从地热钻井大裂隙漏失的堵漏实践谈桥接堵漏

刘殿有，冯长英，王 利，王玉民

（吉林省第六地质探矿工程大队，吉林延吉133401）

从地热钻井大裂隙漏失的堵漏实践谈桥接堵漏

刘殿有*，冯长英，王 利，王玉民

（吉林省第六地质探矿工程大队，吉林延吉133401）

在地热井施工中，钻遇大裂隙或溶洞，钻井液严重漏失，浪费大量人力、物力，且易引发井内事故。采用在漏失通道设立堵塞隔墙辅助惰性材料、粘土球为粘合剂泵入水泥浆封闭的联合堵漏措施，经过现场验证表明，采用桥接堵漏措施效果良好。

红砖为骨架材料；粘土球为粘合剂加惰性材料；水泥浆加固；桥接堵漏

钻井漏失是钻井过程中最普遍、最常见的井下复杂情况之一。井漏不仅会耗费钻井时间，损失大量泥浆，消耗大量堵漏材料，而且可能引起卡钻、井塌等一系列事故复杂情况。从某种程度上讲，井漏比某些钻井事故给钻井带来的损失更大。因此，有必要对钻井防漏、堵漏工作进行全面系统的再认识，本文从一起地热井的大裂缝漏失的堵漏实践中，谈一谈桥接堵漏的方法。

2012年，我队在吉林省白山市江源区施工了一口地热井，设计井深2500m，实际钻井深度2001m，该井施工中，在井深1002m时发生严重的漏失，采用了多种堵漏方法，历时40余天，耗费了大量的人力和物力，最终成功完成了堵漏工作，确保了该井的顺利施工。此次堵漏的成功，为今后地热井中钻遇大裂隙的漏失处理，开辟了一种经济高效的堵漏途径。

1 矿区概况

该地热井位于吉林省白山市江源区育林新村。属华北板块东北缘，辽东台隆浑江坳陷。

地层自上而下为：

0～20m，第四系，由黄褐色、绿灰色粘土及杂色砂砾层组成。

20～970m，第三系，岩性主要为灰色砾石、砂岩、粉砂岩（粉砂岩夹少量紫色泥浆）、凝灰质砂岩、凝灰岩等组成。970～1910m，古生界石炭系，岩性主要为灰黑色泥岩、灰黑色粉砂岩，夹煤层。

1910～2500m，古生界奥陶系，岩性主要为灰色灰岩、白云质灰岩等。

2 钻井井身结构和套管程序

该井设计井深2500m、三开结构。分别为：

一开：井径∅311.1mm，下入∅244.5mm×8.94mm石油套管，下深400m。

二开：∅215.9mm、下入∅177.8mm×8.05mm石油套管至1500m。

三开：∅162mm裸眼，至设计井深。

3 施工设备选择

钻机：GZ-2600型钻机

钻塔：K31.5-135/2.2

泥浆泵：CQ3NB-500

泥浆净化机：JCN-1

钻杆：∅127mm、∅89mm

钻铤：∅178mm、∅159mm、∅121mm

4 事故概况

二开钻井，在井深1002m时，突然发生漏失，井口不返浆，泵压表无泵压，下放钻具，没有钻压，呈放空状态，轻放钻具至1004m遇井底，放空井段为2m。

漏失发生后，井队首先进行了常规的堵漏方法进行处理，加大了泥浆粘度，泥浆粘度为70s，比重1.25g/mL,泵送泥浆达50m3,井口仍不返浆，泵压没有反应。

在送浓泥浆无效的情况下，配制泥浆粘度仍为70s，泥浆内加入锯末、稻草等堵漏材料，继续处理，仍不返浆，考虑井孔漏失孔隙大，采用粘土球和水泥浆联合堵漏，先向井内投入粘土球，下钻具分段捣实，然后向井内注入水泥浆液进行堵漏，但在投入粘土球进行捣实时发现，投入多次泥球，井内不见有堆积，因此，这种联合堵漏方法无法进行。由此可见，这次的漏失情况复杂，上述方法难以处理。

5 事故原因分析及解决措施

根据处理过程中大量漏失和泵压及返浆情况，以及钻进过程出现的放空状况，可以确定该漏失是由大的裂隙或溶洞引起的。同时由于投入井内的粘土球未能形成堆积，由此推测，该裂隙内可能有地下水的活动，因此，此次漏失的处理，采用常规的方法，很难取得效果。

5.1 大裂隙成因

产生漏失的井段为1002～1004m井段，属中深井段，其岩性主要为粉砂岩，因此，可排除由碳酸盐岩所形成的溶洞、裂隙的可能。

其裂隙的产生可能是砂岩层受构造变形作用，在构造应力作用下产生破裂，形成构造裂隙，同时由于区域构造，包括断层构造和褶皱构造的影响，使裂隙相互贯通，形成了具有地下水活动的大的裂隙。

5.2 堵漏措施的制定

针对上述情况，我们认真进行了分析、研究，认为解决该井的漏失应满足以下条件：

（1）为了堵住漏失层，必须在距井筒很近范围内的漏失通道里建立一道堵塞隔墙，用以隔断漏液的通道，隔墙必须具有一定的机械强度。

（2）当堵漏物质到达漏失层时，其物质颗粒的形状、尺寸、浆液流动变形等应适应漏失通道的复杂形态，堵剂才能按设计的数量进入漏失层。

（3）堵剂进入漏失层后，不能让其源源不断进入地层深处，进入地层的堵剂必须能抵御各种流体的干扰，在各项流动阻力的作用下，在近井筒漏失通道处发生滞流、堆积，从而充满一定范围的漏失空间。

根据上述条件，结合钻井口径等因素，确定了以研磨性较好的红砖为骨架材料，粘土球为粘合剂，锯末、稻草、废棕绳为堵漏材料，水泥浆为加固材料的联合堵漏措施。

5.3 堵漏措施的实施与成果

按照制定的联合堵漏措施，先以1/2大小的红砖块，间断投入井内，投入一定量后，下钻具进行通井捣实，防止在井内架桥，一次投入不要太多，在20块整砖左右。然后投入预先做好的粘土球，粘土球大小在5～8cm左右，要做实，略风干，防止由于表面遇水，粘附井壁而架桥，下钻通井、捣实，重复几个循环，待井内堆积，填充超过漏失井段后，用浓泥浆加入锯末、稻草、废棕绳等小泵量送入井内几次都未见效果。经再次分析研究可能是由于裂隙内地下水活动，小的骨架材料难形成堆积，决定采用整砖加半砖向井内投送，克服裂隙内地下水的破坏，通井时遇有阻力，采用轻压，慢转将其推送至井底，其它程序同样进行。

上述过程历经十几个回次，井口终于返浆，说明井底大裂缝已基本被填充，然后采用水泥浆进行封孔，候凝48h后透孔钻进，返浆恢复正常，至此堵漏结束，该井顺利施工至2001m完井。

此次堵漏共耗时40余天，红砖1000余块，泥浆500m3,水泥5t。

5.4 钻井中的注意事项

在堵漏井段以下钻井中，应注意降低激动压力，防止漏失井段人为堆积的井壁破坏。

首先，在下钻过程中，控制每下一个立根的时间不小于45s，同时做到匀速下放，平稳操作，最大限度地降低因钻具惯性力而引起的激动压力。

第二，控制开泵泵压，每次开泵，首先启动转盘，转动钻具，破坏泥浆的结构力，而后用小排量建立循环，待泥浆返出正常后，再增加到正常排量。

第三，钻进至深井段，每次下钻要分段循环，根据井下情况确定分段循环次数，必要时应加密分段循环的次数，另外，在深井段下钻，应避免一次下钻到井底，最好下钻至井底20～30m处，开泵循环，正常后，接单根划眼至井底。

第四，当下钻遇阻时，应接方钻杆，缓慢开泵，正常后划眼通过。同时控制划眼速度，严防因憋泵等因素而憋开漏失层。

6 桥接堵漏

此次钻井中大裂隙漏失所采用的联合堵漏方法，其原理就是比较典型的桥接堵漏。

6.1 桥接堵漏的原理

桥接堵漏就是利用接堵漏材料在封堵漏失层的过程中，进行机械堵塞，其作用原理有以下几个方面：

（1）架桥作用。颗粒状桥接堵漏材料在通过地层中漏失通道时，能在其凹凸不平的粗糙表面及狭窄部位产生阻力并“架桥”。所谓“架桥”，不仅仅指的是颗粒材料单一式的架桥，多数情况下是多种颗粒材料相互支撑。相互依托的堆砌式“架桥”。由于颗粒状材料质硬，力臂短，应力分散，因此一旦“架桥”，就具有相当强的抗破坏能力，在其它材料的配合作用下，能有效地封堵漏失层。

（2）堵塞和嵌入作用。架桥作用形成以后，仅仅形成了封堵漏失通道的基本骨架，漏失通道由大变小，由小变微，但还没有彻底消除漏失通道的相互连通。这时堵漏浆液中的维纤维状材料，片状材料和细颗粒材料，在压差作用下对“架桥”中的微小孔道和地层中原有的小裂缝进行嵌入和堵塞，从而完全消除漏失，从而达到堵漏的目的。

（3）渗滤作用。堵漏泥浆中的桥接材料，具有增大浆液高压失水的作用，形成较厚的滤饼，这些滤饼在压差作用下，被挤入地层裂隙，形成楔塞，增强堵漏效果。

（4）在滤饼中的“拉筋”作用。堵漏浆液在压差作用下失水形成滤饼填塞时各类堵漏材料，尤其是纤维状和片状材料被夹在滤饼之中起到了强有力的“拉筋”作用，同时大大加强了楔塞的机械强度。

（5）膨胀堵塞作用。桥接堵漏材料大部分属木质纤维类物质，这些材料在水的浸泡下，具有一定的吸水膨胀性，因此，当桥接材料被挤进地层裂隙形成桥堵垫层后，受到地层中液体的浸泡，产生膨胀，可增加桥堵垫层的封堵能力。

（6）“卡喉”作用。地层中存在许多形状不一的裂隙、孔隙，它们相互交错、延伸，对一条漏失通道来说，始终有其最窄小的部位，这就是“喉道”，在此处架桥就是所说的“卡喉”作用。桥接堵漏材料针对这些“喉道”部分发挥架桥、填塞、嵌入等作用来形成机械堵塞，从而达到消除井筒漏失的目的。

6.2 桥接堵漏材料应具备的性能

从桥接堵漏材料的基本作用原理，可以总结出对桥接堵漏材料的主要性能：

（1）颗粒状堵漏材料必须有适当的几何尺寸和机械性能，以便适合于井内复杂情况和承受作用于桥塞上的压力差。一般情况下，颗粒状材料的最佳尺寸应是地层中漏失通道开口尺寸的1/3，此时，才能形成较为稳定的桥堵。在稳定的桥堵形成过程中，颗粒状材料必须具有足够的抗压、抗剪切强度，才能承受由压差引起的弯曲应力和纵向力。同时颗粒状材料还必须具有足够的硬度，以防止颗粒应变变形而改变其几何形状，而降低堵漏效果。

（2）纤维状材料和片状材料必须有能力在桥堵上形成密封，以降低堵塞渗透率，就是说它们必须具有足够的强度，才能桥接堵塞住颗粒材料中的间隙，而且还必须具有足够的弹性和塑性，才能变形封堵大部分裂隙的有效流动面积。

6.3 桥接堵漏材料的浓度和级配

单一材料的封堵能力往往是很有限的，不同材料的复配使用，能相互增效，大大提高其封堵漏层的能力，在应用桥接材料堵漏时，应根据不同的漏层性质，合理选择堵漏材料的级配和浓度。

在选择桥接材料浓度时，应综合考虑漏失速度、漏失压力、液面深度、漏层段长度、漏层形状等，一般范围是5%～15%（重量体积比）。其中片状和纤维状材料在堵漏浆液中加量一般不得超过5%，颗粒状材料的加量控制在7%（重量体积比）之内。同时，对于漏失速度快、裂隙大或孔隙大的漏失，应用大颗粒、长纤维、大片状桥接材料配成高浓度浆液，反之则用中小粒度、短纤维、小片状的桥接材料配成低浓度浆液。

桥接材料级配的一般原则是：颗粒状、片状、纤维状堵漏材料之比为5∶2∶1。

6.4 桥接材料的种类

桥接材料一般称为隋性材料，按其形状分为3大类：

（1）颗粒状材料：常用的有核桃壳、橡胶粒、碎塑料粒、硅藻粒、珍珠岩、生石灰、沥青粉等。它们在堵漏过程中主义用于卡住漏失通道的“喉道”，起“架桥”作用，因此又被称为“架桥剂”。

（2）纤维状材料：主要来源于植物、矿物及一系列合成纤维。一般有锯末、花生壳、玉米芯、稻草、废棕绳等。它们在堵漏浆液中起悬浮作用，在形成的堵塞中它们纵横交错，相互牵扯，通常被称为“悬浮拉筋剂”。

（3）片状材料：常用的有云母片、稻壳、刨花、玻璃纸等。它们在堵漏过程中主义起填塞作用，因此被称为“填塞剂”。

桥接材料由于经济价廉、使用方便、施工安全，因此在钻井施工现场应用普遍，并取得了明显效果，使用此方法可以处理由孔隙及裂隙造成的部分漏失。

实际应用过程中，除上述介绍的桥接材料外，可根据井内情况、现场条件，利用各种可以堵漏的物质进行堵漏。如本次漏失处理中，采用的建筑红砖，以往施工中很少用到，而在此次漏失处理中，却起到了决定性的作用。

7 处理钻井漏失的一般规程

（1）漏失发生后，应认真分析漏失发生的原因，确定漏失层的位置，漏失的类型（渗透漏失、裂隙漏失、溶洞性漏失等）以及漏失的严重程度。

（2）根据漏失情况及地层性质、井下情况等决定是否继续钻进一段，确保漏失层完全钻穿或是立即起钻等。 （3）配制堵漏浆液施工时，如果能够起钻，应尽可能采用光钻杆结构，下至漏失层顶部，使用正确的堵漏剂注入方法，确保2/3的堵漏剂进入到漏失层近井眼处。同时施工过程中，要不停地活动钻具，避免卡钻。

（4）施工前，应精心设计、精心施工，施工后认真收集、整理各项材料。

8 结束语

该地热井的漏失比较严重、复杂，采用常规堵漏方法，难以解决，本次处理过程，大胆采用红砖、粘土球、浓泥浆及堵漏材料，配合水泥浆护壁堵漏的联合堵漏方法，虽耗时较长，但成功完成大裂隙漏失的堵漏工作，确保了该地热井顺利钻至设计井深，同时也丰富了桥接堵漏的一些内容，为今后在地热钻井中，钻遇类似大裂隙漏失的堵漏开辟了一种经济高效的堵漏途径。

在该地热施工中的几点体会：

（1）该地热井施工，由于对矿区地质情况了解少，在钻井井身结构设计上，存在很多缺陷。

一开∅311.1mm、套管∅244.5mm、二开∅216mm、套管∅177.8mm，这种结构设计没有给下步处理井内复杂情况留有余地。因此建议在地热井施工中，特别是陌生的矿区，在钻井的井身结构设计上，一定要充分考虑到钻井过程中的复杂情况，留有一定的套管级配，减少施工中的风险。

（2）发生漏失事故不要盲目处理，应充分分析施工中出现的各种复杂情况和认真分析地层、地质情况，确定漏失类型及严重程度，确定处理方案，按方案所设计的方针进行处理，以避免因盲目施工带来的时间和物资的损失，并避免更大事故的发生。

[1]钻井工程施工新技术及标准规范实用手册[M].石油工业出版社，2007.

[2]复杂地层深部钻探工程施工关键技术及应用[R].2011.

[3]王敏，张宝河.大裂隙堵漏剂在神农架矿区复杂地层钻进中的试验应用[R].2014.

TE28

B

1004-5716(2015)06-0035-04

2014-06-26

刘殿有（1960-），男（汉族），吉林延吉人，高级工程师，现从事岩芯钻探、地热井施工管理工作。