自貢東源井治理對鹽鹵氣井綜合治理的示范意義

劉曉博，胡波，黃鑒，王興宇

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自貢東源井治理對鹽鹵氣井綜合治理的示范意義

劉曉博，胡波，黃鑒，王興宇

（四川鹽業(yè)地質(zhì)鉆井大隊，四川自貢 643000）

東源井為自貢有名文物井，至今仍然保持著高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，由于大部分井段為裸眼段，垮塌頻繁，不僅影響了生產(chǎn)，通井也容易造成天然氣井涌，對東源井易垮塌井段進行固井是避免井內(nèi)垮塌的有效方法，但東源井的特殊條件制約了固井工作的開展。結(jié)合實踐經(jīng)驗，探討東源井乃至自貢老廢棄鹽鹵井的治理思路，對鹽鹵所井綜合治理具有示范圍意義。

鹽鹵；東源井；井壁垮塌；自貢

東源井坐落在自貢市貢井區(qū)扇子壩大塘山，屬于自流井氣田西端。該井早在清咸豐年間開始創(chuàng)辦，當時僅下好石圈子就停擱，公元1889年復淘加深，于公元1935年最終建成。在鉆井過程中，一邊鉆井，一邊生產(chǎn)，前前后后，斷斷續(xù)續(xù)歷時長達四十六年之久。完鉆井深935.88m（現(xiàn)井深948.22m），鉆至三疊系雷口坡組產(chǎn)氣層，獲得了大量的天然氣。

該井現(xiàn)仍采用我國獨創(chuàng)的低壓天然氣?盆采氣技術(shù)生產(chǎn)，一直保持著高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

1 東源井事故情況和治理任務由來

該井至今已經(jīng)生產(chǎn)126年，井內(nèi)不時被井內(nèi)巖壁垮塌的強風化巖塊堵塞。2015年2月，井內(nèi)再次發(fā)生巖層垮塌，用鈍鉆工藝通井，至3月，鉆穿井下封堵后發(fā)生天然氣井涌。天然氣涌出井口隨著風力自西向東，先后經(jīng)過自貢市貢井區(qū)、大安區(qū)、市中心上空，最遠飄到了沿灘新城，區(qū)內(nèi)市民大多都聞到臭雞蛋氣味。事故兩日后報道稱“自貢多家醫(yī)院尚未接到因吸入異味而身體不適的患者”，濃度應屬0.13~4.6ppm的有感無害范圍，至3月18日，空氣中的臭雞蛋味基本散盡。

圖1 東源井

井內(nèi)垮塌后，業(yè)主于3月23日～5月7日在井深175m進行了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，封堵之后再用鈍鉆鉆穿，以使封堵的泥灰結(jié)晶后形成環(huán)形護壁。但修治過程中反復出現(xiàn)井壁垮塌，原因是井壁風化嚴重，部分垮塌形成的凹腔體積太大，依靠業(yè)主原來的修治方法已經(jīng)不能避免井壁繼續(xù)垮塌。所以為了更好的修治東源井井筒，保證其天然氣順利生產(chǎn)，避免事故再次發(fā)生，業(yè)主委托四川鹽業(yè)地質(zhì)鉆井大隊對東源井進行固井處理。

2 事故原因

東源井井身結(jié)構(gòu)見表1，該井至今仍保留著當初的風貌，井下69.24m以上的竹套管完全為傳統(tǒng)工藝的榫卯結(jié)構(gòu)。

表1 東源井井身結(jié)構(gòu)表

井徑（mm）段長（m）段底井深（m）備注 369.769.2469.24該段為竹套管固井段，實際內(nèi)徑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

上表可見，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地層巖性主要為泥巖，由于泥巖易風化，逐漸會剝落，剝落的碎塊也會逐漸掉入井內(nèi)，由于井筒尺寸本來就小，稍大的碎塊極易卡在井筒內(nèi)，大塊卡住之后，小碎塊逐漸填補孔隙進而完全堵塞，封閉了井筒內(nèi)天然氣，然后下部天然壓力逐漸增大，以至于發(fā)生了前述鉆穿堵塞部位導致天然氣忽然釋放的井涌現(xiàn)象，實際上歷史上幾乎所有的堵塞都是發(fā)生在該段。

根據(jù)自貢自流井背斜地區(qū)進行廢棄鹽鹵井地質(zhì)環(huán)境影響調(diào)查情況，一旦近地表段的井內(nèi)發(fā)生堵塞，時間一長，井內(nèi)天然氣氣壓升高之后天然氣就有可能順著地表其它的裂隙上竄，從周邊的一些地表裂隙中涌出。自貢地區(qū)雷口坡組、嘉陵江組天然氣H2S含量高，其毒性對周圍地質(zhì)環(huán)境危害大。因此，無論從經(jīng)濟效益和社會效益考慮，都要保證東源井井內(nèi)通暢，能正常生產(chǎn)天然氣。

3 治理方案

經(jīng)反復討論，綜合各種因素，治理的基本思路為對井段69.24m（木柱底）到224m進行固井，有兩個治理方案：

3.1 方案一：通井后下套管固井

由于井口裝置?盆上有井架，井架是日常天然氣生產(chǎn)過程中進行通井修井作業(yè)時的起升裝置，且井架本身也是文物，不能損壞或者拆除，井架和?盆之間空間狹窄，大型鉆井設備無法進入，通井作業(yè)只能采用小型鉆機，考慮用y-2小型鉆機，鉆機放在?盆上，鉆柱穿過上碓臼（?盆上部開孔），然后穿過下碓臼（井口的中空石圈）進入井內(nèi)。井內(nèi)通井后先測井徑，然后用打草把、打水泥塞的方法封堵224m位置，下套管至224m，進行壁后注漿（注漿量按測得的井徑數(shù)據(jù)計算），注漿至69.24m位置，然后終凝之后下鉆開水泥塞打通原井孔。

最終此方案沒有采用，其原因是從地面到224m深度全部要下套管，費用較高。因為原井孔內(nèi)徑較小，只能采用外徑137mm的小口徑套管，如果以后要對下部井段再進行固井，需要更小口徑的套管（業(yè)主的資金和現(xiàn)場施工條件等因素決定了不可能采用膨脹管技術(shù)），而且更小的套管就會造成以后修井的鈍鉆工具無法通過，假設以后要考慮固224m以下井段，則需要重新將現(xiàn)在做的69m~224m段的套管和水泥環(huán)全部鉆掉，工程量大。

更為重要的是，由于套管壁后注漿，理論上是考慮注漿至69.24m位置則停止注漿，但由于井內(nèi)的空間大小存在一定程度的變數(shù)，主要是井內(nèi)已經(jīng)因垮塌形成了一些凹腔，雖然測井徑可以大致摸清這些腔體的大小，但是無法做到絕對精確，所以計算注漿量也無法絕對精確，注漿可能超出69.24m的界限，導致竹套管下部和注漿水泥緊緊粘接在一起，竹套管就不能再取出了（由于竹套管是榫卯結(jié)構(gòu)，必須全段取出，下部不能取出就意味著整體不能取出）。竹套管是東源井作為受保護文物的一部分，由于竹套管腐蝕剝落是時間問題，如果沒有被注漿水泥固化封閉，今后必要時還可以將竹套管取出，另行保存或者維修后重新下井，而一旦被注漿水泥粘接，就很難再拿出來。

3.2 方案二：注漿封堵易垮塌井段之后開水泥柱，形成水泥環(huán)而變相固井

井內(nèi)69.24m~224m的泥頁巖易垮塌段進行固井封堵，開水泥柱（取芯鉆進）至原井眼224m處，開水泥柱的方法可用鈍鉆沖擊，但考慮到水泥可能在沖擊下破碎，大大降低井壁質(zhì)量，所以還是用y-2鉆機旋轉(zhuǎn)取芯鉆進為宜。后經(jīng)多方反復討論之后，確定采用方案二。

4 治理流程

2015年6月下旬施工隊攜y-2型鉆機進場，用工字鋼對?盆上的鉆臺進行了加固后開鉆通井，然后開始注漿流程，下草把至224m深度，下泥球，打水泥塞，然后注漿，由于井內(nèi)存在垮塌空腔，導致注漿量難以準確計算，經(jīng)過反復探水泥面，反復注漿，再反復注漿的過程中，又發(fā)生了井內(nèi)垮塌，為了保證開水泥柱之后的井壁質(zhì)量，又重新通井，重新注漿，最后注漿至井深69.24m，候凝兩日后開始進行開水泥柱的取芯鉆進。

接下來的鉆進過程中，發(fā)生了始料未及的情況，在取芯鉆井過程中，反復鉆偏，難以沿原井孔鉆進，此處“偏鉆”的真正含義是偏離原來的井筒軌跡，實際上采取一定的措施，可以保證垂直鉆進，但原井筒可能并不是完全的鉛錘方向，以至于就算完全鉛錘方向鉆進，也可能“偏鉆”。

第一次鉆進到103.35m時取芯巖性為紫紅色泥巖，巖屑未風化，未見水泥，確定已經(jīng)偏鉆。

由于繼續(xù)鉆進可能相比原井位置越偏越遠，經(jīng)各方專家和技術(shù)人員商討后，只能再次注漿填回原開鉆時井深，候凝之后，再次鉆進。

但之后數(shù)次鉆進均在不同位置偏鉆，始終未能成功鉆至224m的原井位置，持續(xù)了數(shù)月之后，采取了各種方法防斜，均未見效，目前暫時停工。

5 東源井施工中的反思

經(jīng)過東源井的治理認為：井筒內(nèi)裸露的泥巖巖壁風化，在井壁表層形成了強風化軟弱面，和現(xiàn)在經(jīng)過固井的井筒不同，有套管和壁后注漿的現(xiàn)代井筒，其井壁可以很好的形成環(huán)形支撐，而此類老井，從平面上看反而有一圈“軟弱井壁”，對“軟弱井壁”包圍的井筒進行注漿之后取芯鉆進開水泥柱，相當于是在軟管包圍的硬柱中鉆進，在這種情況下，由于鉆頭總是有向著容易鉆進的方向前進的趨勢，所以極易偏鉆，而實鉆中經(jīng)常都是已經(jīng)鉆入微風化基巖之后通過觀察返出砂樣才得知已經(jīng)偏鉆。

圖2 方案一套管固件示意圖

鑒于這種狀況，與各方研究后形成的新的治理思路為：

針對軟弱井壁，可以采用開“更軟弱”的水泥柱的方法來通過，以確保鉆進始終保持在原井筒軌跡內(nèi)。具體方法是在拌合注漿水泥的時候，加入速凝劑，速凝劑的目的在于縮短水泥初凝時間，避免施工工期過長，同時留置和井筒尺寸大體相當?shù)脑噳K在旁，泡入淡鹽水中（鹽份會影響水泥的凝結(jié)速度，導致水泥凝結(jié)時間延長，淡鹽水濃度根據(jù)經(jīng)驗，模擬井內(nèi)地下水的含鹽量）。

開始從69m向下30m（30m是舉例，以實際為準），即99m處，下草把到此位置，探草把面后對其沖擊，確保草把不會滑落，然后低壓注漿，壓力以不把草把向下推為準，注漿至69m處停止。觀察放在一旁的水泥試塊，在其剛剛初凝的時候，即剛開始有一點變硬的時候，開始取芯鉆進，此時由于水泥沒有完全硬化，強度很低，比井壁的強風化泥巖強度還低，就會自然的沿井筒鉆進，直至草把，草把被鉆頭旋轉(zhuǎn)搗碎之后停鉆，然后侯凝，終凝之后形成69m~99m高度30m的水泥環(huán)，然后再向下30m下草把，繼續(xù)上述流程，直至224m。此方法的關鍵是掌握水泥初凝的度，因為沒有初凝就開始取芯鉆進，容易造成井壁在鉆進中被取芯筒攪壞，如果水泥已經(jīng)硬度較高，則鉆進依然容易發(fā)生偏鉆。

另一個關鍵是把握每一段的鉆進的距離，假設水泥初凝時間為a，終凝時間為b，最好要在a~1/2（b-a）的時間之內(nèi)要鉆通分段，每一段的高度取決于此段距地面的深度，隨著距地面深度的增大，由于取芯鉆進中起鉆和下鉆需要更多的時間，鉆進速度越來越慢，此時如果段高設置過大，會造成分段下部在鉆穿之前就終凝，此參數(shù)要結(jié)合經(jīng)驗和現(xiàn)場情況，在具體實踐中驗證。草把部位雖然大部分破碎，但可能有殘余，草把清理不干凈會形成一個各段水泥環(huán)之間的薄弱環(huán)節(jié)，在做下一段之前需要進行清理。

上述方法主要是為了在解決問題的同時節(jié)約成本，實際上從現(xiàn)代固井技術(shù)的角度來看，最好的辦法還是作為比選方案放棄了的方案一（圖1）。

對于方案一的各個問題，其實可以有如下應對思路：一是增加投資；其次，從長期生產(chǎn)實踐來看，需要固井的就是69.24~224m井段，需要進行下部井段固井的可能性很小，就算以后確實有需要進行下部井段的固井，可以采用前述分段開初凝水泥柱的方法；其三，上套管壁后注漿不需要精確的達到69.24m，可以留一個的冗余量，假設留30m的冗余量，也就是計算注漿量的時候可以考慮注漿返到99.24m井深，假設實際注漿到80m，那么在80m和69.24m之間就留下了12.76m沒有壁后注漿的環(huán)空區(qū)域，而69.24m~地表之間是竹套管和鋼套管之間的環(huán)空區(qū)域（這一段可以加一些扶正器），留下這個環(huán)空并不影響我們的采氣的目的，而又切實避免了多余的注漿導致竹套管被粘接，80m和99.24m之間的區(qū)域就算繼續(xù)垮塌，也有鋼套管分隔而不會掉入井內(nèi)，套管直通井口，在井口處接井口裝置，唯一需要注意的就是套管應選取耐腐蝕的材料。

整個自貢市的鹽鹵井治理工程中，主要思路是“堵”，對于部分需要利用的老井，沒有成熟的具體方案使其恢復利用，企業(yè)在生產(chǎn)中多采用邊通井邊生產(chǎn)的方法。東源井事故后，發(fā)現(xiàn)這種方法有一定局限性，治標不治本，繼續(xù)用這種方法，在每次清障的時候都可能出現(xiàn)此類事故，輕則影響施工人員身體健康，重則造成現(xiàn)場人員傷亡和社會恐慌。把老井切實的“固起來”才是真正的治本之法。

參考文獻:

[1]吳何，李振華，劉曉博. 自貢大山鋪廢鹵（氣）井泄漏原因分析[J]. 四川地質(zhì)學報，,2014，03：394～398.

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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

劉曉博（1982-），男，四川自貢人，工程師，主要從事水、工、環(huán)地質(zhì)及巖鹽礦山開發(fā)工作