碳酸盐岩裂缝溶洞层胶质水泥堵漏技术——以川东地区蒲005-2井为例

摘 要

摘要：针对川东地区蒲包山构造三叠系嘉陵江组地层压力系数低、漏失井段长、漏层和水层同时存在等复杂钻井难题，提出利用胶质水泥堵漏技术来解决上述问题的技术思路：①将水泥浆与
摘要：针对川东地区蒲包山构造三叠系嘉陵江组地层压力系数低、漏失井段长、漏层和水层同时存在等复杂钻井难题，提出利用胶质水泥堵漏技术来解决上述问题的技术思路：①将水泥浆与钻井液以一定的比例混合，形成胶质水泥浆，降低水泥浆密度和凝固强度，提高堵漏成功率；②在钻井液中加入氯化钙，以调节胶质水泥浆稠化时间；③施工前做好胶质水泥浆的配方比例；④用高浓度膨润土浆为隔离液，减少地层水对堵漏浆的稀释；⑤施工中，使胶质水泥浆至少2/3进入漏层，对整个裸眼段彻底封堵；⑥用两台水泥车配合施工，通过调节水泥车排量来实现配方比例；⑦施工结束后，适当缩短候凝时间，控制水泥塞强度，避免钻水泥塞过程中钻出新井眼。将上述措施应用到蒲005-2井获得了成功，为解决川东地区浅层碳酸盐岩裂缝-溶洞型井漏问题又探索出了一条新的途径。
关键词：川东地区；碳酸盐岩；堵漏；胶质水泥低密度低强度
0 引言
    蒲包山构造地处川东地区高陡主体构造区西部，构造褶皱强烈，地层陡峭破碎，裂缝溶洞发育。地表多出露在三叠系嘉陵江组碳酸盐岩地层，地表地层倾角为42°。浅层至中层用清水钻进，一般都有恶性井漏发生。实际钻井资料显示，该构造嘉陵江组地层压力系数低，漏失井段长，漏失空间大，漏层、水层同时存在，堵漏难度大，复杂处理时间长[1]。
1 前期井漏情况
    蒲005-2井是一口以石炭系为目的层的滚动勘探开发井。该井开钻就出现清水有进无出严重井漏。采用清水强钻方式钻至井深31m、500m分别下入Φ339.7m、Φ244.5mm套管封隔漏层段。第3次开钻在飞仙关组、长兴组545.70～1200m井段发生井漏6次，用水泥浆、桥浆、HHH等堵漏22次未获成功，漏速为34.4m3/h。结合钻井、录井及钻屑资料分析认为，该井为碳酸盐岩裂缝-溶洞型漏失，漏失井段长，漏失空间大，承压能力低，静液面最深达200m，折算漏层地层压力系数(钻井液当量密度)为0.76g/cm3，且有水层存在，导致常规堵漏效果差，决定采用胶质水泥堵漏技术进行堵漏。井身结构，见表1；地质分层，见表2。
 

2 胶质水泥堵漏技术
    1) 用高浓度膨润土浆代替钻井液，与水泥浆按一定比例混合配成胶质水泥浆，降低水泥浆密度及凝固强度，提高堵漏成功率。在高浓度膨润土浆中加入氯化钙，以调节胶质水泥浆稠化时间。胶质水泥浆配方比例及氯化钙加入量通过水泥浆试验确定。用高浓度膨润土浆做隔离液，减少地层水对堵漏浆的稀释[2～5]。
    2) 用两台水泥车配合完成施工，通过调节水泥车排量来实现对混合比例的掌控，确保施工达到预期目标。胶质水泥浆注入量至少是裸眼体积的1.5倍以上，使胶质水泥浆至少2/3进入漏层，以期对该井整个裸眼漏失段进行全面彻底封堵。
   3) 光钻杆置于井口，确保施工安全。施工中注意控制胶质水泥浆总施工排量，尽量避免其在井内上返。如井口有返出，则关井，继续完成堵漏施工，控制关井压力在1MPa以内，通过顶替量控制水泥塞面在井深450m左右。如井口不返，顶替1m3后隔离液(清水)即可，不控制塞面。
    4) 施工完成后，适当缩短候凝时间，控制水泥塞强度。根据样品情况决定探水泥塞和钻水泥塞时间，以避免钻水泥塞中钻出新井眼。
3 胶质水泥堵漏施工
3.1 胶质水泥堵漏试验
    结合该井钻井、堵漏情况分析，要求配制的胶质水泥浆密度为1.45～1.55g/cm3，24h水泥塞强度低于10MPa，稠化时间为2～4h(试验数据见表3)。
 
3.2 入井胶质水泥浆配方选定
   1) 水泥浆密度为1.75～1.80g/cm3。
   2) 高浓度膨润土浆为17%氯化钙+45%～50%膨润土。
   3) 胶质水泥浆配方比例：水泥原浆：氯化钙膨润土浆=1:1～1:1.5。
   4) 胶质水泥浆性能(试验温度42℃)：密度为1.47～1.54g/cm3，初凝时间为1.5～2h，流动度为15～23cm，稠化时间为2～4h。
3.3 施工过程
3.3.1第1次施工
   探静液面井深为222.80m，下光钻杆至井深为30m。注密度为1.06g/cm3膨润土浆10m3，出口无返。关井，用一台水泥车正注水泥浆27m3，平均密度为1.74g/cm3，同时用另一台水泥车反注密度为1.33g/cm3氯化钙膨润土浆27m3，混合密度为1.57～1.63g/cm3胶质水泥浆54m3。候凝19h，探得水泥塞面井深为623.84m，循环漏速为3.5m3/h。钻水泥塞至井深1087.91m放空，漏速增大至27.2m3/h。由于第1次施工是从正眼、环空同时注入，实际上是正反注，水泥浆与高浓度膨润土浆没有在地面管线开始混合，而是在通过1柱钻杆后在套管内混合，所以混合效率不高，导致堵漏效果不理想。在第2次施工中，调整了施工方案，改正反注为正注，采取水泥浆与高浓度膨润土浆在地面管线混合后再进行正眼钻杆内，依靠自身重量整体往下推进。
3.3.2第2次施工
    探静液面井深190m，下光钻杆至井深145.30m，注密度1.10g/cm3高黏膨润土浆16m3。用一台水泥车正注水泥浆15m3，平均密度为1.72g/cm3，同时用另一台水泥车正注密度1.33g/cm3氯化钙膨润土浆20m3，混合密度为1.57～1.63g/cm3胶质水泥浆35m3，施工中出口一直不返钻井液。候凝19h，探得水泥塞面井深810m，循环漏速为3.4m3/h，钻水泥塞至井深1088.17m放空。钻水泥塞过程中观察水泥塞强度，钻压可承受到40～50N；5～10min钻完一根单根，钻时不到1m/min。返出岩屑胶结均匀。
4 施工效果评价
    1) 效果评价：采用胶质水泥浆89m3堵漏2次成功封堵裸眼500～1200m井段6个漏层。漏速为34.4～3.4m3/h，堵漏效果非常好，达到了预期目标。
    2) 胶质水泥堵漏施工应具备的条件：①漏失性质、漏失特点清楚；②桥浆、HHH、水泥等其他材料堵漏没有明显效果；③漏速比较大，液面不在井口；④关井后，井口压力不高，在可控范围内；⑤套管下深(500m以内，最多不超过1000m)，裸眼段也不长(不超过1000m)，漏层位置距离套管鞋不远。
5 结论
    1) 采用胶质水泥堵漏技术施工2次。成功封堵了该井裸眼500～1200m井段6个漏层，为下步钻进创造了条件，达到了预期目标。
    2) 胶质水泥浆以钻井液为主，流动性能与纯水泥浆相似，密度、强度都可根据井下情况调整，具有“低密度、低强度、适应性强”的特点。胶质水泥堵漏技术在该井的运用成功，为长段碳酸盐岩裂缝-溶洞型漏失的治理提供了新的技术手段，具有广阔的应用前景。
    3) 胶质水泥堵漏施工的关键，是试验的配方范围选定和施工中水泥浆与钻井液混合比例的掌控。室内试验的配方在同类构造和同类漏失井有借鉴意义。
参考文献
[1] 刘崇建.油气井注水泥理论与实践[M].北京：石油工业出版社，2001.
[2] 张兴国，刘崇建，杨远光，等.水泥浆体系稳定性对水泥浆失重的重要影响[J].西南石油学院学报，2004，26(3)：68-70.
[3] 李美娜.最新石油固井关键技术应用手册[M].北京：石油工业出版社，2007.
[4] 孙莉，黄晓川，向兴华.国内水平井固井技术及发展[J].钻采工艺，2005，28(5)：23-26.
[5] 郭小阳，刘崇建，谢应权，等.大斜度井及水平井中水泥浆的失重及气侵研究[J].西南石油学院学报，1996，18(2)：25-33.
[6] 巢贵业，陈宇.固井环空气窜机理和防气窜水泥浆体系及其措施[J].水泥工程，2006(4)：79-81.
[7] 王树平，李治平，陈平，等.高温油气引发套管附加载荷预防模型[J].天然气工业，2007，27(9)：67-71.
[8] 王希勇，熊继有，钟水清，等.川东北井漏现状及井漏处理对策研究[J].钻采工艺，2007，30(2)：135-137.
[9] 刘德平.川东深井固井技术[J].钻采工艺，2005，27(1)：16-17.
[10] 李克向.保护油气层钻井完井技术[M].北京：石油工业出版社，1993.
[11] 万仁溥.现代完井工程[M].北京：石油工业出版社，2000.
[12] 刘崇建.国外油井注水泥技术[M].成都：四川科学技术出版社，1992.
[13] 张林海，郭小阳，李早元，等.一种提高注水泥质量的可固化工作液体系研究[J].西南石油大学学报，2007，29(2)：85-88.
[14] 孙建成，王宝新，苗希庆.胜利油田郝科1井套管挤毁的启示[J].石油钻采工艺，1998，20(4)：21-27.
[15] 崔茂荣，马勇.评价钻井液滤饼对固井二界面胶结质量影响的新方法[J].天然气工业，2006，26(12)：92-93，96.
 
(本文作者：卓云1 曾庆旭1 刘德平1 谢公健1 赵行权1 李官全2 胡仁德2 1.川庆钻探工程公司川东钻探公司；2.渤海钻探工程公司第五钻井工程分公司)