自贡东源井治理对盐卤气井综合治理的示范意义

刘晓博，胡波，黄鉴，王兴宇



自贡东源井治理对盐卤气井综合治理的示范意义

刘晓博，胡波，黄鉴，王兴宇

（四川盐业地质钻井大队，四川自贡 643000）

东源井为自贡有名文物井，至今仍然保持着高产稳产，由于大部分井段为裸眼段，垮塌频繁，不仅影响了生产，通井也容易造成天然气井涌，对东源井易垮塌井段进行固井是避免井内垮塌的有效方法，但东源井的特殊条件制约了固井工作的开展。结合实践经验，探讨东源井乃至自贡老废弃盐卤井的治理思路，对盐卤所井综合治理具有示范围意义。

盐卤；东源井；井壁垮塌；自贡

东源井坐落在自贡市贡井区扇子坝大塘山，属于自流井气田西端。该井早在清咸丰年间开始创办，当时仅下好石圈子就停搁，公元1889年复淘加深，于公元1935年最终建成。在钻井过程中，一边钻井，一边生产，前前后后，断断续续历时长达四十六年之久。完钻井深935.88m（现井深948.22m），钻至三叠系雷口坡组产气层，获得了大量的天然气。

该井现仍采用我国独创的低压天然气㝩盆采气技术生产，一直保持着高产稳产。

1 东源井事故情况和治理任务由来

该井至今已经生产126年，井内不时被井内岩壁垮塌的强风化岩块堵塞。2015年2月，井内再次发生岩层垮塌，用钝钻工艺通井，至3月，钻穿井下封堵后发生天然气井涌。天然气涌出井口随着风力自西向东，先后经过自贡市贡井区、大安区、市中心上空，最远飘到了沿滩新城，区内市民大多都闻到臭鸡蛋气味。事故两日后报道称“自贡多家医院尚未接到因吸入异味而身体不适的患者”，浓度应属0.13~4.6ppm的有感无害范围，至3月18日，空气中的臭鸡蛋味基本散尽。

图1 东源井

井内垮塌后，业主于3月23日～5月7日在井深175m进行了7次封堵，井深141~142.56m一段封堵2次；在井深160~167.26m一段封堵4次，封堵之后再用钝钻钻穿，以使封堵的泥灰结晶后形成环形护壁。但修治过程中反复出现井壁垮塌，原因是井壁风化严重，部分垮塌形成的凹腔体积太大，依靠业主原来的修治方法已经不能避免井壁继续垮塌。所以为了更好的修治东源井井筒，保证其天然气顺利生产，避免事故再次发生，业主委托四川盐业地质钻井大队对东源井进行固井处理。

2 事故原因

东源井井身结构见表1，该井至今仍保留着当初的风貌，井下69.24m以上的竹套管完全为传统工艺的榫卯结构。

表1 东源井井身结构表

井径（mm）段长（m）段底井深（m）备注 369.769.2469.24该段为竹套管固井段，实际内径157mm 166.4483.55552.79未固井段 159.072.05624.84未固井段 154.1235.08859.92未固井段 146.970.59930.51未固井段 113.018.49949未固井段

上表可见，由于69.24m木套管以下的井段都是未固井的，尤其是井深69.24~224m地层岩性主要为泥岩，由于泥岩易风化，逐渐会剥落，剥落的碎块也会逐渐掉入井内，由于井筒尺寸本来就小，稍大的碎块极易卡在井筒内，大块卡住之后，小碎块逐渐填补孔隙进而完全堵塞，封闭了井筒内天然气，然后下部天然压力逐渐增大，以至于发生了前述钻穿堵塞部位导致天然气忽然释放的井涌现象，实际上历史上几乎所有的堵塞都是发生在该段。

根据自贡自流井背斜地区进行废弃盐卤井地质环境影响调查情况，一旦近地表段的井内发生堵塞，时间一长，井内天然气气压升高之后天然气就有可能顺着地表其它的裂隙上窜，从周边的一些地表裂隙中涌出。自贡地区雷口坡组、嘉陵江组天然气H2S含量高，其毒性对周围地质环境危害大。因此，无论从经济效益和社会效益考虑，都要保证东源井井内通畅，能正常生产天然气。

3 治理方案

经反复讨论，综合各种因素，治理的基本思路为对井段69.24m（木柱底）到224m进行固井，有两个治理方案：

3.1 方案一：通井后下套管固井

由于井口装置㝩盆上有井架，井架是日常天然气生产过程中进行通井修井作业时的起升装置，且井架本身也是文物，不能损坏或者拆除，井架和㝩盆之间空间狭窄，大型钻井设备无法进入，通井作业只能采用小型钻机，考虑用y-2小型钻机，钻机放在㝩盆上，钻柱穿过上碓臼（㝩盆上部开孔），然后穿过下碓臼（井口的中空石圈）进入井内。井内通井后先测井径，然后用打草把、打水泥塞的方法封堵224m位置，下套管至224m，进行壁后注浆（注浆量按测得的井径数据计算），注浆至69.24m位置，然后终凝之后下钻开水泥塞打通原井孔。

最终此方案没有采用，其原因是从地面到224m深度全部要下套管，费用较高。因为原井孔内径较小，只能采用外径137mm的小口径套管，如果以后要对下部井段再进行固井，需要更小口径的套管（业主的资金和现场施工条件等因素决定了不可能采用膨胀管技术），而且更小的套管就会造成以后修井的钝钻工具无法通过，假设以后要考虑固224m以下井段，则需要重新将现在做的69m~224m段的套管和水泥环全部钻掉，工程量大。

更为重要的是，由于套管壁后注浆，理论上是考虑注浆至69.24m位置则停止注浆，但由于井内的空间大小存在一定程度的变数，主要是井内已经因垮塌形成了一些凹腔，虽然测井径可以大致摸清这些腔体的大小，但是无法做到绝对精确，所以计算注浆量也无法绝对精确，注浆可能超出69.24m的界限，导致竹套管下部和注浆水泥紧紧粘接在一起，竹套管就不能再取出了（由于竹套管是榫卯结构，必须全段取出，下部不能取出就意味着整体不能取出）。竹套管是东源井作为受保护文物的一部分，由于竹套管腐蚀剥落是时间问题，如果没有被注浆水泥固化封闭，今后必要时还可以将竹套管取出，另行保存或者维修后重新下井，而一旦被注浆水泥粘接，就很难再拿出来。

3.2 方案二：注浆封堵易垮塌井段之后开水泥柱，形成水泥环而变相固井

井内69.24m~224m的泥页岩易垮塌段进行固井封堵，开水泥柱（取芯钻进）至原井眼224m处，开水泥柱的方法可用钝钻冲击，但考虑到水泥可能在冲击下破碎，大大降低井壁质量，所以还是用y-2钻机旋转取芯钻进为宜。后经多方反复讨论之后，确定采用方案二。

4 治理流程

2015年6月下旬施工队携y-2型钻机进场，用工字钢对㝩盆上的钻台进行了加固后开钻通井，然后开始注浆流程，下草把至224m深度，下泥球，打水泥塞，然后注浆，由于井内存在垮塌空腔，导致注浆量难以准确计算，经过反复探水泥面，反复注浆，再反复注浆的过程中，又发生了井内垮塌，为了保证开水泥柱之后的井壁质量，又重新通井，重新注浆，最后注浆至井深69.24m，候凝两日后开始进行开水泥柱的取芯钻进。

接下来的钻进过程中，发生了始料未及的情况，在取芯钻井过程中，反复钻偏，难以沿原井孔钻进，此处“偏钻”的真正含义是偏离原来的井筒轨迹，实际上采取一定的措施，可以保证垂直钻进，但原井筒可能并不是完全的铅锤方向，以至于就算完全铅锤方向钻进，也可能“偏钻”。

第一次钻进到103.35m时取芯岩性为紫红色泥岩，岩屑未风化，未见水泥，确定已经偏钻。

由于继续钻进可能相比原井位置越偏越远，经各方专家和技术人员商讨后，只能再次注浆填回原开钻时井深，候凝之后，再次钻进。

但之后数次钻进均在不同位置偏钻，始终未能成功钻至224m的原井位置，持续了数月之后，采取了各种方法防斜，均未见效，目前暂时停工。

5 东源井施工中的反思

经过东源井的治理认为：井筒内裸露的泥岩岩壁风化，在井壁表层形成了强风化软弱面，和现在经过固井的井筒不同，有套管和壁后注浆的现代井筒，其井壁可以很好的形成环形支撑，而此类老井，从平面上看反而有一圈“软弱井壁”，对“软弱井壁”包围的井筒进行注浆之后取芯钻进开水泥柱，相当于是在软管包围的硬柱中钻进，在这种情况下，由于钻头总是有向着容易钻进的方向前进的趋势，所以极易偏钻，而实钻中经常都是已经钻入微风化基岩之后通过观察返出砂样才得知已经偏钻。

图2 方案一套管固件示意图

鉴于这种状况，与各方研究后形成的新的治理思路为：

针对软弱井壁，可以采用开“更软弱”的水泥柱的方法来通过，以确保钻进始终保持在原井筒轨迹内。具体方法是在拌合注浆水泥的时候，加入速凝剂，速凝剂的目的在于缩短水泥初凝时间，避免施工工期过长，同时留置和井筒尺寸大体相当的试块在旁，泡入淡盐水中（盐份会影响水泥的凝结速度，导致水泥凝结时间延长，淡盐水浓度根据经验，模拟井内地下水的含盐量）。

开始从69m向下30m（30m是举例，以实际为准），即99m处，下草把到此位置，探草把面后对其冲击，确保草把不会滑落，然后低压注浆，压力以不把草把向下推为准，注浆至69m处停止。观察放在一旁的水泥试块，在其刚刚初凝的时候，即刚开始有一点变硬的时候，开始取芯钻进，此时由于水泥没有完全硬化，强度很低，比井壁的强风化泥岩强度还低，就会自然的沿井筒钻进，直至草把，草把被钻头旋转捣碎之后停钻，然后侯凝，终凝之后形成69m~99m高度30m的水泥环，然后再向下30m下草把，继续上述流程，直至224m。此方法的关键是掌握水泥初凝的度，因为没有初凝就开始取芯钻进，容易造成井壁在钻进中被取芯筒搅坏，如果水泥已经硬度较高，则钻进依然容易发生偏钻。

另一个关键是把握每一段的钻进的距离，假设水泥初凝时间为a，终凝时间为b，最好要在a~1/2（b-a）的时间之内要钻通分段，每一段的高度取决于此段距地面的深度，随着距地面深度的增大，由于取芯钻进中起钻和下钻需要更多的时间，钻进速度越来越慢，此时如果段高设置过大，会造成分段下部在钻穿之前就终凝，此参数要结合经验和现场情况，在具体实践中验证。草把部位虽然大部分破碎，但可能有残余，草把清理不干净会形成一个各段水泥环之间的薄弱环节，在做下一段之前需要进行清理。

上述方法主要是为了在解决问题的同时节约成本，实际上从现代固井技术的角度来看，最好的办法还是作为比选方案放弃了的方案一（图1）。

对于方案一的各个问题，其实可以有如下应对思路：一是增加投资；其次，从长期生产实践来看，需要固井的就是69.24~224m井段，需要进行下部井段固井的可能性很小，就算以后确实有需要进行下部井段的固井，可以采用前述分段开初凝水泥柱的方法；其三，上套管壁后注浆不需要精确的达到69.24m，可以留一个的冗余量，假设留30m的冗余量，也就是计算注浆量的时候可以考虑注浆返到99.24m井深，假设实际注浆到80m，那么在80m和69.24m之间就留下了12.76m没有壁后注浆的环空区域，而69.24m~地表之间是竹套管和钢套管之间的环空区域（这一段可以加一些扶正器），留下这个环空并不影响我们的采气的目的，而又切实避免了多余的注浆导致竹套管被粘接，80m和99.24m之间的区域就算继续垮塌，也有钢套管分隔而不会掉入井内，套管直通井口，在井口处接井口装置，唯一需要注意的就是套管应选取耐腐蚀的材料。

整个自贡市的盐卤井治理工程中，主要思路是“堵”，对于部分需要利用的老井，没有成熟的具体方案使其恢复利用，企业在生产中多采用边通井边生产的方法。东源井事故后，发现这种方法有一定局限性，治标不治本，继续用这种方法，在每次清障的时候都可能出现此类事故，轻则影响施工人员身体健康，重则造成现场人员伤亡和社会恐慌。把老井切实的“固起来”才是真正的治本之法。

参考文献:

[1]吴何，李振华，刘晓博. 自贡大山铺废卤（气）井泄漏原因分析[J]. 四川地质学报，,2014，03：394～398.

[2]丁传柏，张国焱. 㝩盆低压采气机理分析（以自贡市东源井为例）[J]. 天然气工业，1988，01：59～63.

Demonstration Significance of the Dongyuan Well Control to Comprehensive Control of Bittern Gas Well in Zigong

LIU Xiao-bo HU Bo HUANG Jian WANG Xing-yu

（Sichuan Salt Geology Drilling Team, Zigong, Sichuan 643000）

The Dongyuan Well is a famous cultural relics well in Zigong and has still maintained a high and stable yield. Most intervals of the well are barefoot interval which results in frequent hole-wall collapsing and gas kick.Well cementing of the collapse interval is effective, but it restricted by special conditions of the Dongyuan well. The present paper deals with demonstration significance of the Dongyuan Well control to comprehensive control of bittern gas well in Zigong.

bittern; Dongyuan Well; hole-wall collapsing; Zigong

P618.13

A

1006-0995（2016）03-0411-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2016.03.013

2016-4-17

刘晓博（1982-），男，四川自贡人，工程师，主要从事水、工、环地质及岩盐矿山开发工作