劉殿有,馮長(zhǎng)英,王 利,王玉民
(吉林省第六地質(zhì)探礦工程大隊(duì),吉林延吉133401)
從地?zé)徙@井大裂隙漏失的堵漏實(shí)踐談橋接堵漏
劉殿有*,馮長(zhǎng)英,王 利,王玉民
(吉林省第六地質(zhì)探礦工程大隊(duì),吉林延吉133401)
在地?zé)峋┕ぶ?,鉆遇大裂隙或溶洞,鉆井液嚴(yán)重漏失,浪費(fèi)大量人力、物力,且易引發(fā)井內(nèi)事故。采用在漏失通道設(shè)立堵塞隔墻輔助惰性材料、粘土球?yàn)檎澈蟿┍萌胨酀{封閉的聯(lián)合堵漏措施,經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證表明,采用橋接堵漏措施效果良好。
紅磚為骨架材料;粘土球?yàn)檎澈蟿┘佣栊圆牧希凰酀{加固;橋接堵漏
鉆井漏失是鉆井過(guò)程中最普遍、最常見(jiàn)的井下復(fù)雜情況之一。井漏不僅會(huì)耗費(fèi)鉆井時(shí)間,損失大量泥漿,消耗大量堵漏材料,而且可能引起卡鉆、井塌等一系列事故復(fù)雜情況。從某種程度上講,井漏比某些鉆井事故給鉆井帶來(lái)的損失更大。因此,有必要對(duì)鉆井防漏、堵漏工作進(jìn)行全面系統(tǒng)的再認(rèn)識(shí),本文從一起地?zé)峋拇罅芽p漏失的堵漏實(shí)踐中,談一談橋接堵漏的方法。
2012年,我隊(duì)在吉林省白山市江源區(qū)施工了一口地?zé)峋O(shè)計(jì)井深2500m,實(shí)際鉆井深度2001m,該井施工中,在井深1002m時(shí)發(fā)生嚴(yán)重的漏失,采用了多種堵漏方法,歷時(shí)40余天,耗費(fèi)了大量的人力和物力,最終成功完成了堵漏工作,確保了該井的順利施工。此次堵漏的成功,為今后地?zé)峋秀@遇大裂隙的漏失處理,開(kāi)辟了一種經(jīng)濟(jì)高效的堵漏途徑。
該地?zé)峋挥诩质“咨绞薪磪^(qū)育林新村。屬華北板塊東北緣,遼東臺(tái)隆渾江坳陷。
地層自上而下為:
0~20m,第四系,由黃褐色、綠灰色粘土及雜色砂礫層組成。
20~970m,第三系,巖性主要為灰色礫石、砂巖、粉砂巖(粉砂巖夾少量紫色泥漿)、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r等組成。970~1910m,古生界石炭系,巖性主要為灰黑色泥巖、灰黑色粉砂巖,夾煤層。
1910~2500m,古生界奧陶系,巖性主要為灰色灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等。
該井設(shè)計(jì)井深2500m、三開(kāi)結(jié)構(gòu)。分別為:
一開(kāi):井徑?311.1mm,下入?244.5mm×8.94mm石油套管,下深400m。
二開(kāi):?215.9mm、下入?177.8mm×8.05mm石油套管至1500m。
三開(kāi):?162mm裸眼,至設(shè)計(jì)井深。
鉆機(jī):GZ-2600型鉆機(jī)
鉆塔:K31.5-135/2.2
泥漿泵:CQ3NB-500
泥漿凈化機(jī):JCN-1
鉆桿:?127mm、?89mm
鉆鋌:?178mm、?159mm、?121mm
二開(kāi)鉆井,在井深1002m時(shí),突然發(fā)生漏失,井口不返漿,泵壓表無(wú)泵壓,下放鉆具,沒(méi)有鉆壓,呈放空狀態(tài),輕放鉆具至1004m遇井底,放空井段為2m。
漏失發(fā)生后,井隊(duì)首先進(jìn)行了常規(guī)的堵漏方法進(jìn)行處理,加大了泥漿粘度,泥漿粘度為70s,比重1.25g/mL,泵送泥漿達(dá)50m3,井口仍不返漿,泵壓沒(méi)有反應(yīng)。
在送濃泥漿無(wú)效的情況下,配制泥漿粘度仍為70s,泥漿內(nèi)加入鋸末、稻草等堵漏材料,繼續(xù)處理,仍不返漿,考慮井孔漏失孔隙大,采用粘土球和水泥漿聯(lián)合堵漏,先向井內(nèi)投入粘土球,下鉆具分段搗實(shí),然后向井內(nèi)注入水泥漿液進(jìn)行堵漏,但在投入粘土球進(jìn)行搗實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn),投入多次泥球,井內(nèi)不見(jiàn)有堆積,因此,這種聯(lián)合堵漏方法無(wú)法進(jìn)行。由此可見(jiàn),這次的漏失情況復(fù)雜,上述方法難以處理。
根據(jù)處理過(guò)程中大量漏失和泵壓及返漿情況,以及鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)的放空狀況,可以確定該漏失是由大的裂隙或溶洞引起的。同時(shí)由于投入井內(nèi)的粘土球未能形成堆積,由此推測(cè),該裂隙內(nèi)可能有地下水的活動(dòng),因此,此次漏失的處理,采用常規(guī)的方法,很難取得效果。
5.1 大裂隙成因
產(chǎn)生漏失的井段為1002~1004m井段,屬中深井段,其巖性主要為粉砂巖,因此,可排除由碳酸鹽巖所形成的溶洞、裂隙的可能。
其裂隙的產(chǎn)生可能是砂巖層受構(gòu)造變形作用,在構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生破裂,形成構(gòu)造裂隙,同時(shí)由于區(qū)域構(gòu)造,包括斷層構(gòu)造和褶皺構(gòu)造的影響,使裂隙相互貫通,形成了具有地下水活動(dòng)的大的裂隙。
5.2 堵漏措施的制定
針對(duì)上述情況,我們認(rèn)真進(jìn)行了分析、研究,認(rèn)為解決該井的漏失應(yīng)滿(mǎn)足以下條件:
(1)為了堵住漏失層,必須在距井筒很近范圍內(nèi)的漏失通道里建立一道堵塞隔墻,用以隔斷漏液的通道,隔墻必須具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。
(2)當(dāng)堵漏物質(zhì)到達(dá)漏失層時(shí),其物質(zhì)顆粒的形狀、尺寸、漿液流動(dòng)變形等應(yīng)適應(yīng)漏失通道的復(fù)雜形態(tài),堵劑才能按設(shè)計(jì)的數(shù)量進(jìn)入漏失層。
(3)堵劑進(jìn)入漏失層后,不能讓其源源不斷進(jìn)入地層深處,進(jìn)入地層的堵劑必須能抵御各種流體的干擾,在各項(xiàng)流動(dòng)阻力的作用下,在近井筒漏失通道處發(fā)生滯流、堆積,從而充滿(mǎn)一定范圍的漏失空間。
根據(jù)上述條件,結(jié)合鉆井口徑等因素,確定了以研磨性較好的紅磚為骨架材料,粘土球?yàn)檎澈蟿從?、稻草、廢棕繩為堵漏材料,水泥漿為加固材料的聯(lián)合堵漏措施。
5.3 堵漏措施的實(shí)施與成果
按照制定的聯(lián)合堵漏措施,先以1/2大小的紅磚塊,間斷投入井內(nèi),投入一定量后,下鉆具進(jìn)行通井搗實(shí),防止在井內(nèi)架橋,一次投入不要太多,在20塊整磚左右。然后投入預(yù)先做好的粘土球,粘土球大小在5~8cm左右,要做實(shí),略風(fēng)干,防止由于表面遇水,粘附井壁而架橋,下鉆通井、搗實(shí),重復(fù)幾個(gè)循環(huán),待井內(nèi)堆積,填充超過(guò)漏失井段后,用濃泥漿加入鋸末、稻草、廢棕繩等小泵量送入井內(nèi)幾次都未見(jiàn)效果。經(jīng)再次分析研究可能是由于裂隙內(nèi)地下水活動(dòng),小的骨架材料難形成堆積,決定采用整磚加半磚向井內(nèi)投送,克服裂隙內(nèi)地下水的破壞,通井時(shí)遇有阻力,采用輕壓,慢轉(zhuǎn)將其推送至井底,其它程序同樣進(jìn)行。
上述過(guò)程歷經(jīng)十幾個(gè)回次,井口終于返漿,說(shuō)明井底大裂縫已基本被填充,然后采用水泥漿進(jìn)行封孔,候凝48h后透孔鉆進(jìn),返漿恢復(fù)正常,至此堵漏結(jié)束,該井順利施工至2001m完井。
此次堵漏共耗時(shí)40余天,紅磚1000余塊,泥漿500m3,水泥5t。
5.4 鉆井中的注意事項(xiàng)
在堵漏井段以下鉆井中,應(yīng)注意降低激動(dòng)壓力,防止漏失井段人為堆積的井壁破壞。
首先,在下鉆過(guò)程中,控制每下一個(gè)立根的時(shí)間不小于45s,同時(shí)做到勻速下放,平穩(wěn)操作,最大限度地降低因鉆具慣性力而引起的激動(dòng)壓力。
第二,控制開(kāi)泵泵壓,每次開(kāi)泵,首先啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán),轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具,破壞泥漿的結(jié)構(gòu)力,而后用小排量建立循環(huán),待泥漿返出正常后,再增加到正常排量。
第三,鉆進(jìn)至深井段,每次下鉆要分段循環(huán),根據(jù)井下情況確定分段循環(huán)次數(shù),必要時(shí)應(yīng)加密分段循環(huán)的次數(shù),另外,在深井段下鉆,應(yīng)避免一次下鉆到井底,最好下鉆至井底20~30m處,開(kāi)泵循環(huán),正常后,接單根劃眼至井底。
第四,當(dāng)下鉆遇阻時(shí),應(yīng)接方鉆桿,緩慢開(kāi)泵,正常后劃眼通過(guò)。同時(shí)控制劃眼速度,嚴(yán)防因憋泵等因素而憋開(kāi)漏失層。
此次鉆井中大裂隙漏失所采用的聯(lián)合堵漏方法,其原理就是比較典型的橋接堵漏。
6.1 橋接堵漏的原理
橋接堵漏就是利用接堵漏材料在封堵漏失層的過(guò)程中,進(jìn)行機(jī)械堵塞,其作用原理有以下幾個(gè)方面:
(1)架橋作用。顆粒狀橋接堵漏材料在通過(guò)地層中漏失通道時(shí),能在其凹凸不平的粗糙表面及狹窄部位產(chǎn)生阻力并“架橋”。所謂“架橋”,不僅僅指的是顆粒材料單一式的架橋,多數(shù)情況下是多種顆粒材料相互支撐。相互依托的堆砌式“架橋”。由于顆粒狀材料質(zhì)硬,力臂短,應(yīng)力分散,因此一旦“架橋”,就具有相當(dāng)強(qiáng)的抗破壞能力,在其它材料的配合作用下,能有效地封堵漏失層。
(2)堵塞和嵌入作用。架橋作用形成以后,僅僅形成了封堵漏失通道的基本骨架,漏失通道由大變小,由小變微,但還沒(méi)有徹底消除漏失通道的相互連通。這時(shí)堵漏漿液中的維纖維狀材料,片狀材料和細(xì)顆粒材料,在壓差作用下對(duì)“架橋”中的微小孔道和地層中原有的小裂縫進(jìn)行嵌入和堵塞,從而完全消除漏失,從而達(dá)到堵漏的目的。
(3)滲濾作用。堵漏泥漿中的橋接材料,具有增大漿液高壓失水的作用,形成較厚的濾餅,這些濾餅在壓差作用下,被擠入地層裂隙,形成楔塞,增強(qiáng)堵漏效果。
(4)在濾餅中的“拉筋”作用。堵漏漿液在壓差作用下失水形成濾餅填塞時(shí)各類(lèi)堵漏材料,尤其是纖維狀和片狀材料被夾在濾餅之中起到了強(qiáng)有力的“拉筋”作用,同時(shí)大大加強(qiáng)了楔塞的機(jī)械強(qiáng)度。
(5)膨脹堵塞作用。橋接堵漏材料大部分屬木質(zhì)纖維類(lèi)物質(zhì),這些材料在水的浸泡下,具有一定的吸水膨脹性,因此,當(dāng)橋接材料被擠進(jìn)地層裂隙形成橋堵墊層后,受到地層中液體的浸泡,產(chǎn)生膨脹,可增加橋堵墊層的封堵能力。
(6)“卡喉”作用。地層中存在許多形狀不一的裂隙、孔隙,它們相互交錯(cuò)、延伸,對(duì)一條漏失通道來(lái)說(shuō),始終有其最窄小的部位,這就是“喉道”,在此處架橋就是所說(shuō)的“卡喉”作用。橋接堵漏材料針對(duì)這些“喉道”部分發(fā)揮架橋、填塞、嵌入等作用來(lái)形成機(jī)械堵塞,從而達(dá)到消除井筒漏失的目的。
6.2 橋接堵漏材料應(yīng)具備的性能
從橋接堵漏材料的基本作用原理,可以總結(jié)出對(duì)橋接堵漏材料的主要性能:
(1)顆粒狀堵漏材料必須有適當(dāng)?shù)膸缀纬叽绾蜋C(jī)械性能,以便適合于井內(nèi)復(fù)雜情況和承受作用于橋塞上的壓力差。一般情況下,顆粒狀材料的最佳尺寸應(yīng)是地層中漏失通道開(kāi)口尺寸的1/3,此時(shí),才能形成較為穩(wěn)定的橋堵。在穩(wěn)定的橋堵形成過(guò)程中,顆粒狀材料必須具有足夠的抗壓、抗剪切強(qiáng)度,才能承受由壓差引起的彎曲應(yīng)力和縱向力。同時(shí)顆粒狀材料還必須具有足夠的硬度,以防止顆粒應(yīng)變變形而改變其幾何形狀,而降低堵漏效果。
(2)纖維狀材料和片狀材料必須有能力在橋堵上形成密封,以降低堵塞滲透率,就是說(shuō)它們必須具有足夠的強(qiáng)度,才能橋接堵塞住顆粒材料中的間隙,而且還必須具有足夠的彈性和塑性,才能變形封堵大部分裂隙的有效流動(dòng)面積。
6.3 橋接堵漏材料的濃度和級(jí)配
單一材料的封堵能力往往是很有限的,不同材料的復(fù)配使用,能相互增效,大大提高其封堵漏層的能力,在應(yīng)用橋接材料堵漏時(shí),應(yīng)根據(jù)不同的漏層性質(zhì),合理選擇堵漏材料的級(jí)配和濃度。
在選擇橋接材料濃度時(shí),應(yīng)綜合考慮漏失速度、漏失壓力、液面深度、漏層段長(zhǎng)度、漏層形狀等,一般范圍是5%~15%(重量體積比)。其中片狀和纖維狀材料在堵漏漿液中加量一般不得超過(guò)5%,顆粒狀材料的加量控制在7%(重量體積比)之內(nèi)。同時(shí),對(duì)于漏失速度快、裂隙大或孔隙大的漏失,應(yīng)用大顆粒、長(zhǎng)纖維、大片狀橋接材料配成高濃度漿液,反之則用中小粒度、短纖維、小片狀的橋接材料配成低濃度漿液。
橋接材料級(jí)配的一般原則是:顆粒狀、片狀、纖維狀堵漏材料之比為5∶2∶1。
6.4 橋接材料的種類(lèi)
橋接材料一般稱(chēng)為隋性材料,按其形狀分為3大類(lèi):
(1)顆粒狀材料:常用的有核桃殼、橡膠粒、碎塑料粒、硅藻粒、珍珠巖、生石灰、瀝青粉等。它們?cè)诙侣┻^(guò)程中主義用于卡住漏失通道的“喉道”,起“架橋”作用,因此又被稱(chēng)為“架橋劑”。
(2)纖維狀材料:主要來(lái)源于植物、礦物及一系列合成纖維。一般有鋸末、花生殼、玉米芯、稻草、廢棕繩等。它們?cè)诙侣{液中起懸浮作用,在形成的堵塞中它們縱橫交錯(cuò),相互牽扯,通常被稱(chēng)為“懸浮拉筋劑”。
(3)片狀材料:常用的有云母片、稻殼、刨花、玻璃紙等。它們?cè)诙侣┻^(guò)程中主義起填塞作用,因此被稱(chēng)為“填塞劑”。
橋接材料由于經(jīng)濟(jì)價(jià)廉、使用方便、施工安全,因此在鉆井施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用普遍,并取得了明顯效果,使用此方法可以處理由孔隙及裂隙造成的部分漏失。
實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,除上述介紹的橋接材料外,可根據(jù)井內(nèi)情況、現(xiàn)場(chǎng)條件,利用各種可以堵漏的物質(zhì)進(jìn)行堵漏。如本次漏失處理中,采用的建筑紅磚,以往施工中很少用到,而在此次漏失處理中,卻起到了決定性的作用。
(1)漏失發(fā)生后,應(yīng)認(rèn)真分析漏失發(fā)生的原因,確定漏失層的位置,漏失的類(lèi)型(滲透漏失、裂隙漏失、溶洞性漏失等)以及漏失的嚴(yán)重程度。
(2)根據(jù)漏失情況及地層性質(zhì)、井下情況等決定是否繼續(xù)鉆進(jìn)一段,確保漏失層完全鉆穿或是立即起鉆等。 (3)配制堵漏漿液施工時(shí),如果能夠起鉆,應(yīng)盡可能采用光鉆桿結(jié)構(gòu),下至漏失層頂部,使用正確的堵漏劑注入方法,確保2/3的堵漏劑進(jìn)入到漏失層近井眼處。同時(shí)施工過(guò)程中,要不停地活動(dòng)鉆具,避免卡鉆。
(4)施工前,應(yīng)精心設(shè)計(jì)、精心施工,施工后認(rèn)真收集、整理各項(xiàng)材料。
該地?zé)峋穆┦П容^嚴(yán)重、復(fù)雜,采用常規(guī)堵漏方法,難以解決,本次處理過(guò)程,大膽采用紅磚、粘土球、濃泥漿及堵漏材料,配合水泥漿護(hù)壁堵漏的聯(lián)合堵漏方法,雖耗時(shí)較長(zhǎng),但成功完成大裂隙漏失的堵漏工作,確保了該地?zé)峋樌@至設(shè)計(jì)井深,同時(shí)也豐富了橋接堵漏的一些內(nèi)容,為今后在地?zé)徙@井中,鉆遇類(lèi)似大裂隙漏失的堵漏開(kāi)辟了一種經(jīng)濟(jì)高效的堵漏途徑。
在該地?zé)崾┕ぶ械膸c(diǎn)體會(huì):
(1)該地?zé)峋┕?,由于?duì)礦區(qū)地質(zhì)情況了解少,在鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,存在很多缺陷。
一開(kāi)?311.1mm、套管?244.5mm、二開(kāi)?216mm、套管?177.8mm,這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有給下步處理井內(nèi)復(fù)雜情況留有余地。因此建議在地?zé)峋┕ぶ校貏e是陌生的礦區(qū),在鉆井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,一定要充分考慮到鉆井過(guò)程中的復(fù)雜情況,留有一定的套管級(jí)配,減少施工中的風(fēng)險(xiǎn)。
(2)發(fā)生漏失事故不要盲目處理,應(yīng)充分分析施工中出現(xiàn)的各種復(fù)雜情況和認(rèn)真分析地層、地質(zhì)情況,確定漏失類(lèi)型及嚴(yán)重程度,確定處理方案,按方案所設(shè)計(jì)的方針進(jìn)行處理,以避免因盲目施工帶來(lái)的時(shí)間和物資的損失,并避免更大事故的發(fā)生。
[1]鉆井工程施工新技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實(shí)用手冊(cè)[M].石油工業(yè)出版社,2007.
[2]復(fù)雜地層深部鉆探工程施工關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用[R].2011.
[3]王敏,張寶河.大裂隙堵漏劑在神農(nóng)架礦區(qū)復(fù)雜地層鉆進(jìn)中的試驗(yàn)應(yīng)用[R].2014.
TE28
B
1004-5716(2015)06-0035-04
2014-06-26
劉殿有(1960-),男(漢族),吉林延吉人,高級(jí)工程師,現(xiàn)從事巖芯鉆探、地?zé)峋┕す芾砉ぷ鳌?/p>