從地熱鉆井大裂隙漏失的堵漏實踐談橋接堵漏

劉殿有，馮長英，王 利，王玉民

（吉林省第六地質探礦工程大隊，吉林延吉133401）

從地熱鉆井大裂隙漏失的堵漏實踐談橋接堵漏

劉殿有*，馮長英，王 利，王玉民

（吉林省第六地質探礦工程大隊，吉林延吉133401）

在地熱井施工中，鉆遇大裂隙或溶洞，鉆井液嚴重漏失，浪費大量人力、物力，且易引發井內事故。采用在漏失通道設立堵塞隔墻輔助惰性材料、粘土球為粘合劑泵入水泥漿封閉的聯合堵漏措施，經過現場驗證表明，采用橋接堵漏措施效果良好。

紅磚為骨架材料；粘土球為粘合劑加惰性材料；水泥漿加固；橋接堵漏

鉆井漏失是鉆井過程中最普遍、最常見的井下復雜情況之一。井漏不僅會耗費鉆井時間，損失大量泥漿，消耗大量堵漏材料，而且可能引起卡鉆、井塌等一系列事故復雜情況。從某種程度上講，井漏比某些鉆井事故給鉆井帶來的損失更大。因此，有必要對鉆井防漏、堵漏工作進行全面系統的再認識，本文從一起地熱井的大裂縫漏失的堵漏實踐中，談一談橋接堵漏的方法。

2012年，我隊在吉林省白山市江源區施工了一口地熱井，設計井深2500m，實際鉆井深度2001m，該井施工中，在井深1002m時發生嚴重的漏失，采用了多種堵漏方法，歷時40余天，耗費了大量的人力和物力，最終成功完成了堵漏工作，確保了該井的順利施工。此次堵漏的成功，為今后地熱井中鉆遇大裂隙的漏失處理，開辟了一種經濟高效的堵漏途徑。

1 礦區概況

該地熱井位于吉林省白山市江源區育林新村。屬華北板塊東北緣，遼東臺隆渾江坳陷。

地層自上而下為：

0～20m，第四系，由黃褐色、綠灰色粘土及雜色砂礫層組成。

20～970m，第三系，巖性主要為灰色礫石、砂巖、粉砂巖（粉砂巖夾少量紫色泥漿）、凝灰質砂巖、凝灰巖等組成。970～1910m，古生界石炭系，巖性主要為灰黑色泥巖、灰黑色粉砂巖，夾煤層。

1910～2500m，古生界奧陶系，巖性主要為灰色灰巖、白云質灰巖等。

2 鉆井井身結構和套管程序

該井設計井深2500m、三開結構。分別為：

一開：井徑?311.1mm，下入?244.5mm×8.94mm石油套管，下深400m。

二開：?215.9mm、下入?177.8mm×8.05mm石油套管至1500m。

三開：?162mm裸眼，至設計井深。

3 施工設備選擇

鉆機：GZ-2600型鉆機

鉆塔：K31.5-135/2.2

泥漿泵：CQ3NB-500

泥漿凈化機：JCN-1

鉆桿：?127mm、?89mm

鉆鋌：?178mm、?159mm、?121mm

4 事故概況

二開鉆井，在井深1002m時，突然發生漏失，井口不返漿，泵壓表無泵壓，下放鉆具，沒有鉆壓，呈放空狀態，輕放鉆具至1004m遇井底，放空井段為2m。

漏失發生后，井隊首先進行了常規的堵漏方法進行處理，加大了泥漿粘度，泥漿粘度為70s，比重1.25g/mL,泵送泥漿達50m3,井口仍不返漿，泵壓沒有反應。

在送濃泥漿無效的情況下，配制泥漿粘度仍為70s，泥漿內加入鋸末、稻草等堵漏材料，繼續處理，仍不返漿，考慮井孔漏失孔隙大，采用粘土球和水泥漿聯合堵漏，先向井內投入粘土球，下鉆具分段搗實，然后向井內注入水泥漿液進行堵漏，但在投入粘土球進行搗實時發現，投入多次泥球，井內不見有堆積，因此，這種聯合堵漏方法無法進行。由此可見，這次的漏失情況復雜，上述方法難以處理。

5 事故原因分析及解決措施

根據處理過程中大量漏失和泵壓及返漿情況，以及鉆進過程出現的放空狀況，可以確定該漏失是由大的裂隙或溶洞引起的。同時由于投入井內的粘土球未能形成堆積，由此推測，該裂隙內可能有地下水的活動，因此，此次漏失的處理，采用常規的方法，很難取得效果。

5.1 大裂隙成因

產生漏失的井段為1002～1004m井段，屬中深井段，其巖性主要為粉砂巖，因此，可排除由碳酸鹽巖所形成的溶洞、裂隙的可能。

其裂隙的產生可能是砂巖層受構造變形作用，在構造應力作用下產生破裂，形成構造裂隙，同時由于區域構造，包括斷層構造和褶皺構造的影響，使裂隙相互貫通，形成了具有地下水活動的大的裂隙。

5.2 堵漏措施的制定

針對上述情況，我們認真進行了分析、研究，認為解決該井的漏失應滿足以下條件：

（1）為了堵住漏失層，必須在距井筒很近范圍內的漏失通道里建立一道堵塞隔墻，用以隔斷漏液的通道，隔墻必須具有一定的機械強度。

（2）當堵漏物質到達漏失層時，其物質顆粒的形狀、尺寸、漿液流動變形等應適應漏失通道的復雜形態，堵劑才能按設計的數量進入漏失層。

（3）堵劑進入漏失層后，不能讓其源源不斷進入地層深處，進入地層的堵劑必須能抵御各種流體的干擾，在各項流動阻力的作用下，在近井筒漏失通道處發生滯流、堆積，從而充滿一定范圍的漏失空間。

根據上述條件，結合鉆井口徑等因素，確定了以研磨性較好的紅磚為骨架材料，粘土球為粘合劑，鋸末、稻草、廢棕繩為堵漏材料，水泥漿為加固材料的聯合堵漏措施。

5.3 堵漏措施的實施與成果

按照制定的聯合堵漏措施，先以1/2大小的紅磚塊，間斷投入井內，投入一定量后，下鉆具進行通井搗實，防止在井內架橋，一次投入不要太多，在20塊整磚左右。然后投入預先做好的粘土球，粘土球大小在5～8cm左右，要做實，略風干，防止由于表面遇水，粘附井壁而架橋，下鉆通井、搗實，重復幾個循環，待井內堆積，填充超過漏失井段后，用濃泥漿加入鋸末、稻草、廢棕繩等小泵量送入井內幾次都未見效果。經再次分析研究可能是由于裂隙內地下水活動，小的骨架材料難形成堆積，決定采用整磚加半磚向井內投送，克服裂隙內地下水的破壞，通井時遇有阻力，采用輕壓，慢轉將其推送至井底，其它程序同樣進行。

上述過程歷經十幾個回次，井口終于返漿，說明井底大裂縫已基本被填充，然后采用水泥漿進行封孔，候凝48h后透孔鉆進，返漿恢復正常，至此堵漏結束，該井順利施工至2001m完井。

此次堵漏共耗時40余天，紅磚1000余塊，泥漿500m3,水泥5t。

5.4 鉆井中的注意事項

在堵漏井段以下鉆井中，應注意降低激動壓力，防止漏失井段人為堆積的井壁破壞。

首先，在下鉆過程中，控制每下一個立根的時間不小于45s，同時做到勻速下放，平穩操作，最大限度地降低因鉆具慣性力而引起的激動壓力。

第二，控制開泵泵壓，每次開泵，首先啟動轉盤，轉動鉆具，破壞泥漿的結構力，而后用小排量建立循環，待泥漿返出正常后，再增加到正常排量。

第三，鉆進至深井段，每次下鉆要分段循環，根據井下情況確定分段循環次數，必要時應加密分段循環的次數，另外，在深井段下鉆，應避免一次下鉆到井底，最好下鉆至井底20～30m處，開泵循環，正常后，接單根劃眼至井底。

第四，當下鉆遇阻時，應接方鉆桿，緩慢開泵，正常后劃眼通過。同時控制劃眼速度，嚴防因憋泵等因素而憋開漏失層。

6 橋接堵漏

此次鉆井中大裂隙漏失所采用的聯合堵漏方法，其原理就是比較典型的橋接堵漏。

6.1 橋接堵漏的原理

橋接堵漏就是利用接堵漏材料在封堵漏失層的過程中，進行機械堵塞，其作用原理有以下幾個方面：

（1）架橋作用。顆粒狀橋接堵漏材料在通過地層中漏失通道時，能在其凹凸不平的粗糙表面及狹窄部位產生阻力并“架橋”。所謂“架橋”，不僅僅指的是顆粒材料單一式的架橋，多數情況下是多種顆粒材料相互支撐。相互依托的堆砌式“架橋”。由于顆粒狀材料質硬，力臂短，應力分散，因此一旦“架橋”，就具有相當強的抗破壞能力，在其它材料的配合作用下，能有效地封堵漏失層。

（2）堵塞和嵌入作用。架橋作用形成以后，僅僅形成了封堵漏失通道的基本骨架，漏失通道由大變小，由小變微，但還沒有徹底消除漏失通道的相互連通。這時堵漏漿液中的維纖維狀材料，片狀材料和細顆粒材料，在壓差作用下對“架橋”中的微小孔道和地層中原有的小裂縫進行嵌入和堵塞，從而完全消除漏失，從而達到堵漏的目的。

（3）滲濾作用。堵漏泥漿中的橋接材料，具有增大漿液高壓失水的作用，形成較厚的濾餅，這些濾餅在壓差作用下，被擠入地層裂隙，形成楔塞，增強堵漏效果。

（4）在濾餅中的“拉筋”作用。堵漏漿液在壓差作用下失水形成濾餅填塞時各類堵漏材料，尤其是纖維狀和片狀材料被夾在濾餅之中起到了強有力的“拉筋”作用，同時大大加強了楔塞的機械強度。

（5）膨脹堵塞作用。橋接堵漏材料大部分屬木質纖維類物質，這些材料在水的浸泡下，具有一定的吸水膨脹性，因此，當橋接材料被擠進地層裂隙形成橋堵墊層后，受到地層中液體的浸泡，產生膨脹，可增加橋堵墊層的封堵能力。

（6）“卡喉”作用。地層中存在許多形狀不一的裂隙、孔隙，它們相互交錯、延伸，對一條漏失通道來說，始終有其最窄小的部位，這就是“喉道”，在此處架橋就是所說的“卡喉”作用。橋接堵漏材料針對這些“喉道”部分發揮架橋、填塞、嵌入等作用來形成機械堵塞，從而達到消除井筒漏失的目的。

6.2 橋接堵漏材料應具備的性能

從橋接堵漏材料的基本作用原理，可以總結出對橋接堵漏材料的主要性能：

（1）顆粒狀堵漏材料必須有適當的幾何尺寸和機械性能，以便適合于井內復雜情況和承受作用于橋塞上的壓力差。一般情況下，顆粒狀材料的最佳尺寸應是地層中漏失通道開口尺寸的1/3，此時，才能形成較為穩定的橋堵。在穩定的橋堵形成過程中，顆粒狀材料必須具有足夠的抗壓、抗剪切強度，才能承受由壓差引起的彎曲應力和縱向力。同時顆粒狀材料還必須具有足夠的硬度，以防止顆粒應變變形而改變其幾何形狀，而降低堵漏效果。

（2）纖維狀材料和片狀材料必須有能力在橋堵上形成密封，以降低堵塞滲透率，就是說它們必須具有足夠的強度，才能橋接堵塞住顆粒材料中的間隙，而且還必須具有足夠的彈性和塑性，才能變形封堵大部分裂隙的有效流動面積。

6.3 橋接堵漏材料的濃度和級配

單一材料的封堵能力往往是很有限的，不同材料的復配使用，能相互增效，大大提高其封堵漏層的能力，在應用橋接材料堵漏時，應根據不同的漏層性質，合理選擇堵漏材料的級配和濃度。

在選擇橋接材料濃度時，應綜合考慮漏失速度、漏失壓力、液面深度、漏層段長度、漏層形狀等，一般范圍是5%～15%（重量體積比）。其中片狀和纖維狀材料在堵漏漿液中加量一般不得超過5%，顆粒狀材料的加量控制在7%（重量體積比）之內。同時，對于漏失速度快、裂隙大或孔隙大的漏失，應用大顆粒、長纖維、大片狀橋接材料配成高濃度漿液，反之則用中小粒度、短纖維、小片狀的橋接材料配成低濃度漿液。

橋接材料級配的一般原則是：顆粒狀、片狀、纖維狀堵漏材料之比為5∶2∶1。

6.4 橋接材料的種類

橋接材料一般稱為隋性材料，按其形狀分為3大類：

（1）顆粒狀材料：常用的有核桃殼、橡膠粒、碎塑料粒、硅藻粒、珍珠巖、生石灰、瀝青粉等。它們在堵漏過程中主義用于卡住漏失通道的“喉道”，起“架橋”作用，因此又被稱為“架橋劑”。

（2）纖維狀材料：主要來源于植物、礦物及一系列合成纖維。一般有鋸末、花生殼、玉米芯、稻草、廢棕繩等。它們在堵漏漿液中起懸浮作用，在形成的堵塞中它們縱橫交錯，相互牽扯，通常被稱為“懸浮拉筋劑”。

（3）片狀材料：常用的有云母片、稻殼、刨花、玻璃紙等。它們在堵漏過程中主義起填塞作用，因此被稱為“填塞劑”。

橋接材料由于經濟價廉、使用方便、施工安全，因此在鉆井施工現場應用普遍，并取得了明顯效果，使用此方法可以處理由孔隙及裂隙造成的部分漏失。

實際應用過程中，除上述介紹的橋接材料外，可根據井內情況、現場條件，利用各種可以堵漏的物質進行堵漏。如本次漏失處理中，采用的建筑紅磚，以往施工中很少用到，而在此次漏失處理中，卻起到了決定性的作用。

7 處理鉆井漏失的一般規程

（1）漏失發生后，應認真分析漏失發生的原因，確定漏失層的位置，漏失的類型（滲透漏失、裂隙漏失、溶洞性漏失等）以及漏失的嚴重程度。

（2）根據漏失情況及地層性質、井下情況等決定是否繼續鉆進一段，確保漏失層完全鉆穿或是立即起鉆等。 （3）配制堵漏漿液施工時，如果能夠起鉆，應盡可能采用光鉆桿結構，下至漏失層頂部，使用正確的堵漏劑注入方法，確保2/3的堵漏劑進入到漏失層近井眼處。同時施工過程中，要不停地活動鉆具，避免卡鉆。

（4）施工前，應精心設計、精心施工，施工后認真收集、整理各項材料。

8 結束語

該地熱井的漏失比較嚴重、復雜，采用常規堵漏方法，難以解決，本次處理過程，大膽采用紅磚、粘土球、濃泥漿及堵漏材料，配合水泥漿護壁堵漏的聯合堵漏方法，雖耗時較長，但成功完成大裂隙漏失的堵漏工作，確保了該地熱井順利鉆至設計井深，同時也豐富了橋接堵漏的一些內容，為今后在地熱鉆井中，鉆遇類似大裂隙漏失的堵漏開辟了一種經濟高效的堵漏途徑。

在該地熱施工中的幾點體會：

（1）該地熱井施工，由于對礦區地質情況了解少，在鉆井井身結構設計上，存在很多缺陷。

一開?311.1mm、套管?244.5mm、二開?216mm、套管?177.8mm，這種結構設計沒有給下步處理井內復雜情況留有余地。因此建議在地熱井施工中，特別是陌生的礦區，在鉆井的井身結構設計上，一定要充分考慮到鉆井過程中的復雜情況，留有一定的套管級配，減少施工中的風險。

（2）發生漏失事故不要盲目處理，應充分分析施工中出現的各種復雜情況和認真分析地層、地質情況，確定漏失類型及嚴重程度，確定處理方案，按方案所設計的方針進行處理，以避免因盲目施工帶來的時間和物資的損失，并避免更大事故的發生。

[1]鉆井工程施工新技術及標準規范實用手冊[M].石油工業出版社，2007.

[2]復雜地層深部鉆探工程施工關鍵技術及應用[R].2011.

[3]王敏，張寶河.大裂隙堵漏劑在神農架礦區復雜地層鉆進中的試驗應用[R].2014.

TE28

B

1004-5716(2015)06-0035-04

2014-06-26

劉殿有（1960-），男（漢族），吉林延吉人，高級工程師，現從事巖芯鉆探、地熱井施工管理工作。