏裂缝可在井筒压力扰动下发展成致漏性裂缝[13–16]。

处理一般性裂缝漏失时，关键要及时有效地封堵隔绝压力传递，其基本思路是以随钻防漏为主、堵漏为辅，立足于防，防不住再堵。

钻进过程中采用钻井液防漏堵漏为主的技术手段，通过随钻不断提高钻遇地层的承压能力，扩大漏失地层的安全密度窗口。

对于孔隙与微裂缝漏失储层，综合考虑漏失速率、井下钻具钻头水眼和回压阀尺寸及现场堵漏材料类别，结合漏失区域划分结果，进行堵漏材料优选、堵漏材料复配试验和储层动态损害评价，形成了有效治理该类井漏问题的堵漏方案和系列桥堵堵漏浆配方（见表1）。

优选出的堵漏材料主要有超细碳酸钙、液体套管、磺化沥青、油溶树脂、纤维和桥接堵漏剂（粗、中、细）等。

桥接堵漏剂包括云母、坚果壳、混合堵漏剂和超细碳酸钙。

表 1 堵漏方式和防漏堵漏配方优选
Table 1 Method and formula optimization for antileaking and loss circulation control
堵漏技术堵漏方式漏失速率/
（m3·h–1）
漏失区防漏堵漏浆配方
封堵裂缝
宽度/mm
最大承压
能力/MPa
随钻防漏堵漏全井式≤5
完全漏失、
恶性漏失
　高滤失钻井液＋2.0%～4.0%超细碳酸钙（800/
2 000目）＋0.6%～1.5%液体套管＋1.5%～2.0%
磺化沥青
≤1.0 3.0段塞式≤5
部分漏失、
渗漏
　高滤失钻井液＋3.0%～4.0%超细碳酸钙（800/
2 000目）＋2.0%～3.0%SDL-1＋1.5%软化变形
颗粒＋0.5%PCC
≤1.0 4.0
停钻堵漏桥塞式5～10部分漏失
　混合堵漏剂＋5.0%～7.0%桥接堵堵漏剂
（细）＋1.0%～2.0%变形粒子＋2.0%～5.0%
油溶树脂＋0.3%～0.5%纤维
≤2.0 5.0 10～30恶性漏失
　混合堵漏剂＋3.0%～6.0%桥接堵漏剂（中）＋
4.0%～7.0%桥接堵漏剂（细）＋3.0%～
5.0%超
细碳酸钙＋3.0%～5.0%油溶树脂＋0.5%～
1.0%纤维
≤3.0 5.0 >30完全漏失
　高黏度钻井液或含粗颗粒堵漏材料（云母、坚
果壳、混合LCM和QS-2）的高滤失钻井液
≤4.0 5.0
经过不断优化和现场实践，总结出渗漏区和部分漏失区的堵漏原则：漏失速率小于5 m3/h时，采用随钻堵漏技术，包括全井方式和段塞方式；漏失速率大于5 m3/h时，采用桥塞方式停钻堵漏（见表1）。

现场施工时加强漏失监测，如果发现漏失，立即将排量降至0.8 m3/min，实施堵漏。

若漏失速率小于5 m3/h，泵入5 m3随钻堵漏浆，尝试继续钻进；若漏失速率大于5 m3/h，停止钻进，泵入10 m3桥塞式堵漏浆。

钻井液密度是决定漏失压差的主导因素，钻井液密度越高，发生漏失的可能性越大或漏失越严重，因此在满足井壁稳定和平衡地层流体的前提下，使用密度较低的钻井液有利于防漏。

发生井漏后，根据井下实际情况，适当降低钻井液密度是处理井漏的有效手段之一。

适当提高钻井液的黏度和切力，尤其是提高钻井液的静切力，有利于防止或消除漏失。

钻进Shiranish组等可能发生漏失的层段时，钻井期间应储备40 m3的胶液和膨润土浆，同时储备可实施不少于2次桥接或随钻堵漏的堵漏材料。

2019—2020年的防漏治理效果表明，该配方堵漏浆的封堵能力强，承压强度大，堵漏成功率高。

3.2 完全漏失区和恶性区漏失治理技术
哈法亚油田碳酸盐岩储层缝洞发育、连通性好且极其破碎，钻井过程中易出现完全漏失和恶性漏失等严重井漏。

针对完全漏失区，通过分析综合录井记录的钻井施工参数，发现从开始漏失到井壁剥落再到最后坍塌卡钻，一般有10～15 min 甚至更长的时间。

如果采取的措施得当，可以减缓井壁坍塌或不塌，再实施堵漏技术。

治理的技术思路是：发现恶性漏失或失返性漏失时，立即大排量向环空灌浆，保持灌入量始终大于漏失量，确保液柱压力不降低，维持井筒内压力平衡，抑制或延长井壁坍塌时间，为大颗粒桥塞堵漏创造条件。

现场施工时，从钻进Shiranish组开始，采用全井随钻堵漏方式，提高地层承压能力。

钻至Mishrif组储层顶部后起钻，将定向钻具组合更换为常规稳斜钻具组合，钻头不安装水眼，以确保大粒径堵漏颗粒能够通过。

提前准备充足的钻井
• 44 •石 油 钻 探 技 术2021 年 1 月
液和大颗粒桥接堵漏剂，从钻开储层开始注意观察，当发现漏失速率大于10～30 m3/h或完全失返时，立即大排量向环空灌浆，以确保液柱压力不降低，抑制或延长井壁坍塌时间。

压力稳定后起钻至技术套管，观察井壁是否稳定，具备堵漏条件后下钻实施堵漏。

穿过主力油层Mishrif 组底部后，采用打水泥塞堵漏方式[17]，为钻进下部地层奠定基础。

在施工现场，常规钻具组合下钻到底后，首先注入5 m3堵漏浆，提高地层的承压能力后再钻开储层。

钻进中发生恶性漏失或完全失返时，立即通过计量罐和压井管汇同时大排量向环空灌浆，必要时抽污水池中的污水灌浆，直至从井口返出液量，以确保液柱压力不降低。

起钻观察，在确定井壁不发生坍塌时再下钻到井底，通过钻柱注入10 m3大颗粒复配桥浆堵漏，并一直活动钻具，在环空未返出前不能停泵。

然后，静止6～8 h，待堵漏成功后再恢复钻进。

通常，近200.00 m长储层井段平均要堵漏5～6次。

最后，钻过储层后再实施水泥塞堵漏，为完成储层下面约200.00 m长的井段奠定基础。

4 现场应用
2019年以来，Mishrif组碳酸盐岩储层防漏堵漏技术在哈法亚油田以Mishrif组碳酸盐岩地层为目的层的21口定向井进行了应用，随着防漏堵漏技术的不断完善，平均单井漏失量29 m3，平均单井实施堵漏措施1.3次，钻井周期45.06 d。

与2016—2018年漏失量相比，钻井液漏失量明显减少，钻井周期缩短8.5%，提速显著。

XX0436D1井四开ϕ215.9 mm井段从井深2 000.00 m钻至井深2 897.30 m，钻开Mishrif组顶层时，发生失返性漏失，漏失钻井液40 m3，发生井壁坍塌埋钻具事故，被迫打水泥塞，井眼报废。

为了完成侧钻井眼的施工，分析了钻压、悬重、扭矩和泵压等施工参数的变化情况（见图3），认为事故发生的主要原因是，对钻遇地层的岩性和漏失程度认识和准备不足，发生失返性漏失时采取的措施不当。

该井处于完全漏失区内，四开岩性依次为砂岩、黏土岩、石灰岩和白云岩，溶洞裂缝发育，钻遇储层时易发生恶性漏失。

从图3可以看出，从开始漏失到井壁剥落再到井壁坍塌卡钻大致经历了10～15 min。

开始漏失
剥落坍塌
卡钻埋钻具
悬重
钻压/kN
图 3 XX0436D1井施工参数变化情况
Fig.3 Variation of drilling parameters of Well XX0436
在此基础上，制定了针对性的堵漏技术措施。

侧钻井眼钻至井深2 885.00 m时，起钻将定向钻具组合更换为常规稳斜钻具组合，以保证大颗粒堵漏材料的通过性，同时钻头不安装水眼，进一步扩大通过性。

侧钻钻具组合下至井底时，将钻井液密度从1.24 kg/L调至1.23 kg/L，并提前加入5 m3堵漏剂，以提高地层的承压能力。

钻至Mishrif 组顶部（井深2 894.00 m ）时发生恶性漏失，立即通过压井管汇大排量向环空灌浆，保持液柱压力稳定是防止剥落和坍塌的关键，直至有钻井液返出。

待钻井液池液面稳定后开始起钻至技术套管，在确定井壁稳定后，实施大颗粒桥浆堵漏方案。

再次钻进后，将漏失速率降至10 m3/h左右，实施桥塞式停钻堵漏6次，钻至主力油层Mishrif组底部（井深3 155.00 m）打水泥塞堵漏。

从井深3 155.00 m钻至完钻井深3 910.00 m始终渗漏，漏失速率0.5～3.0 m3/h，采用随钻堵漏技术堵漏。

由于采取了一系列防漏堵漏技术措施，保障了侧钻井眼的顺利施工。

5 结论与建议
1）根据漏失速率统计结果，将目标区域的漏失划分为4个区域；针对不同漏失区，研究了针对性的
第 49 卷 第 1 期谢春来等. 伊拉克哈法亚油田Mishrif组碳酸盐岩储层防漏堵漏技术• 45 •
防漏堵漏技术，为堵漏方式和堵漏浆配方的优选奠定了基础。

2）发生失返性漏失时，立即大排量向环空灌浆，保持灌入量始终大于漏失量，以确保液柱压力不降低，抑制或延长井壁坍塌时间；采用钻头不安装水眼的常规钻具组合，进行大颗粒复配桥浆堵漏和打水泥塞堵漏，堵漏效果较好。

3）建议借鉴伊拉克其他区块的处理漏失方法，针对完全漏失进行储层强钻技术研究，以提高应对复杂情况的处理能力。

4）由于统计井的数量有限，不能完全反映整个油田的情况，本文给出的根据漏失速率划分漏失区域的方法，只是一种研究思路。

要进一步研究统计井数量和新老井漏失速率划分的尺度。

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• 46 •石 油 钻 探 技 术2021 年 1 月。