渝西區塊頁巖氣鉆井防漏堵漏技術研究

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有限責任公司（重慶 401120)

0 引言

川渝地區優質頁巖氣儲量豐富，勘探開發潛力巨大，長寧、威遠等中淺層已實現規模效應開發，而中深層頁巖氣面積資源量更大，已逐步成為勘探開發的重要區域[1-2]。渝西區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-合江等多個礦區，面積超過7 000 km2，平均深度超過4 000 m，局部超過5 000 m，區域內經歷了多期構造疊加變形，地質條件復雜，裂縫溶洞異常發育，斷裂系統復雜，鉆井難度大、井漏復雜頻繁，對頁巖氣開發造成了嚴重阻礙[3-4]。本文深入開展渝西區塊井漏機理分析，優化防漏堵漏技術措施研究，減少井漏發生，縮短井漏復雜處置時間，對保障渝西區塊頁巖氣實現規模效應開發具有重大意義。

1 鉆井井漏特征分析

1.1 地層及巖性特征

結合渝西區塊頁巖氣實際鉆井情況，按照井身結構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，嘉陵江上部普遍發育高陡裂縫，嘉陵江組縱向上發育2個壓力體系，地層壓力系數差值0.4～0.6，易發生惡性漏失，堵漏難度最大。

表1 渝西區塊地層漏失情況分析

1.2 井漏情況

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

圖1 不同層位漏失次數統計

表2 不同層位漏失情況統計

1.3 井漏原因分析

渝西Z203 井區嘉陵江與須家河組不整合接觸、灰巖云巖巖溶發育、構造裂縫斷層發育是導致惡性井漏頻發的主要原因。嘉五段是失返性漏失的高發區，渝西區塊多井在嘉五段發生失返性漏失，漏失量大、堵漏難度大、處理時間長、一次性封堵成功率極低、復漏高。三開鉆井中嘉陵江組壓力系數低于1.2，飛仙關～志留系頂壓力系數1.7，高低壓互存，鉆井過程中壓差過大誘發井漏，必須對嘉陵江進行承壓堵漏才能實現下部安全鉆進需求，同時由于地層裂縫、溶洞發育，導致單井承壓堵漏平均損失時間超過29 d，嚴重制約了鉆井施工提速提效。

2 防漏技術措施

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塊內1 000 m 以淺的地層視電阻率剖面情況，對斷層破裂帶、溶洞及暗河發育情況提供了參考，為井身結構優化設計、鉆井方式優化提供了地質依據。利用電法勘探對表層巖溶管道分布及規模進行定性預測，掌握井下溶洞、暗河、裂縫發育情況，可以盡量避開易漏失的高風險區域，降低復雜風險，有效指導鉆井工程設計，從源頭上減少上部井段井漏及可能造成的環保影響[5-7]。充分利用電法測井、三維地震和測試資料，優化井位部署，避開溶洞和采空區；對各開次井眼預測鉆遇的漏失風險點進行提前分析，開展井眼軌跡避讓可行性論證，避開重大漏失風險點；針對發生復雜漏失區域加快推進XPT、DFIT 地層壓力測試工作，取準壓力系數、流體性質，持續為鉆井液密度優化提供指導。渝西頁巖氣區塊開展巖溶勘查20余次，優化井位平臺選址8 井次，有效降低表層漏失復雜發生，表層鉆井時效提高5%。

2.2 井身結構優化

Z203H7 平臺位于四川盆地渝西區塊西山構造蒲呂場向斜，在須家河～嘉陵江段鉆遇溶蝕縫洞發育帶，惡性井漏頻發，采用橋漿、水泥、凝膠等多種方式堵漏后仍無法達到下步鉆井需求，結合現場地質工程實際，采用井身結構優化方案，通過將Φ 311.15mm 井眼擴眼至Φ 361.6 mm，段長799.5 m，提前下入Φ 273.05 mm 套管（原設計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。優化后預留一層套管，四開鉆井時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，該井身結構優化方案縮短了井漏復雜處置時間、降低了處置成本，確保實現地質目標，為后續井建設提供技術參考。

圖2 惡性漏失后井身結構優化措施

2.3 過程監管強化

川渝頁巖氣前線指揮部組織編制《渝西區塊鉆井防漏堵漏技術指導手冊》，強化風險預防，細化管理流程。開鉆前識別井漏地質風險，明確了漏失風險和治理預案、鉆井液性能要求、堵漏材料與工具設備準備、起下鉆工作要點、防漏防復漏處置預案。開展非滿管監測系統等智能化系統先導試驗，提前預警，提升井漏及時發現能力，防范漏轉溢。深入強化鉆井過程監管，確保早預防早發現早治理。

1）采用清水強鉆應對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，減少起下鉆時間，實現快速鉆井，迅速固井。

2）針對地質預測有裂縫帶或斷層發育的高壓氣層，推薦帶堵漏漿鉆進，避免漏轉溢風險；采用逐層承壓（堵漏）方式提高上部地層承壓能力，避免井漏引發井控事件。

3）水平段鉆進時安裝旋轉防噴器，進行控壓降密度鉆進。采用地質導向工具精準研判地層，避免穿層，防止發生較大漏失。對存在井壁失穩和井漏問題的井在鉆進過程中間斷泵入封堵材料穩固井壁防止漏失。

3 堵漏技術措施

3.1 堵漏技術應用

3.1.1 化學物理類堵漏

化學物理類堵漏應用種類多，應用范圍廣，其前期準備時間短，操作簡單，對鉆井作業的影響小，能夠快速地恢復鉆進，一般作為堵漏的首選方法。現場使用的化學物理類堵料材料主要包含橋接類、化學凝膠類、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，通過不同比例復配開展堵漏作業，施工作業快，對鉆井施工影響小，井均橋漿堵漏次數超過10 井次，但堵漏成功率較低，封堵后對承壓能力提升范圍一般也最小，易發生復漏。

對于漏失情況較復雜，堵漏難度較大井，采用復合堵漏方式開展堵漏作業，綜合利用各類材料，采用隨鉆堵漏、橋漿、化學凝膠、高失水、水泥漿等一種或多種組合使用的形式進行。以Z203H5-8井為例，經歷17 次15%～42%橋漿堵漏、5 次水泥堵漏、8 次樹脂固結堵漏、4 次高失水堵漏、2 次SPS 堵漏后止漏，后復漏，又經過4 次10%～36%橋漿堵漏、3次水泥堵漏、1次樹脂固結后井筒封固，堵漏消耗鉆時1 784.29 h，總漏失鉆井液量4 267.1 m3。

從堵漏效果來看，化學物理類堵漏對提升地層承壓能力有一定幫助，但由于對地層孔隙結構認識不清，導致單次堵漏成功的概率較低，普遍存在著復漏現象，堵漏作業周期長，堵漏效果不佳，仍需摸索合適的復配橋堵材料比例，優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：一種是單獨使用水泥漿進行堵漏，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，堵漏材料緊密堆積后更易形成水泥塞，對承壓能力的提升較大，其效果總體優于單獨使用，但還仍有發生鉆塞失返、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更容易封堵漏失地層，但發生鉆塞失返、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，需要優化堵漏水漿性能，保證水泥漿安全準確泵送至漏層，同時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，共計進行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次中發生失返漏失、循環漏失、承壓漏失7 次，發生鉆塞失返、鉆塞井漏等6次。

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

3.1.3 膨脹管堵漏

針對四川盆地頁巖氣斷裂/裂縫發育、深井超深井面臨的采空區導致的井漏復雜頻發的難題，通過高抗擠膨脹管材料研發、使用性能評價等技術攻關，建立膨脹管裸眼封堵標準規范，形成了膨脹管封堵技術。

Z203H5-2 井實施Φ299 mm×14 mm 膨脹管作業，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）發生惡性漏失，采用橋漿、高失水、凝膠、水泥等多種堵漏作業42 次，均難以形成有效封堵，漏失量超3 900 m3，損失時間超1 800 h。將Φ311.2 mm 井眼擴眼至346.08 mm，應用Φ299 mm 膨脹管將三開井身結構（339.7 mm-244.5 mm-139.7 mm）拓展為四開井身結構（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，無法正常繼續鉆進，施工后進行地層承壓測試至井底當量鉆井液密度2.04 g/cm3，成功解決須家河～嘉三段常規承壓堵漏技術難以滿足要求的問題。實現承壓能力設計要求。

3.2 現場堵漏工藝流程

針對渝西區塊上部地層溶蝕縫洞發育良好，鉆井過程中易發生竄漏、井架基礎沉降，中下部井段地層地層裂縫發育、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性防漏治漏技術措施，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、節約施工作業時間（表3）[8-9]。

表3 不同層段井漏處理措施

3.3 堵漏工藝效果評價

2022年，渝西區塊頁巖氣19口井開展堵漏作業303井次，大致可分為化學材料類、水泥類及膨脹管三大類，其中橋漿堵漏材料采使用170井次、其他化學材料33 井次、水泥（含復合堵漏鉆井液+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、經濟實惠且效果顯著的堵漏方式[10-12]。

現有堵漏措施主要包括橋漿堵漏、水泥堵漏、固結堵漏等多種方式，橋漿材料以剛性果殼、礦物、纖維等材料復配，最大顆粒5～8 mm，主要在15%～45%，對失返性漏失效果較差；水泥漿堵漏采取單獨水泥漿、超細水泥、纖維水泥、堵漏漿+水泥漿結合的方式，成功率不高，鉆塞后易復漏，承壓不能達到預定目標。其他固結堵漏、高失水堵漏、凝膠堵漏采用次數較少，成功率低。現有技術對失返性漏失的處理缺乏針對性，從統計結果看，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，都經歷多次反復封堵嘗試，堵漏成功與否存在較大的不確定性。膨脹管封堵技術相較于化學類、水泥類堵漏施工成功率更高，承壓能力提升更明顯，穩定性更好，但同時成本更高，施工更復雜，施工周期也較長。

4 結論及建議

1）針對渝西區塊漏失復雜情況開展防漏堵漏技術研究，形成了巖溶勘查避漏、井身結構優化及過程監管強化為主的防漏措施，采用了新材料新工藝堵漏材料、水泥堵漏、復合漿體堵漏及膨脹管的堵漏技術，防漏治漏效果顯著。

2）化學物理類和水泥漿堵漏對失返性漏失的處理缺乏針對性，從效果看都經歷多次反復封堵嘗試，復漏可能性高，仍需深入機理分析，優化防漏堵漏技術措施，提高治理效率。

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