何雨，孟鐾橋，鄭友志，吳柄燕，趙軍，李斌

1.中國石油西南油氣田分公司工程技術(shù)研究院（四川 成都 610500）

2.中國石油西南油氣田分公司重慶頁巖氣勘探開發(fā)有限責(zé)任公司（重慶 401120)

0 引言

川渝地區(qū)優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲(chǔ)量豐富，勘探開發(fā)潛力巨大，長寧、威遠(yuǎn)等中淺層已實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)開發(fā)，而中深層頁巖氣面積資源量更大，已逐步成為勘探開發(fā)的重要區(qū)域[1-2]。渝西區(qū)塊深層頁巖氣位于四川盆地南部，包含大足-自貢、安岳-潼南、璧山-合江等多個(gè)礦區(qū)，面積超過7 000 km2，平均深度超過4 000 m，局部超過5 000 m，區(qū)域內(nèi)經(jīng)歷了多期構(gòu)造疊加變形，地質(zhì)條件復(fù)雜，裂縫溶洞異常發(fā)育，斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，鉆井難度大、井漏復(fù)雜頻繁，對(duì)頁巖氣開發(fā)造成了嚴(yán)重阻礙[3-4]。本文深入開展渝西區(qū)塊井漏機(jī)理分析，優(yōu)化防漏堵漏技術(shù)措施研究，減少井漏發(fā)生，縮短井漏復(fù)雜處置時(shí)間，對(duì)保障渝西區(qū)塊頁巖氣實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)開發(fā)具有重大意義。

1 鉆井井漏特征分析

1.1 地層及巖性特征

結(jié)合渝西區(qū)塊頁巖氣實(shí)際鉆井情況，按照井身結(jié)構(gòu)可將漏失分為一開表層裂縫性漏失、二開裂縫性漏失、三開惡性漏失、四開水平段誘導(dǎo)裂縫性漏失（表1）。其中沙溪廟、須家河、嘉陵江及龍馬溪組為渝西區(qū)塊主要的漏失層位，其中須家河組底與雷口坡組不整合接觸，嘉陵江上部普遍發(fā)育高陡裂縫，嘉陵江組縱向上發(fā)育2個(gè)壓力體系，地層壓力系數(shù)差值0.4～0.6，易發(fā)生惡性漏失，堵漏難度最大。

表1 渝西區(qū)塊地層漏失情況分析

1.2 井漏情況

2022 年，渝西區(qū)塊頁巖氣累計(jì)19 口井發(fā)生60井次井漏，以三開惡性漏失為主。其中失返性漏失發(fā)生24井次（嘉陵江組發(fā)生14井次），中、小漏失發(fā)生36井次，漏失范圍跨度大，整體漏失情況復(fù)雜（圖1、表2），累計(jì)損失鉆井時(shí)間20 920.86 h，總漏失鉆井液量為47 126.72 m3，井均損失時(shí)間1 101 h，井均漏失量2 480 m3。以失返性漏失為主，嘉陵江組漏失情況最為嚴(yán)重，嘉陵江組承壓堵漏成功后，復(fù)漏周期大約在30 d 左右，下部高壓層鉆進(jìn)過程中，上部井段復(fù)漏后漏速較大，失返性漏失占比60%。

圖1 不同層位漏失次數(shù)統(tǒng)計(jì)

表2 不同層位漏失情況統(tǒng)計(jì)

1.3 井漏原因分析

渝西Z203 井區(qū)嘉陵江與須家河組不整合接觸、灰?guī)r云巖巖溶發(fā)育、構(gòu)造裂縫斷層發(fā)育是導(dǎo)致惡性井漏頻發(fā)的主要原因。嘉五段是失返性漏失的高發(fā)區(qū)，渝西區(qū)塊多井在嘉五段發(fā)生失返性漏失，漏失量大、堵漏難度大、處理時(shí)間長、一次性封堵成功率極低、復(fù)漏高。三開鉆井中嘉陵江組壓力系數(shù)低于1.2，飛仙關(guān)～志留系頂壓力系數(shù)1.7，高低壓互存，鉆井過程中壓差過大誘發(fā)井漏，必須對(duì)嘉陵江進(jìn)行承壓堵漏才能實(shí)現(xiàn)下部安全鉆進(jìn)需求，同時(shí)由于地層裂縫、溶洞發(fā)育，導(dǎo)致單井承壓堵漏平均損失時(shí)間超過29 d，嚴(yán)重制約了鉆井施工提速提效。

2 防漏技術(shù)措施

2.1 巖溶勘查避漏

采用高密度電法、可控源音頻大地電磁法勘探方式能夠探明了區(qū)塊內(nèi)1 000 m 以淺的地層視電阻率剖面情況，對(duì)斷層破裂帶、溶洞及暗河發(fā)育情況提供了參考，為井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、鉆井方式優(yōu)化提供了地質(zhì)依據(jù)。利用電法勘探對(duì)表層巖溶管道分布及規(guī)模進(jìn)行定性預(yù)測(cè)，掌握井下溶洞、暗河、裂縫發(fā)育情況，可以盡量避開易漏失的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，降低復(fù)雜風(fēng)險(xiǎn)，有效指導(dǎo)鉆井工程設(shè)計(jì)，從源頭上減少上部井段井漏及可能造成的環(huán)保影響[5-7]。充分利用電法測(cè)井、三維地震和測(cè)試資料，優(yōu)化井位部署，避開溶洞和采空區(qū)；對(duì)各開次井眼預(yù)測(cè)鉆遇的漏失風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行提前分析，開展井眼軌跡避讓可行性論證，避開重大漏失風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)；針對(duì)發(fā)生復(fù)雜漏失區(qū)域加快推進(jìn)XPT、DFIT 地層壓力測(cè)試工作，取準(zhǔn)壓力系數(shù)、流體性質(zhì)，持續(xù)為鉆井液密度優(yōu)化提供指導(dǎo)。渝西頁巖氣區(qū)塊開展巖溶勘查20余次，優(yōu)化井位平臺(tái)選址8 井次，有效降低表層漏失復(fù)雜發(fā)生，表層鉆井時(shí)效提高5%。

2.2 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

Z203H7 平臺(tái)位于四川盆地渝西區(qū)塊西山構(gòu)造蒲呂場(chǎng)向斜，在須家河～嘉陵江段鉆遇溶蝕縫洞發(fā)育帶，惡性井漏頻發(fā)，采用橋漿、水泥、凝膠等多種方式堵漏后仍無法達(dá)到下步鉆井需求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)工程實(shí)際，采用井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，通過將Φ 311.15mm 井眼擴(kuò)眼至Φ 361.6 mm，段長799.5 m，提前下入Φ 273.05 mm 套管（原設(shè)計(jì)Φ 250.8 mm+Φ 244.5 mm 套管）成功封隔惡性漏失層嘉三1段及以上低壓易漏地層，如圖2 所示。優(yōu)化后預(yù)留一層套管，四開鉆井時(shí)若石牛欄組承壓能力合格則采用Φ 215.9 mm 鉆頭鉆至完鉆井深后下入Φ 144.7 mm+Φ 139.7 mm 油層套管完井，若不合格則懸掛并回接Φ 219.08 mm 套管至石牛欄組頂，五開采用Φ 190.5 mm 鉆頭完鉆下入Φ 139.7 mm 油層套管完井，該井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案縮短了井漏復(fù)雜處置時(shí)間、降低了處置成本，確保實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)，為后續(xù)井建設(shè)提供技術(shù)參考。

圖2 惡性漏失后井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施

2.3 過程監(jiān)管強(qiáng)化

川渝頁巖氣前線指揮部組織編制《渝西區(qū)塊鉆井防漏堵漏技術(shù)指導(dǎo)手冊(cè)》，強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防，細(xì)化管理流程。開鉆前識(shí)別井漏地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，明確了漏失風(fēng)險(xiǎn)和治理預(yù)案、鉆井液性能要求、堵漏材料與工具設(shè)備準(zhǔn)備、起下鉆工作要點(diǎn)、防漏防復(fù)漏處置預(yù)案。開展非滿管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等智能化系統(tǒng)先導(dǎo)試驗(yàn)，提前預(yù)警，提升井漏及時(shí)發(fā)現(xiàn)能力，防范漏轉(zhuǎn)溢。深入強(qiáng)化鉆井過程監(jiān)管，確保早預(yù)防早發(fā)現(xiàn)早治理。

1）采用清水強(qiáng)鉆應(yīng)對(duì)表層鉆井過程中惡性漏失情況，通過提高排量，加入聚丙烯酰胺鉀鹽和高黏度外加劑提高懸浮攜砂能力和包被能力，保障井眼清洗，減少起下鉆時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速鉆井，迅速固井。

2）針對(duì)地質(zhì)預(yù)測(cè)有裂縫帶或斷層發(fā)育的高壓氣層，推薦帶堵漏漿鉆進(jìn)，避免漏轉(zhuǎn)溢風(fēng)險(xiǎn)；采用逐層承壓（堵漏）方式提高上部地層承壓能力，避免井漏引發(fā)井控事件。

3）水平段鉆進(jìn)時(shí)安裝旋轉(zhuǎn)防噴器，進(jìn)行控壓降密度鉆進(jìn)。采用地質(zhì)導(dǎo)向工具精準(zhǔn)研判地層，避免穿層，防止發(fā)生較大漏失。對(duì)存在井壁失穩(wěn)和井漏問題的井在鉆進(jìn)過程中間斷泵入封堵材料穩(wěn)固井壁防止漏失。

3 堵漏技術(shù)措施

3.1 堵漏技術(shù)應(yīng)用

3.1.1 化學(xué)物理類堵漏

化學(xué)物理類堵漏應(yīng)用種類多，應(yīng)用范圍廣，其前期準(zhǔn)備時(shí)間短，操作簡單，對(duì)鉆井作業(yè)的影響小，能夠快速地恢復(fù)鉆進(jìn)，一般作為堵漏的首選方法?，F(xiàn)場(chǎng)使用的化學(xué)物理類堵料材料主要包含橋接類、化學(xué)凝膠類、高失水類、暫堵材料及固化類堵漏材料。

橋接類（顆粒狀材料、纖維狀材料和片狀材料）最為常用，通過不同比例復(fù)配開展堵漏作業(yè)，施工作業(yè)快，對(duì)鉆井施工影響小，井均橋漿堵漏次數(shù)超過10 井次，但堵漏成功率較低，封堵后對(duì)承壓能力提升范圍一般也最小，易發(fā)生復(fù)漏。

對(duì)于漏失情況較復(fù)雜，堵漏難度較大井，采用復(fù)合堵漏方式開展堵漏作業(yè)，綜合利用各類材料，采用隨鉆堵漏、橋漿、化學(xué)凝膠、高失水、水泥漿等一種或多種組合使用的形式進(jìn)行。以Z203H5-8井為例，經(jīng)歷17 次15%～42%橋漿堵漏、5 次水泥堵漏、8 次樹脂固結(jié)堵漏、4 次高失水堵漏、2 次SPS 堵漏后止漏，后復(fù)漏，又經(jīng)過4 次10%～36%橋漿堵漏、3次水泥堵漏、1次樹脂固結(jié)后井筒封固，堵漏消耗鉆時(shí)1 784.29 h，總漏失鉆井液量4 267.1 m3。

從堵漏效果來看，化學(xué)物理類堵漏對(duì)提升地層承壓能力有一定幫助，但由于對(duì)地層孔隙結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)不清，導(dǎo)致單次堵漏成功的概率較低，普遍存在著復(fù)漏現(xiàn)象，堵漏作業(yè)周期長，堵漏效果不佳，仍需摸索合適的復(fù)配橋堵材料比例，優(yōu)選適宜的材料提高堵漏成功率。

3.1.2 水泥類材料

水泥類堵漏材料的使用主要有兩種方式：一種是單獨(dú)使用水泥漿進(jìn)行堵漏，其封堵效果稍差；另一種使用堵漏鉆井液+水泥堵漏、凝膠材料+水泥漿堵漏等綜合堵漏工藝技術(shù)，堵漏材料緊密堆積后更易形成水泥塞，對(duì)承壓能力的提升較大，其效果總體優(yōu)于單獨(dú)使用，但還仍有發(fā)生鉆塞失返、鉆塞井漏情況。與堵漏鉆井液相比，使用堵漏水泥的綜合堵漏工藝技術(shù)更容易封堵漏失地層，但發(fā)生鉆塞失返、鉆塞井漏等情況說明水泥漿沒有或只有少量進(jìn)入漏失地層，鉆塞后地層裂縫、孔洞等仍然是鉆井液漏失通道，需要優(yōu)化堵漏水漿性能，保證水泥漿安全準(zhǔn)確泵送至漏層，同時(shí)能夠有效滯留在漏縫中，并能固化粘合形成有效滯留段。以Z203H7-4井為例，共計(jì)進(jìn)行24次堵漏，其中10次堵漏鉆井液堵漏，6次水泥堵漏，7次堵漏鉆井液+水泥堵漏，1次復(fù)合堵漏鉆井液+低密度水泥堵漏成功。從堵漏效果來看，使用水泥漿堵漏14次中發(fā)生失返漏失、循環(huán)漏失、承壓漏失7 次，發(fā)生鉆塞失返、鉆塞井漏等6次。

從堵漏效果來看，采用復(fù)合水泥漿堵漏工藝成功率更高，效果更好，但也存在復(fù)漏率高等問題，需要多次堵漏才能到達(dá)下步作業(yè)要求。

3.1.3 膨脹管堵漏

針對(duì)四川盆地頁巖氣斷裂/裂縫發(fā)育、深井超深井面臨的采空區(qū)導(dǎo)致的井漏復(fù)雜頻發(fā)的難題，通過高抗擠膨脹管材料研發(fā)、使用性能評(píng)價(jià)等技術(shù)攻關(guān)，建立膨脹管裸眼封堵標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，形成了膨脹管封堵技術(shù)。

Z203H5-2 井實(shí)施Φ299 mm×14 mm 膨脹管作業(yè)，在不縮小四開井眼尺寸的條件下成功封堵了嘉陵江漏層，取得良好效果。該井三開Φ311.2 mm 井眼鉆至1 758～1 850 m井段（嘉五～嘉三段）發(fā)生惡性漏失，采用橋漿、高失水、凝膠、水泥等多種堵漏作業(yè)42 次，均難以形成有效封堵，漏失量超3 900 m3，損失時(shí)間超1 800 h。將Φ311.2 mm 井眼擴(kuò)眼至346.08 mm，應(yīng)用Φ299 mm 膨脹管將三開井身結(jié)構(gòu)（339.7 mm-244.5 mm-139.7 mm）拓展為四開井身結(jié)構(gòu)（339.7 mm-299 mm 膨脹管-244.5 mm-139.7 mm），膨脹管封堵后通徑284 mm，三開繼續(xù)采用283 mm 鉆頭鉆至3 787 m 中完，順利下入250.83 mm+244.5 mm（小接箍）套管。在不縮小四開井眼尺寸的條件下，施工前須家河～嘉陵江組失返性漏失，鉆井液密度僅1.07 g/cm3，無法正常繼續(xù)鉆進(jìn)，施工后進(jìn)行地層承壓測(cè)試至井底當(dāng)量鉆井液密度2.04 g/cm3，成功解決須家河～嘉三段常規(guī)承壓堵漏技術(shù)難以滿足要求的問題。實(shí)現(xiàn)承壓能力設(shè)計(jì)要求。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)堵漏工藝流程

針對(duì)渝西區(qū)塊上部地層溶蝕縫洞發(fā)育良好，鉆井過程中易發(fā)生竄漏、井架基礎(chǔ)沉降，中下部井段地層地層裂縫發(fā)育、巖石硬脆致密、長裸眼井段安全密度窗口較窄等問題，開展不同層段井漏特征分析建立針對(duì)性防漏治漏技術(shù)措施，按照不同開次地層條件情況，建立不同層段井漏處理措施，提高堵漏效率、節(jié)約施工作業(yè)時(shí)間（表3）[8-9]。

表3 不同層段井漏處理措施

3.3 堵漏工藝效果評(píng)價(jià)

2022年，渝西區(qū)塊頁巖氣19口井開展堵漏作業(yè)303井次，大致可分為化學(xué)材料類、水泥類及膨脹管三大類，其中橋漿堵漏材料采使用170井次、其他化學(xué)材料33 井次、水泥（含復(fù)合堵漏鉆井液+水泥）堵漏104井次、膨脹管堵漏1井次，其堵漏性能各有不同，一定程度上解決了井漏問題，但尚未有一種行之有效、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且效果顯著的堵漏方式[10-12]。

現(xiàn)有堵漏措施主要包括橋漿堵漏、水泥堵漏、固結(jié)堵漏等多種方式，橋漿材料以剛性果殼、礦物、纖維等材料復(fù)配，最大顆粒5～8 mm，主要在15%～45%，對(duì)失返性漏失效果較差；水泥漿堵漏采取單獨(dú)水泥漿、超細(xì)水泥、纖維水泥、堵漏漿+水泥漿結(jié)合的方式，成功率不高，鉆塞后易復(fù)漏，承壓不能達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。其他固結(jié)堵漏、高失水堵漏、凝膠堵漏采用次數(shù)較少，成功率低?，F(xiàn)有技術(shù)對(duì)失返性漏失的處理缺乏針對(duì)性，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，目前采用水泥堵漏解除井漏井次較多，但無論采取哪種方式，都經(jīng)歷多次反復(fù)封堵嘗試，堵漏成功與否存在較大的不確定性。膨脹管封堵技術(shù)相較于化學(xué)類、水泥類堵漏施工成功率更高，承壓能力提升更明顯，穩(wěn)定性更好，但同時(shí)成本更高，施工更復(fù)雜，施工周期也較長。

4 結(jié)論及建議

1）針對(duì)渝西區(qū)塊漏失復(fù)雜情況開展防漏堵漏技術(shù)研究，形成了巖溶勘查避漏、井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化及過程監(jiān)管強(qiáng)化為主的防漏措施，采用了新材料新工藝堵漏材料、水泥堵漏、復(fù)合漿體堵漏及膨脹管的堵漏技術(shù)，防漏治漏效果顯著。

2）化學(xué)物理類和水泥漿堵漏對(duì)失返性漏失的處理缺乏針對(duì)性，從效果看都經(jīng)歷多次反復(fù)封堵嘗試，復(fù)漏可能性高，仍需深入機(jī)理分析，優(yōu)化防漏堵漏技術(shù)措施，提高治理效率。

3）膨脹管封堵技術(shù)相較于其他堵漏施工成功率更高，承壓能力提升更明顯，穩(wěn)定性更好，但同時(shí)成本更高，施工更復(fù)雜，施工周期也較長。