川东北地区复杂地层承压堵漏浅析

川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 勘探南方分公司 二 七年八月 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 内容提要 第一部分： 川东北地区井漏现状 第二部分： 川东北地区恶性井漏处理难点 第三部分： 承压系数的选择及可行性、安 全性、经济性分析 第四部分： 川东北地区井漏治理的主要手段、 存在问题及对策 第一部分：川东北地区井漏现状 川东北复杂的地质构造运动和水的活动造成了地腹石炭系、二叠系层段应力集中，地层破碎、背斜褶皱强烈、断层多，裂缝、溶洞发育。钻井井漏异常复杂：横向上分布较广，漏失程度不一。影响正常钻井、井控、揭开储层、套管的下入和固井。井漏给钻井周期造成极大的延误。 1、川东北地区地层漏失特点： 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第一部分：川东北地区井漏现状 为提高地层承压能力耗费时间统计 井号 承压堵漏井段 地层 承压堵漏耗用时间 大湾 2 5 6 3. 5 4 - 35 4 1. 41 m 1 8 58 . 50 - 5 0 60 m 沙溪庙组 - 自流井组 雷口坡 36 天 清溪 1 6 0 0. 6 4 - 30 9 3. 47 m 3 0 67 . 79 - 4 2 61 嘉陵江 34 天 普光 11 5 8 31 . 00 - 6 1 30 长兴 30 天 金溪 1 2 3 00 . 45 - 2 7 40 雷口坡 126 天 黑池 1 4 4 66 - 48 94 . 04 m 嘉陵江 9 8 天 （最后未固井） 马 2 井 3 6 79 . 40 - 3 7 05 40 77 . 58 - 4 1 48 雷口坡 嘉陵江 6 天 62 天 龙 8 434 - 2 29 6 2 2 96 - 46 35 2 2 96 - 47 33 须家河、巴东、嘉陵江、飞仙关、长兴、吴家坪、茅口 3 天 5 天 9 天 第一部分：川东北地区井漏现状 A、找漏层困难，长井段、多漏层无法准确判断漏层 ; B、漏失压力窗口窄，塌、漏、喷同时存在； C、缺乏高效的堵漏材料，各种堵漏技术都有局限性，缺少广普性； D、需要综合解决井壁稳定、防漏、堵漏等相关技术问题； E、邻区、井、层资料可比性不强，堵漏定方案的设计困难； F、缺乏有效的评价方法和标准，很难评价现场堵漏材料及技术。 2、川东北地区防漏堵漏技术难点： 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 川东北地区井漏统计分析，由沙溪庙到志留系，几乎每一个层位都发生过井漏，井漏的深度从地表到 5000不同的地层井漏的严重程度却有很大的差异。通过对2006年川东北地区发生多井次漏失的统计分析，反映出了地层层位与井漏发生率的大致关系，其中以嘉陵江组、沙溪庙组、须家河组、飞仙关组的井漏发生率最高。以川东标准地质剖面进行划分，井漏大致可分为三段。图 1所示的是各漏失层段的井漏发生率。 第一部分：川东北地区井漏现状 3、 川东北地区漏失地层的特征 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第一部分：川东北地区井漏现状 024681012141618井漏频率蓬莱镇 沙溪庙 凉高山 自流井 雷口坡 嘉陵江 飞仙关 茅口 须家河 珍珠冲 长兴 其他层位层位井漏频率图 1 不同漏失层段井漏发生率 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第一部分：川东北地区井漏现状 井漏易发生的构造部位为构造轴部、构造高点、构造陡缓转折部位等，恶性井漏也多发生在这些地层中，该分析结果跟以往的研究成果非常吻合。 川东北地区井漏的漏失通道主要以裂缝和溶洞为主，尤其是在构造的主体部位上 (即轴部 )，出露地层多为中下统三叠系碳酸盐岩，由于长期受淡水的剥蚀和风化作用，裂缝、溶洞发育，井漏十分严重。根据该地区漏层岩芯统计资料 (如图 2)表明，其裂缝的开口尺寸、分布形态及充填物各不相同，差别较大，但就一般而言，具有以下规律： 图 2 高陡构造部分漏层岩芯 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第一部分：川东北地区井漏现状 1）上部漏失层段 (沙溪庙须家河 )： 占全部井漏的 30%左右。漏失通道主要是孔隙性漏失通道。当钻遇胶结性较差的砂泥岩地层时，往往发生渗透漏失性。 ）中部漏失层段 (雷口坡飞仙关 )：占全部井漏的 45%左右。 在构造的主体部位上，出露地层多为中下统三叠系 (雷口坡或嘉陵江 )碳酸盐岩，由于长期受淡水的剥蚀和风化作用，漏失通道以溶洞和大裂缝为主 (如图 3a)，裂缝宽度一般大于 10多为倾角大于 30的斜裂缝，且向地层深部延伸较远，一般为非充填性裂缝，有少数漏失通道与地表连通。钻遇这类漏失通道时均要发生非常严重的井漏， 处理也比较困难。 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第一部分：川东北地区井漏现状 在构造两翼，地层一般比较完整， 出露地层大多为侏罗系，因而，其中部 漏失层段 (雷口坡飞仙关 )的漏失通道 主要以裂缝为主，裂缝宽度一般为 38为呈网状分布的斜交裂缝和纵向裂缝(如图 3b、 c)，且漏失层段长，井漏损失严重。 图 3 高陡构造漏失通道剖面图 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第一部分：川东北地区井漏现状 ）下部漏失层段 (长兴以下 )：占全部井漏的 20%左右 (其中以茅口井漏最为严重 ) 。由于受套管程序的限制，中、下部地层的同一裸眼井段普遍存在多个压力系统，为平衡高压层而提高钻井液密度 (或钻遇高压层出现井下溢流压井 )时，往往会导致低压地层发生压裂性或诱导性漏失。 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第一部分：川东北地区井漏现状 4、 川东北地区井漏类型和特点 川 东北 地区井漏的类型 ( 1) 漏层的漏失通道、空间以基质孔隙、不发育的溶蚀孔隙及小型网状或单裂缝为主时，漏速一般小于 20 m3/h ，漏失量小，为微漏 小漏，一般采用桥浆或随钻堵漏剂容易堵住或钻井过程中漏失通道被细小岩屑等颗粒堵塞井漏自停。 ( 2) 裂缝溶洞型恶性井漏。川东 北 高陡构造的漏失通道主要以裂缝和溶洞为主，尤其在构造的主体部位上，井漏地层多为中下统三叠系碳酸盐岩，由于长期地下水的侵蚀，裂缝、溶洞发育，井漏十分严重，处理起来非常困难，给钻探造成巨大的经济损失。 ( 3) 长段低压地层井漏。在川东北褶皱交汇带的须家河组以上地层压力系数低，常钻遇长段低压漏失带或破碎性地层引起严重井漏。 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 川东北地区井漏特点 第一部分：川东北地区井漏现状 (1)井漏普遍，出现的频率高。已钻构造均发生不同程度的井漏， 90%的完钻井有井漏显示。据统计，沙溪庙组 石炭系各层均有不同程度的井漏，其中沙溪庙组、须家河组、嘉陵江组和茅口组井漏最频繁。 (2)漏失通道以裂缝性漏失和孔隙性漏失为主， 溶洞性漏失虽然只占统计的 见图 4按漏失量统计，裂缝性漏失的漏失量占统计的 溶洞性占 其它占 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 川东北地区井漏特点 第一部分：川东北地区井漏现状 - 漏失通道性质分布 不同漏失通道性质的漏失量分布 裂缝 孔隙 溶洞 其它 裂缝 孔隙 溶洞 其它 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第一部分：川东北地区井漏现状 ( 3) 漏速大、漏失量大，部分井发生恶性漏失。 按井漏严重度统计，严重井漏 ( 漏速 60m3/h ) 占统计的 3 、大漏 ( 漏速 60 30 m3/h ) 占 、中漏 ( 漏速 30 15 m3/h ) 占 1 、小漏 ( 漏速 15 5 m3/h ) 占 2 、微漏 ( 漏速 5m3/h) ( 见图 4 - 3 ) 。 4 - 3 不同井漏严重度分布情况 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第一部分：川东北地区井漏现状 (4)恶性漏失井段长、漏失层段多、漏层不易确定。上部地层用低密度泥浆或清水钻进时，有的少则几米，多则几十米就可能出现不易堵住，且易再次发生井漏 ,到底是老漏层复漏，还是新漏层出现，现场很难做出准确判断。多次恶性井漏的情形在钻井中经常出现。 (5)同一裸眼井段存在多个压力系统，为了平衡高压地层的需要而提高钻井液密度，低压地层发生井漏。如通南巴构造带马路背构造，为平衡嘉二可能遇到的高压层，钻井液密度需要从 量钻井液密度达到 这就超过了上部地层的原始破裂压力而引发严重井漏，并导致承压堵漏的失败；川东北地区侏罗系地层钻遇区域性气层，提高钻井液密度时上部地层井漏，如老君 2井，采用密度 用密度 使用密度为 此承压堵漏损失大量时间。 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第二部分：川东北地区恶性井漏处理难点 对川东北地区钻井工程造成严重影响的井漏主要是大裂缝或溶洞恶性井漏和长段低压漏失带多压力系统井漏两大类，这两类井漏堵漏难度大，漏失钻井液量多，损失时间长。而目前表现尤为突出的是长段低压漏失带多压力系统井漏的承压堵漏问题。如马 2井，在井深 提高地层承压能力以进入嘉二高压层，需将钻井液密度由 此漏失钻井液及堵漏浆液 1002失时间 62天。目前，处理这两类恶性井漏主要有以下工程技术难点为： 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第二部分：川东北地区恶性井漏处理难点 (1)溶洞型井漏堵漏困难。对于大裂缝、溶洞恶性井漏，桥接堵漏材料根本无法在这类漏失通道中堆积、架桥形成有效堵塞；在溶洞、大裂缝中常存在地层水或积液，由于堵漏水泥受到地层水或溶洞积液置换、稀释的干扰，难以在近井壁周围凝固形成有效的堵塞隔墙。因此，在目前技术条件下，溶洞恶性井漏的堵漏难度大，堵漏成功率低。 (2)漏失井段长、漏层连续不断，漏层位置难于找准。在钻遇长段低压漏失井段时，往往纵横向裂缝发育，多则几十米，少则几米就有一个漏层，处理井漏时不易堵死堵牢，易于重复发生井漏，再次井漏后漏层位置极难找准。特别是钻遇垂直裂缝和高角度裂缝发育带，处理井漏更加困难。 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第二部分：川东北地区恶性井漏处理难点 (3)地层压力系数低，漏失井段的钻井困难。少部分井漏失井段地层压力梯度仅为 00m。采用无固相钻井液钻进“有进无出”，用充气钻井液钻进仍有一定漏失，个别井低压漏失带和浅气层在同一裸眼井段存在，在此井段钻进作业风险大、耗时多。当恶性井漏不能有效处理，导致泥页岩地层垮塌、坍塌压力增加，使矛盾更加突出，施工作业的困难和风险可能发展到十分危险的地步。 (4)气体钻井后，替入钻井液时发生井漏，裸眼井段长，漏层位置难以确定，堵漏针对性不强，堵漏成功率低。 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第三部分：承压系数的选择及可行性、安全性、经济性分析 承压系数选择原则： 首先，依据地质设计来确定，其次，依据钻井工程需要来确定，下面列举几口井说明： 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第三部分：承压系数的选择及可行性、安全性、经济性分析 1双庙 101井地层承压系数 根据地质设计提供的压力系数，要求钻至雷二段气层前要将地层承压能力提至当量泥浆密度 g/007年 5月 4日钻至井深 于地层承压难以提至设计要求， 2007年 7月 19日停止提承压作业，于 2007年 7月 25日 2:00恢复正常钻进，钻至井深 2760米提前下套管，此次提承压施工共耗时 82天。 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第三部分：承压系数的选择及可行性、安全性、经济性分析 1双庙 101井地层承压系数 地层压力预测表 层位 井段 （ m ） 地震预测压力系数 双庙 1 井实钻压力系数 综合预测压力系数 备注 沙溪庙组 0 1 167 1 1 1 1 千佛崖组自流井组 1 16 7 1 87 5 1 1 1 1 须家河组 1 87 5 2 48 7 1 1 1. 14 1 雷口坡组 2 48 7 3 01 2 1 1 1 1 1. 52 双庙 1 井雷二解释为气层，压力系数为 1 嘉陵江组 3 01 2 4 01 2 1 1. 75 1 1 1. 4 1. 84 双庙 1 井嘉二气层压力系数为 1 飞仙关组 4 01 2 4 23 7 1 1 1 1 1 1 双庙 1 井飞四气层压力系数为 1 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第三部分：承压系数的选择及可行性、安全性、经济性分析 马 2井地层承压系数 根据地质设计提供的压力系数，钻至嘉二段产层顶部（不揭开产层）进行地层承压能力试验，须对上部裸眼进行承压堵漏，保证产层安全钻进可能的最高泥浆密度正常排量循环时不发生漏失，经过长时间承压堵漏 施工，没有达到设计要求；后又根据马 1井 实钻压力系数，调整了承压能力至 ，共耗时 62天，地层承压堵漏完成。 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第三部分：承压系数的选择及可行性、安全性、经济性分析 马 2井地层承压系数 地层压力预测表 层位 深度（垂深 m ） 压力预测系数 备 注 蓬莱镇须家河组 0 3 6 9 3 1 . 0 6 雷口坡组 3 6 9 3 4183 1 . 2 3 嘉陵江组 4 1 8 3 4938 1 . 3 5 河坝 1 井嘉二段压力系数2 . 0 9 ，川涪 82 井嘉二段1 . 7 1 飞仙关组 - 长兴组 4 9 3 8 5838 1 . 4 4 河坝 1 井飞三段压力系数2 . 2 8 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第三部分：承压系数的选择及可行性、安全性、经济性分析 金溪井地层承压系数 根据地质设计提供的压力系数，每钻开一个产层前，必须对上部裸眼进行承压堵漏，钻开各主要产层的泥浆密度为 1)、嘉二段产层： g/2)、飞三段产层： g/3)、茅口组产层： g/ 钻开飞三产层前上部裸眼承压要求为 g/口组产层承压要求更高。但根据地层承压能力试验情况，要达到设计要求难度极大。 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第三部分：承压系数的选择及可行性、安全性、经济性分析 金溪井地层承压系数 地层压力预测表 层位 深度（垂深 m ） 压力预测系数 备 注 嘉陵江组 2 70 5 3 89 0 1 1 嘉陵江组二段可能为异常高压（地震预测压力系数1 ）。 飞仙关组 3 89 0 4 53 0 1 2 飞仙关组中上部可能为异常高压（地震预测压力系数1 2 。 二叠系 4 53 0 5 18 0 1 2 茅口组顶部可能为异常高压（地震预测压力系数 2. 5 ）。 通过对上述几口井分析，承压系数要以地层压力预测为基础，底层承压能力越高，对钻开产层越安全，对固井质量有利，但时间和费用消耗越大，有些井甚至耗费大量时间和财物，都达不到承压要求，被迫提前下套管。总之，承压系数选择极其困难和复杂，只有综合考虑，在实钻中不断进行修订，逐步完善总结。 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第三部分：承压系数的选择及可行性、安全性、经济性分析 1、川东北地区井漏处理的主要手段 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第四部分：川东北地区井漏治理的主要手段、存在问题及对策 (1)治漏方法以桥浆堵漏和水泥堵漏为主。在统计的治漏次数中，桥浆堵漏占统计的 水泥堵漏 无渗透及随钻堵漏 复合堵漏 其它措施 图5 堵漏方法使用频率桥堵, 4 %水泥, 27. 60%水泥桥堵, 5 随堵, 5 高失水类堵漏剂,失水桥堵,他方法, 6 无渗透堵漏, 5 桥堵随堵, 1 桥堵水泥水泥桥堵随堵高失水类堵漏剂高失水桥堵桥堵随堵无渗透堵漏其他方法川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第四部分：川东北地区井漏治理的主要手段、存在问题及对策 (2)井漏治理成功率偏低。在历年统计的治漏方法平均成功率中，桥浆堵漏为 57%，随钻堵漏为 水泥堵漏为 无渗透堵漏为 其它方法平均为 尤其是对于漏速大于 60m3/浆和水泥浆的堵漏成功率仅为 成功率0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%桥堵水泥水泥桥堵随堵高失水类堵漏剂高失水桥堵桥堵随堵无渗透其他方法成功率图 6各类堵漏技术应用成功率分布 、承压堵漏中存在问题及对策 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第四部分：川东北地区井漏治理的主要手段、存在问题及对策 川东北地区承压堵漏存在的技术难题最为突出的表现在以下几个方面： (1) 裸眼井段长，漏失层段多，漏层位置难于找准，堵漏成功率低； (2) 地层压力系数低，且同一裸眼井段多压力系统并存； (3) 地层岩石强度难以达到所要求的强度； (4) 处理方法尚未形成体系，存在着摸着石头过河的现象。 、承压堵漏中存在问题及对策 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第四部分：川东北地区井漏治理的主要手段、存在问题及对策 承压堵漏的过程，实际上是将原始地层裂缝（包括张开缝和闭合缝）进一步压开、堵塞的过程。成功的方法和实例很多，但并非是在某一口井成功的方法就一定适用于其他井。根据工程的需要和井漏的实际情况，选择合理的处理方法尤为重要，如果方法选择得当，既可减少不必要的损失，又可节约大量的时间。 、承压堵漏中存在问题及对策 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第四部分：川东北地区井漏治理的主要手段、存在问题及对策 (1) 固井前的承压堵漏 无渗透桥浆堵漏具备较高的堵塞强度，工艺简单，现场操作方便，但牢固程度不够，容易在后续作业过程中被破坏，其堵塞持久性差的特点已在多口井承压堵漏作业中有所体现。然而对于下套管前的承压堵漏非常适合，可起到立竿见影的效果； 、承压堵漏中存在问题及对策 川东北地区复杂地层承压堵漏浅析 第四部分：川东北地区井漏治理的主要手段、存在问题及对策 (2) 揭开高压层前的承压堵漏 由于揭开高压层后还会继续钻进，因此所形成堵塞的强度和牢固程度是承压堵漏成功与否的关键。 a. 化学凝胶与凝固类堵漏材料配合使用，可以提高堵塞强度，特别是在有地下水层存在的情况下，采用化学凝胶与凝固类材料复合使用，是