相国寺地下储气库低压裂缝性地层钻井防漏堵漏技术

谭茂波 何世明 范兴亮 刘德平 段 玲

1.西南石油大学石油工程学院 2.中国石油西南油气田公司重庆气矿3.中国石油川庆钻探工程公司川东钻探公司 4.中国石油西南油气田公司低效油气开发事业部

四川盆地相国寺地下储气库［1－2］是中石油2010年开始建设的地下储气库之一，是连通新疆、川渝和长庆“三大气区”的中卫—贵阳天然气管道建设中的一部分，具有季节调峰供气、事故应急供气和战略储备供气的功能。到2009年12月底，相国寺构造共完钻气井37口，从已钻老井分析来看，钻井井漏非常严重。例如，相6井在须家河组—嘉二段单泵无返，漏失清水10 112.6m3，钻井液551m3。为加快相国寺储气库的建设，中国石油西南油气田公司重庆气矿从2011年开始部署了相储X1井等4口试验井。为了保证试验井安全快速钻井，需针对相国寺构造防漏堵漏难点，提出一套有效的防漏堵漏技术措施来解决井漏问题。

1 防漏堵漏难点分析

相国寺构造隶属川东南中隆高陡构造区华蓥山构造群，地质情况异常复杂。矿产发育、地层倾角大、构造破碎、断层多、裂缝孔隙发育、连通性好、原产气层地层压力系数低、同一裸眼井段存在多套压力体系［3］。钻井过程中钻井液容易漏失，防漏堵漏难度大，主要表现在以下几个方面。

1.1 孔渗性好，漏失频繁

相国寺构造表层为上三叠统须家河组，地层年代较老，岩性以泥岩和砂岩为主。砂层无胶结或胶结性差，其孔隙度大、连通性好、渗透率高，钻井过程中极易发生渗透性漏失。

1.2 溶洞及裂缝发育

下三叠统嘉陵江组和下二叠统茅口组岩性以石灰岩和白云岩为主，由于地质形成时期的构造应力和地质形成后期的地质作用产生了各种裂缝，并长期经过地下水溶蚀和冲蚀作用，形成了许多大小不一的地下溶洞。其漏失通道以中小开度网状裂缝为主，一般为非充填性裂缝，裂缝平均密度在5.69～27.97条／m，缝宽多小于1mm，且向地层深部延伸，钻进时极易漏失［4］。

1.3 原产气层地层压力系数低

相国寺构造共获4个气藏，即茅口组、下二叠统栖霞组、上二叠统长兴组和石炭系气藏。其中长兴组、茅口组和石炭系3个储层已进入开发后期，地层压力系数均低于1.0，特别是目的层石炭系的地层压力系数仅为0.1（见图1），是典型的超低压地层，承压能力低。

1.4 茅口组易产生诱导裂缝、提高地层承压幅度大

作为原产气层的茅口组目前地层压力系数只有0.2，当承压能力很低的茅口组与压力系数相对较高的长兴组、上二叠统龙潭组设计为同一钻井段时，在茅口组中钻进容易产生诱导裂缝，从而导致井漏。并且为了保障钻进易坍塌的下二叠统梁山组及后续固井施工的顺利进行，需将茅口组承压能力由0.20g／cm3提高至1.40g／cm3以上，提高地层承压幅度大。

图1 相国寺构造试验井井身结构图

1.5 堵漏材料难以进入地层或搭桥难

根据前期堵漏情况分析，茅口组在泵注堵漏材料过程中起压快，在井壁就形成了“封门”，使得大颗粒堵漏材料难以进入地层，小颗粒进入漏失通道后又难以搭桥，一旦冲开就复漏。

1.6 库区煤矿、石膏矿发育

相国寺构造所在地区煤矿、石膏矿发育，很多区域出现了采空区，钻进时易钻入地下矿坑道，发生严重井漏。堵漏时，堵漏材料极有可能完全漏入坑道，会消耗大量的堵漏材料，堵漏成功率极低。

2 防漏堵漏技术

针对相国寺构造存在的矿产发育、地层孔渗性好、溶洞及裂缝发育、漏失频繁、原产气层地层压力系数低、堵漏材料难以进入地层等防漏堵漏难点，提出试验井应用优化井身结构、气体钻井、水泥浆堵漏、HHH堵漏及雷特纤维承压堵漏等防漏堵漏技术措施。

2.1 优化井身结构与应用

井身结构优化设计是钻井工程设计的重要内容，需根据地质特征、油气水显示、地层压力系数变化和漏失情况等，考虑钻井方式，设计一套合理的套管程序，最大限度地封隔破碎性地层、洞穴性地层、活跃性气水层和高低压过渡带，避免漏、喷、塌、卡等工程事故的发生，保证安全快速钻井。

相储X2井是相国寺储气库第1口先导性试验井，采用优化井身结构设计方案，套管层序为 508mm× 339.7mm× 244.5mm× 177.8mm（图1）。优化后的井身结构在防止钻井井漏中起到了关键作用： 508mm导管下至井深50m左右封隔未胶结的砾石层、砂层及上部松散层，防止地表渗漏； 339.7mm表层套管下至嘉三段顶部，深度为435.23m，封隔井口煤矿巷道、嘉四段易漏层； 244.5mm技术套管下至长兴组顶部深度为1 716.27m，封隔嘉陵江组和飞仙关组低压层、恶性漏失层段； 177.8mm作为油层套管下至梁山组底深度为2 519.27m，封隔长兴组和茅口组超低压产层，以及栖霞组相对高压层，防止发生压裂性漏失，为在石炭系储层中钻进创造了条件。采用优化的井身结构后，克服了相国寺构造上部地层渗漏性漏失和孔隙—裂缝性漏失、下部地层压裂性漏失的难题，从开钻到完井结束，没有发生较大类型的井漏事故，提高了钻井时效。

2.2 应用气体钻井技术

气体钻井技术是指以气体作为循环介质来钻进的一种欠平衡钻井技术，在对付硬地层、井漏、出水出气等地层中已经大量应用［1，5－12］，与常规钻井相比不含正压差，不会因流体通过孔隙、裂缝而大量进入地层，具有能减少或避免井漏、提高机械钻速、延长钻头寿命、保护储层等方面的优势。

相国寺储气库先导性试验井中的相储X2井和相储X1井在须家河组—嘉陵江组应用了气体钻井技术，相储X3井的第二次开钻的 444.5mm井眼，钻进至井深337m处采用无固相钻井液钻进发生井漏，然后改用空气／雾化钻进至嘉二3亚段；相储X4井全井段采用钻井液常规钻井方式。对4口试验井中的50～1 700m井段的气体钻井与常规钻井液钻井所取得的钻井指标进行对比分析（表1）。

由表1可知，气体钻井在上部地层防漏效果非常好。例如，相储X1井在须家河组—嘉二段采用气体钻井进尺720.8m，仅漏失1次，平均机械钻速3.47 m／h，而相储X3井在50～337m采用无固相钻井液钻井漏失10次，平均机械钻速仅为1.93m／h。通过50～1 700m井段气体钻井与常规钻井对比分析可知，气体钻井既克服了上部地层漏失层的恶性井漏问题，保证了安全钻进，而且大幅度提高了机械钻速、缩短了钻井周期。

表1 试验井50～1 700m井段气体钻井与常规钻井对比情况表

2.3 堵漏技术

在相储X1井等4口试验井钻井过程中，相储X3井是漏失最为严重的一口井，采用了桥浆堵漏、随钻堵漏等多种堵漏技术措施［13－20］。从堵漏结果分析来看，采用HHH堵漏、水泥浆堵漏和雷特纤维承压堵漏所取得的效果是最好的。

2.3.1 HHH 堵漏技术

HHH堵漏材料形状以细纤维和颗粒状为主，具有高失水、高承压、高酸溶的“三高”特点。由于其材料形状的独特性，关井挤压时利于将堵漏材料送入漏层；堵漏浆进入漏层后，具有高失水性可快速失水，堵漏剂堆积形成的塞子能有效堵塞裂缝，阻断漏失，特别适合裂缝性漏层的堵漏［13］。另外用清水或盐水配制的HHH堵漏浆形成的堵漏塞具有强黏接性能，可大幅度提高漏层的承压能力。

相储X3井钻进至井深2 106.81m发生井漏，全井桥浆强钻至井深2 125m，漏速达到18m3／h，经过水泥浆堵漏后在2 028.10m又复漏，针对此种情况，立即采用了HHH堵漏技术。

连续2次泵注密度1.38g／cm3、浓度71%HHH堵漏浆关井候堵，循环观察，泵压2.0MPa、排量2 480 L／min无井漏，钻HHH塞至井底2 125m，钻压加到4～5t无漏失，循环筛除堵漏材料亦无漏失。HHH堵漏效果非常好，一次性堵漏成功，比其他常规堵漏节约了大量的钻井液、堵漏材料、缩短了钻井周期、提高了钻井效率。

2.3.2 水泥浆堵漏技术

水泥堵漏是以水泥浆及各种水泥混合稠浆为基础，泵入漏层形成水泥塞堵塞漏失通道的一种堵漏方法。具有能适应各种类型的漏失通道、承压能力和抗压强度高、堵漏效果好的优点，主要用以处理横向裂缝、破碎性石灰岩及砾石层漏失。

相储X3井在井深2 200.00m发生井漏，泵入密度为1.80g／cm3的水泥浆40m3候凝，循环观察，泵压4.0MPa、排量2 312L／min未见井漏，在井段1 699.60～2 127.60m 钻塞不漏。随后在2 059.4m处将钻井液入口密度由1.18g／cm3加大至1.32g／cm3循环做承压试验时发现井漏，漏失钻井液9.2m3。可知水泥浆能一次性堵住茅口组的低压漏失，但是对提高地层承压能力的效果不好。

2.3.3 雷特纤维承压堵漏技术

雷特纤维承压堵漏技术采用的是惰性堵漏材料—雷特超强堵漏剂，堵漏剂以颗粒架桥、楔入承压、封门加固相结合的方式进行堵漏。拥有片状易楔入、耐高温不易变形等优点，形成的堵漏塞性能稳定，具有很强的提升地层承压能力的效果，特别适合深井及恶性低压漏失井的堵漏［6］。其配方为：2%核桃壳（粗）＋5%核桃壳（中粗）＋4%核桃壳（细）＋10%雷特堵漏剂（中粗NTS－M）＋10%雷特堵漏剂（粗 NTS－C）＋0.2%雷特纤维（NT－2）＋6%500目超细碳酸钙＋2%随堵剂＋1%锯末。

为了能使茅口组承压堵漏取得较好的效果，相储X3井在茅二段连续采取了4次雷特纤维承压堵漏施工，逐步提高茅口组地层承压能力。

第1次在井深2 130m正注雷特堵漏液27.0m3，返出26.8m3，漏失堵漏浆0.2m3，然后起钻至井深1 422.44m关井正挤钻井液7.2m3憋压候堵4h，泄压循环观察，泵压4.1MPa、排量2 359L／min未见井漏。全部起钻完，接牙轮钻头钻至井深1 820.64m，循环筛除堵漏材料，泵压12.5MPa、排量2 668L／min，在井段1 820.64～2 200m 未发现井漏，一次性堵漏成功。堵漏成功后，在2 023.67m处将入口钻井液密度由1.30g／cm3增加至1.40g／cm3循环做承压试验，泵压11.2MPa、排量2 537L／min发现井漏，但漏速明显减小，共漏失钻井液5.2m3。后面进行的3次雷特纤维堵漏与第1次相似，第4次堵漏后将入口钻井液密度提高到1.40g／cm3循环做承压试验没有出现井漏。

雷特纤维承压堵漏技术使用独特的堵漏材料吃进漏层，在漏失通道中形成坚固的堵漏塞，阻断了地层漏失，均一次性堵漏成功。连续经过4次雷特纤维承压堵漏后，逐步将茅口组承压能力由0.20g／cm3提高到了1.40g／cm3，成功高效地完成了茅口组承压堵漏，为后续钻井施工的顺利进行创造了条件。

3 结论与认识

1）试验井采用优化后的井身结构成功克服了煤矿坑道、恶性漏失层、活跃气水层等复杂地层的井漏问题，顺利钻至目的层。

2）采用气体钻井技术保证了须家河组—嘉陵江组低压恶性漏失段的安全钻井，大幅度提高了机械钻速，减少了井下复杂事故的发生，缩短了钻井周期。

3）HHH堵漏技术采用独特的堵漏材料在处理裂缝性漏失的难题上发挥了非常重要的作用，一次性堵漏成功，应用效果非常好。

4）茅口组采用雷特纤维承压堵漏技术取得了其他常规堵漏技术无法实现的承压堵漏效果，成功解决了茅口组承压能力低、久漏不止、堵后复漏的井下复杂情况，使地层承压能力由0.20g／cm3提高到了1.40 g／cm3。

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