科索1井溶洞性堵漏技術(shù)探索與應(yīng)用

樊好福王成嶺楊 軍王 莉蔣金寶

(1.中原石油勘探局鉆井四公司; 2.中原石油勘探局鉆井工程技術(shù)研究院; 3.中海油能源發(fā)展股份有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)公司)

科索1井溶洞性堵漏技術(shù)探索與應(yīng)用

樊好福1王成嶺2楊 軍1王 莉3蔣金寶2

(1.中原石油勘探局鉆井四公司; 2.中原石油勘探局鉆井工程技術(shù)研究院; 3.中海油能源發(fā)展股份有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)公司)

針對科索1井溶洞性漏失溶洞大、鄰井段漏層有流動水等情況,在分析井漏原因和堵漏難點(diǎn)的基礎(chǔ)上,確定了溶洞性漏失堵漏材料和堵漏工藝技術(shù),成功解決了井下有流動水情況下的溶洞性井漏堵漏難題?，F(xiàn)場應(yīng)用表明,與同類情況相比,利用本文研究的溶洞性堵漏技術(shù)堵漏耗時短、成本低、效果好。

科索1井 溶洞性漏失 堵漏材料 堵漏工藝

井漏是鉆井施工中經(jīng)常遇到的井下復(fù)雜事故之一。開放性、大尺寸溶洞性漏失,漏失速度快、漏失量大、堵漏難度大,如果發(fā)現(xiàn)不及時或處理措施不當(dāng),會造成井壁垮塌、卡鉆事故,甚至導(dǎo)致井眼報廢[1-2]。在處理溶洞性漏失問題上,不同施工單位可能會采取不同的工藝措施,但從整體堵漏效果上看,堵漏時間長、堵漏成本大、成功率不高。本文在分析科索1井井漏原因和堵漏難點(diǎn)的基礎(chǔ)上,從堵漏材料、堵漏技術(shù)思路和堵漏工藝上對溶洞性漏失堵漏技術(shù)進(jìn)行了研究?，F(xiàn)場實(shí)踐表明,與同類情況相比,應(yīng)用本文溶洞性堵漏技術(shù),堵漏耗時短、成本低、效果好。

1 科索1井概況及堵漏難點(diǎn)

1.1 科索1井概況

科索1井是位于華北斷坳與燕山臺褶帶交接地區(qū)的一口科學(xué)實(shí)驗(yàn)井?？扑?井鉆遇地層自上而下為第四系平原組,青白口系下馬嶺組,薊縣系鐵嶺組、洪水莊組,薊縣系迷霧山組四段、三段、二段,薊縣系楊莊組。在鉆進(jìn)過程中鉆遇多個斷層破碎帶,基巖地層地下水非常豐富,極易出水且地層裂縫發(fā)育,極易發(fā)生井漏。

1.2 科索1井堵漏難點(diǎn)

科索1井二開井段使用空氣鉆井鉆進(jìn),鉆至井深428m,地層出水(出水量91m3/h);改用聚合物鉆井液鉆進(jìn),鉆至井深480.5m,井口失返,發(fā)生井漏,漏失速度約120m3/h。堵漏主要存在以下難點(diǎn):①漏失是溶洞性漏失,但溶洞大小難以確定。②堵漏材料選擇難。雖然堵漏橋漿可選擇含有多種粒徑較大的架橋材料,但由于溶洞較大,架橋顆粒無法在溶洞內(nèi)近井眼處有效堆積,不能有效架橋。③漏層上部存在出水層。井深428m處為出水層,漏層在出水層下部,上部出水,下部漏失,在井眼內(nèi)形成一個內(nèi)部流通通道。在注堵漏漿和擠水泥作業(yè)時,在堵漏漿未形成架橋、水泥未凝固形成強(qiáng)度之前,隨著內(nèi)部“上出下漏”的循環(huán)水,堵漏材料被稀釋流失。④注完堵漏漿后,堵漏材料在漏層雖能有一定的堆積,但由于地下水的影響,架橋充填材料形成的堵漏層強(qiáng)度低,不能有效承壓,滿足不了施工要求。

2 科索1井堵漏技術(shù)

針對科索1井溶洞性漏失堵漏難題,從漏層位置、溶洞尺寸大小確定入手,對堵漏材料進(jìn)行了優(yōu)選,研究制定了堵漏工藝技術(shù)措施。

2.1 漏層位置及溶洞大小的確定

科索1井一開井段封固至392.5m。鉆至井深480.5m時,井口失返發(fā)生井漏,因此判斷漏失層位在二開井段。二開裸眼段較短(392.5～480.5m),巖性為深灰色、淺灰色白云巖,巖石致密,井壁穩(wěn)定,滿足測井要求,因此對二開裸眼段進(jìn)行成像測井,漏失層電測成像圖如圖1。分析電測結(jié)果可知:地層以礫巖為主,層理、孔洞、裂縫發(fā)育,并有崩落現(xiàn)象; 479.5m深度附近存在較大的孔洞,估算孔洞為高40cm、寬20cm的橢圓形,面積約700cm2(比一般的孔洞要大很多),洞口在西北方向,但孔洞的深度和具體走向不明。孔洞上下的亮色團(tuán)狀顯示為大塊礫巖。

圖1 科索1井漏失層電測成像圖

2.2 堵漏技術(shù)思路

據(jù)電測結(jié)果分析,漏層位置在479.5m,井漏類型屬大尺寸、開放性溶洞性漏失(孔洞為高40cm、寬20cm的橢圓形),用常規(guī)架橋粒子進(jìn)行架橋封堵十分困難,同時漏層上部428m處出水層出水對堵漏作業(yè)的影響比較大。因此,堵漏的關(guān)鍵是選擇有效的架橋材料進(jìn)行架橋[2],讓可凝固的充填堵塞材料停留在漏失通道中,以凝固堵塞;在工藝技術(shù)措施上以快干水泥漿為基礎(chǔ),配合高濃度橋漿前置隔水,施工過程中采取連續(xù)吊灌的做法,努力建立牢固而持久的堵塞。

2.3 堵漏材料

為解決常規(guī)堵漏材料不能在漏層有效架橋的問題,選擇大的塊狀材料作為架橋材料;為保證堵漏層的強(qiáng)度,選用生石灰、水泥等可凝固材料作為填充物[3-7]。架橋和填充材料具體有以下4種:①選用大顆粒架橋材料和填充材料并用油毛氈包裹,如棉籽殼、核桃殼、水泥、生石灰;②選用紅磚作為架橋材料;③加入長纖維狀材料架橋,如棕繩;④選用紅膠泥團(tuán)作為架橋和填充材料。紅膠泥不易水化分散,同時具有較強(qiáng)的粘連性,紅膠泥團(tuán)可作為架橋材料,經(jīng)過擠壓以后,又作為充填物,可形成強(qiáng)度較大的堵塞層。

2.4 堵漏工藝措施

(1)從井口投入堵漏材料,進(jìn)行架橋。毛氈內(nèi)包裹水泥、生石灰、棉籽殼、核桃殼等;紅膠泥搓成球狀,內(nèi)裹10～20cm棕繩絲;紅磚投入前浸水,增加其強(qiáng)度,防止投入時破碎;核桃殼、水泥按1∶5比例混合裝袋;塊狀生石灰裝袋。投堵漏材料時,毛氈、磚塊、泥球、水泥、生石灰混合投放。

(2)下鉆通井。鉆具組合:241.3mm鉆頭+ 158mm鉆鋌+127mm鉆桿。選用241.3mm鉆頭的依據(jù)是:使用311.1mm鉆頭(二開鉆頭)通井,會把堵漏材料推入溶洞內(nèi)過深而遠(yuǎn)離井筒,增加堵漏工作量和難度;而選用241.3mm鉆頭通井,激動壓力大大減小,有利于堵漏材料在溶洞內(nèi)近井壁處堆積;同時,一旦堵漏材料在漏層形成堆積,用241.3mm鉆頭在漏層井段劃眼,在擠壓作用下,紅膠泥和石灰、水泥作為充填物,能很好地和紅磚等架橋物膠結(jié),形成強(qiáng)度較高的堵塞層。

如果下鉆過程中遇阻,以下壓為主,以保證堵漏材料的塊狀形態(tài),避免劃眼時破壞材料的完整性,進(jìn)而影響堵漏材料在漏層的堆積。如果下壓困難,劃眼時以干劃為主,為防止堵水眼,可間斷性小排量頂通。

(3)反復(fù)、少量、多次投入堵漏材料,同時進(jìn)行通井作業(yè),以保證堵漏材料在溶洞內(nèi)近井壁處形成堆積。反復(fù)幾次后,通過通井觀察井筒內(nèi)液面是否升高、井口灌漿是否返漿或液面升高判斷堵漏效果。若漏失量較小,采用小排量建立循環(huán),用速凝水泥封堵,建立牢固而持久的堵塞。

3 應(yīng)用效果

(1)前期堵漏

向井內(nèi)投毛氈(內(nèi)含棉籽+果殼+水泥+生石灰),下鉆至井深484m遇阻,起鉆實(shí)測液面18m。投膠泥團(tuán)+生石灰+水泥,下鉆至井深483m遇阻,采用241.3mm鉆頭干劃至484m起鉆。此后先后向井內(nèi)投膠泥團(tuán)、生石灰、水泥等堵漏材料,劃眼至井深506m返漿正常起鉆。鉆井液補(bǔ)充膨潤土、復(fù)合堵漏劑、棉籽殼,下鉆至506m返漿正常,井漏事故解除。

(2)后期堵漏

前期堵漏成功后,改用泡沫鉆井液體系鉆進(jìn),鉆進(jìn)至井深747.47m時井口失返,漏失速度約132m3/h。測液面距井口91m。經(jīng)分析,認(rèn)為479.5m處溶洞再次發(fā)生漏失,原因是前期充填物主要是紅膠泥,堵塞層強(qiáng)度不夠,鉆進(jìn)過程中堵塞層在鉆井液沖刷和液柱壓力作用下遭到破壞。

配堵漏鉆井液23.3m3,配方:清水+膨潤土+棉籽殼+鋸末+核桃殼+蚌殼粉+生石灰。下鉆至500m打入堵漏泥漿22m3,實(shí)測液面82m。起鉆投紅磚、紅膠泥球,下鉆至井深528m遇阻,干劃至530m起鉆。向井內(nèi)投紅磚、紅膠泥球等堵漏材料,打堵漏水泥起鉆候凝。組合鉆具探塞,水泥塞面341m,鉆水泥塞到井深753.5m,恢復(fù)正常鉆進(jìn)。圖2是堵漏前后電測結(jié)果對比圖。成像測井表明,漏失層被完全封堵,堵漏材料形成的堵塞層強(qiáng)度大,聲波反射強(qiáng)度明顯增強(qiáng),堵漏效果顯著。

圖2 科索1井堵漏前后電測對比圖

科索1井堵漏用時23天,而鄰井R3井堵漏用時56天、京熱141井堵漏用時63天。此次堵漏,以紅磚、紅膠泥球、毛氈等為主要架橋材料,用石灰、速凝水泥作為主要充填物,堵漏材料成本低,材料廣泛易組織。堵漏后,采用泡沫鉆井至二開2 300m完鉆,沒有再發(fā)生漏失,證明堵漏材料選擇合理,堵漏技術(shù)措施正確,形成的堵塞層強(qiáng)度大,承壓強(qiáng)度高。

4 幾點(diǎn)認(rèn)識

在科索1井堵漏過程中,通過對溶洞性漏失堵漏材料的選擇,以及堵漏方案和工藝技術(shù)的探索,成功解決了有流動水情況下的溶洞性井漏堵漏技術(shù)難題,形成了溶洞性漏失堵漏技術(shù)方案,為今后成功應(yīng)對溶洞性漏失提供了很好的借鑒。

(1)發(fā)生惡性漏失后,在井眼條件允許、確保安全的情況下,可強(qiáng)鉆一定井段,將漏層段完全暴露,然后利用成像測井技術(shù),確定漏層位置和井漏類型,為堵漏材料的選擇及堵漏工藝技術(shù)措施的確定提供依據(jù)。

(2)溶洞性堵漏,特別是井下存在流動水的情況下,填充堵漏材料的選擇及如何把堵漏材料有效送入漏層是堵漏成功與否的關(guān)鍵所在。

(3)對于溶洞性漏失,實(shí)施堵漏首先要保證架橋材料在近井壁形成堵漏層,然后選用可凝固的充填材料,形成高強(qiáng)度、承壓能力強(qiáng)、持久的堵塞層。

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(編輯:孫豐成)

Abstract:In view of big caves and flowing water in the adjacent leaking zone in Kosovo-1well,the sealing material and sealing technology are confirmed to successfully solve the difficulty of sealing caves in the well with downhole flowing water based on analyzing the leakage causes and difficulty in sealing the well.The field application shows that the technology studied in this paper could provide well reference to cave sealing for its shorter time-consuming,lower cost and better effect comparing with similar situations.

Key words:Kosovo-1well;cave leakage;sealing material;sealing technology

The exploration and application of cave sealing technology in Kosovo-1well

Fan Haofu1Wang Chengling2Yang Jun1
Wang Li3Jiang Jinbao2
(1.The 4th drilling company of Zhongyuan Petroleum Ex ploration B ureau,S INOPEC,Henan,457001;
2.Research Institute of Drilling Engineering and Technology,Zhongyuan Petroleum Ex ploration B ureau,S INOPEC,Henan,457001;
3.CNOOC Energy Technology&Services-Supervision &Technology Co.,Tianjin,300452)

樊好福,男,工程師,1994年畢業(yè)于中原石油學(xué)校鉆井工程專業(yè),主要從事鉆井技術(shù)研究與管理工作。地址:河南省濮陽市茂名路中原油田西部工委江蘇項(xiàng)目管理部(郵編:457001)。