譚茂波 何世明 范興亮 劉德平 段 玲

1.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院 2.中國石油西南油氣田公司重慶氣礦3.中國石油川慶鉆探工程公司川東鉆探公司 4.中國石油西南油氣田公司低效油氣開發(fā)事業(yè)部

四川盆地相國寺地下儲(chǔ)氣庫［1－2］是中石油2010年開始建設(shè)的地下儲(chǔ)氣庫之一，是連通新疆、川渝和長慶“三大氣區(qū)”的中衛(wèi)—貴陽天然氣管道建設(shè)中的一部分，具有季節(jié)調(diào)峰供氣、事故應(yīng)急供氣和戰(zhàn)略儲(chǔ)備供氣的功能。到2009年12月底，相國寺構(gòu)造共完鉆氣井37口，從已鉆老井分析來看，鉆井井漏非常嚴(yán)重。例如，相6井在須家河組—嘉二段單泵無返，漏失清水10 112.6m3，鉆井液551m3。為加快相國寺儲(chǔ)氣庫的建設(shè)，中國石油西南油氣田公司重慶氣礦從2011年開始部署了相儲(chǔ)X1井等4口試驗(yàn)井。為了保證試驗(yàn)井安全快速鉆井，需針對(duì)相國寺構(gòu)造防漏堵漏難點(diǎn)，提出一套有效的防漏堵漏技術(shù)措施來解決井漏問題。

1 防漏堵漏難點(diǎn)分析

相國寺構(gòu)造隸屬川東南中隆高陡構(gòu)造區(qū)華鎣山構(gòu)造群，地質(zhì)情況異常復(fù)雜。礦產(chǎn)發(fā)育、地層傾角大、構(gòu)造破碎、斷層多、裂縫孔隙發(fā)育、連通性好、原產(chǎn)氣層地層壓力系數(shù)低、同一裸眼井段存在多套壓力體系［3］。鉆井過程中鉆井液容易漏失，防漏堵漏難度大，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 孔滲性好，漏失頻繁

相國寺構(gòu)造表層為上三疊統(tǒng)須家河組，地層年代較老，巖性以泥巖和砂巖為主。砂層無膠結(jié)或膠結(jié)性差，其孔隙度大、連通性好、滲透率高，鉆井過程中極易發(fā)生滲透性漏失。

1.2 溶洞及裂縫發(fā)育

下三疊統(tǒng)嘉陵江組和下二疊統(tǒng)茅口組巖性以石灰?guī)r和白云巖為主，由于地質(zhì)形成時(shí)期的構(gòu)造應(yīng)力和地質(zhì)形成后期的地質(zhì)作用產(chǎn)生了各種裂縫，并長期經(jīng)過地下水溶蝕和沖蝕作用，形成了許多大小不一的地下溶洞。其漏失通道以中小開度網(wǎng)狀裂縫為主，一般為非充填性裂縫，裂縫平均密度在5.69～27.97條／m，縫寬多小于1mm，且向地層深部延伸，鉆進(jìn)時(shí)極易漏失［4］。

1.3 原產(chǎn)氣層地層壓力系數(shù)低

相國寺構(gòu)造共獲4個(gè)氣藏，即茅口組、下二疊統(tǒng)棲霞組、上二疊統(tǒng)長興組和石炭系氣藏。其中長興組、茅口組和石炭系3個(gè)儲(chǔ)層已進(jìn)入開發(fā)后期，地層壓力系數(shù)均低于1.0，特別是目的層石炭系的地層壓力系數(shù)僅為0.1（見圖1），是典型的超低壓地層，承壓能力低。

1.4 茅口組易產(chǎn)生誘導(dǎo)裂縫、提高地層承壓幅度大

作為原產(chǎn)氣層的茅口組目前地層壓力系數(shù)只有0.2，當(dāng)承壓能力很低的茅口組與壓力系數(shù)相對(duì)較高的長興組、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M設(shè)計(jì)為同一鉆井段時(shí)，在茅口組中鉆進(jìn)容易產(chǎn)生誘導(dǎo)裂縫，從而導(dǎo)致井漏。并且為了保障鉆進(jìn)易坍塌的下二疊統(tǒng)梁山組及后續(xù)固井施工的順利進(jìn)行，需將茅口組承壓能力由0.20g／cm3提高至1.40g／cm3以上，提高地層承壓幅度大。

圖1 相國寺構(gòu)造試驗(yàn)井井身結(jié)構(gòu)圖

1.5 堵漏材料難以進(jìn)入地層或搭橋難

根據(jù)前期堵漏情況分析，茅口組在泵注堵漏材料過程中起壓快，在井壁就形成了“封門”，使得大顆粒堵漏材料難以進(jìn)入地層，小顆粒進(jìn)入漏失通道后又難以搭橋，一旦沖開就復(fù)漏。

1.6 庫區(qū)煤礦、石膏礦發(fā)育

相國寺構(gòu)造所在地區(qū)煤礦、石膏礦發(fā)育，很多區(qū)域出現(xiàn)了采空區(qū)，鉆進(jìn)時(shí)易鉆入地下礦坑道，發(fā)生嚴(yán)重井漏。堵漏時(shí)，堵漏材料極有可能完全漏入坑道，會(huì)消耗大量的堵漏材料，堵漏成功率極低。

2 防漏堵漏技術(shù)

針對(duì)相國寺構(gòu)造存在的礦產(chǎn)發(fā)育、地層孔滲性好、溶洞及裂縫發(fā)育、漏失頻繁、原產(chǎn)氣層地層壓力系數(shù)低、堵漏材料難以進(jìn)入地層等防漏堵漏難點(diǎn)，提出試驗(yàn)井應(yīng)用優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、氣體鉆井、水泥漿堵漏、HHH堵漏及雷特纖維承壓堵漏等防漏堵漏技術(shù)措施。

2.1 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是鉆井工程設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，需根據(jù)地質(zhì)特征、油氣水顯示、地層壓力系數(shù)變化和漏失情況等，考慮鉆井方式，設(shè)計(jì)一套合理的套管程序，最大限度地封隔破碎性地層、洞穴性地層、活躍性氣水層和高低壓過渡帶，避免漏、噴、塌、卡等工程事故的發(fā)生，保證安全快速鉆井。

相儲(chǔ)X2井是相國寺儲(chǔ)氣庫第1口先導(dǎo)性試驗(yàn)井，采用優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，套管層序?yàn)?508mm× 339.7mm× 244.5mm× 177.8mm（圖1）。優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)在防止鉆井井漏中起到了關(guān)鍵作用： 508mm導(dǎo)管下至井深50m左右封隔未膠結(jié)的礫石層、砂層及上部松散層，防止地表滲漏； 339.7mm表層套管下至嘉三段頂部，深度為435.23m，封隔井口煤礦巷道、嘉四段易漏層； 244.5mm技術(shù)套管下至長興組頂部深度為1 716.27m，封隔嘉陵江組和飛仙關(guān)組低壓層、惡性漏失層段； 177.8mm作為油層套管下至梁山組底深度為2 519.27m，封隔長興組和茅口組超低壓產(chǎn)層，以及棲霞組相對(duì)高壓層，防止發(fā)生壓裂性漏失，為在石炭系儲(chǔ)層中鉆進(jìn)創(chuàng)造了條件。采用優(yōu)化的井身結(jié)構(gòu)后，克服了相國寺構(gòu)造上部地層滲漏性漏失和孔隙—裂縫性漏失、下部地層壓裂性漏失的難題，從開鉆到完井結(jié)束，沒有發(fā)生較大類型的井漏事故，提高了鉆井時(shí)效。

2.2 應(yīng)用氣體鉆井技術(shù)

氣體鉆井技術(shù)是指以氣體作為循環(huán)介質(zhì)來鉆進(jìn)的一種欠平衡鉆井技術(shù)，在對(duì)付硬地層、井漏、出水出氣等地層中已經(jīng)大量應(yīng)用［1，5－12］，與常規(guī)鉆井相比不含正壓差，不會(huì)因流體通過孔隙、裂縫而大量進(jìn)入地層，具有能減少或避免井漏、提高機(jī)械鉆速、延長鉆頭壽命、保護(hù)儲(chǔ)層等方面的優(yōu)勢(shì)。

相國寺儲(chǔ)氣庫先導(dǎo)性試驗(yàn)井中的相儲(chǔ)X2井和相儲(chǔ)X1井在須家河組—嘉陵江組應(yīng)用了氣體鉆井技術(shù)，相儲(chǔ)X3井的第二次開鉆的 444.5mm井眼，鉆進(jìn)至井深337m處采用無固相鉆井液鉆進(jìn)發(fā)生井漏，然后改用空氣／霧化鉆進(jìn)至嘉二3亞段；相儲(chǔ)X4井全井段采用鉆井液常規(guī)鉆井方式。對(duì)4口試驗(yàn)井中的50～1 700m井段的氣體鉆井與常規(guī)鉆井液鉆井所取得的鉆井指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析（表1）。

由表1可知，氣體鉆井在上部地層防漏效果非常好。例如，相儲(chǔ)X1井在須家河組—嘉二段采用氣體鉆井進(jìn)尺720.8m，僅漏失1次，平均機(jī)械鉆速3.47 m／h，而相儲(chǔ)X3井在50～337m采用無固相鉆井液鉆井漏失10次，平均機(jī)械鉆速僅為1.93m／h。通過50～1 700m井段氣體鉆井與常規(guī)鉆井對(duì)比分析可知，氣體鉆井既克服了上部地層漏失層的惡性井漏問題，保證了安全鉆進(jìn)，而且大幅度提高了機(jī)械鉆速、縮短了鉆井周期。

表1 試驗(yàn)井50～1 700m井段氣體鉆井與常規(guī)鉆井對(duì)比情況表

2.3 堵漏技術(shù)

在相儲(chǔ)X1井等4口試驗(yàn)井鉆井過程中，相儲(chǔ)X3井是漏失最為嚴(yán)重的一口井，采用了橋漿堵漏、隨鉆堵漏等多種堵漏技術(shù)措施［13－20］。從堵漏結(jié)果分析來看，采用HHH堵漏、水泥漿堵漏和雷特纖維承壓堵漏所取得的效果是最好的。

2.3.1 HHH 堵漏技術(shù)

HHH堵漏材料形狀以細(xì)纖維和顆粒狀為主，具有高失水、高承壓、高酸溶的“三高”特點(diǎn)。由于其材料形狀的獨(dú)特性，關(guān)井?dāng)D壓時(shí)利于將堵漏材料送入漏層；堵漏漿進(jìn)入漏層后，具有高失水性可快速失水，堵漏劑堆積形成的塞子能有效堵塞裂縫，阻斷漏失，特別適合裂縫性漏層的堵漏［13］。另外用清水或鹽水配制的HHH堵漏漿形成的堵漏塞具有強(qiáng)黏接性能，可大幅度提高漏層的承壓能力。

相儲(chǔ)X3井鉆進(jìn)至井深2 106.81m發(fā)生井漏，全井橋漿強(qiáng)鉆至井深2 125m，漏速達(dá)到18m3／h，經(jīng)過水泥漿堵漏后在2 028.10m又復(fù)漏，針對(duì)此種情況，立即采用了HHH堵漏技術(shù)。

連續(xù)2次泵注密度1.38g／cm3、濃度71%HHH堵漏漿關(guān)井候堵，循環(huán)觀察，泵壓2.0MPa、排量2 480 L／min無井漏，鉆HHH塞至井底2 125m，鉆壓加到4～5t無漏失，循環(huán)篩除堵漏材料亦無漏失。HHH堵漏效果非常好，一次性堵漏成功，比其他常規(guī)堵漏節(jié)約了大量的鉆井液、堵漏材料、縮短了鉆井周期、提高了鉆井效率。

2.3.2 水泥漿堵漏技術(shù)

水泥堵漏是以水泥漿及各種水泥混合稠漿為基礎(chǔ)，泵入漏層形成水泥塞堵塞漏失通道的一種堵漏方法。具有能適應(yīng)各種類型的漏失通道、承壓能力和抗壓強(qiáng)度高、堵漏效果好的優(yōu)點(diǎn)，主要用以處理橫向裂縫、破碎性石灰?guī)r及礫石層漏失。

相儲(chǔ)X3井在井深2 200.00m發(fā)生井漏，泵入密度為1.80g／cm3的水泥漿40m3候凝，循環(huán)觀察，泵壓4.0MPa、排量2 312L／min未見井漏，在井段1 699.60～2 127.60m 鉆塞不漏。隨后在2 059.4m處將鉆井液入口密度由1.18g／cm3加大至1.32g／cm3循環(huán)做承壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)井漏，漏失鉆井液9.2m3。可知水泥漿能一次性堵住茅口組的低壓漏失，但是對(duì)提高地層承壓能力的效果不好。

2.3.3 雷特纖維承壓堵漏技術(shù)

雷特纖維承壓堵漏技術(shù)采用的是惰性堵漏材料—雷特超強(qiáng)堵漏劑，堵漏劑以顆粒架橋、楔入承壓、封門加固相結(jié)合的方式進(jìn)行堵漏。擁有片狀易楔入、耐高溫不易變形等優(yōu)點(diǎn)，形成的堵漏塞性能穩(wěn)定，具有很強(qiáng)的提升地層承壓能力的效果，特別適合深井及惡性低壓漏失井的堵漏［6］。其配方為：2%核桃殼（粗）＋5%核桃殼（中粗）＋4%核桃殼（細(xì)）＋10%雷特堵漏劑（中粗NTS－M）＋10%雷特堵漏劑（粗 NTS－C）＋0.2%雷特纖維（NT－2）＋6%500目超細(xì)碳酸鈣＋2%隨堵劑＋1%鋸末。

為了能使茅口組承壓堵漏取得較好的效果，相儲(chǔ)X3井在茅二段連續(xù)采取了4次雷特纖維承壓堵漏施工，逐步提高茅口組地層承壓能力。

第1次在井深2 130m正注雷特堵漏液27.0m3，返出26.8m3，漏失堵漏漿0.2m3，然后起鉆至井深1 422.44m關(guān)井正擠鉆井液7.2m3憋壓候堵4h，泄壓循環(huán)觀察，泵壓4.1MPa、排量2 359L／min未見井漏。全部起鉆完，接牙輪鉆頭鉆至井深1 820.64m，循環(huán)篩除堵漏材料，泵壓12.5MPa、排量2 668L／min，在井段1 820.64～2 200m 未發(fā)現(xiàn)井漏，一次性堵漏成功。堵漏成功后，在2 023.67m處將入口鉆井液密度由1.30g／cm3增加至1.40g／cm3循環(huán)做承壓試驗(yàn)，泵壓11.2MPa、排量2 537L／min發(fā)現(xiàn)井漏，但漏速明顯減小，共漏失鉆井液5.2m3。后面進(jìn)行的3次雷特纖維堵漏與第1次相似，第4次堵漏后將入口鉆井液密度提高到1.40g／cm3循環(huán)做承壓試驗(yàn)沒有出現(xiàn)井漏。

雷特纖維承壓堵漏技術(shù)使用獨(dú)特的堵漏材料吃進(jìn)漏層，在漏失通道中形成堅(jiān)固的堵漏塞，阻斷了地層漏失，均一次性堵漏成功。連續(xù)經(jīng)過4次雷特纖維承壓堵漏后，逐步將茅口組承壓能力由0.20g／cm3提高到了1.40g／cm3，成功高效地完成了茅口組承壓堵漏，為后續(xù)鉆井施工的順利進(jìn)行創(chuàng)造了條件。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）試驗(yàn)井采用優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)成功克服了煤礦坑道、惡性漏失層、活躍氣水層等復(fù)雜地層的井漏問題，順利鉆至目的層。

2）采用氣體鉆井技術(shù)保證了須家河組—嘉陵江組低壓惡性漏失段的安全鉆井，大幅度提高了機(jī)械鉆速，減少了井下復(fù)雜事故的發(fā)生，縮短了鉆井周期。

3）HHH堵漏技術(shù)采用獨(dú)特的堵漏材料在處理裂縫性漏失的難題上發(fā)揮了非常重要的作用，一次性堵漏成功，應(yīng)用效果非常好。

4）茅口組采用雷特纖維承壓堵漏技術(shù)取得了其他常規(guī)堵漏技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的承壓堵漏效果，成功解決了茅口組承壓能力低、久漏不止、堵后復(fù)漏的井下復(fù)雜情況，使地層承壓能力由0.20g／cm3提高到了1.40 g／cm3。

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