戰(zhàn)啟帥，宋天培

（山東省魯南地質(zhì)工程勘察院（山東省地勘局第二地質(zhì)大隊(duì)），山東 濟(jì)寧 272100）

0 引言

山東省鄆城地?zé)崽锏責(zé)豳Y源開發(fā)利用示范項(xiàng)目，由省自然資源廳下達(dá)，省地勘局和鄆城縣人民政府指導(dǎo)開展，旨在開展地?zé)豳Y源開發(fā)利用示范，建立新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換示范基地，推廣清潔能源，為政府決策提供地質(zhì)依據(jù)。借此，我院提出“地勘先行、政府引導(dǎo)、企業(yè)跟進(jìn)、百姓受益、生態(tài)改善、鄉(xiāng)村振興”的地?zé)豳Y源開發(fā)利用“鄆城模式”，與鄆城陸特能源有限公司合作，施工一組地?zé)峋琘R1井設(shè)計(jì)為開采井使用。

在灰?guī)r熱儲(chǔ)地?zé)峋┕ぶ?，?jīng)常遇到各種各樣的漏失問題，主要有裂縫型漏失和溶洞性漏失等［1-8］，造成泥漿失返，引發(fā)一系列問題，成井困難。本文在分析YR1地?zé)峋┰蚝投侣╇y點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探究以往漏失問題處理技術(shù)，及時(shí)做出頂漏鉆進(jìn)、及時(shí)下技術(shù)套管封隔斷層并對(duì)斷層上下井段分別固井的處理措施。實(shí)踐表明，與其他處理措施相比，采用本文中的下套管封隔斷層堵漏措施耗時(shí)短、成本低、效果好。

1 YR1井工程概況及堵漏難點(diǎn)

1.1 YR1井工程概況

YR1井位于菏澤潛凸起構(gòu)造單元內(nèi)，地?zé)嵝再|(zhì)為奧陶系熱儲(chǔ)。鉆遇地層自上而下為第四系平原組，新近系明化鎮(zhèn)組，二疊系石盒子群，石炭系山西組、太原組，奧陶系馬家溝群。馬家溝群巖性主要為灰至深灰色厚層狀石灰?guī)r，夾多層白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖及薄層泥巖，巖溶裂隙發(fā)育，為煤系下伏主要充水含水層。受區(qū)域構(gòu)造影響，井田內(nèi)發(fā)育寬緩褶曲，并伴生一定數(shù)量的斷層。該井位于趙河?xùn)|斷層上盤，斷層傾向W，傾角70°，斷距50~60 m，為正斷層。

設(shè)計(jì)井深1700 m：一開?444.5 mm，井深600 m，下入?339.7 mm×9.65 mm石油套管；二開? 311.1 mm，井深1200 m，下入?244.5 mm×8.05 mm石油套管；三開?215.9 mm，井深1700 m。

1.2 YR1井堵漏難點(diǎn)

二開鉆進(jìn)至930.46 m時(shí)出現(xiàn)掉鉆現(xiàn)象，鉆壓顯示為零，懸重正常，泵壓3 MPa，同時(shí)孔口不返漿，排除鉆具脫扣的可能。下探6.2 m觸底，提鉆至套管內(nèi)，灌漿20 min不見孔口返漿，判定泥漿漏失。后經(jīng)測(cè)得泥漿液面161 m，并緩慢上升至135 m穩(wěn)定。

漏失發(fā)生后配堵漏泥漿30 m3，配方：10 m3清水+3 t膨潤(rùn)土+10 kg CMC+25 kg高粘堵漏劑+50 kg廣譜護(hù)壁劑+200 kg棉籽殼+200 kg鋸末+3 t碳酸鈣，下鉆至孔底，以108 m3/h的泵量打入堵漏泥漿，觀測(cè)水位埋深在135 m處無浮動(dòng)，漏失量>108 m3/h。

經(jīng)過2次觸底，結(jié)合地層資料判斷，為鉆遇斷層造成的失返性惡性漏失，斷層底面淤積沉淀物較淺，近無。底面為傾斜底面，傾斜角70°，地層中硬-硬，且斷層連通性極好。

封堵斷層漏失存在以下難點(diǎn)：（1）漏失為斷層性漏失，斷層擴(kuò)展度難以確定。無明確的證據(jù)判斷斷層是位于石炭系地層還是位于石炭系與奧陶系接觸面上，是否有溶蝕溶洞。（2）堵漏材料選擇難。井內(nèi)液柱高度約800 m，斷層連通性好，堵漏材料容易被稀釋沖走，在底部很難形成有效堆積。（3）570~930 m井段為裸孔段，地層為二疊-石炭系地層，井內(nèi)泥漿被斷層水充斥稀釋，容易引發(fā)掉塊、坍塌，使井內(nèi)情況進(jìn)一步復(fù)雜化。

2 惡性漏失堵漏技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 水泥堵漏技術(shù)

該技術(shù)最早應(yīng)用于鉆探堵漏，后期的發(fā)展主要在處理劑種類和添加量上取得成果，在裂縫性漏失中有很好的堵漏效果。但對(duì)于縫洞型漏失和溶洞型漏失、或高流速含水層，堵漏成功率較低［1，6-13］。

2.2 凝膠堵漏技術(shù)

聚合物分子水化后，聚合物分子的主鏈或側(cè)鏈通過化學(xué)鍵與高價(jià)金屬離子相互連接，形成凝膠體，并通過交聯(lián)劑控制凝膠的成膠時(shí)間。凝膠充填漏失通道后，達(dá)到堵漏的目的。凝膠堵漏技術(shù)在處理高滲透、特高滲透地層、裂縫性漏失堵漏中，取得良好的效果［1-4，10-11，14］。但在處理大裂縫、溶洞性漏失問題上成功率較低［6，13］。

2.3 化學(xué)堵漏劑堵漏技術(shù)［6］

化學(xué)堵漏劑是一種由多種功能材料加工而成的產(chǎn)品，化學(xué)交聯(lián)劑在攪拌或流動(dòng)狀態(tài)下，均勻地分散于連續(xù)相中，具有良好的流動(dòng)性。在靜止后，化學(xué)交聯(lián)劑形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有很好的滯留作用，同時(shí)無機(jī)活性物質(zhì)之間的離子化學(xué)反應(yīng)形成堅(jiān)硬的骨架結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)交聯(lián)體的整體強(qiáng)度。有別于橋堵可能由于壓力激動(dòng)導(dǎo)致的“返吐”，化學(xué)堵漏劑經(jīng)過超細(xì)加工，能夠在漏失通道內(nèi)滲透堆積，達(dá)到封堵的目的，同時(shí)提高地層承壓能力。

化學(xué)堵漏劑施工需滿足3個(gè)條件：（1）堵漏劑能順利進(jìn)入漏層；（2）能在漏層保持滯留，有效隔斷漏層通道；（3）在一定條件下發(fā)生化學(xué)固結(jié)。

化學(xué)劑堵漏技術(shù)主要適用于裂縫型漏失和滲透型漏失，在溶洞型、斷層型漏失或含高流速流體漏失地層，因稀釋作用漿液不能有效的堆積固結(jié)，達(dá)不到理想的封堵效果。

2.4 波紋管堵漏技術(shù)

該技術(shù)是在漏層井段下入波紋管，通過脹管，使波紋管脹圓貼合在井壁上，達(dá)到封堵漏層的目的［6］。利用鋼管封隔漏失地層效果顯著，但是波紋管封堵技術(shù)施工周期長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，成本較高［6，13］。同時(shí)對(duì)漏失點(diǎn)上部地層的穩(wěn)定性有一定的要求，在脹管過程中，容易再次引發(fā)復(fù)雜情況。

2.5 清水強(qiáng)鉆解決惡性漏失技術(shù)

清水強(qiáng)鉆法需具備井眼穩(wěn)定和巖屑有出處2個(gè)條件［6，9］，同時(shí)要做好井眼穩(wěn)定和沉砂卡鉆的預(yù)防措施［3-4，6，9］。泡沫泥漿處理 惡性漏失技術(shù)是 清水強(qiáng)鉆的升級(jí)版，井眼穩(wěn)定也是其實(shí)施的必要條件［6］。

3 YR1井堵漏技術(shù)

3.1 堵漏技術(shù)思路

根據(jù)《1∶20萬菏澤地區(qū)基巖地質(zhì)圖》和《山東省巨野煤田趙樓井田勘探（精查）地質(zhì)報(bào)告》等資料，結(jié)合鉆探過程中掉鉆距離6.2 m、漏失量>108 m3/h的情況，判斷該井漏類型為開放性斷層漏失，斷層水水力高度800 m，采用水泥、化學(xué)堵漏劑、樹脂橋堵等堵漏材料進(jìn)行封 堵十分困難［7-8，13，15］。因此，堵漏的關(guān)鍵在于對(duì)斷層的封堵。斷層的空間大小無法確定，攔截式堵漏工具或膨大管柱堵漏工具的制備工藝復(fù)雜且耗時(shí)較長(zhǎng)［7-8］。同時(shí)因斷層上部有360 m的裸孔段，隨時(shí)會(huì)發(fā)生掉塊、坍塌，所以要求堵漏時(shí)間不允許過長(zhǎng)，而且因井壁穩(wěn)定情況不能做過多的復(fù)雜操作。從漏失性質(zhì)、環(huán)境因素方面入手，決定提前下入?244.5 mm石油套管，對(duì)斷層進(jìn)行封隔。為防止鉆進(jìn)距離過大，引起頂角突變從而造成下管困難，爭(zhēng)取頂漏鉆進(jìn)20 m，再將套管下入，采用分級(jí)固井［16-19］的方式防止斷層水通過上竄下滲的方式進(jìn)入井內(nèi)，以防對(duì)成井后的水溫和水質(zhì)造成影響。即在底部套管安裝一個(gè)單向逆止閥，并在一根套管上加工一“活門”，使其位于止水傘上部，止水傘位置根據(jù)測(cè)井劃定的完整段安放。利用單向逆止閥對(duì)斷層底板固井后，利用“活門”再對(duì)上部井段進(jìn)行固井。

總之，在斷層空間無法確定、高壓流體并存的前提下，水泥漿堵漏、化學(xué)堵漏劑堵漏和橋堵等堵漏技術(shù)，在適用條件、使用量和操作次數(shù)上均不可控。同時(shí)井眼內(nèi)存在360 m的二疊系地層裸孔段，不允許進(jìn)行過多、過長(zhǎng)的井下操作。下套管封隔斷層，直接去復(fù)雜化，上述堵漏技術(shù)存在的問題直接轉(zhuǎn)化為如何將套管安放到位這一簡(jiǎn)單問題。

3.2 工藝實(shí)施

3.2.1 準(zhǔn)備工作

（1）施工供水井3眼（水井單井預(yù)估出水量40 m3/h），保證施工用水量［7］。

（2）配備400 m?244.5 mm×8.94 mm石油套管及附件，在入井第一根套管頂部連接單向逆止閥，在一根套管接箍下方開窗加工“活門”一個(gè)。

（3）加工?244.5 mm技術(shù)套管反絲接頭及?89 mm變 徑 接 頭 各1個(gè)。

（4）在頂漏鉆進(jìn)結(jié)束后進(jìn)行測(cè)井，劃定完整段，以確定止水傘安放位置。

（5）預(yù)備能夠配制60 m3的泥漿材料，以制備粘度60 s的稠泥漿，用于清孔排渣。

（6）保直鉆具準(zhǔn)備及措施：配4根?203 mm鉆鋌，保證鉆具的剛度；采用?311 mm PDC鉆頭鉆進(jìn)，遵循刮削碎巖機(jī)理，在傾斜底面磨銑出平臺(tái)，保證井眼順直，杜絕發(fā)生“順層溜”和“頂層進(jìn)”現(xiàn)象。

（7）丈量鉆具及相應(yīng)變徑、配件，配好井下鉆具，安排責(zé)任到人，分工明確，共同監(jiān)督。

3.2.2 頂漏鉆進(jìn)

（1）下鉆時(shí)，在表層套管內(nèi)補(bǔ)足單根量后，再下塔上立根，減少下鉆對(duì)煤系地層井段的碰撞，縮短鉆具在裸孔段的?？繒r(shí)間。

（2）采用近零鉆壓，刮削傾斜井底，造平臺(tái)。鉆進(jìn)時(shí)有憋車且倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，鉆機(jī)采用離合半聯(lián)動(dòng)回轉(zhuǎn)，繼續(xù)刮削進(jìn)尺。并及時(shí)丈量機(jī)上余尺，監(jiān)控鉆頭進(jìn)入巖層情況。

鉆頭完全進(jìn)入巖層后，判明鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)無明顯阻力后，采用鉆壓≤10 kN、轉(zhuǎn)速60 r/min參數(shù)鉆進(jìn)。為避免進(jìn)尺過大引起全角變化率突變，對(duì)下管造成一定難度，共造眼進(jìn)尺12.1 m。

（3）在鉆進(jìn)施工過程中，井底一直存在1.2 m左右沉渣，開泵循環(huán)可觸底。每鉆進(jìn)2~3 m，泵入10 m3攪拌好的稠泥漿（10 m3清水+5 t鈉膨潤(rùn)土+20 kg火堿+100 kg高粘防塌劑+20 kg CMC）進(jìn)行清孔，防止出現(xiàn)沉渣卡鉆。在造眼結(jié)束后，觸底檢查判斷孔內(nèi)清潔無沉渣，后經(jīng)測(cè)井表明，井底無沉渣殘留，且井眼與上部地層相對(duì)順直（見表1），結(jié)果表明鉆前的準(zhǔn)備工作是合理有效的。

表1 測(cè)井井斜數(shù)據(jù)Table 1 Well deviation data

3.2.3下管固井

（1）對(duì)入井第1根套管割掉4 m，使第1、2根套管接箍位于斷層的上下盤巖層中，以利于后期鉆進(jìn)。

（2）分級(jí)固井措施：①在入井第1根套管處安裝2組止水傘（見圖1），對(duì)斷層下部固井時(shí)保證水泥漿紊流；第一根套管內(nèi)安裝單向逆止閥，防止水泥漿回流；②根據(jù)測(cè)井劃定的相對(duì)完整井段，在入井第3、4根套管（910~930 m井段）分別安裝2組止水傘，防止對(duì)斷層上部井段固井時(shí)水泥漿下滲至斷裂內(nèi)；③將加工“活門”的套管作為入井第5根套管，“活門”位于900 m處（圖2），為斷層上部井段水泥固井提供通道。在活門外纏繞橡皮帶，防止在下管過程中打開，并保證注漿完畢后及時(shí)封閉“活門”。

圖1 堵漏管串示意圖Fig.1 Schematic diagram of the plugging casing string

圖2 帶“活門”的套管Fig.2 The casing with trap door

（3）下管過程中，平穩(wěn)操作，勻速送管，減少對(duì)井壁的剮蹭，防止掉塊。丈量套管，及時(shí)做好記錄，確保套管準(zhǔn)確到達(dá)斷層位置。經(jīng)操作和丈量判斷，套管進(jìn)新眼順暢無遇阻，順利到位無誤差。

（4）下管結(jié)束后，下入?89 mm鉆桿對(duì)接單向逆止閥，對(duì)斷層下部936.66~948.76 m井段進(jìn)行固井。注入水泥漿3 m3，替水2.6 m3，水泥漿密度1.67 g/cm3；然后提鉆，下入?244.5 mm反絲接頭與? 244.5 mm套管對(duì)接，注入水泥漿10 m3，接著注入14 m3清水進(jìn)行頂替。

（5）為進(jìn)一步杜絕斷層水上竄，二開技術(shù)套管與一開套管重合40 m，并在二開管頭處進(jìn)行了一次“蓋帽”固井［18］。

4 實(shí)施效果

在固井完成后，投掃水泥塞，測(cè)得井內(nèi)水位穩(wěn)定在35 m，說明套管堵漏效果良好。繼續(xù)鉆進(jìn)出套管0.6 m后井內(nèi)發(fā)生漏失，漏失量在10 m3/h左右。根據(jù)上返巖屑判明為熱儲(chǔ)層，改氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)至1704 m終孔。

該地?zé)峋罱K井口出水溫度54.5℃，出水量達(dá)402 m3/h（降深10.35 m），創(chuàng)下了山東省地勘局地?zé)峋鏊啃录o(jì)錄，是山東省內(nèi)目前出水量最大的地?zé)峋?，能夠滿足當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)10000余人、20余萬m2建筑的清潔供暖需求。水中鍶元素含量13.45 mg/L、鋇元素含量24.2 mg/L，達(dá)到了命名礦泉水濃度；氟元素含量1.66 mg/L、偏硼酸含量2.28 mg/L，達(dá)到了有醫(yī)療價(jià)值的濃度，為地方發(fā)展旅游康養(yǎng)提供了有力保障。

該項(xiàng)目精心設(shè)計(jì)，施工措施得當(dāng)，較同類地層采用牙輪鉆頭全面鉆進(jìn)工藝，本次采用PDC鉆頭、氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝，機(jī)械進(jìn)尺效率提高了65%。穿越了6.2 m的大斷層，攻克了斷層漏失技術(shù)難題，取得了奧灰熱儲(chǔ)勘查方面新突破。對(duì)進(jìn)一步推進(jìn)地?zé)豳Y源開發(fā)利用“鄆城模式”，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，助力打贏污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)具有重要意義。

5 結(jié)語

在YR1井封堵斷層漏失的過程中，通過對(duì)堵漏方案和工藝技術(shù)的探索，綜合考慮現(xiàn)有堵漏技術(shù)的適用條件和局限性，果斷采用下套管封隔斷層的方案，僅15 d時(shí)間，成功解決了斷層性漏失堵漏難題，為今后應(yīng)對(duì)斷層性漏失或溶洞性漏失提供了很好的借鑒。同時(shí)判明了該斷層位于石炭系與奧陶系接觸面，為進(jìn)一步控制區(qū)域構(gòu)造提供了有力支撐。

（1）下套管封隔斷層，“一巧破千斤”，將復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化。既縮短了工期，又避免了井下復(fù)雜隱患。

（2）細(xì)化了頂漏鉆進(jìn)的操作工序，借鑒分級(jí)固井技術(shù)，對(duì)斷層上下井段進(jìn)行固井，阻斷了斷層水上竄下滲的通道，保證了成井質(zhì)量。

（3）采用的套管“活門”在現(xiàn)場(chǎng)加工，質(zhì)量稍粗糙，通過在接觸面涂抹玻璃膠形成軟接觸，保證了密封效果，為實(shí)現(xiàn)分級(jí)固井創(chuàng)造了條件。