蘭志勤
摘要:桂中坳陷作為南方海相非常規(guī)油氣勘探重點(diǎn)地區(qū)備受重視,然而鉆井中井漏普遍,嚴(yán)重影響井下施工安全,制約了該地區(qū)非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程。本文以桂中坳陷某地質(zhì)調(diào)查井為研究對(duì)象,重新分析認(rèn)識(shí)了桂中坳陷地層巖性特點(diǎn),系統(tǒng)闡述了某地質(zhì)調(diào)查井井漏特征及堵漏難點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,探討了井漏預(yù)防措施及現(xiàn)場(chǎng)堵漏技術(shù)應(yīng)用效果,以期為類(lèi)似地區(qū)井漏復(fù)雜處理有所裨益。
關(guān)鍵詞:井漏;碳酸鹽巖;堵漏技術(shù);鉆井液;地質(zhì)調(diào)查井
隨著頁(yè)巖氣等非常規(guī)能源勘探程度加深,國(guó)內(nèi)非常規(guī)油氣資源勘探工作正全面展開(kāi),特別是在滇黔桂海相盆地。然而,在滇黔桂地區(qū)鉆井施工作業(yè)中,井漏發(fā)生頻繁,類(lèi)型多,給安全生產(chǎn)帶來(lái)不同程度的威脅和經(jīng)濟(jì)損失,嚴(yán)重制約了該地區(qū)的勘探開(kāi)發(fā)速度及效率。因此,科學(xué)分析桂中坳陷某地質(zhì)調(diào)查井石炭系井漏原因,有助于預(yù)防、治理該地區(qū)類(lèi)似類(lèi)型井漏,安全、快遞、高效地完成鉆井作業(yè),取全取準(zhǔn)各類(lèi)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)資料,提高勘探開(kāi)發(fā)綜合效益。
1.工區(qū)地層
桂中坳陷某地質(zhì)調(diào)查井自上而下鉆遇的地層有:第四系,上石炭統(tǒng)大埔組、下石炭統(tǒng)羅城組、寺門(mén)組和黃金組。其中,大埔組鉆遇視厚212.2m,以灰白色白云巖,角礫白云巖為主;羅城組鉆遇視厚227.3m,以灰白色一深灰色灰?guī)r為主,夾泥頁(yè)巖、炭質(zhì)泥巖薄層,泥頁(yè)巖裂隙易發(fā)生滲透性漏失,灰?guī)r中常見(jiàn)大小不一的溶蝕洞穴,易發(fā)生惡性漏失;寺門(mén)組鉆遇視厚150.1m,巖性以灰一深灰色灰?guī)r與深灰色、灰黑色泥頁(yè)巖、炭質(zhì)泥巖互層為主,沉積相為臺(tái)地相、濱海沼澤相,該段泥巖較為破碎疏松,易垮塌,同時(shí)由于地層壓力系數(shù)較小,在使用高密度鉆井液鉆井時(shí),易發(fā)生大的滲透性漏失;已鉆遇黃金組巖性以深灰色灰?guī)r,夾泥巖薄層為主。由于該井靠近洛崖一融安大斷裂,石炭系受斷裂影響導(dǎo)致半充填孔隙及裂隙較多,多出現(xiàn)輕微滲透漏失。
2.漏失特征及堵漏難點(diǎn)
井漏是鉆井過(guò)程中一種常見(jiàn)的井下復(fù)雜情況,一般指鉆完井過(guò)程中鉆井液、完井液等工作液漏失到地層中的現(xiàn)象。井漏的產(chǎn)生主要有三個(gè)必要條件:第一是井筒內(nèi)工作液壓力大于地層孔隙壓力;第二是地層中存在漏失通道以及較大的容納液體的空間;第三是漏失通道的開(kāi)口尺寸要大于工作液固相顆粒粒徑。井漏一般按漏失通道可分為裂隙型漏失、孔隙型漏失、溶洞型漏失以及復(fù)合型漏失;按漏失的原因可分為天然漏失和誘發(fā)漏失;按漏失程度可分為漏速小于10m3/h的微漏、漏速在lOm3/h~20m3/h的小漏、漏速在20m3/h~50m3/h的中漏、漏速大于50m3/h的大漏和鉆井液失返、不能建立循環(huán)的惡性井漏等五種。
該井寺門(mén)組以上地層,大埔組白云巖由于受斷裂影響,角礫白云巖發(fā)育,微裂隙較多,鉆進(jìn)過(guò)程中容易微漏;羅城組灰?guī)r裂隙較為發(fā)育,溶洞成團(tuán)聚集分布,易大漏、惡性漏失,泥頁(yè)巖薄層地層壓力系數(shù)小,易壓漏易垮塌。對(duì)于微裂隙漏失以及低壓漏失層,可以采用降低鉆井液密度,降低循環(huán)壓力,提高鉆井液粘度,增強(qiáng)鉆井液的造壁性能,從而降低鉆井液的漏失量,鉆進(jìn)可能漏失井段時(shí)可采取隨鉆加入堵漏劑等措施進(jìn)行預(yù)防及堵漏。
對(duì)于裂隙、溶洞導(dǎo)致的漏失,采用顆粒橋塞堵漏、水泥堵漏,或者兩者相結(jié)合的堵漏方式。橋塞堵漏是利用堵漏材料在漏失喉道內(nèi)堆積、架橋,依靠形成的泥餅實(shí)現(xiàn)堵漏;水泥堵漏是利用速凝水泥對(duì)漏失喉道進(jìn)行封堵,具有堵漏強(qiáng)度大、堵漏成功后持久性好的特點(diǎn)。若效果不理想或井內(nèi)情況進(jìn)一步復(fù)雜,則只有下人技術(shù)套管進(jìn)行封隔。
在進(jìn)入目的層段高壓氣層前,要對(duì)上部裸眼井段進(jìn)行地層試壓,以便在鉆遇目的層后,為平衡地層壓力,不得不提高鉆井液密度,造成上部裸眼低壓漏失層或相對(duì)低壓層出現(xiàn)多層段井漏時(shí),迅速確定漏失位置。鉆進(jìn)高壓氣層過(guò)程中,出現(xiàn)大規(guī)模井漏易誘發(fā)高壓氣層井噴,因此快速處理漏失非常關(guān)鍵。
桂中坳陷某地質(zhì)調(diào)查井漏失處理主要技術(shù)難點(diǎn)包括:
(1)該井設(shè)計(jì)井眼小,設(shè)計(jì)深度大,計(jì)劃施工周期長(zhǎng)。羅城組上部泥巖段及寺門(mén)組泥巖段破碎不穩(wěn)定,易掉塊垮塌,井壁穩(wěn)定性差;發(fā)生井漏后,若未能快速有效堵漏,造成井內(nèi)液柱壓力下降,會(huì)嚴(yán)重影響井壁穩(wěn)定性,有可能發(fā)生井內(nèi)復(fù)雜情況及事故。(2)根據(jù)地震、地質(zhì)等資料,同一井眼內(nèi)高壓層和低壓層并存,壓力系數(shù)差異大,地層中小裂隙非常發(fā)育,當(dāng)用高密度鉆井液打開(kāi)設(shè)計(jì)目的層段時(shí),容易誘發(fā)井漏,存在嚴(yán)重的安全隱患。(3)受場(chǎng)地限制,無(wú)法大規(guī)模儲(chǔ)備足夠的鉆井液,配制高密度鉆井液耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng),在穩(wěn)定地層段清水頂漏強(qiáng)鉆是發(fā)生井漏后快速處理最有效的技術(shù)措施。
3.井漏預(yù)防技術(shù)措施
(1)在分析該區(qū)鉆井、地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上,考慮到桂中坳陷海相地層碳酸鹽巖往往發(fā)育溶蝕孔洞和裂隙,為避免鉆遇超大溶洞或裂隙(落差幾米到十幾米),在井場(chǎng)選址后,首先采用可控源音頻大地電磁測(cè)深法對(duì)鉆臺(tái)近地表進(jìn)行勘查,根據(jù)地下裂縫、溶洞和暗河的發(fā)育情況進(jìn)行安全性評(píng)估,在確定鉆臺(tái)位置的時(shí)候盡量避開(kāi)超大裂隙、溶洞和暗河。
(2)根據(jù)已有類(lèi)似地區(qū)鉆井、錄井、測(cè)井等資料,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)及地震資料,對(duì)該井鉆探過(guò)程中可能出現(xiàn)的漏失層段進(jìn)行預(yù)測(cè),做好堵漏準(zhǔn)備工作,了解附近地區(qū)快速有效的堵漏配方,設(shè)計(jì)合適的井身結(jié)構(gòu)。綜合上述因素,本井施工設(shè)計(jì)三開(kāi)備四開(kāi)的井身結(jié)構(gòu),對(duì)小中漏失采取提高鉆井液粘度、顆粒橋塞堵漏、水泥堵漏的方式,對(duì)大規(guī)模惡性漏失采取下套管隔離,同時(shí)預(yù)留一級(jí)套管作為備用,確保施到頃利進(jìn)行。
(3)在進(jìn)入高壓層前,先做好裸眼井段地層承壓試驗(yàn),若地層承壓差異大,則考慮下人技術(shù)套管隔離成兩個(gè)壓力系統(tǒng)。
(4)在進(jìn)入目的層前的中、深井段,發(fā)生孔隙性滲漏、溶洞(或裂隙)性漏失及誘導(dǎo)裂隙性漏失,首選降低鉆井液排量試循環(huán)觀察;降排量井漏不緩解或緩解不明顯,靜置堵漏2h左右,試循環(huán)觀察;若靜置堵漏無(wú)效,則進(jìn)行停鉆橋漿堵漏。
(5)鉆進(jìn)過(guò)程中,鉆井液密度應(yīng)盡可能取設(shè)計(jì)下限,做到近平衡鉆進(jìn)。如遇油氣層需加重鉆井液密度時(shí),應(yīng)通過(guò)關(guān)井求壓方式,確定合適的鉆井液密度,防止因盲目加大鉆井液密度而壓漏地層。起下鉆時(shí)控制好下鉆速度,開(kāi)泵要平穩(wěn),避免下鉆過(guò)快造成激動(dòng)壓力過(guò)大等。
(6)加強(qiáng)坐崗記錄和錄井地質(zhì)觀察,以便第一時(shí)間預(yù)測(cè)、發(fā)現(xiàn)井漏,及時(shí)采取處理措施。
4.井漏處理技術(shù)應(yīng)用
實(shí)際施工過(guò)程中,桂中坳陷某地質(zhì)調(diào)查井在鉆遇的各地層均出現(xiàn)不同程度的井漏,為該地區(qū)典型的井漏代表井。其中大埔組、寺門(mén)組、黃金組地層漏失次數(shù)多,漏失量小,堵漏時(shí)間短;羅城組發(fā)育溶洞、裂隙,鉆遇3次惡性漏失,井漏處理時(shí)間長(zhǎng),處理難度大。根據(jù)漏失程度的不同,主要有三種處理措施:
(1)當(dāng)發(fā)生微漏時(shí)(漏速小于10m3/h),這種漏失一般是由于微裂隙、微孔隙導(dǎo)致,采用隨鉆堵漏、靜止堵漏的方式,降低鉆井液排量或在鉆井液中加入隨鉆堵漏劑堵漏,讓帶有堵漏劑的鉆井液進(jìn)入漏失層,堵塞微裂隙微孔隙等漏失通道,達(dá)到堵漏的目的。
該井在鉆至井深983 43m(黃金組)時(shí)發(fā)生微漏,漏失鉆井液13m3漏速4m3/h-7m3/h,在鉆井液中加入隨鉆堵漏劑后關(guān)井憋壓靜止堵漏,堵漏成功。
(2)當(dāng)發(fā)生小漏時(shí)(漏速小于20m3/h),該種漏失一般發(fā)生在泥巖或有微裂隙的灰?guī)r中,實(shí)鉆中采用橋漿堵漏、水泥堵漏,即在鉆井液中加入橋接堵漏材料,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行合理配比,通過(guò)在漏失通道架橋從而把漏失程度降低,轉(zhuǎn)化為微漏堵漏,如遇復(fù)雜情況可進(jìn)一步用水泥封堵進(jìn)行堵漏。
該井在鉆至井深438.03m~439.30m(羅城組)時(shí)發(fā)生漏失,漏失鉆井液21m3漏速14m3/h~16m3/h,泵入濃度21%堵漏橋漿,1h后發(fā)現(xiàn)堵漏效果不明顯;后使用堵漏劑、鋸末等堵漏,用水泥封固(水泥400kg),成功封堵漏失層。
(3)當(dāng)漏速大于20m3/h或鉆井液失返時(shí),這類(lèi)井漏多出現(xiàn)在鉆遇溶洞或裂隙中,該種漏失堵漏難度大,采用顆粒橋塞堵漏、水泥堵漏、膨脹堵漏劑堵漏等多種堵漏方式交叉結(jié)合,原則上為通過(guò)架橋?qū)⒋舐┦Ц脑斐尚÷┦В?huì)多次堵漏。在常規(guī)堵漏方式均無(wú)效的情況下,可考慮下人膨脹套管或技術(shù)套管隔離。
該井在鉆至井深451.06m~452.21m(羅城組)時(shí),巖芯上見(jiàn)多處5cm×15cm小溶洞,鉆井液只進(jìn)不出,井口失返。第一次使用橋漿堵漏劑、鋸末等材料實(shí)施堵漏,井口持續(xù)失返;第二次在鉆井液中按配比加入橋漿堵漏劑,面仔皮,花生殼,大理石,鋸末等材料,隨后用水泥封固(水泥400kg),侯凝48h后,沖開(kāi)封固段,鉆井液全漏;第三次在水泥漿中加入面仔皮,花生米、大理石等材料泵入井內(nèi)(水泥500kg),侯凝48h后,沖開(kāi)封固段,井口仍失返。在多次長(zhǎng)時(shí)間堵漏措施無(wú)效情況下,井內(nèi)上部泥巖段掉塊嚴(yán)重,為避免造成井內(nèi)問(wèn)題復(fù)雜化,決定采用清水頂漏強(qiáng)鉆,96h后確認(rèn)鉆穿易漏層段,下人技術(shù)套管至559 20m,確保了工程安全及鉆進(jìn)效率。
5.結(jié)論與認(rèn)識(shí)
(1)桂中坳陷碳酸鹽巖地層井漏頻繁、漏失層位多,以微裂隙、裂隙、溶洞漏失為主;尤以羅城組漏失最為復(fù)雜,漏失量大,漏失點(diǎn)多,針對(duì)惡性漏失,采用強(qiáng)鉆方式是一種周期短、成本低的解決方案,強(qiáng)鉆作業(yè)有一定風(fēng)險(xiǎn)性,應(yīng)注意施工安全。(2)對(duì)于一般的滲透性漏失,可采取工程措施、靜止堵漏、隨鉆堵漏、橋漿堵漏、水泥堵漏或復(fù)合堵漏的方式。(3)根據(jù)地層壓力情況,合理進(jìn)行鉆井設(shè)計(jì),井身結(jié)構(gòu)要有備用方案,鉆井施工中,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況以完成地質(zhì)目的為前提,及時(shí)調(diào)整井身結(jié)構(gòu)。(4)提高新技術(shù)在施工過(guò)程中應(yīng)用,如充氣或泡沫防漏技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)在根本上解決漏失問(wèn)題。