汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探項(xiàng)目WFSD-2孔防漏固井技術(shù)研究與應(yīng)用

李前貴，李旭東，賈 軍，張培豐，李早元

（1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，四川成都611734;2.江蘇省地礦局第六地質(zhì)大隊(duì)，江蘇 連云港222023;3.北京探礦工程研究所，北京100083;4.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500）

汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探項(xiàng)目WFSD-2孔防漏固井技術(shù)研究與應(yīng)用

李前貴1，李旭東2，賈 軍3，張培豐3，李早元4

（1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，四川成都611734;2.江蘇省地礦局第六地質(zhì)大隊(duì)，江蘇 連云港222023;3.北京探礦工程研究所，北京100083;4.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500）

汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探項(xiàng)目二號(hào)孔（WFSD-2）鉆探施工過(guò)程中，地層破碎，坍塌、掉塊嚴(yán)重，鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生多次井漏。為防止固井過(guò)程中發(fā)生漏失影響固井質(zhì)量，采用低密度防漏水泥漿常規(guī)單級(jí)固井工藝。經(jīng)過(guò)多次水泥漿性能試驗(yàn)，調(diào)配出了既具有良好流動(dòng)性、又具有觸變性的低密度纖維防漏水泥漿配方。該低密度纖維防漏水泥漿體系在WFSD-2孔168.3 mm套管固井中施工順利，應(yīng)用效果良好。

汶川地震;地震斷裂帶;科學(xué)鉆探;低密度水泥漿;防漏;固井

1 WFSD-2孔概況

1.1 基本情況

WFSD-2孔位于四川省都江堰市虹口鄉(xiāng)八角廟六組境內(nèi)，鉆孔位置海拔高度約1150 m，工作區(qū)處于四川龍門(mén)山中央斷裂帶，WFSD-2孔孔口距斷裂帶地表露頭約650 m，距WFSD-1孔約300 m。鉆遇地層為碳質(zhì)頁(yè)巖、砂巖、破碎松散的蝕變花崗巖等，具有破碎、裂隙發(fā)育、地應(yīng)力高、縮徑等特點(diǎn)。其中638.01～1212 m為三疊系沉積巖，巖性以碳質(zhì)泥巖、頁(yè)巖和砂巖為主，較破碎;1212～1369.80 m以蝕變花崗巖為主，夾少量的閃長(zhǎng)巖，較破碎。

1.2 鉆進(jìn)復(fù)雜情況

擴(kuò)孔鉆進(jìn)至孔深844.38 m，扭矩突然增大，卡鉆，上下活動(dòng)鉆具，最大拉力達(dá)720 kN解卡（隨鉆震擊器震擊），憋漏（4 MPa）泥漿約 10 m3?？咨?15.14 m，因下鉆過(guò)快、鉆壓過(guò)大導(dǎo)致卡鉆，上下活動(dòng)鉆具，最大拉力達(dá)1200 kN解卡，憋漏泥漿約7 m3。擴(kuò)孔鉆進(jìn)至孔深1004 m卡鉆，上下活動(dòng)鉆具，最大拉力達(dá)690 kN解卡，漏失泥漿約2 m3。全面鉆進(jìn)鉆至1250 m，起鉆過(guò)程中，憋壓12 MPa左右，漏失鉆井液2 m3，鉆井液密度1.29 g/cm3;通孔下鉆至899 m左右憋壓12.2 MPa，漏失鉆井液11 m3。

為確保該孔下部安全鉆進(jìn)，在鉆至井深1369.80 m時(shí)決定下入168.3 mm套管。考慮到鉆進(jìn)施工過(guò)程中頻繁漏失的情況，為保證固井成功，決定采用低密度防漏水泥漿常規(guī)單級(jí)固井工藝。水泥漿采用漂珠微硅低密度防漏水泥漿，設(shè)計(jì)密度1.40 g/cm3，封固0～1350 m。

2 固井難點(diǎn)及主要技術(shù)措施

2.1 固井難點(diǎn)

（1）憋壓易孔漏，下套管、循環(huán)、注水泥漿、頂替中必須考慮防止孔漏;

（2）地層復(fù)雜，孔壁坍塌掉塊嚴(yán)重，裸眼段較長(zhǎng);

（3）起下鉆遇阻遇卡嚴(yán)重，下套管有遇阻遇卡的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 固井主要技術(shù)措施

（1）通孔，要求孔眼暢通，無(wú)垮塌、無(wú)沉砂;

（2）在套管串中使用剛性扶正器4只，提高套管的居中度;

（3）優(yōu)選低密度防漏水泥漿配方;

（4）優(yōu)化地面施工工藝，嚴(yán)格控制水泥漿密度和施工排量。

3 防漏低密度水泥漿固井技術(shù)

3.1 水泥漿性能要求

根據(jù)孔下條件和地層承壓能力，決定采用降低水泥漿密度來(lái)防止孔漏的方案。完鉆時(shí)鉆井液密度為1.35 g/cm3，考慮地層破碎，裂縫發(fā)育，為防止固井過(guò)程中發(fā)生漏失影響固井質(zhì)量，設(shè)計(jì)水泥漿密度為1.40 g/cm3。在固井施工中，對(duì)稠化時(shí)間的要求非常嚴(yán)格，它是固井作業(yè)順利進(jìn)行和安全結(jié)束的時(shí)間保證。一般要求稠化時(shí)間在確保施工順利的前提下盡可能地要短，以便縮短候凝時(shí)間，減少水泥漿析水。結(jié)合該孔的注水泥固井方式，依據(jù)固井設(shè)計(jì)要求，稠化時(shí)間為120～200 min。

水泥漿的過(guò)大失水能夠改變水泥漿的流變特性，縮短稠化時(shí)間，促使其過(guò)早凝固，造成環(huán)空橋堵，因此要求設(shè)計(jì)水泥漿API失水量＜50 mL/30 min。

為防止固井及候凝過(guò)程發(fā)生孔下漏失，水泥漿體系采用“漂珠+超細(xì)水泥”低密度水泥漿體系，同時(shí)加入適量堵漏纖維，增強(qiáng)體系的防漏堵漏性能。

3.2 水泥漿配方研究

外加劑、外摻料種類(lèi)及摻量是影響水泥漿物理性能的主要因素。根據(jù)緊密堆積理論，采用有效調(diào)配水泥、漂珠、超細(xì)水泥等不同粒度的顆粒級(jí)配，可形成低密度水泥漿體系。通過(guò)試驗(yàn)，研究和調(diào)整水泥配方中各組分水化特性和比例，可以獲得滿(mǎn)足施工要求的水泥漿配比。結(jié)合WFSD-2孔實(shí)際情況，通過(guò)室內(nèi)對(duì)低密度水泥漿外摻料的種類(lèi)和加量進(jìn)行了系列試驗(yàn)，并對(duì)水泥漿早強(qiáng)劑、降失水劑、分散劑等外加劑加量進(jìn)行了優(yōu)選，經(jīng)過(guò)多次水泥漿性能試驗(yàn)，調(diào)配出既具有良好流動(dòng)性、又具有觸變性的水泥漿配方:夾江G級(jí)純水泥∶漂珠∶微硅∶超細(xì)水泥=65∶25∶5∶5;添加劑:1%降濾失劑（LT-2）+1%減阻劑（SXY-2）+2%增強(qiáng)劑（SW-2）+0.2%堵漏劑（DL500）+0.02%消泡劑XP-1（水固比0.53）。

該水泥漿密度為1.40 g/cm3，水泥漿流動(dòng)度21 cm，濾失量46 mL/30 min，稠化時(shí)間161 min/70 BC（實(shí)驗(yàn)條件:35℃、20 MPa、30 min）;抗壓強(qiáng)度9.1 MPa（24 h、35 ℃），3.8 MPa（48 h、常溫）。該配方水泥漿體系穩(wěn)定，性能符合要求。

4 WFSD-2防漏固井技術(shù)應(yīng)用

根據(jù)電測(cè)井徑、封固段長(zhǎng)度及水泥附加量并考慮到可能會(huì)有少部分漏失，計(jì)算需水泥量25 t。下完168.3 mm套管固井前鉆井液性能為:鉆井液密度 1.35 g/cm3，粘度35 Pa·s，濾失量5 mL/30 min，濾餅0.5 mm，含砂量0.2%，pH值9。

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)具體情況，確定使用上述配方進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。固井現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程如下:

（1）通孔;

（2）上下活動(dòng)套管，用BW280型泵循環(huán)泥漿;

（3）連接管匯，注前置液2 m3;

（4）注水泥漿28 m3，注水泥漿過(guò)程中，孔口返出泥漿量少，漏失泥漿約15 m3;

（5）開(kāi)擋銷(xiāo)，釋放膠塞，注后置液1 m3;

（6）BW280型泵注入鉆井液18 m3頂替水泥漿，最高泵壓6 MPa，水泥漿返出孔口;

（7）替漿結(jié)束，緩慢打開(kāi)水泥頭上閥門(mén)，套管內(nèi)無(wú)外溢，將套管坐放到位，拆管匯候凝。

水泥面預(yù)計(jì)返至地面，實(shí)際返至地面。水泥塞預(yù)計(jì)井深1280 m，實(shí)測(cè)井深811 m。

5 結(jié)論

（1）經(jīng)過(guò)多次水泥漿性能試驗(yàn)，調(diào)配出既具有良好流動(dòng)性、又具有觸變性的水泥漿配方:夾江G級(jí)純水泥∶漂珠∶微硅∶超細(xì)水泥=65∶25∶5∶5;添加劑:1%降濾失劑（LT-2）+1%減阻劑（SXY-2）+2%增強(qiáng)劑（SW-2）+0.2%堵漏劑（DL500）+0.02%消泡劑XP-1（水固比0.53）。

（2）纖維防漏堵漏材料與漂珠、超細(xì)水泥組成的低密度水泥漿體系，能夠滿(mǎn)足WFSD-2孔復(fù)雜地層易漏孔固井的要求;在漂珠低密度水泥漿體系中加入早強(qiáng)劑可以顯著提高水泥漿的早期強(qiáng)度;良好的觸變性能有效防止水泥漿的漏失。

［1］ 許志琴，李海兵，吳忠良.汶川地震和科學(xué)鉆探［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2008，82（12）.

［2］ 張偉，賈軍，胡時(shí)友.汶川地震科學(xué)鉆探項(xiàng)目的概況和鉆探技術(shù)［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2009，36（S1）.

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［4］ 樊臘生，賈軍，吳金生，等.汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探一號(hào)孔（WFSD-1）鉆探施工概況［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2009，36（12）.

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［6］ 賈軍，樊臘生，胡時(shí)友，等.汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探一號(hào)孔（WFSD-1）小間隙固井工藝的研究與實(shí)踐［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2009，36（12）.

［7］ 張培豐.龍門(mén)山地震斷裂帶地應(yīng)力分布及其對(duì)井壁穩(wěn)定的影響——以 WFSD-2井為例［J］.地質(zhì)與勘探，2012，48（2）.

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Anti-leakage Cementing Technology with Low Density Slurry in WFSD-2 of Wenchuan Earthquake Fault Scien-tific Drilling Project

LI Qian-gui1，LI Xu-dong2，JIA Jun3，ZHANG Pei-feng3，LI Zao-yuan4（1.The Institute of Exploration Technology，CAGS，Chengdu Sichuan 611734，China;2.No.6 Geological Brigade，Jiangsu Geology ＆ Mineral Exploration Bureau，Lianyungang Jiangsu 222023，China;3.Beijing Institute of Exploration Engineering，Beijing 100083，China;4.Southwest Petroleum University，Chengdu Sichuan 610500，China）

Due to the broken stratum，wall collapsing，landslide accidents and lost circulation happened frequently in the drilling of the second hole of Wenchuan earthquake fault scientific drilling project（WFSD-2）.For preventing lost circulation during cementing，anti-leakage cementing technology with low density slurry was selected.Through multiple performance experiment of slurry，the formulation of low density slurry for anti-leak was optimized.This formulation was successfully adopted to cement the168.3 casing in WFSD-2.

Wenchuan earthquake;earthquake fault;scientific drilling;low-density slurry;anti-leakage;cementation

P634.8;TE256+.1

A

1672-7428（2012）09-0039-02

2012-08-08

科技部科技支撐計(jì)劃專(zhuān)項(xiàng)“汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探（WFSD）”項(xiàng)目之“科學(xué)鉆探與科學(xué)測(cè)井”課題

李前貴（1979-），男（土家族），湖南桑植人，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，石油工程專(zhuān)業(yè)，博士，從事鉆探工程工作，四川省成都市郫縣成都現(xiàn)代工業(yè)港（北區(qū)）港華路139號(hào)，liqiangui@163.com。