頁巖氣基礎地質調查萬地1井鉆井堵漏技術

李得新， 首照兵， 吳金生

(1.四川省煤田地質局一三七隊，四川 達州 635006； 2.中國地質科學院探礦工藝研究所，四川 成都 610081)

頁巖氣基礎地質調查萬地1井鉆井堵漏技術

李得新1， 首照兵1， 吳金生2

(1.四川省煤田地質局一三七隊，四川 達州 635006； 2.中國地質科學院探礦工藝研究所，四川 成都 610081)

米倉山-大巴山前緣頁巖氣基礎地質調查萬地1井鉆遇二疊系吳家坪組巨厚層硅灰?guī)r、燧石灰?guī)r，堅硬致密，裂隙、溶隙、溶洞極發(fā)育，鉆進過程中鉆井液漏失嚴重甚至失返，造成鉆進困難。先后采用了隨鉆堵漏、橋接材料堵漏、水泥砂漿堵漏、膠質泥漿-水泥漿堵漏、攔截式堵漏工藝技術，基本解決了鉆進中鉆井液失返問題。

鉆井液漏失；隨鉆堵漏；橋接材料堵漏；水泥砂漿堵漏；膠質泥漿-水泥漿；裂縫地下水徑流；攔截式堵漏工具；頁巖氣基礎地質調查

對金剛石繩索取心鉆進工藝而言，鉆井液漏失是鉆探施工的最大難題，如不及時有效解決，將造成孔內事故發(fā)生、鉆進效率低、施工成本高的后果，嚴重的直接威脅鉆孔安全、甚至會導致鉆孔報廢。筆者在米倉山-大巴山前緣頁巖氣基礎地質調查萬地1井實踐中，研究總結出一套行之有效的堵漏技術方法，對今后類似地層鉆井施工具有很好的指導意義。

1 萬地1井概況

米倉山-大巴山前緣頁巖氣基礎地質調查萬地1井為“四川盆地頁巖氣基礎地質調查項目”子項目，井位位于重慶市開縣河堰鎮(zhèn)巖水鄉(xiāng)倪家村，由中國地質調查局成都地質調查中心牽頭實施，鉆井施工由四川省煤田地質局一三七隊通過公開投標獲取。萬地1井設計井深1595 m，終孔直徑≮95 mm，全井段取心。鉆探目的層為五峰-龍馬溪組富有機質頁巖。

萬地1井位于四川盆地東北部，構造位置位于川東高陡構造帶，田壩背斜-興隆背斜構造高點，地表主要出露二疊系—三疊系地層，局部可見少量寒武系—志留系地層。開孔層位為二疊系上統(tǒng)長興組(P3c)，發(fā)生鉆井液漏失地層主要是二疊系上統(tǒng)長興組(P3c)、吳家坪組(P3w)，中統(tǒng)茅口組(P2m)、棲霞組(P2q)地層，巖性以深灰色巖為主，裂隙、溶隙極其發(fā)育，局部有2～5 m溶洞，裂縫、溶隙、溶洞貫通良好，深部溶隙溶洞有地下流水活動；其中吳家坪組、棲霞組硅灰?guī)r、燧石灰?guī)r堅硬致密，研磨性極弱，鉆進效率極低。

2 鉆探施工條件

施工水源條件極差。施工區(qū)域巖溶地貌極其發(fā)育，井位2 km附近有2個大的溶洞群，井位周邊地表落水漏斗特別多，其中井位南邊100 m處有一落水漏斗。鉆井井位周邊2 km以內無地表溪溝水流。供水點選取在離井位2.5 km的溶洞內，施工用水由大氣降水補給，遇夏天長期干旱或冬季枯水季節(jié)水源較小，對鉆井施工影響較大。

鉆井施工交通條件較好，達萬高速公路從開州區(qū)經過，開州區(qū)到河堰鎮(zhèn)有省道渝巫路通過，河堰鎮(zhèn)至井場有鄉(xiāng)村公路從井場邊通過。

3 鉆井液漏失類型

萬地1井上部地層溶隙、裂隙、溶洞極為發(fā)育，鉆井液漏失主要表現為微裂縫漏失、裂縫漏失、漏失點存在徑流、大裂縫和大溶洞漏失。

3.1 微裂縫漏失

即輕微漏失，鉆井液消耗較大，井口返液量>2/3進液量，井口返水較大，井內動水位變化較小。

3.2 裂縫漏失

即中等漏失，漏失量較大，井口返液量<1/2進液量，井口返水較小，井內動水位變化較大。此類漏失多集中在二疊系長興組、吳家坪組、茅口組地層(見圖1)。

圖1 裂隙漏失層段巖心

3.3 漏失點存在徑流

井深242.65 m處漏失為裂縫性漏失，表現為鉆井液全漏失。仔細觀察巖心，裂隙寬度最大為32 mm，無填充物，有明顯水銹(見圖2)，此處有地下水通過。此類漏失多集中在二疊系長興組、茅口組地層。

圖2 井深242.65 m處漏失點巖心

3.4 大裂縫漏失

井口鉆井液完全失返，井內無水位。漏失點多集中在二疊系吳家坪組、茅口組地層(見圖3)。

3.5 大溶洞漏失

井深356.91～358.66 m處遇溶洞，深度1.75 m，鉆井液全漏失(見圖4)。此類漏失多集中在二疊系吳家坪組地層。

圖3 大裂縫漏失巖心

圖4 溶洞巖心

4 堵漏工藝技術選擇原則

鉆井液發(fā)生漏失后，必須及時準確丈量機上余尺，計算漏失點井深位置、綜合判斷漏失類型及嚴重程度、分析漏失井段巖心裂隙發(fā)育程度，按照“先簡后繁、先易后難”原則選擇堵漏工藝方法和材料，確保快速、有效完成堵漏作業(yè)，恢復正常鉆進。

根據漏失類型采取相應的堵漏工藝技術。對于微裂縫漏失，依次采取隨鉆、橋接材料等堵漏方式；對于裂縫漏失，依次采取橋接材料、水泥砂漿等堵漏方式；對于大裂縫漏失，依次采取了水泥砂漿、膠質泥漿-水泥漿、攔截式堵漏工具等堵漏方式；對于漏失點存在徑流和大溶洞漏失，采取堵漏方法效果不好，只能考慮擴孔下套管更穩(wěn)妥。

5 堵漏工藝技術方法及實例

5.1 不做處理

施工前期為渝東北梅雨季節(jié)，大氣降水較多，水站供水水源充足，鉆井中對輕微漏失可不做任何處理，頂漏鉆進。鉆井設計要求上部地層采用?122 mm繩索取心鉆具施工，巖粉較多，輕微漏失的鉆井液中的巖粉通過一段時間沉淀能將微裂縫封堵，同時還可避免更換變質鉆井液。

5.2 隨鉆堵漏

在水源供應不足等水時間較多時，必須采取措施解決鉆井液漏失問題。微裂縫漏失堵漏方法：在水解PHP中加入適量巖粉、鋸末，充分拌和至粘稠狀態(tài)，利用井口漏斗倒入繩索取心鉆桿內，連接主動鉆桿后開泵慢慢回轉上下活動鉆具掃孔，待泵壓正常后可結束掃孔。如堵漏效果不好，可重復進行2次。此種方法操作簡單，堵漏效果較好，安全性高，比較節(jié)省時間，成為處理微裂縫漏失的首選。

5.3 橋接材料堵漏

井深100.46 m處鉆井液出現較大漏失，返液量較小。選擇采用橋接材料堵漏，具體方法是：清水+PHP+CMC+803堵漏王+鋸末，充分攪拌至粘稠狀，利用井口漏斗倒入繩索取心鉆桿內，連接主動鉆桿后開泵將堵漏材料送至漏失部位，開車慢慢回轉鉆具并上下活動鉆具，持續(xù)1 h，泵壓沒有變化，返液量沒有變化，堵漏不成功。

5.4 水泥砂漿堵漏

水泥砂漿堵漏方法：水泥+河砂+1%NaCl(早強劑)，水灰比為0.45～0.50。要求采用普通硅酸鹽水泥或硫鋁酸鹽地勘專用水泥，水泥標號不低于42.5，且水泥不得受潮變質結塊，河砂應選擇細中粒河砂。

在井深100.46 m采用水泥砂漿堵漏2次。第1次水泥砂漿量不夠，封閉效果不好。第2次加大了水泥砂漿用量，終凝后，下入掃孔鉆具掃孔至井底，鉆井液返出井口正常循環(huán)，堵漏成功。

萬地1井在井深242.65 m處發(fā)生鉆井液全漏失，采用水泥砂漿堵漏多次均不成功。在水泥砂漿堵漏同時往水泥漿液中加入谷草短節(jié)、附近山巖上生長的苔蕨，候凝后掃孔在漏點上下均取出完整水泥心，漏失點位置取出層疊狀沖洗干凈的苔蕨，判斷此漏失點存在地下徑流活動。頂漏鉆進至井深379.60 m時，取出的巖心中有一段凝固不太好的水泥心(見圖5)，證明漏水通道存在上下縱向裂縫貫通情況。

圖5 井深379.60 m處取出的水泥心

水泥砂漿堵漏注意事項：

灌注水泥砂漿應事先做好充分準備，灌注時不得間斷，全部堵漏材料應一次性灌注，并泵入替漿液(替漿液一定要計算準確)，然后徐徐將鉆具全部拉出井口。

掃水泥砂漿時不能使用清水做為鉆井液，應控制掃孔速度，切勿心急，掃完一根鉆桿后應充分循環(huán)鉆井液，做到水清砂凈后才能加下一根鉆桿；防止在加鉆桿期間水泥河砂下沉埋鉆。遇暴雨等極端天氣停鉆、機械故障、途中吃飯時，應想辦法將井內鉆具提至安全位置，防止水泥河砂下沉埋鉆。

對于井內無水位的干孔灌注水泥砂漿后，頂替漿液量應根據灌注深度酌情減量，防止替漿量過多使水泥砂漿后從漏失通道漏跑，達不到堵漏的目的。

井內無水位的干孔水泥砂漿封閉堵漏后候凝時間不應太長，可適當縮短候凝期，防水泥心強度增高后逐根掃孔打撈水泥心浪費時間。一般在井內無水位的情況下水泥砂漿灌注后12 h即可掃水泥心；井內有水位的情況下用水泵泵送水泥砂漿灌注后24 h即可掃水泥心。

5.5 膠質泥漿-水泥漿堵漏

膠質泥漿-水泥漿堵漏原理：在漏失量較大時，采用膠質泥漿作為先期封堵，再利用水泥漿(作為堵漏漿液)進行復合堵漏，最后泵入頂替漿液以達到堵漏的目的。

膠質泥漿主要采用清水、膨潤土、水泥、BaSO4、石灰等材料按一定比例進行互配，漏斗粘度70～80 s，適當加入NaCl作為早強劑，頂替漿采用清水。

井深242.65 m處漏失裂隙采用膠質泥漿-水泥漿堵漏。

第一次采用膠質泥漿-水泥漿堵漏，按照膠質泥漿、水泥漿、清水的順序使用泥漿泵連續(xù)泵入井內進行封堵。將井內鉆桿全部拉出至地面后采用專門工具探水泥漿液面，在井深210 m處；8 h后再次探水泥漿液面，水泥漿在漏失點242.65 m以深，取樣器取出的水泥漿未凝固，堵漏失敗。觀察之前取出的水泥漿樣，同樣沒有初凝，分析原因主要是盛裝水泥漿的容器之前裝過聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺有析水、緩凝的作用，影響水泥凝固。

第二次采用膠質泥漿-水泥漿堵漏前把所有容器進行清洗干凈。為確保水泥漿在初凝時準確到達漏失位置并實施有效封堵，在膠質泥漿和水泥漿攪拌好后并未立即泵入井內，在地面停待了一段時間，在快要達到初凝時間時，快速灌注后及時探水泥漿液面，液面在井深180 m處；8 h后再次探水泥漿液面，水泥漿在漏失點以下，堵漏再次失敗。

膠質泥漿-水泥漿堵漏方法在井深457.91 m、664.01 m兩處漏失點成功堵漏，分析242.65 m處漏失裂隙堵漏不成功的原因應是地下水徑流對水泥漿的稀釋破壞作用所致。

5.6 攔截式堵漏工具堵漏

攔截式堵漏工具由中國地質科學院探礦工藝研究所研制。

攔截式堵漏工具堵漏原理：利用攔截式堵漏工具將水泥漿限制在攔截尼龍袋內，尼龍袋在水泥漿的液壓作用下向漏失裂縫中擴張充盈，從而在裂縫中架橋；同時，減少水泥漿受地下水置換、稀釋的不利影響，為其有效凝固實現封堵提供保障。其原理如圖6所示。

圖6 攔截式堵漏工具原理圖

具體操作方法：將攔截式堵漏工具下至漏失點242.65 m以深1.0 m處，泥漿泵泵入少量清水用以濕潤攔截尼龍袋，將提前攪拌好的水泥漿通過泥漿泵泵入鉆桿內，當水泥漿頂至工具底端位置時緩慢提升鉆具，直至將管內預設的攔截袋長度全部充盈在漏失井段；灌注完畢后，把工具提升到安全井段頂替漿液進行憋壓。水泥初凝后下掃孔鉆具掃孔，掃出完整水泥心，井口返水正常，堵漏成功。

6 結語

萬地1井采用隨鉆堵漏、橋接材料堵漏、水泥砂漿堵漏、膠質泥漿-水泥漿堵漏、攔截式堵漏等工藝技術措施,很好的解決了鉆進中鉆井液漏失問題。

實踐表明，不是每一種堵漏方法都是萬能的。發(fā)生漏失或失返時，準確判斷漏失位置、漏失類型，考慮經濟、安全、有效等因素，按照“先簡后繁、先易后難”原則選擇堵漏工藝措施。實施過程中，應根據井內的具體工況適時調整選擇適用有效的堵漏工藝措施。

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Plugging Technology in Wandi 1 Well for Basic Geological Survey of Shale Gas in Micangshan-Dabashan Frontal Zone/

LIDe-xin1,SHOUZhao-bin1,WUJin-sheng2

(1.137 Geological Team of Sichuan Coalfield Geology Bureau, Dazhou Sichuan 635006, China; 2.Institute of Exploration Technology, CAGS, Chengdu Sichuan 610081, China)

In the drilling of Wandi 1 well for basic geological survey of shale gas in Micangshan-Dabashan, the Permian Wujiaping formation thick layer of siliceous limestone and flint limestone were encountered, which were hard and compact with the development of fracture, dissolved fissure and karst caves. The serious circulation loss even no-return happened, which resulted in difficult drilling. Plugging while drilling, bridging material plugging, cement mortar plugging, colloid mud-cement slurry plugging and interception plugging technologies were adopted, no return of drilling fluid was solved.

circulation loss; plugging while drilling; cement mortar plugging; colloid mud-cement slurry; fissure underground water runoff; plugging by interception tools; basic geological survey of shale gas

2016-08-30；

2016-12-15

中國地質調查局地質調查項目“四川盆地頁巖氣基礎地質調查項目”子項目”米倉山-大巴山前緣頁巖氣基礎地質調查”(編號：12120115003801-01)、“高原生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)綜合鉆探技術應用示范”(編號：12120113017200)

李得新，男，漢族，1985年生，工程師，勘查技術與工程專業(yè)，從事探礦工程工作，四川省達州市華蜀南路200號，lidexin1201@163.com。

P634.8

A

1672-7428(2017)02-0023-04