黔西地區鉆遇地層漏失分析及堵漏措施探討

易 旺 ，李 凱 ，趙凌云，梁龍軍

（1.貴州省煤層氣頁巖氣工程技術研究中心，貴州貴陽 5 50008；2.貴州省煤田地質局一五九隊，貴州貴陽 5 50008）

井漏是指在各種井下作業過程中，鉆井液或其他工作流體由于壓差作用通過漏失通道進入地層的現象[1，2]。井漏是客觀存在、不可避免的，其可以發生在淺、中及深地層中，亦可以在不同的地質年代、各類不同巖性的地層中出現。

對鉆遇地層進行漏失分析是選擇合理防漏、堵漏技術的前提條件。漏失原因不清防漏堵漏措施就會存在盲目性，輕則浪費大量防漏堵漏材料，重則延誤防漏堵漏最佳時機，導致重大鉆井事故。

1 地質概況

黔西地區位于揚子地塊南緣，主要包括黔西南坳陷和滇東-黔中隆起東部，處于特提斯構造域和濱太平洋構造域的結合地帶，包括水城、盤縣、六枝、威寧、織金、納雍、興義等地[3]。從地理位置上看，研究區位于貴州省西部，主要包括西南部的六盤水地區和東北部的織納地區。具體位置位于北緯 25°14'～27°10'，東經104°10'～106°30'范圍內，東鄰貴陽，南接興義，西鄰云南，北接畢節。研究區出露的地層主要有泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、古近系及第四系，以二疊系和三疊系分布最為廣泛[4-6]。主要含煤地層形成于晚二疊世龍潭期和長興期，屬于晚二疊世上揚子聚煤沉積盆地的一部分。黔西地區成煤期后多期性質、強度不同的構造作用相互疊加、改造，原型煤盆地遭受強烈破壞，背斜煤系大部被剝蝕，煤層主要保存在盤關向斜、格目底向斜、青山向斜、比德向斜、三塘向斜等大型向斜或復向斜中。

2 鉆遇地層漏失統計分析

根據前期鉆井實踐研究，黔西地區鉆遇地層結構分為兩類（見圖1），一類是六盤水地區發育“第四系+永寧鎮組+飛仙關組+龍潭組+玄武巖組”。永寧鎮組上部為砂泥巖，較軟，可鉆性好，下部為灰巖，發育一定量溶洞，易出現井漏。飛仙關組主要為砂泥巖，夾少量灰巖，可鉆性好，偶見微漏。龍潭組主要是砂泥巖、煤，夾一定量菱鐵巖，較硬，可鉆性差，微漏頻繁。玄武巖組主要為凝灰巖，裂隙不發育。織金-金沙地區地層結構為“第四系+茅草鋪組+夜郎組+長興組+龍潭組”組合。茅草鋪組巖性主要為灰巖，較硬，可鉆性差，發育大溶洞，易出現井漏。夜郎組巖性為砂泥巖、灰巖，灰巖段發育一定量小溶洞。長興組巖性主要為灰巖，較硬，可鉆性差。龍潭組主要為砂泥巖和煤，夾薄層灰巖、鈣質泥巖。茅草鋪組巖性主要為灰巖，易漏失。

六盤水地區鉆遇地層，除第四系外，其他各層均有不同程度的井漏，其中龍潭組微漏最頻繁，井漏段巖性多為灰巖、細砂巖；織金-金沙地區井漏主要發生在茅草鋪組，井漏段巖性主要為灰巖，漏失級別均表現為中漏（見圖 2）。

圖1 黔西鉆遇地層柱狀圖

按井漏程度可將井漏分為滲透性漏失、裂縫性漏失、溶洞性漏失和破裂性漏失四大類，前三種漏失，其漏失壓力可能遠小于破裂壓力；第四種漏失，其漏失壓力即破裂壓力。在貴州煤層氣勘探開發過程中，主要表現為前三種漏失形式。

對研究區內鉆井過程中出現井漏的鉆井漏失層位、巖性、深度、漏失類型進行統計分析。結果顯示永寧鎮組主要為裂縫性漏失、溶洞性漏失，飛仙關組、長興組為裂縫性漏失，龍潭組為滲透性漏失（見表1）。

表1 黔西地區煤層氣井出現漏失情況統計表

圖2 黔西地區井漏層位、級別、井漏處巖性統計

3 鉆遇地層堵漏措施探討

滲透性漏失主要是因為地層的高滲透性，多發生在高滲透的砂巖地層或礫巖地層。裂縫性漏失主要是地層存在天然裂縫或人工裂縫。溶洞性漏失主要由地層中形成的溶洞引起，一般只出現在灰巖地層。由于漏層特性和引起井漏的原因各不相同，對不同類型的井漏采取不同的方法。針對不同的情況采用不同的堵漏方法。

3.1 空氣鉆鉆井技術

研究區煤層氣井施工過程中鉆遇灰巖溶洞、大裂隙等屬大概率事件，若采用常規鉆井液鉆進時，往往是“有進無出”，對當地環境造成嚴重傷害。且研究區施工井周圍水源往往匱乏，但若水源供水不足，清水強鉆無法實施，嚴重制約正常施工，在此條件下推薦采用空氣鉆鉆井技術應對灰巖喀斯特。

在地層出水量大于5 m3/h，在空氣量足夠的情況下，即空氣量能及時將地層水和巖屑帶出到地面或溶洞內，不易在井眼的周圍形成泥環，空氣鉆井仍能正常鉆進。當出水量小于5 m3/h時，地層水進入井眼時，干燥的巖粉就會吸水容易粘糊成塊，并附著在井壁和鉆具上形成泥環造成縮徑；特別是在溶洞區域，空氣攜帶巖屑堆積在井眼周圍溶洞腔體內，溶洞腔體上下井眼處一方面由于巖屑堆積，另一方面由于空氣流速突然降低，更易形成泥環造成縮徑，易起鉆遇阻處理困難，甚至發生卡鉆事故。針對喀斯特區域空氣鉆的制約性，可以采用增加空壓機，通過加大注氣量或通過霧化鉆井的方法疏通井眼，減少因泥環造成的縮徑。

3.2 套管暫封技術

鉆遇含水溶洞區域，在空氣鉆無法正常施工，下部灰巖地層喀斯特發育未知的情況下，可采用套管暫封技術，針對研究區煤層氣灰巖喀斯特分布特性，通常一開井深適宜設計深度60 m～120 m，利用布井區域直觀喀斯特分布分析、布井區域電法喀斯特調查等方法對表層套管下深進行調整，防止二開鉆遇溶洞增加施工難度。為了減少井下卡鉆和復雜事故的發生，建議使用塔式鉆具組合，采用輕壓吊打靠鉆具自身重力克服地層傾角、地層各向異性等自然造斜因素。

3.3 調整井身結構

煤層氣井為低成本運行模式，多采用二開井身結構（見表2），研究區煤層氣鉆井所遇喀斯特深度與區域、地勢、地形、地下水活動等有較大關系，為了降低二開鉆遇喀斯特的風險，一開采用空氣鉆穿越喀斯特區，用套管封隔漏失層后，繼續二開鉆井。

表2 現用井身結構數據表

通過對研究區前期煤層氣井鉆完井資料進行整理分析，發現在鉆完井過程中存在機械鉆速低、鉆井過程中漏失頻繁等問題。結合黔西煤層氣儲層特點，認為現有井身結構不能滿足研究區煤層氣勘探開發的需要，需對現有井身結構進行調整，調整后井身結構（見表3）。

表3 調整后井身結構數據表

以上井身結構具有以下優點：（1）井眼變小，減少鉆井風險，降低井下事故風險。（2）防漏、堵漏易處理，見效快用料少時間短，有利于風險管控。

3.4 鉆具組合

研究區龍潭組地層砂泥巖頻繁互層，如果使用常規鉆具組合，方位和井斜漂移比較大，易造成脫扣、斷鉆具等井下事故。若全井段使用螺桿+PDC鉆頭復合鉆井技術。復合鉆井技術可使井下動力鉆具的優點得到更好的發揮。

（1）利用螺桿+PDC鉆頭鉆進，不僅能夠大幅度提高機械鉆速，而且可減少或避免鉆具刺漏、斷裂事故。

（2）利用螺桿+PDC鉆頭鉆進，可明顯降低轉盤轉速，降低鉆機負荷。不僅能夠降低油耗，減少設備磨損，降低鉆井成本，而且還可以節約機修時間，提高生產時效。

3.5 煤系地層防漏堵漏

研究區煤系地層發生井漏幾率較少，只有部分井出現滲漏情況，可通過在鉆井液中加入單向壓力封閉劑、隨鉆堵漏劑等來緩解滲漏。由于煤系地層儲層壓力低，進煤系地層之前應控制好鉆井液密度，同時保持鉆井液及井眼清潔，控制好起下鉆速度，防止人為誘發性漏失。

4 結論

（1）黔西地區鉆遇地層永寧鎮組主要為裂縫性漏失、溶洞性漏失，飛仙關組、長興組為裂縫性漏失，龍潭組為滲透性漏失。

（2）研究區鉆遇灰喀斯特洞、大裂隙等層位建議采用空氣鉆，一開鉆穿喀斯特區，用套管封隔漏失層，降低二開鉆遇喀斯特風險。

（3）鉆遇砂泥巖頻繁互層的地層采用螺桿+PDC鉆頭復合鉆井技術，復合鉆井技術可使井下動力鉆具的優點得到更好的發揮，可以提高機械鉆速，縮短鉆井周期，降低鉆井成本，是一種高效經濟的鉆井方式。

（4）煤系地層儲層壓力低，進煤系地層之前應控制好鉆井液密度，同時保持鉆井液及井眼清潔，控制好起下鉆速度，防止人為誘發性漏失。若出現滲漏情況，可通過在鉆井液中加入單向壓力封閉劑、OP-1防漏堵漏劑、隨鉆堵漏劑等來緩解滲漏。