碳酸鹽巖裂縫溶洞層膠質水泥堵漏技術——以川東地區蒲005-2井為例

摘 要

摘要：針對川東地區蒲包山構造三疊系嘉陵江組地層壓力系數低、漏失井段長、漏層和水層同時存在等復雜鉆井難題，提出利用膠質水泥堵漏技術來解決上述問題的技術思路：①將水泥漿與
摘要：針對川東地區蒲包山構造三疊系嘉陵江組地層壓力系數低、漏失井段長、漏層和水層同時存在等復雜鉆井難題，提出利用膠質水泥堵漏技術來解決上述問題的技術思路：①將水泥漿與鉆井液以一定的比例混合，形成膠質水泥漿，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，以調節膠質水泥漿稠化時間；③施工前做好膠質水泥漿的配方比例；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，通過調節水泥車排量來實現配方比例；⑦施工結束后，適當縮短候凝時間，控制水泥塞強度，避免鉆水泥塞過程中鉆出新井眼。將上述措施應用到蒲005-2井獲得了成功，為解決川東地區淺層碳酸鹽巖裂縫-溶洞型井漏問題又探索出了一條新的途徑。
關鍵詞：川東地區；碳酸鹽巖；堵漏；膠質水泥低密度低強度
0 引言
    蒲包山構造地處川東地區高陡主體構造區西部，構造褶皺強烈，地層陡峭破碎，裂縫溶洞發育。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生。實際鉆井資料顯示，該構造嘉陵江組地層壓力系數低，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井。該井開鉆就出現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次開鉆在飛仙關組、長興組545.70～1200m井段發生井漏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(鉆井液當量密度)為0.76g/cm3，且有水層存在，導致常規堵漏效果差，決定采用膠質水泥堵漏技術進行堵漏。井身結構，見表1；地質分層，見表2。
 

2 膠質水泥堵漏技術
    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，以調節膠質水泥漿稠化時間。膠質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，通過調節水泥車排量來實現對混合比例的掌控，確保施工達到預期目標。膠質水泥漿注入量至少是裸眼體積的1.5倍以上，使膠質水泥漿至少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水泥漿總施工排量，盡量避免其在井內上返。如井口有返出，則關井，繼續完成堵漏施工，控制關井壓力在1MPa以內，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，適當縮短候凝時間，控制水泥塞強度。根據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 膠質水泥堵漏施工
3.1 膠質水泥堵漏試驗
    結合該井鉆井、堵漏情況分析，要求配制的膠質水泥漿密度為1.45～1.55g/cm3，24h水泥塞強度低于10MPa，稠化時間為2～4h(試驗數據見表3)。
 
3.2 入井膠質水泥漿配方選定
   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膠質水泥漿54m3。候凝19h，探得水泥塞面井深為623.84m，循環漏速為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柱鉆桿后在套管內混合，所以混合效率不高，導致堵漏效果不理想。在第2次施工中，調整了施工方案，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，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。返出巖屑膠結均勻。
4 施工效果評價
    1) 效果評價：采用膠質水泥漿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，達到了預期目標。
    2) 膠質水泥堵漏施工應具備的條件：①漏失性質、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關井后，井口壓力不高，在可控范圍內；⑤套管下深(500m以內，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 結論
    1) 采用膠質水泥堵漏技術施工2次。成功封堵了該井裸眼500～1200m井段6個漏層，為下步鉆進創造了條件，達到了預期目標。
    2) 膠質水泥漿以鉆井液為主，流動性能與純水泥漿相似，密度、強度都可根據井下情況調整，具有“低密度、低強度、適應性強”的特點。膠質水泥堵漏技術在該井的運用成功，為長段碳酸鹽巖裂縫-溶洞型漏失的治理提供了新的技術手段，具有廣闊的應用前景。
    3) 膠質水泥堵漏施工的關鍵，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。室內試驗的配方在同類構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)