摘 要

摘　要：相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)是川渝地區(qū)第l座地下儲(chǔ)氣庫(kù)，由枯竭型碳酸鹽巖氣藏改建。因構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和剝蝕作用，地表已出露下三疊統(tǒng)嘉陵江組和下二疊統(tǒng)茅口組石灰?guī)r，加之二疊系和石炭系氣藏

摘　要：相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)是川渝地區(qū)第l座地下儲(chǔ)氣庫(kù)，由枯竭型碳酸鹽巖氣藏改建。因構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和剝蝕作用，地表已出露下三疊統(tǒng)嘉陵江組和下二疊統(tǒng)茅口組石灰?guī)r，加之二疊系和石炭系氣藏已枯竭，壓力系數(shù)極低，縱向上壓力系統(tǒng)極為復(fù)雜，鉆井過(guò)程中十分突出的問(wèn)題就是如何控制井漏。為此，針對(duì)相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)試驗(yàn)井縱向上地層裂縫發(fā)育、低壓的井漏難點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外防漏堵漏工藝技術(shù)，提出了如下的技術(shù)措施：①采用優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)分隔不同的低壓層段，以保證不同的防漏治漏措施的效果；②應(yīng)用氣體鉆井技術(shù)快速鉆過(guò)上部低壓裂縫發(fā)育段；③在長(zhǎng)興組—茅口組鉆井液井段采用HHH堵漏、雷特纖維承壓堵漏來(lái)確保油層套管固井施工作業(yè)對(duì)地層承壓能力的要求。實(shí)踐表明，采用這些防漏堵漏技術(shù)措施不僅解決了相國(guó)寺地下儲(chǔ)氣庫(kù)試驗(yàn)井的鉆井井漏問(wèn)題，而且大幅度提高了機(jī)械鉆速和縮短了鉆井周期，將為后續(xù)儲(chǔ)氣井防漏堵漏提供了有效的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：四川盆地  相國(guó)寺地下儲(chǔ)氣庫(kù)  防漏堵漏  氣體鉆井  HHll堵漏劑  雷特纖維堵漏劑  承壓堵漏

Lost circulation prevention and plugging technology for test wells at low pressure fractured formations of the Xiangguosi Underground Gas Storage

Abstract：Xiangguosi Gas Storage is the first underground gas slorage(UGS)in Sichuan and Chongqing area，which is transformed from a depleted carbonate gas reservoir．Due to tectonic activity and erosion,the Lower Triassic Jialingjiang and the Lower Permian Maokou Fms limestones started to expose at the surface；and hccausc of the depleted Permian and Carboniferous gas reservoirs，the formation pressure coefficient is so low and longitudinal pressure system is so complicated that lhc losl circulation control is the focus of drilling the test wells in constructing this underground gas storage．In view of this，combining leak protection and plugging technologics at home and abroad，we proposed the following technical measures：optimizing low pressure well intervals to ensu re the final effects of different leak prevention and plugging measures：applying gas drilling technology at upper low pressure sections with fractures developed；employing the HHH plugging technology in drilling fluids at well sections in Changxing-Maokou Fms，and using the Neotoy pressure bearing plugging technology in casing cementing operation at oil bearing layers．The practice shows that those technologies can not only prevent the lost circulatioll in the Xianguosi lest wells．but greatly improve the penetration rate and reduce the drilling cycle，which provides robust technical support for follow up similar projects．

Keywords：Sichuan Basin，Xiangguosi Underground Gas Storage．lost circulation prevention and phlgging technology,gas drilling technology．HHH plugging technology，Neotoy fiber lost circulation material,pressure hearing plugging technology

四川盆地相國(guó)寺地下儲(chǔ)氣庫(kù)^[1-2]是中石油2010年開(kāi)始建設(shè)的地下儲(chǔ)氣庫(kù)之一，是連通新疆、川渝和長(zhǎng)慶“三大氣區(qū)”的中衛(wèi)—貴陽(yáng)天然氣管道建設(shè)中的一部分，具有季節(jié)調(diào)峰供氣、事故應(yīng)急供氣和戰(zhàn)略儲(chǔ)備供氣的功能。到2009年l2月底，相國(guó)寺構(gòu)造共完鉆氣井37口，從已鉆老井分析來(lái)看，鉆井井漏非常嚴(yán)重。例如，相6井在須家河組嘉二段單泵無(wú)返，漏失清水10112.6m³，鉆井液551m³。為加快相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)，中國(guó)石油西南油氣田公司重慶氣礦從2011年開(kāi)始部署了相儲(chǔ)Xl井等4口試驗(yàn)井。為了保證試驗(yàn)井安全快速鉆井，需針對(duì)相國(guó)寺構(gòu)造防漏堵漏難點(diǎn)，提出一套有效的防漏堵漏技術(shù)措施來(lái)解決井漏問(wèn)題。

1　防漏堵漏難點(diǎn)分析

相國(guó)寺構(gòu)造隸屬川東南中隆高陡構(gòu)造區(qū)華鎣山構(gòu)造群，地質(zhì)情況異常復(fù)雜。礦產(chǎn)發(fā)育、地層傾角大、構(gòu)造破碎、斷層多、裂縫孔隙發(fā)育、連通性好、原產(chǎn)氣層地層壓力系數(shù)低、同一裸眼井段存在多套壓力體系^[3]。鉆井過(guò)程中鉆井液容易漏失，防漏堵漏難度大，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1．1　孔滲性好，漏失頻繁

相國(guó)寺構(gòu)造表層為上三疊統(tǒng)須家河組，地層年代較老，巖性以泥巖和砂巖為主。砂層無(wú)膠結(jié)或膠結(jié)性差，其孔隙度大、連通性好、滲透率高，鉆井過(guò)程中極易發(fā)生滲透性漏失。

1．2　溶洞及裂縫發(fā)育

下三疊統(tǒng)嘉陵江組和下二疊統(tǒng)茅口組巖性以石灰?guī)r和白云巖為主，由于地質(zhì)形成時(shí)期的構(gòu)造應(yīng)力和地質(zhì)形成后期的地質(zhì)作用產(chǎn)生了各種裂縫，并長(zhǎng)期經(jīng)過(guò)地下水溶蝕和沖蝕作用，形成了許多大小不一的地下溶洞。其漏失通道以中小開(kāi)度網(wǎng)狀裂縫為主，一般為非充填性裂縫，裂縫平均密度在5.69～27.97條／m，縫寬多小于1mm，且向地層深部延伸，鉆進(jìn)時(shí)極易漏失^[4]。

1．3　原產(chǎn)氣層地層壓力系數(shù)低

相國(guó)寺構(gòu)造共獲4個(gè)氣藏，即茅口組、下二疊統(tǒng)棲霞組、上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組和石炭系氣藏。其中長(zhǎng)興組、茅口組和石炭系3個(gè)儲(chǔ)層已進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期，地層壓力系數(shù)均低于l.0，特別是目的層石炭系的地層壓力系數(shù)僅為0.1(見(jiàn)圖l)，是典型的超低壓地層，承壓能力低。

 

1．4　茅口組易產(chǎn)生誘導(dǎo)裂縫、提高地層承壓幅度大

作為原產(chǎn)氣層的茅口組目前地層壓力系數(shù)只有0.2，當(dāng)承壓能力很低的茅口組與壓力系數(shù)相對(duì)較高的長(zhǎng)興組、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M設(shè)計(jì)為同一鉆井段時(shí)，在茅口組中鉆進(jìn)容易產(chǎn)生誘導(dǎo)裂縫，從而導(dǎo)致井漏。并且為了保障鉆進(jìn)易坍塌的下二疊統(tǒng)梁山組及后續(xù)固井施工的順利進(jìn)行，需將茅口組承壓能力由0.20g／cm³提高至1.40g／cm³以上，提高地層承壓幅度大。

1．5　堵漏材料難以進(jìn)入地層或搭橋難

根據(jù)前期堵漏情況分析，茅口組在泵注堵漏材料過(guò)程中起壓快，在井壁就形成了“封門”，使得大顆粒堵漏材料難以進(jìn)入地層，小顆粒進(jìn)入漏失通道后又難以搭橋，一旦沖開(kāi)就復(fù)漏。

1．6　庫(kù)區(qū)煤礦、石膏礦發(fā)育

相國(guó)寺構(gòu)造所在地區(qū)煤礦、石膏礦發(fā)育，很多區(qū)域出現(xiàn)了采空區(qū)，鉆進(jìn)時(shí)易鉆入地下礦坑道，發(fā)生嚴(yán)重井漏。堵漏時(shí)，堵漏材料極有可能完全漏入坑道，會(huì)消耗大量的堵漏材料，堵漏成功率極低。

2　防漏堵漏技術(shù)

針對(duì)相國(guó)寺構(gòu)造存在的礦產(chǎn)發(fā)育、地層孔滲性好、溶洞及裂縫發(fā)育、漏失頻繁、原產(chǎn)氣層地層壓力系數(shù)低、堵漏材料難以進(jìn)入地層等防漏堵漏難點(diǎn)，提出試驗(yàn)井應(yīng)用優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、氣體鉆井、水泥漿堵漏、HHH堵漏及雷特纖維承壓堵漏等防漏堵漏技術(shù)措施。

2．1　優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是鉆井工程設(shè)計(jì)的鶯要內(nèi)容，需根據(jù)地質(zhì)特征、油氣水顯示、地層壓力系數(shù)變化和漏失情況等，考慮鉆井方式，設(shè)計(jì)一套合理的套管程序，最大限度地封隔破碎性地層、洞穴性地層、活躍性氣水層和高低壓過(guò)渡帶，避免漏、噴、塌、卡等工程事故的發(fā)生，保證安全快速鉆井。

相儲(chǔ)X2井是相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)第1口先導(dǎo)性試驗(yàn)井，采用優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，套管層序?yàn)?/span>Æ508mm×Æ339.7mm×Æ244.5mm×Æ177.8mm(圖1)。優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)在防止鉆井井漏中起到了關(guān)鍵作用：Æ508mm導(dǎo)管下至井深50m左右封隔未膠結(jié)的礫石層、砂層及上部松散層，防止地表滲漏；Æ339.7mm表層套管下至嘉三段頂部，深度為435.28m，封隔井口煤礦巷道、嘉四段易漏層；Æ244.5mm技術(shù)套管下至長(zhǎng)興組頂部深度為1716.27m，封隔嘉陵江組和飛仙關(guān)組低壓層、惡性漏失層段；Æl77.8mm作為油層套管下至梁山組底深度為2519.27m，封隔長(zhǎng)興組和茅口組超低壓產(chǎn)層，以及柄霞組相對(duì)高壓層，防止發(fā)生壓裂性漏失，為在石炭系儲(chǔ)層中鉆進(jìn)創(chuàng)造了條件。采用優(yōu)化的井身結(jié)構(gòu)后，克服了相國(guó)寺構(gòu)造上部地層滲漏性漏失和孔隙—裂縫性漏失、下部地層壓裂性漏失的難題，從開(kāi)鉆到完井結(jié)束，沒(méi)有發(fā)生較大類型的井漏事故，提高了鉆井時(shí)效。

2．2　應(yīng)用氣體鉆井技術(shù)

氣體鉆井技術(shù)是指以氣體作為循環(huán)介質(zhì)來(lái)鉆進(jìn)的一種欠平衡鉆井技術(shù)，在對(duì)付硬地層、井漏、出水出氣等地層中已經(jīng)大量應(yīng)用^{[1，5-12]}，與常規(guī)鉆井相比不含正壓差，不會(huì)因流體通過(guò)孔隙、裂縫而大量進(jìn)入地層，具有能減少或避免井漏、提高機(jī)械鉆速、延長(zhǎng)鉆頭壽命、保護(hù)儲(chǔ)層等方面的優(yōu)勢(shì)。

相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)先導(dǎo)性試驗(yàn)井中的相儲(chǔ)X2井和相儲(chǔ)X1井在須家河組—嘉陵江組應(yīng)用了氣體鉆井技術(shù)，相儲(chǔ)X3井的第二次開(kāi)鉆的Æ444.5mm井眼，鉆進(jìn)至井深337m處采用無(wú)固相鉆井液鉆進(jìn)發(fā)生井漏，然后改用空氣／霧化鉆進(jìn)至嘉二³亞段；相儲(chǔ)X4井全井段采用鉆井液常規(guī)鉆井方式。對(duì)4口試驗(yàn)井中的50～1700m井段的氣體鉆井與常規(guī)鉆井液鉆井所取得的鉆井指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析(表1)。

 

由表l可知，氣體鉆井在上部地層防漏效果非常好。例如，相儲(chǔ)X1井在須家河組—嘉二段采用氣體鉆井進(jìn)尺720.8m，僅漏失l次，平均機(jī)械鉆速3.47m／h，而相儲(chǔ)X3井在50～387m采用無(wú)固相鉆井液鉆井漏失l0次，平均機(jī)械鉆速僅為l.93m／h。通過(guò)50～1700m井段氣體鉆井與常規(guī)鉆井對(duì)比分析可知，氣體鉆井既克服了上部地層漏欠層的惡性井漏問(wèn)題，保證了安全鉆進(jìn)，而且大幅度提高了機(jī)械鉆速、縮短了鉆井周期。

2．3　堵漏技術(shù)

在相儲(chǔ)X1井等4口試驗(yàn)井鉆井過(guò)程中，相儲(chǔ)X3井是漏失最為嚴(yán)重的一口井，采用了橋漿堵漏、隨鉆堵漏等多種堵漏技術(shù)措施^[13-20]。從堵漏結(jié)果分析來(lái)看，采用HHH堵漏、水泥漿堵漏和雷特纖維承壓堵漏所取得的效果是最好的。

2．3．1 HHH堵漏技術(shù)

HHH堵漏材料形狀以細(xì)纖維和顆粒狀為主，具有高失水、高承壓、高酸溶的“三高”特點(diǎn)。由于其材料形狀的獨(dú)特性，關(guān)井?dāng)D壓時(shí)利于將堵漏材料送入漏層；堵漏漿進(jìn)入漏層后，具有高失水性可快速失水，堵漏劑堆積形成的塞子能有效堵塞裂縫，阻斷漏失，特別適合裂縫性漏層的堵漏^[13]。另外用清水或鹽水配制的HHH堵漏漿形成的堵漏塞具有強(qiáng)黏接性能，可大幅度提高漏層的承壓能力。

相儲(chǔ)X3井鉆進(jìn)至井深2106.81m發(fā)生井漏，全井橋漿強(qiáng)鉆至井深2125m，漏速達(dá)到l8m³／h，經(jīng)過(guò)水泥漿堵漏后在2028.10m又復(fù)漏，針對(duì)此種情況，立即采用了HHH堵漏技術(shù)。

連續(xù)2次泵注密度1.38g／cm³、濃度71％HHH堵漏漿關(guān)井候堵，循環(huán)觀察，泵壓2.0MPa、排鞋2480L／min無(wú)井漏，鉆HHH塞至井底2125m，鉆壓加到4～5t無(wú)漏失，循環(huán)篩除堵漏材料亦無(wú)漏失。HHH堵漏效果非常好，一次性堵漏成功，比其他常規(guī)堵漏節(jié)約了大量的鉆井液、堵漏材料、縮短了鉆井周期、提高了鉆井效率。

2．3．2水泥漿堵漏技術(shù)

水泥堵漏是以水泥漿及各種水泥混合稠漿為基礎(chǔ)，泵入漏層形成水泥塞堵塞漏失通道的一種堵漏方法。具有能適應(yīng)各種類型的漏失通道、承壓能力和抗壓強(qiáng)度高、堵漏效果好的優(yōu)點(diǎn)，主要用以處理橫向裂縫、破碎性石灰?guī)r及礫石層漏失。

相儲(chǔ)X3井在井深2200.00m發(fā)生井漏，泵入密度為l.80g／cm³的水泥漿40m³候凝，循環(huán)觀察，泵壓4.0MPa、排量2312L／min未見(jiàn)井漏，在井段l699.60～2127.60m鉆塞不漏。隨后在2059.4m處將鉆井液入口密度由l.18g／cm³加大至l.32g／cm³循環(huán)做承壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)井漏，漏失鉆井液9.2m³?？芍酀{能一次性堵住茅口組的低壓漏失，但是塒提高地層承壓能力的效果不好。

2．3．3雷特纖維承壓堵漏技術(shù)

雷特纖維承壓堵漏技術(shù)采用的是惰性堵漏材料雷特超強(qiáng)堵漏劑，堵漏劑以顆粒架橋、楔入承壓、封門加固相結(jié)合的方式進(jìn)行堵漏。擁有片狀易楔入、耐高溫不易變形等優(yōu)點(diǎn)，形成的堵漏塞性能穩(wěn)定，具有很強(qiáng)的提升地層承壓能力的效果，特別適合深井及惡性低壓漏失井的堵漏^[6]。其配方為：2％核桃殼(粗)+5％核桃殼(中粗)4-4％核桃殼(細(xì))+10％雷特堵漏劑(中粗NTS-M)+10％雷特堵漏劑(粗NTS-C)+0.2％雷特纖維(NT-2)+6％500口超細(xì)碳酸鈣+2％隨堵劑+1％鋸末。

為了能使茅口組承壓堵漏取得較好的效果，相儲(chǔ)X3井在茅二段連續(xù)采取了4次雷特纖維承壓堵漏施工，逐步提高茅口組地層承壓能力。

第1次存井深2130m正注雷特堵漏液27.0m³，返出26.8m³，漏失堵漏漿0.2m³，然后起鉆至井深1422.44m關(guān)井正擠鉆井液7.2m³憋壓候堵4h，泄壓循環(huán)觀察，泵壓4.1MPa、排量2359L／min術(shù)見(jiàn)井漏。全部起鉆完，接牙輪鉆頭鉆至井深1820.64m，循環(huán)篩除堵漏材料，泵壓l2.5MPa、排量2668L／min，在井段1820.64～2200m未發(fā)現(xiàn)井漏，一次性堵漏成功。堵漏成功后，在2023.67m處將入口鉆井液密度由1.30g／cm³增加至l.40g／cm³循環(huán)做承壓試驗(yàn)。泵壓11.2MPa、排量2537L／min發(fā)現(xiàn)井漏，但漏速明顯減小，共漏失鉆井液5.2m³。后面進(jìn)行的3次雷特纖維堵漏與第l次相似，第4次堵漏后將入口鉆井液密度提高到1.40g／cm³循環(huán)做承壓試驗(yàn)沒(méi)有出現(xiàn)井漏。

雷特纖維承壓堵漏技術(shù)使用獨(dú)特的堵漏材料吃進(jìn)漏層，在漏失通道中形成堅(jiān)固的堵漏塞，阻斷了地層漏失，均一次性堵漏成功。連續(xù)經(jīng)過(guò)4次雷特纖維承壓堵漏后，逐步將茅口組承壓能力由0.20g／cm³提高到了1.40g／cm³，成功高效地完成了茅口組承壓堵漏，為后續(xù)鉆井施工的順利進(jìn)行創(chuàng)造了條件。

3　結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)試驗(yàn)井采用優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)成功克服了煤礦坑道、惡性漏失層、活躍氣水層等復(fù)雜地層的井漏問(wèn)題，順利鉆至目的層。

2)采用氣體鉆井技術(shù)保證了須家河組—嘉陵江組低壓惡性漏失段的安全鉆井，大幅度提高了機(jī)械鉆速，減少了井下復(fù)雜事故的發(fā)生，縮短了鉆井周期。

3)HHH堵漏技術(shù)采用獨(dú)特的堵漏材料在處理裂縫性漏失的難題上發(fā)揮了非常重要的作用，一次性堵漏成功，應(yīng)用效果非常好。

4)茅口組采用雷特纖維承壓堵漏技術(shù)取得了其他常規(guī)堵漏技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的承壓堵漏效果，成功解決了茅口組承壓能力低、久漏不止、堵后復(fù)漏的井下復(fù)雜情況，使地層承壓能力由0.20g／cm³提高到了l.40g／cm³。

 

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本文作者：譚茂波　何世明　范興亮　劉德平　段玲

作者單位：西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院

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