延川南煤层气工区地层漏失特点及对策

杨 力

(中国石化集团华东石油局,江苏 210031)

近年来,煤层气作为一项新兴的能源,越来越受到人们的关注和重视,对其开发利用的工作力度也在逐年加大并取得了一定的开发成果。如何高效进行煤层气钻井并满足钻井目的,为煤层气开发利用提供技术上的支持和保障就显得十分重要。2010年延川南煤层气区块进入开发阶段,但钻井过程中由于地层原因引起的钻井液漏失成为制约煤层气钻进工作进程的主要因素之一,钻井均存在不同程度的漏失,大漏的情况在多口井中出现,甚至出现失返的现象。

1 地层概况

延川南煤层气区块内及周边赋存的地层有第四系、三叠系、二叠系、石炭系、奥陶系,主要含煤地层为二叠系、石炭系,其主要岩性特征如下：

第四系：层厚100m左右,顶部为耕土,其下为灰黄色、棕黄色、棕红色粘土,松散易垮塌。

三叠系：层厚680m左右,分二马营组、和尚沟组、刘家沟组;细粒长石石英杂砂岩;主要为紫红色砂质泥岩夹多层灰紫、灰绿色中细粒长石石英杂砂岩,泥岩中含较多的钙质结核及灰绿色条带。

二叠系：层厚700m左右,分石千峰组、上石盒子组、下石盒子组、山西组,上部为灰绿、灰紫、紫红色中粒长石石英砂岩,下部以灰、黑色泥岩和炭质泥岩为主,发育有2#、3#煤层。

石炭系：层厚80m左右,分太原组、本溪组,岩性以泥岩、粉砂岩、灰色砂岩及灰岩为主。下并发育多套煤层,为主要目的层位。

奥陶系：以深灰色、中厚层状、坚硬、致密的石灰岩为主。

2 漏失特点

延川南工区共计施工20余井次,漏失情况较普遍,各井漏失层位几乎贯穿全井,主要漏失层位集中在上部第四系地层及下部目的层位附近。从地层特点分析,第四系地层风化严重,其裂隙、孔隙结构都不稳定;刘家沟组及石盒子组风化也较为严重,特别是地层分界面附近,裂隙比较发育;山西组、太原组在局部井段灰岩发育;峰峰组灰岩段都是易发生井漏的层位。根据漏失程度的资料显示,各层位漏失程度并不相同,即使是同一层位,在不同井的施工中漏失程度也存在很大差异,分析漏失情况有三类：

第一类为轻微的渗漏,主要在砂岩段及地层裂隙细微发育的层位,其中石盒子组较为明显。

第二类为地层风化裂隙性漏失,该漏失现象最为普遍,在不同的漏失井段中均有发生,一般漏速约为8～20m3/h。

第三类为灰岩段裂隙性漏失,主要集中在太原组及峰峰组地层,特别是在峰峰组,易出现失返现象。

3 对钻井施工的影响

漏失对钻井施工造成以下影响：

(1)钻井液出现消耗,耗费人力、财力和物力,延长钻井周期。

(2)对于渗透性漏失,易引起钻井液性能发生变化,如密度、粘度升高等。

(3)对于严重漏失,钻井液返不出井口,在地面得不到净化,井底岩屑重复破碎,影响钻进效率,甚至导致沉砂卡钻事故的发生或井眼报废。

4 主要技术对策

4.1 井漏的预防

(1)松软、易漏地层钻进应控制钻速,延长钻井液携砂时间;

(2)起下钻不要过猛过快,开泵要平稳,避免操作引起压力激动;

(3)采用近平衡压力方式钻井,加强泥浆抑制性的处理,改善钻井液的流变性能,降低循环压耗。高密度、小井眼井中应尽量降低泥浆切力。

(4)钻进至提示漏失层位前,提高钻井液粘度,提前在钻井液中加入随钻堵漏剂等。

4.2 井漏处理方案

(1)渗透性漏失：漏失速度小于5m3/h时,首先应降低钻井液密度,提高钻井液的粘度和切力,然后采取随钻堵漏方式。在钻井液中加入1～3%的单向封闭剂,边钻边观察。根据漏失程度添加膨润土、CMC、复合型堵漏剂等。如果漏失严重,停止钻进,配制堵漏浆,静止堵漏,方法同下。

(2)小漏失：漏失速度在5～15m3/h,采取静止堵漏方式。配制堵漏浆,配方为一定量井浆+3%膨润土+3～8%复合型堵漏剂+3%单向封闭剂,调整粘切。提钻至漏失层位,用小排量将堵漏浆泵入至漏失层位后,提钻至漏失层位顶部,静止堵漏4～6h(堵漏期间必须保持井内灌满钻井液),再在漏层顶部循环30min,不漏则恢复钻进。

(3)中漏失：漏失速度在15～30m3/h,配制堵漏浆,配方为一定量井浆+2%膨润土+3～8%复合型堵漏剂+3%单向封闭剂+3～4%锯末+1～2%JYW-1,采取静止堵漏方式。

(4)大漏失：漏失速度在30～60m3/h,配制堵漏浆,配方为一定量井浆+2%膨润土+3～8%复合型堵漏剂+1～2%花生壳+2～3%核桃壳+3～4%云母片+1～2%JYW-2,采取静止堵漏方式。

(5)严重漏失：静止堵漏如果不成功或者漏失更加严重,可采用在漏失层位先注入低密度水泥浆,后注入堵漏浆的方式堵漏。同时在钻井液中添加1～2%JYW-1(无渗透处理剂),提高地层的承压能力。

(6)溶洞：钻遇溶洞性漏失,可先考虑充填溶洞 (投粗砂、碎石、水泥球等),后注入低密度水泥浆,再注入堵漏浆进行堵漏。

4.3 井漏处理措施

(1)井漏发生后,首先应分析井漏发生的原因,确定漏失层位、类型及程度。

(2)根据漏失情况,选择堵漏方法和工艺,制定施工方案。

(3)宜采用光钻杆下至漏失层顶部或安全井段实施堵漏施工。

(4)漏失井段钻进时,在满足循环条件下,可采用钻井液中加入随钻堵漏剂,降低漏速强钻,待漏失井段完全钻开后,再选择堵漏方式,避免重复堵漏。

(5)配制的堵漏浆应具有良好的稳定性、可泵性。

(6)堵漏施工时应活动钻具,避免卡钻。

(7)采用桥堵浆堵漏,应取出泥浆泵、钻具中的滤清器。

5 特殊工艺在井漏地层的应用

5.1 气体钻井

气体钻井技术为欠平衡钻井技术的一种,不仅有效的解决了钻井过程中的井壁稳定、井漏等问题。而且还可以大大提高机械钻速,缩短钻井周期,降低综合钻井成本。延川南工区煤层裂缝发育,地层承压能力低,易发生严重井漏,之前完钻的延4、延6井漏失钻井液都在100m3以上。为此,采用空气钻井技术进行了3口井气体钻井试验,取得良好的效果,有效地遏制了漏失对钻井施工造成的影响,且机械钻速比常规钻井提高了4.5倍。

5.2 可循环泡沫钻井

可循环泡沫钻井液是气体介质分散在液体事,并配以发泡剂、稳泡剂或粘土形成的分散体系,常用于低压钻井,通过减少循环压力、降低液柱压力、提高地层承压能力的方式,对渗漏地层起到良好的防漏、堵漏效果,具有较强的净化能力。具有体系稳定、漏失低、摩阻小、剪切性能好的特点。

延9井是部署在构造斜坡带上的一口煤层气探井,地层裂缝、破碎带发育,连通性好。钻进过程中发现漏失层纵向分布有4层,常规堵漏方法能够保障顺利钻进,但当至井深579m时,出现严重漏失,共漏失钻井液1000多m3,采用了常规堵漏、桥塞堵漏、水泥堵漏等多种方法均无见效。处理过程中无论是稠堵漏浆还是胶质水泥浆都能堵住,但下钻循环或钻开后,均又发生漏失,不能建立长时间循环,且强钻后井壁有垮塌现象。

经调研,决定在延9井采用可循环泡沫钻井液体系,并在室内对可循环泡沫钻井液的配方进行了优选。配方为：膨润土浆+0.2～0.4%发泡剂+1～3%稳泡剂WP-1+0.5～1%高分子密度减轻剂。在现场应用中,将微泡钻井液密度降低到0.76～0.83g/cm3,同时提高微泡堵漏浆中的堵漏剂浓度,起到了良好的封堵效果,为易漏地层的钻探提供了可借鉴的经验。

6 结论

(1)延川南工区钻井过程中,漏失种类复杂多样,堵漏工艺需针对具体漏失特点,有针对性地选择。

(2)气体钻井不仅是低压易漏地层钻进的有效手段,而且可以有效提高钻井效率。

(3)在煤层气井中使用可循环泡沫钻井液体系,通过减少循环压力、降低液柱压力、提高地层承压能力的方式,堵漏效果明显。

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