相國寺地下儲氣庫低壓裂縫性地層鉆井防漏堵漏技術

譚茂波 何世明 范興亮 劉德平 段 玲

1.西南石油大學石油工程學院 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事業部

四川盆地相國寺地下儲氣庫［1－2］是中石油2010年開始建設的地下儲氣庫之一，是連通新疆、川渝和長慶“三大氣區”的中衛—貴陽天然氣管道建設中的一部分，具有季節調峰供氣、事故應急供氣和戰略儲備供氣的功能。到2009年12月底，相國寺構造共完鉆氣井37口，從已鉆老井分析來看，鉆井井漏非常嚴重。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。為加快相國寺儲氣庫的建設，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X1井等4口試驗井。為了保證試驗井安全快速鉆井，需針對相國寺構造防漏堵漏難點，提出一套有效的防漏堵漏技術措施來解決井漏問題。

1 防漏堵漏難點分析

相國寺構造隸屬川東南中隆高陡構造區華鎣山構造群，地質情況異常復雜。礦產發育、地層傾角大、構造破碎、斷層多、裂縫孔隙發育、連通性好、原產氣層地層壓力系數低、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，主要表現在以下幾個方面。

1.1 孔滲性好，漏失頻繁

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

1.2 溶洞及裂縫發育

下三疊統嘉陵江組和下二疊統茅口組巖性以石灰巖和白云巖為主，由于地質形成時期的構造應力和地質形成后期的地質作用產生了各種裂縫，并長期經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，鉆進時極易漏失［4］。

1.3 原產氣層地層壓力系數低

相國寺構造共獲4個氣藏，即茅口組、下二疊統棲霞組、上二疊統長興組和石炭系氣藏。其中長興組、茅口組和石炭系3個儲層已進入開發后期，地層壓力系數均低于1.0，特別是目的層石炭系的地層壓力系數僅為0.1（見圖1），是典型的超低壓地層，承壓能力低。

1.4 茅口組易產生誘導裂縫、提高地層承壓幅度大

作為原產氣層的茅口組目前地層壓力系數只有0.2，當承壓能力很低的茅口組與壓力系數相對較高的長興組、上二疊統龍潭組設計為同一鉆井段時，在茅口組中鉆進容易產生誘導裂縫，從而導致井漏。并且為了保障鉆進易坍塌的下二疊統梁山組及后續固井施工的順利進行，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 相國寺構造試驗井井身結構圖

1.5 堵漏材料難以進入地層或搭橋難

根據前期堵漏情況分析，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入地層，小顆粒進入漏失通道后又難以搭橋，一旦沖開就復漏。

1.6 庫區煤礦、石膏礦發育

相國寺構造所在地區煤礦、石膏礦發育，很多區域出現了采空區，鉆進時易鉆入地下礦坑道，發生嚴重井漏。堵漏時，堵漏材料極有可能完全漏入坑道，會消耗大量的堵漏材料，堵漏成功率極低。

2 防漏堵漏技術

針對相國寺構造存在的礦產發育、地層孔滲性好、溶洞及裂縫發育、漏失頻繁、原產氣層地層壓力系數低、堵漏材料難以進入地層等防漏堵漏難點，提出試驗井應用優化井身結構、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措施。

2.1 優化井身結構與應用

井身結構優化設計是鉆井工程設計的重要內容，需根據地質特征、油氣水顯示、地層壓力系數變化和漏失情況等，考慮鉆井方式，設計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、卡等工程事故的發生，保證安全快速鉆井。

相儲X2井是相國寺儲氣庫第1口先導性試驗井，采用優化井身結構設計方案，套管層序為 508mm× 339.7mm× 244.5mm× 177.8mm（圖1）。優化后的井身結構在防止鉆井井漏中起到了關鍵作用： 508mm導管下至井深50m左右封隔未膠結的礫石層、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層，以及棲霞組相對高壓層，防止發生壓裂性漏失，為在石炭系儲層中鉆進創造了條件。采用優化的井身結構后，克服了相國寺構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，從開鉆到完井結束，沒有發生較大類型的井漏事故，提高了鉆井時效。

2.2 應用氣體鉆井技術

氣體鉆井技術是指以氣體作為循環介質來鉆進的一種欠平衡鉆井技術，在對付硬地層、井漏、出水出氣等地層中已經大量應用［1，5－12］，與常規鉆井相比不含正壓差，不會因流體通過孔隙、裂縫而大量進入地層，具有能減少或避免井漏、提高機械鉆速、延長鉆頭壽命、保護儲層等方面的優勢。

相國寺儲氣庫先導性試驗井中的相儲X2井和相儲X1井在須家河組—嘉陵江組應用了氣體鉆井技術，相儲X3井的第二次開鉆的 444.5mm井眼，鉆進至井深337m處采用無固相鉆井液鉆進發生井漏，然后改用空氣／霧化鉆進至嘉二3亞段；相儲X4井全井段采用鉆井液常規鉆井方式。對4口試驗井中的50～1 700m井段的氣體鉆井與常規鉆井液鉆井所取得的鉆井指標進行對比分析（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X1井在須家河組—嘉二段采用氣體鉆井進尺720.8m，僅漏失1次，平均機械鉆速3.47 m／h，而相儲X3井在50～337m采用無固相鉆井液鉆井漏失10次，平均機械鉆速僅為1.93m／h。通過50～1 700m井段氣體鉆井與常規鉆井對比分析可知，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，而且大幅度提高了機械鉆速、縮短了鉆井周期。

表1 試驗井50～1 700m井段氣體鉆井與常規鉆井對比情況表

2.3 堵漏技術

在相儲X1井等4口試驗井鉆井過程中，相儲X3井是漏失最為嚴重的一口井，采用了橋漿堵漏、隨鉆堵漏等多種堵漏技術措施［13－20］。從堵漏結果分析來看，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

HHH堵漏材料形狀以細纖維和顆粒狀為主，具有高失水、高承壓、高酸溶的“三高”特點。由于其材料形狀的獨特性，關井擠壓時利于將堵漏材料送入漏層；堵漏漿進入漏層后，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黏接性能，可大幅度提高漏層的承壓能力。

相儲X3井鉆進至井深2 106.81m發生井漏，全井橋漿強鉆至井深2 125m，漏速達到18m3／h，經過水泥漿堵漏后在2 028.10m又復漏，針對此種情況，立即采用了HHH堵漏技術。

連續2次泵注密度1.38g／cm3、濃度71%HHH堵漏漿關井候堵，循環觀察，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，比其他常規堵漏節約了大量的鉆井液、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

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

相儲X3井在井深2 200.00m發生井漏，泵入密度為1.80g／cm3的水泥漿40m3候凝，循環觀察，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循環做承壓試驗時發現井漏，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

雷特纖維承壓堵漏技術采用的是惰性堵漏材料—雷特超強堵漏劑，堵漏劑以顆粒架橋、楔入承壓、封門加固相結合的方式進行堵漏。擁有片狀易楔入、耐高溫不易變形等優點，形成的堵漏塞性能穩定，具有很強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）＋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X3井在茅二段連續采取了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關井正擠鉆井液7.2m3憋壓候堵4h，泄壓循環觀察，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 未發現井漏，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循環做承壓試驗，泵壓11.2MPa、排量2 537L／min發現井漏，但漏速明顯減小，共漏失鉆井液5.2m3。后面進行的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循環做承壓試驗沒有出現井漏。

雷特纖維承壓堵漏技術使用獨特的堵漏材料吃進漏層，在漏失通道中形成堅固的堵漏塞，阻斷了地層漏失，均一次性堵漏成功。連續經過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，為后續鉆井施工的順利進行創造了條件。

3 結論與認識

1）試驗井采用優化后的井身結構成功克服了煤礦坑道、惡性漏失層、活躍氣水層等復雜地層的井漏問題，順利鉆至目的層。

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

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

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

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