延川南煤層氣工區(qū)地層漏失特點及對策

楊 力

(中國石化集團華東石油局,江蘇 210031)

近年來,煤層氣作為一項新興的能源,越來越受到人們的關(guān)注和重視,對其開發(fā)利用的工作力度也在逐年加大并取得了一定的開發(fā)成果。如何高效進行煤層氣鉆井并滿足鉆井目的,為煤層氣開發(fā)利用提供技術(shù)上的支持和保障就顯得十分重要。2010年延川南煤層氣區(qū)塊進入開發(fā)階段,但鉆井過程中由于地層原因引起的鉆井液漏失成為制約煤層氣鉆進工作進程的主要因素之一,鉆井均存在不同程度的漏失,大漏的情況在多口井中出現(xiàn),甚至出現(xiàn)失返的現(xiàn)象。

1 地層概況

延川南煤層氣區(qū)塊內(nèi)及周邊賦存的地層有第四系、三疊系、二疊系、石炭系、奧陶系,主要含煤地層為二疊系、石炭系,其主要巖性特征如下：

第四系：層厚100m左右,頂部為耕土,其下為灰黃色、棕黃色、棕紅色粘土,松散易垮塌。

三疊系：層厚680m左右,分二馬營組、和尚溝組、劉家溝組;細粒長石石英雜砂巖;主要為紫紅色砂質(zhì)泥巖夾多層灰紫、灰綠色中細粒長石石英雜砂巖,泥巖中含較多的鈣質(zhì)結(jié)核及灰綠色條帶。

二疊系：層厚700m左右,分石千峰組、上石盒子組、下石盒子組、山西組,上部為灰綠、灰紫、紫紅色中粒長石石英砂巖,下部以灰、黑色泥巖和炭質(zhì)泥巖為主,發(fā)育有2#、3#煤層。

石炭系：層厚80m左右,分太原組、本溪組,巖性以泥巖、粉砂巖、灰色砂巖及灰?guī)r為主。下并發(fā)育多套煤層,為主要目的層位。

奧陶系：以深灰色、中厚層狀、堅硬、致密的石灰?guī)r為主。

2 漏失特點

延川南工區(qū)共計施工20余井次,漏失情況較普遍,各井漏失層位幾乎貫穿全井,主要漏失層位集中在上部第四系地層及下部目的層位附近。從地層特點分析,第四系地層風(fēng)化嚴重,其裂隙、孔隙結(jié)構(gòu)都不穩(wěn)定;劉家溝組及石盒子組風(fēng)化也較為嚴重,特別是地層分界面附近,裂隙比較發(fā)育;山西組、太原組在局部井段灰?guī)r發(fā)育;峰峰組灰?guī)r段都是易發(fā)生井漏的層位。根據(jù)漏失程度的資料顯示,各層位漏失程度并不相同,即使是同一層位,在不同井的施工中漏失程度也存在很大差異,分析漏失情況有三類：

第一類為輕微的滲漏,主要在砂巖段及地層裂隙細微發(fā)育的層位,其中石盒子組較為明顯。

第二類為地層風(fēng)化裂隙性漏失,該漏失現(xiàn)象最為普遍,在不同的漏失井段中均有發(fā)生,一般漏速約為8～20m3/h。

第三類為灰?guī)r段裂隙性漏失,主要集中在太原組及峰峰組地層,特別是在峰峰組,易出現(xiàn)失返現(xiàn)象。

3 對鉆井施工的影響

漏失對鉆井施工造成以下影響：

(1)鉆井液出現(xiàn)消耗,耗費人力、財力和物力,延長鉆井周期。

(2)對于滲透性漏失,易引起鉆井液性能發(fā)生變化,如密度、粘度升高等。

(3)對于嚴重漏失,鉆井液返不出井口,在地面得不到凈化,井底巖屑重復(fù)破碎,影響鉆進效率,甚至導(dǎo)致沉砂卡鉆事故的發(fā)生或井眼報廢。

4 主要技術(shù)對策

4.1 井漏的預(yù)防

(1)松軟、易漏地層鉆進應(yīng)控制鉆速,延長鉆井液攜砂時間;

(2)起下鉆不要過猛過快,開泵要平穩(wěn),避免操作引起壓力激動;

(3)采用近平衡壓力方式鉆井,加強泥漿抑制性的處理,改善鉆井液的流變性能,降低循環(huán)壓耗。高密度、小井眼井中應(yīng)盡量降低泥漿切力。

(4)鉆進至提示漏失層位前,提高鉆井液粘度,提前在鉆井液中加入隨鉆堵漏劑等。

4.2 井漏處理方案

(1)滲透性漏失：漏失速度小于5m3/h時,首先應(yīng)降低鉆井液密度,提高鉆井液的粘度和切力,然后采取隨鉆堵漏方式。在鉆井液中加入1～3%的單向封閉劑,邊鉆邊觀察。根據(jù)漏失程度添加膨潤土、CMC、復(fù)合型堵漏劑等。如果漏失嚴重,停止鉆進,配制堵漏漿,靜止堵漏,方法同下。

(2)小漏失：漏失速度在5～15m3/h,采取靜止堵漏方式。配制堵漏漿,配方為一定量井漿+3%膨潤土+3～8%復(fù)合型堵漏劑+3%單向封閉劑,調(diào)整粘切。提鉆至漏失層位,用小排量將堵漏漿泵入至漏失層位后,提鉆至漏失層位頂部,靜止堵漏4～6h(堵漏期間必須保持井內(nèi)灌滿鉆井液),再在漏層頂部循環(huán)30min,不漏則恢復(fù)鉆進。

(3)中漏失：漏失速度在15～30m3/h,配制堵漏漿,配方為一定量井漿+2%膨潤土+3～8%復(fù)合型堵漏劑+3%單向封閉劑+3～4%鋸末+1～2%JYW-1,采取靜止堵漏方式。

(4)大漏失：漏失速度在30～60m3/h,配制堵漏漿,配方為一定量井漿+2%膨潤土+3～8%復(fù)合型堵漏劑+1～2%花生殼+2～3%核桃殼+3～4%云母片+1～2%JYW-2,采取靜止堵漏方式。

(5)嚴重漏失：靜止堵漏如果不成功或者漏失更加嚴重,可采用在漏失層位先注入低密度水泥漿,后注入堵漏漿的方式堵漏。同時在鉆井液中添加1～2%JYW-1(無滲透處理劑),提高地層的承壓能力。

(6)溶洞：鉆遇溶洞性漏失,可先考慮充填溶洞 (投粗砂、碎石、水泥球等),后注入低密度水泥漿,再注入堵漏漿進行堵漏。

4.3 井漏處理措施

(1)井漏發(fā)生后,首先應(yīng)分析井漏發(fā)生的原因,確定漏失層位、類型及程度。

(2)根據(jù)漏失情況,選擇堵漏方法和工藝,制定施工方案。

(3)宜采用光鉆桿下至漏失層頂部或安全井段實施堵漏施工。

(4)漏失井段鉆進時,在滿足循環(huán)條件下,可采用鉆井液中加入隨鉆堵漏劑,降低漏速強鉆,待漏失井段完全鉆開后,再選擇堵漏方式,避免重復(fù)堵漏。

(5)配制的堵漏漿應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性、可泵性。

(6)堵漏施工時應(yīng)活動鉆具,避免卡鉆。

(7)采用橋堵漿堵漏,應(yīng)取出泥漿泵、鉆具中的濾清器。

5 特殊工藝在井漏地層的應(yīng)用

5.1 氣體鉆井

氣體鉆井技術(shù)為欠平衡鉆井技術(shù)的一種,不僅有效的解決了鉆井過程中的井壁穩(wěn)定、井漏等問題。而且還可以大大提高機械鉆速,縮短鉆井周期,降低綜合鉆井成本。延川南工區(qū)煤層裂縫發(fā)育,地層承壓能力低,易發(fā)生嚴重井漏,之前完鉆的延4、延6井漏失鉆井液都在100m3以上。為此,采用空氣鉆井技術(shù)進行了3口井氣體鉆井試驗,取得良好的效果,有效地遏制了漏失對鉆井施工造成的影響,且機械鉆速比常規(guī)鉆井提高了4.5倍。

5.2 可循環(huán)泡沫鉆井

可循環(huán)泡沫鉆井液是氣體介質(zhì)分散在液體事,并配以發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑或粘土形成的分散體系,常用于低壓鉆井,通過減少循環(huán)壓力、降低液柱壓力、提高地層承壓能力的方式,對滲漏地層起到良好的防漏、堵漏效果,具有較強的凈化能力。具有體系穩(wěn)定、漏失低、摩阻小、剪切性能好的特點。

延9井是部署在構(gòu)造斜坡帶上的一口煤層氣探井,地層裂縫、破碎帶發(fā)育,連通性好。鉆進過程中發(fā)現(xiàn)漏失層縱向分布有4層,常規(guī)堵漏方法能夠保障順利鉆進,但當(dāng)至井深579m時,出現(xiàn)嚴重漏失,共漏失鉆井液1000多m3,采用了常規(guī)堵漏、橋塞堵漏、水泥堵漏等多種方法均無見效。處理過程中無論是稠堵漏漿還是膠質(zhì)水泥漿都能堵住,但下鉆循環(huán)或鉆開后,均又發(fā)生漏失,不能建立長時間循環(huán),且強鉆后井壁有垮塌現(xiàn)象。

經(jīng)調(diào)研,決定在延9井采用可循環(huán)泡沫鉆井液體系,并在室內(nèi)對可循環(huán)泡沫鉆井液的配方進行了優(yōu)選。配方為：膨潤土漿+0.2～0.4%發(fā)泡劑+1～3%穩(wěn)泡劑WP-1+0.5～1%高分子密度減輕劑。在現(xiàn)場應(yīng)用中,將微泡鉆井液密度降低到0.76～0.83g/cm3,同時提高微泡堵漏漿中的堵漏劑濃度,起到了良好的封堵效果,為易漏地層的鉆探提供了可借鑒的經(jīng)驗。

6 結(jié)論

(1)延川南工區(qū)鉆井過程中,漏失種類復(fù)雜多樣,堵漏工藝需針對具體漏失特點,有針對性地選擇。

(2)氣體鉆井不僅是低壓易漏地層鉆進的有效手段,而且可以有效提高鉆井效率。

(3)在煤層氣井中使用可循環(huán)泡沫鉆井液體系,通過減少循環(huán)壓力、降低液柱壓力、提高地層承壓能力的方式,堵漏效果明顯。

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