科索1井溶洞性堵漏技术探索与应用

樊好福王成岭杨 军王 莉蒋金宝

(1.中原石油勘探局钻井四公司; 2.中原石油勘探局钻井工程技术研究院; 3.中海油能源发展股份有限公司监督监理技术公司)

科索1井溶洞性堵漏技术探索与应用

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(1.中原石油勘探局钻井四公司; 2.中原石油勘探局钻井工程技术研究院; 3.中海油能源发展股份有限公司监督监理技术公司)

针对科索1井溶洞性漏失溶洞大、邻井段漏层有流动水等情况,在分析井漏原因和堵漏难点的基础上,确定了溶洞性漏失堵漏材料和堵漏工艺技术,成功解决了井下有流动水情况下的溶洞性井漏堵漏难题。现场应用表明,与同类情况相比,利用本文研究的溶洞性堵漏技术堵漏耗时短、成本低、效果好。

科索1井 溶洞性漏失 堵漏材料 堵漏工艺

井漏是钻井施工中经常遇到的井下复杂事故之一。开放性、大尺寸溶洞性漏失,漏失速度快、漏失量大、堵漏难度大,如果发现不及时或处理措施不当,会造成井壁垮塌、卡钻事故,甚至导致井眼报废[1-2]。在处理溶洞性漏失问题上,不同施工单位可能会采取不同的工艺措施,但从整体堵漏效果上看,堵漏时间长、堵漏成本大、成功率不高。本文在分析科索1井井漏原因和堵漏难点的基础上,从堵漏材料、堵漏技术思路和堵漏工艺上对溶洞性漏失堵漏技术进行了研究。现场实践表明,与同类情况相比,应用本文溶洞性堵漏技术,堵漏耗时短、成本低、效果好。

1 科索1井概况及堵漏难点

1.1 科索1井概况

科索1井是位于华北断坳与燕山台褶带交接地区的一口科学实验井。科索1井钻遇地层自上而下为第四系平原组,青白口系下马岭组,蓟县系铁岭组、洪水庄组,蓟县系迷雾山组四段、三段、二段,蓟县系杨庄组。在钻进过程中钻遇多个断层破碎带,基岩地层地下水非常丰富,极易出水且地层裂缝发育,极易发生井漏。

1.2 科索1井堵漏难点

科索1井二开井段使用空气钻井钻进,钻至井深428m,地层出水(出水量91m3/h);改用聚合物钻井液钻进,钻至井深480.5m,井口失返,发生井漏,漏失速度约120m3/h。堵漏主要存在以下难点:①漏失是溶洞性漏失,但溶洞大小难以确定。②堵漏材料选择难。虽然堵漏桥浆可选择含有多种粒径较大的架桥材料,但由于溶洞较大,架桥颗粒无法在溶洞内近井眼处有效堆积,不能有效架桥。③漏层上部存在出水层。井深428m处为出水层,漏层在出水层下部,上部出水,下部漏失,在井眼内形成一个内部流通通道。在注堵漏浆和挤水泥作业时,在堵漏浆未形成架桥、水泥未凝固形成强度之前,随着内部“上出下漏”的循环水,堵漏材料被稀释流失。④注完堵漏浆后,堵漏材料在漏层虽能有一定的堆积,但由于地下水的影响,架桥充填材料形成的堵漏层强度低,不能有效承压,满足不了施工要求。

2 科索1井堵漏技术

针对科索1井溶洞性漏失堵漏难题,从漏层位置、溶洞尺寸大小确定入手,对堵漏材料进行了优选,研究制定了堵漏工艺技术措施。

2.1 漏层位置及溶洞大小的确定

科索1井一开井段封固至392.5m。钻至井深480.5m时,井口失返发生井漏,因此判断漏失层位在二开井段。二开裸眼段较短(392.5～480.5m),岩性为深灰色、浅灰色白云岩,岩石致密,井壁稳定,满足测井要求,因此对二开裸眼段进行成像测井,漏失层电测成像图如图1。分析电测结果可知:地层以砾岩为主,层理、孔洞、裂缝发育,并有崩落现象; 479.5m深度附近存在较大的孔洞,估算孔洞为高40cm、宽20cm的椭圆形,面积约700cm2(比一般的孔洞要大很多),洞口在西北方向,但孔洞的深度和具体走向不明。孔洞上下的亮色团状显示为大块砾岩。

图1 科索1井漏失层电测成像图

2.2 堵漏技术思路

据电测结果分析,漏层位置在479.5m,井漏类型属大尺寸、开放性溶洞性漏失(孔洞为高40cm、宽20cm的椭圆形),用常规架桥粒子进行架桥封堵十分困难,同时漏层上部428m处出水层出水对堵漏作业的影响比较大。因此,堵漏的关键是选择有效的架桥材料进行架桥[2],让可凝固的充填堵塞材料停留在漏失通道中,以凝固堵塞;在工艺技术措施上以快干水泥浆为基础,配合高浓度桥浆前置隔水,施工过程中采取连续吊灌的做法,努力建立牢固而持久的堵塞。

2.3 堵漏材料

为解决常规堵漏材料不能在漏层有效架桥的问题,选择大的块状材料作为架桥材料;为保证堵漏层的强度,选用生石灰、水泥等可凝固材料作为填充物[3-7]。架桥和填充材料具体有以下4种:①选用大颗粒架桥材料和填充材料并用油毛毡包裹,如棉籽壳、核桃壳、水泥、生石灰;②选用红砖作为架桥材料;③加入长纤维状材料架桥,如棕绳;④选用红胶泥团作为架桥和填充材料。红胶泥不易水化分散,同时具有较强的粘连性,红胶泥团可作为架桥材料,经过挤压以后,又作为充填物,可形成强度较大的堵塞层。

2.4 堵漏工艺措施

(1)从井口投入堵漏材料,进行架桥。毛毡内包裹水泥、生石灰、棉籽壳、核桃壳等;红胶泥搓成球状,内裹10～20cm棕绳丝;红砖投入前浸水,增加其强度,防止投入时破碎;核桃壳、水泥按1∶5比例混合装袋;块状生石灰装袋。投堵漏材料时,毛毡、砖块、泥球、水泥、生石灰混合投放。

(2)下钻通井。钻具组合:241.3mm钻头+ 158mm钻铤+127mm钻杆。选用241.3mm钻头的依据是:使用311.1mm钻头(二开钻头)通井,会把堵漏材料推入溶洞内过深而远离井筒,增加堵漏工作量和难度;而选用241.3mm钻头通井,激动压力大大减小,有利于堵漏材料在溶洞内近井壁处堆积;同时,一旦堵漏材料在漏层形成堆积,用241.3mm钻头在漏层井段划眼,在挤压作用下,红胶泥和石灰、水泥作为充填物,能很好地和红砖等架桥物胶结,形成强度较高的堵塞层。

如果下钻过程中遇阻,以下压为主,以保证堵漏材料的块状形态,避免划眼时破坏材料的完整性,进而影响堵漏材料在漏层的堆积。如果下压困难,划眼时以干划为主,为防止堵水眼,可间断性小排量顶通。

(3)反复、少量、多次投入堵漏材料,同时进行通井作业,以保证堵漏材料在溶洞内近井壁处形成堆积。反复几次后,通过通井观察井筒内液面是否升高、井口灌浆是否返浆或液面升高判断堵漏效果。若漏失量较小,采用小排量建立循环,用速凝水泥封堵,建立牢固而持久的堵塞。

3 应用效果

(1)前期堵漏

向井内投毛毡(内含棉籽+果壳+水泥+生石灰),下钻至井深484m遇阻,起钻实测液面18m。投胶泥团+生石灰+水泥,下钻至井深483m遇阻,采用241.3mm钻头干划至484m起钻。此后先后向井内投胶泥团、生石灰、水泥等堵漏材料,划眼至井深506m返浆正常起钻。钻井液补充膨润土、复合堵漏剂、棉籽壳,下钻至506m返浆正常,井漏事故解除。

(2)后期堵漏

前期堵漏成功后,改用泡沫钻井液体系钻进,钻进至井深747.47m时井口失返,漏失速度约132m3/h。测液面距井口91m。经分析,认为479.5m处溶洞再次发生漏失,原因是前期充填物主要是红胶泥,堵塞层强度不够,钻进过程中堵塞层在钻井液冲刷和液柱压力作用下遭到破坏。

配堵漏钻井液23.3m3,配方:清水+膨润土+棉籽壳+锯末+核桃壳+蚌壳粉+生石灰。下钻至500m打入堵漏泥浆22m3,实测液面82m。起钻投红砖、红胶泥球,下钻至井深528m遇阻,干划至530m起钻。向井内投红砖、红胶泥球等堵漏材料,打堵漏水泥起钻候凝。组合钻具探塞,水泥塞面341m,钻水泥塞到井深753.5m,恢复正常钻进。图2是堵漏前后电测结果对比图。成像测井表明,漏失层被完全封堵,堵漏材料形成的堵塞层强度大,声波反射强度明显增强,堵漏效果显著。

图2 科索1井堵漏前后电测对比图

科索1井堵漏用时23天,而邻井R3井堵漏用时56天、京热141井堵漏用时63天。此次堵漏,以红砖、红胶泥球、毛毡等为主要架桥材料,用石灰、速凝水泥作为主要充填物,堵漏材料成本低,材料广泛易组织。堵漏后,采用泡沫钻井至二开2 300m完钻,没有再发生漏失,证明堵漏材料选择合理,堵漏技术措施正确,形成的堵塞层强度大,承压强度高。

4 几点认识

在科索1井堵漏过程中,通过对溶洞性漏失堵漏材料的选择,以及堵漏方案和工艺技术的探索,成功解决了有流动水情况下的溶洞性井漏堵漏技术难题,形成了溶洞性漏失堵漏技术方案,为今后成功应对溶洞性漏失提供了很好的借鉴。

(1)发生恶性漏失后,在井眼条件允许、确保安全的情况下,可强钻一定井段,将漏层段完全暴露,然后利用成像测井技术,确定漏层位置和井漏类型,为堵漏材料的选择及堵漏工艺技术措施的确定提供依据。

(2)溶洞性堵漏,特别是井下存在流动水的情况下,填充堵漏材料的选择及如何把堵漏材料有效送入漏层是堵漏成功与否的关键所在。

(3)对于溶洞性漏失,实施堵漏首先要保证架桥材料在近井壁形成堵漏层,然后选用可凝固的充填材料,形成高强度、承压能力强、持久的堵塞层。

[1] 郭建华.特殊复杂井井漏堵漏技术[C]//舒尚文,王中华.中原钻井工程技术论文集.北京:中国石化出版社,2006:235-246.

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[3] 赵福祥,罗宁,赵德喜.任深2井溶洞性漏失堵漏工艺探索与实践[J].钻井液与完井液,2007,24(3):27-28.

[4] 黄贤杰.龙深1井破碎带地层防漏堵漏技术及井壁稳定性[J].西部探矿工程,2008,20(6):76-79.

[5] 聂勋勇,王平全,张新民.聚合物凝胶堵漏技术研究进展[J].钻井液与完井液,2007,24(1):82-84.

[6] 张希文,李爽,张洁,等.钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术研究进展[J].钻井液与完井液,2009,26(6):74-76.

[7] 宋碧涛,刘亚,薛芸.江苏油田堵漏实验评价技术研究及其应用[J].小型油气藏,2007,12(1):50-53.收稿日期:2010-02-02 改回日期:2010-03-23

(编辑:孙丰成)

Abstract:In view of big caves and flowing water in the adjacent leaking zone in Kosovo-1well,the sealing material and sealing technology are confirmed to successfully solve the difficulty of sealing caves in the well with downhole flowing water based on analyzing the leakage causes and difficulty in sealing the well.The field application shows that the technology studied in this paper could provide well reference to cave sealing for its shorter time-consuming,lower cost and better effect comparing with similar situations.

Key words:Kosovo-1well;cave leakage;sealing material;sealing technology

The exploration and application of cave sealing technology in Kosovo-1well

Fan Haofu1Wang Chengling2Yang Jun1
Wang Li3Jiang Jinbao2
(1.The 4th drilling company of Zhongyuan Petroleum Ex ploration B ureau,S INOPEC,Henan,457001;
2.Research Institute of Drilling Engineering and Technology,Zhongyuan Petroleum Ex ploration B ureau,S INOPEC,Henan,457001;
3.CNOOC Energy Technology&Services-Supervision &Technology Co.,Tianjin,300452)

樊好福,男,工程师,1994年毕业于中原石油学校钻井工程专业,主要从事钻井技术研究与管理工作。地址:河南省濮阳市茂名路中原油田西部工委江苏项目管理部(邮编:457001)。