碳酸鹽巖裂縫溶洞層膠質(zhì)水泥堵漏技術(shù)——以川東地區(qū)蒲005-2井為例

摘 要

摘要：針對川東地區(qū)蒲包山構(gòu)造三疊系嘉陵江組地層壓力系數(shù)低、漏失井段長、漏層和水層同時存在等復(fù)雜鉆井難題，提出利用膠質(zhì)水泥堵漏技術(shù)來解決上述問題的技術(shù)思路：①將水泥漿與
摘要：針對川東地區(qū)蒲包山構(gòu)造三疊系嘉陵江組地層壓力系數(shù)低、漏失井段長、漏層和水層同時存在等復(fù)雜鉆井難題，提出利用膠質(zhì)水泥堵漏技術(shù)來解決上述問題的技術(shù)思路：①將水泥漿與鉆井液以一定的比例混合，形成膠質(zhì)水泥漿，降低水泥漿密度和凝固強度，提高堵漏成功率；②在鉆井液中加入氯化鈣，以調(diào)節(jié)膠質(zhì)水泥漿稠化時間；③施工前做好膠質(zhì)水泥漿的配方比例；④用高濃度膨潤土漿為隔離液，減少地層水對堵漏漿的稀釋；⑤施工中，使膠質(zhì)水泥漿至少2/3進入漏層，對整個裸眼段徹底封堵；⑥用兩臺水泥車配合施工，通過調(diào)節(jié)水泥車排量來實現(xiàn)配方比例；⑦施工結(jié)束后，適當(dāng)縮短候凝時間，控制水泥塞強度，避免鉆水泥塞過程中鉆出新井眼。將上述措施應(yīng)用到蒲005-2井獲得了成功，為解決川東地區(qū)淺層碳酸鹽巖裂縫-溶洞型井漏問題又探索出了一條新的途徑。
關(guān)鍵詞：川東地區(qū)；碳酸鹽巖；堵漏；膠質(zhì)水泥低密度低強度
0 引言
    蒲包山構(gòu)造地處川東地區(qū)高陡主體構(gòu)造區(qū)西部，構(gòu)造褶皺強烈，地層陡峭破碎，裂縫溶洞發(fā)育。地表多出露在三疊系嘉陵江組碳酸鹽巖地層，地表地層傾角為42°。淺層至中層用清水鉆進，一般都有惡性井漏發(fā)生。實際鉆井資料顯示，該構(gòu)造嘉陵江組地層壓力系數(shù)低，漏失井段長，漏失空間大，漏層、水層同時存在，堵漏難度大，復(fù)雜處理時間長[1]。
1 前期井漏情況
    蒲005-2井是一口以石炭系為目的層的滾動勘探開發(fā)井。該井開鉆就出現(xiàn)清水有進無出嚴重井漏。采用清水強鉆方式鉆至井深31m、500m分別下入Φ339.7m、Φ244.5mm套管封隔漏層段。第3次開鉆在飛仙關(guān)組、長興組545.70～1200m井段發(fā)生井漏6次，用水泥漿、橋漿、HHH等堵漏22次未獲成功，漏速為34.4m3/h。結(jié)合鉆井、錄井及鉆屑資料分析認為，該井為碳酸鹽巖裂縫-溶洞型漏失，漏失井段長，漏失空間大，承壓能力低，靜液面最深達200m，折算漏層地層壓力系數(shù)(鉆井液當(dāng)量密度)為0.76g/cm3，且有水層存在，導(dǎo)致常規(guī)堵漏效果差，決定采用膠質(zhì)水泥堵漏技術(shù)進行堵漏。井身結(jié)構(gòu)，見表1；地質(zhì)分層，見表2。
 

2 膠質(zhì)水泥堵漏技術(shù)
    1) 用高濃度膨潤土漿代替鉆井液，與水泥漿按一定比例混合配成膠質(zhì)水泥漿，降低水泥漿密度及凝固強度，提高堵漏成功率。在高濃度膨潤土漿中加入氯化鈣，以調(diào)節(jié)膠質(zhì)水泥漿稠化時間。膠質(zhì)水泥漿配方比例及氯化鈣加入量通過水泥漿試驗確定。用高濃度膨潤土漿做隔離液，減少地層水對堵漏漿的稀釋[2～5]。
    2) 用兩臺水泥車配合完成施工，通過調(diào)節(jié)水泥車排量來實現(xiàn)對混合比例的掌控，確保施工達到預(yù)期目標。膠質(zhì)水泥漿注入量至少是裸眼體積的1.5倍以上，使膠質(zhì)水泥漿至少2/3進入漏層，以期對該井整個裸眼漏失段進行全面徹底封堵。
   3) 光鉆桿置于井口，確保施工安全。施工中注意控制膠質(zhì)水泥漿總施工排量，盡量避免其在井內(nèi)上返。如井口有返出，則關(guān)井，繼續(xù)完成堵漏施工，控制關(guān)井壓力在1MPa以內(nèi)，通過頂替量控制水泥塞面在井深450m左右。如井口不返，頂替1m3后隔離液(清水)即可，不控制塞面。
    4) 施工完成后，適當(dāng)縮短候凝時間，控制水泥塞強度。根據(jù)樣品情況決定探水泥塞和鉆水泥塞時間，以避免鉆水泥塞中鉆出新井眼。
3 膠質(zhì)水泥堵漏施工
3.1 膠質(zhì)水泥堵漏試驗
    結(jié)合該井鉆井、堵漏情況分析，要求配制的膠質(zhì)水泥漿密度為1.45～1.55g/cm3，24h水泥塞強度低于10MPa，稠化時間為2～4h(試驗數(shù)據(jù)見表3)。
 
3.2 入井膠質(zhì)水泥漿配方選定
   1) 水泥漿密度為1.75～1.80g/cm3。
   2) 高濃度膨潤土漿為17%氯化鈣+45%～50%膨潤土。
   3) 膠質(zhì)水泥漿配方比例：水泥原漿：氯化鈣膨潤土漿=1:1～1:1.5。
   4) 膠質(zhì)水泥漿性能(試驗溫度42℃)：密度為1.47～1.54g/cm3，初凝時間為1.5～2h，流動度為15～23cm，稠化時間為2～4h。
3.3 施工過程
3.3.1第1次施工
   探靜液面井深為222.80m，下光鉆桿至井深為30m。注密度為1.06g/cm3膨潤土漿10m3，出口無返。關(guān)井，用一臺水泥車正注水泥漿27m3，平均密度為1.74g/cm3，同時用另一臺水泥車反注密度為1.33g/cm3氯化鈣膨潤土漿27m3，混合密度為1.57～1.63g/cm3膠質(zhì)水泥漿54m3。候凝19h，探得水泥塞面井深為623.84m，循環(huán)漏速為3.5m3/h。鉆水泥塞至井深1087.91m放空，漏速增大至27.2m3/h。由于第1次施工是從正眼、環(huán)空同時注入，實際上是正反注，水泥漿與高濃度膨潤土漿沒有在地面管線開始混合，而是在通過1柱鉆桿后在套管內(nèi)混合，所以混合效率不高，導(dǎo)致堵漏效果不理想。在第2次施工中，調(diào)整了施工方案，改正反注為正注，采取水泥漿與高濃度膨潤土漿在地面管線混合后再進行正眼鉆桿內(nèi)，依靠自身重量整體往下推進。
3.3.2第2次施工
    探靜液面井深190m，下光鉆桿至井深145.30m，注密度1.10g/cm3高黏膨潤土漿16m3。用一臺水泥車正注水泥漿15m3，平均密度為1.72g/cm3，同時用另一臺水泥車正注密度1.33g/cm3氯化鈣膨潤土漿20m3，混合密度為1.57～1.63g/cm3膠質(zhì)水泥漿35m3，施工中出口一直不返鉆井液。候凝19h，探得水泥塞面井深810m，循環(huán)漏速為3.4m3/h，鉆水泥塞至井深1088.17m放空。鉆水泥塞過程中觀察水泥塞強度，鉆壓可承受到40～50N；5～10min鉆完一根單根，鉆時不到1m/min。返出巖屑膠結(jié)均勻。
4 施工效果評價
    1) 效果評價：采用膠質(zhì)水泥漿89m3堵漏2次成功封堵裸眼500～1200m井段6個漏層。漏速為34.4～3.4m3/h，堵漏效果非常好，達到了預(yù)期目標。
    2) 膠質(zhì)水泥堵漏施工應(yīng)具備的條件：①漏失性質(zhì)、漏失特點清楚；②橋漿、HHH、水泥等其他材料堵漏沒有明顯效果；③漏速比較大，液面不在井口；④關(guān)井后，井口壓力不高，在可控范圍內(nèi)；⑤套管下深(500m以內(nèi)，最多不超過1000m)，裸眼段也不長(不超過1000m)，漏層位置距離套管鞋不遠。
5 結(jié)論
    1) 采用膠質(zhì)水泥堵漏技術(shù)施工2次。成功封堵了該井裸眼500～1200m井段6個漏層，為下步鉆進創(chuàng)造了條件，達到了預(yù)期目標。
    2) 膠質(zhì)水泥漿以鉆井液為主，流動性能與純水泥漿相似，密度、強度都可根據(jù)井下情況調(diào)整，具有“低密度、低強度、適應(yīng)性強”的特點。膠質(zhì)水泥堵漏技術(shù)在該井的運用成功，為長段碳酸鹽巖裂縫-溶洞型漏失的治理提供了新的技術(shù)手段，具有廣闊的應(yīng)用前景。
    3) 膠質(zhì)水泥堵漏施工的關(guān)鍵，是試驗的配方范圍選定和施工中水泥漿與鉆井液混合比例的掌控。室內(nèi)試驗的配方在同類構(gòu)造和同類漏失井有借鑒意義。
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(本文作者：卓云1 曾慶旭1 劉德平1 謝公健1 趙行權(quán)1 李官全2 胡仁德2 1.川慶鉆探工程公司川東鉆探公司；2.渤海鉆探工程公司第五鉆井工程分公司)