陕北气井钻井中黄土层治漏工艺改进

姚立新 王俊海 兰正升 王均良

（中国石油川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司，陕西 西安 710018）

0 引言

鄂尔多斯盆地陕北黄土高原区域，地貌沟谷纵横、梁命交错，地表为20～400 m不等的第四系黄土层，欠压实，钻井过程极易发生井漏，尤其是天然气井钻井施工，表层井深一般为500 m左右，常规的防漏措施很难维持钻进。陕295井黄土层漏失损失时间为350 h，G72-26井表层钻进至456 m，上部黄土层井漏复发，无法钻达设计表层井深，被迫提前完钻，给后续井控埋下隐患，部分井因表层漏失处理不当造成井架基础失陷的重大安全隐患。因此，黄土层漏失成为制约陕北南部气井钻井提速与安全钻井的瓶颈。

1 黄土层漏失原因分析

黄土高原区第四系地层是未胶结成岩的黄土层，部分区域多含孔洞，钻井过程极易发生漏失的情况有两种。一是黄土层存在着大量洞穴和裂缝，与地表沟壑沟通，一旦钻遇洞穴、裂缝，会发生有进无出的严重漏失；二是钻井过程黄土层受钻井液浸湿后，土的内部摩擦力迅速降低，骨架颗粒间胶结强度降低，在井筒液柱压力的作用下形成裂缝，天然结构破坏，发生显著的湿陷变形，并很快延伸形成流失通道［1］。

2 传统下导管封隔黄土层工艺

天然气井表层施工一般都采用下导管封隔黄土层的方法。对于黄土层不超过50 m的井，黄土层钻进采用“低排量、低密度、控钻时”防漏钻圆井，钻穿黄土层后下导管并固井封隔，这种情况下导管环空外可形成有效的水泥塞，一般表层钻进后期再不会复发井漏。对于黄土层超过50 m的井，因现场焊接导管直线度及强度不易控制，导管下深受到限制，很难用导管全部封隔黄土层，一般钻圆井至50 m，然后下4根导管封隔上部最薄弱黄土层，之后采取“两低一控”防漏措施。第一次开钻表层钻进，钻穿黄土层后逐渐强化参数，由于后期排量增大，冲刷黄土层，自然造浆密度上升，压差增加，易造成漏失复发，其主要原因是固导管环空未形成水泥环，固导管失败，不能封隔上部薄弱层。2010年，G31-5井下导管45 m，水泥车进行固导管作业后，钻至58 m、98 m、177 m时发生失返漏失，分别进行了3次注水泥固导管作业，堵漏损失时间为151 h。

3 导管封隔工艺改进

3.1 改进原理

针对传统固导管封隔工艺存在的问题，由原来的水泥浆封固导管工艺改为座塞子、导管环空外灌堵漏浆平衡压力法封隔导管工艺。其方法原理是：座塞子隔离导管内外，防止钻井液串槽形成通道，导管环空外灌加重堵漏浆，平衡钻进过程中的静液注压力和循环压力，可减小导管内外压力差，有效防止导管角塞子失效外窜钻井液。

3.2 工艺步骤

首先，制作导管塞子，导管底端1 m范围螺旋状分布焊接螺母，穿铁丝控绑塞子，塞子采用海带、毛毡等具有遇水膨胀特性的材料，塞子尺寸略大于井眼尺寸，尽量为两头小中间大的“腰鼓型”。其次，在圆井中泵入加重堵漏浆，配制20 m3高比重、高黏切、高堵漏剂含量的堵漏浆，其主要组成为：5%膨润土+20%HD-1桥塞堵漏剂+10%石灰石+10%重晶石+0.1%～0.2%GD-1高粘弹性堵漏剂。最后，下导管坐塞子，下导管前将堵漏浆灌满至井口， 下入导管，用钻铤下压导管至井底，如导管环空桥塞浆液面低于地面，需在环空补灌堵漏浆至井口，环空不回填，便于随时补充环空堵漏浆液面。

3.3 配套措施

1）浅表层钻导管圆井，采用地面临时开挖4～5 m3的小池子，建立小循环，配0.1%的GD-1胶液［2］开钻，保持钻井液黏度为30～35 s，比重控制在1.01～1.03 g／cm3之内，控制钻井液密度不升高，降低液柱压力，防止压差性漏失，采用15 L／s排量钻进，防止黄土层冲刷失陷漏失［3］。50 m以上浅表层严禁清水抢钻，防止地表黄土层失陷危机井架基础安全。

2）导管连接处要焊接好，保证导管整体的平直性，防止导管下入困难或发生断裂，导致井下复杂情况出现或引发井漏。

3）用防漏钻井液钻穿黄土层后，逐步提高排量，强化钻井参数，一旦发生漏失可以下砸导管，续接导管，重新将塞子座死。

4）表层钻进应尽可能控制上提下放钻具速度并缓慢开泵，防止形成过大的压力激动憋漏地层。

5）表层要适当控制钻速，每钻完一个单根应适当循环，确保钻屑带出地面，避免井筒内钻屑堆积太多，钻井液密度增高而压漏地层。

4 现场应用

2011年靖边南部共完成25口井，全部采用导管座塞子、环空外灌平衡堵漏工艺治漏技术，仅2口井复发井漏，堵漏一次成功率为92%，平均单井堵漏损失时间从2010年的21.5 h减少到2011年的1 h，尤其是陕347井黄土层厚度为320 m，采用该技术顺利钻完651 m表层，没有出现漏失（表1）。

表1 2009-2011年靖南黄土层井漏统计对比表

5 结论

1）下导管座塞子、导管环空外灌堵漏浆平衡压力法封隔导管工艺方法，解决了水泥封固导管环空不成塞的难题，可有效封隔浅表黄土漏失层。

2）采用加重桥塞浆减小了导管脚内外压差，保证了膨胀塞子的有效封隔。

3）采用下导管座塞子的方法，如导管脚以下发生漏失，可继续下砸导管，加深封隔井段。

4）座塞子、导管环空外灌堵漏浆平衡压力法封隔导管与配套防漏措施相结合，提高了天然气井深表层防漏成功率。

［1］刘桂灵.湿陷性黄土湿陷机理及处理措施［J］.山西建筑，2009，35（6）：148-149.

［2］胡祖彪，李德波，陈秉炜，等.智能凝胶GD-1在陕北黄土层防漏堵漏中的应用［J］.钻井液与完井液，2010，27（1）：88-89，97.

［3］高万旗，包安军.陕北黄土层井漏的预防及处理［J］.科技传播，2011（5）：200.