特種凝膠堵漏壓井技術在羅家2井搶險的應用

特種凝膠堵漏壓井技術在羅家2井搶險的應用王福云1周華安1楊蘭平1唐潤平1吳正權1何仕保2劉彪1（1.四川石油管理局川東鉆探公司，重慶大石壩；2.四川石油管理局井下作業(yè)公司川東分公司，重慶渝北）摘要羅家2井是羅家寨東潛伏高點西側鞍部高陡構造上的一口高含硫預探直井，2S含量達125.53g/m3。由于地質(zhì)構造復雜，該井于2006年3月21日進行飛仙關層位的第二次完井作業(yè)過程中，發(fā)生井漏復雜；3月25日出現(xiàn)井下與地表竄漏高含硫天然氣重大險情，處于緊急搶險狀態(tài)。特種凝膠堵漏技術主要用于對付因地層破碎性、裂縫性漏失造成漏失量大、返出量很小（漏速幾十方以上/小時）甚至井漏失返、以及井漏情況難以確定，或采用隨鉆堵漏、橋塞堵漏和水泥堵漏等方法難以解決的漏失問題。羅家2井在三次使用“高粘重泥漿＋水泥漿＋重泥漿”進行堵漏施工無效情況下，采取“高粘重泥漿＋特種凝膠＋水泥漿＋重泥漿”堵漏壓井技術，經(jīng)過四次連續(xù)鞏固性施工，成功封堵羅家2井井漏滲氣地層，結束搶險。關鍵詞羅家2井井漏滲氣搶險特種凝膠堵漏壓井概況羅家寨高陡構造地表出露為侏羅系的沙溪廟組地層，以硬脆性的泥、頁巖和砂巖為主。受構造運動和地表侵蝕作用的影響，該高陡構造地表破碎，存在著多個地質(zhì)斷層構造帶，裂縫孔洞發(fā)育；加上地層流體活躍，同一層段內(nèi)多個壓力系統(tǒng)共存，極易發(fā)生井漏滲氣復雜。2006年3月21日，羅家2井在進行飛仙關層位的第二次完井作業(yè)過程中，發(fā)生井漏復雜，井筒內(nèi)液面漲至防溢管，關井、關下旋塞，套壓由2/3.7/8.5/17MPa,并于3月25日逐步演化為井下與地表竄漏高含硫天然氣重大險情，處于緊急搶險狀態(tài)。在三次使用“高粘重泥漿＋水泥漿＋重泥漿”進行堵漏施工無效情況下，采取“高粘重泥漿＋特種凝膠＋水泥漿＋重泥漿”堵漏壓井技術，經(jīng)過四次連續(xù)鞏固性施工，成功封堵羅家2井井漏滲氣地層，結束搶險。一、特種凝膠堵漏作用機理及特點1、特種凝膠簡介特種凝膠是利用高分子交聯(lián)技術制得的、具有三維網(wǎng)絡立體結構的功能性高分子凝膠，是由三維網(wǎng)絡結構的高分子化合物與溶劑組成、并可被溶劑滲透的特殊體系。特種凝膠不易被溶劑溶解，能夠分散在溶劑中保持一定的形狀。但高分子化合物中部分親溶劑基團，卻可以被溶劑作用而使高分子發(fā)生溶脹。當外部環(huán)境的PH值、離子強度、溫度、電場以及環(huán)境中所含有的其他化學物質(zhì)發(fā)生變化時，高分子凝膠即呈現(xiàn)出“刺激一一應答”狀態(tài)，在凝膠中出現(xiàn)相轉變，突出表現(xiàn)為網(wǎng)絡的網(wǎng)孔增大、網(wǎng)絡逐漸失去彈性、網(wǎng)絡的體積急劇變化（可變化幾百倍之多），甚至在三維網(wǎng)絡結構中不再存在凝膠相。這些變化使高分子凝膠的體積既可以發(fā)生溶脹，又可以收縮，而且這些變化是可逆的和不連續(xù)的，呈現(xiàn)出獨有的特殊性，其衍生產(chǎn)品可廣泛運用于醫(yī)學、鉆井堵漏撰稿人簡介：王福云，鉆井液工程師，1965年生，現(xiàn)主要從事現(xiàn)場鉆井液技術管理工作。地址：重慶市江北區(qū)大石壩川東鉆探公司鉆井液作業(yè)部；郵政編碼400021；電話（023）67320221；E-mail：zjywfy@163.com。等眾多領域。用于鉆井堵漏的特種凝膠，根據(jù)各自適應性分為ZND-1和ZND-2兩種產(chǎn)品。深井、高壓差、高溫（70°C以上）、高強度情況下選用特種凝膠堵漏劑ZND-1，推薦濃度0.8?1.5%；淺井、壓差小、溫度低（70C以內(nèi)）、強度要求不大等情況下可選用特種凝膠堵漏劑ZND-2，推薦濃度0.8?1.2%；ZND-2也可與水泥漿復合使用形成水泥漿特種凝膠堵漏劑，適用于高壓差、高強度要求。2、特種凝膠堵漏作用機理及特點特種凝膠在低剪切速率（約7s-i）或靜止狀態(tài)下，能形成分子間交聯(lián)連接，其粘度達幾萬（1?3萬）mPa.s；高速梯度下（約1000s-1）能剪切變稀，但仍具有較高的粘度（可達100?50mPa.s）。表現(xiàn)出良好的剪切稀釋能力，具有粘度、切力、結構、彈性和強度等諸多特性。由特種凝膠配制的堵漏劑工作液是無固含流體，不存在對漏失層形狀、孔隙發(fā)育程度或裂縫大小的匹配問題，能自動根據(jù)漏失層壓差大小，依次進入相應漏失層，一次性完成對多套漏層的封堵。施工時利用漏失壓差或輕微蹩壓擠堵，人為讓堵漏液向漏失層漏失，擠排并置換地層流體，繼續(xù)向漏層深處流動一段距離；隨著這過程的進行，漏速慢慢降低，工作液中堵漏劑分子間物理交聯(lián)形成的網(wǎng)狀結構逐漸發(fā)育，堵漏液粘度、切力、彈性急劇增大，導致堵漏液流動更慢，近似形成堵漏液栓塞；3?5小時后，該堵漏液栓塞在漏失層的粘度、切力、彈性和靜結構很大，足以抵抗外來力（漏失壓差等）的破壞；只要設計合理（進入漏層的堵漏液栓塞能形成足夠的長度），堵漏液即使在某位置停下來（即暫時堵住后），其粘度、結構力等也足以抵抗循環(huán)壓力和其它外來力的破壞；當推擠力超過特種凝膠堵漏液靜切力、結構力，能破壞其初始形狀時，堵漏液就會繼續(xù)深入漏失層，并重新在更深的地層建立平衡形成栓塞，最終成功堵住漏層。二、特種凝膠堵漏劑的性能指標項目指標外觀白色顆粒或粉末固相含量％三88.0模擬鹽水體系粘度mPa.s三10000模擬鹽水體系老化1min后的切力格三30溶脹時間h<4.0粒度(0.1mmWLW1.2mm) %三80.0三、“特種凝膠堵漏液”配方及配制要求特種凝膠堵漏液堵漏推薦配方：1、 常規(guī)配方：0.8?1.2%特種凝膠液+水泥漿；2、 漏失壓差大或漏失特別嚴重的井配方：1.5％特種凝膠液＋快干水泥漿＋重泥漿特種凝膠液配制要求：1、根據(jù)堵漏施工需要量確定配液罐數(shù)量，要求每個罐必須配有渦輪攪拌器；2、 配液罐必須用清水清洗干凈，不能有鐵銹或其它雜物附著在罐壁上面；3、 按所需比例用加料泵均勻加入，并充分攪拌混合均勻。四、羅家2井搶險特種凝膠堵漏壓井施工情況由于羅家寨構造地質(zhì)情況復雜，羅家2井所處位置跨越了多個含有裂縫和孔洞的地質(zhì)斷層構造帶，加上羅家2井套管井深約2190?2600m（嘉五地層）受多年侵蝕發(fā)生氫脆破裂，活躍的天然氣從套管破縫處泄漏，滲入疏松地層，與緊鄰的羅家注1井（井深僅2211.42m的注水井；兩井間距2.8m）以及附近較發(fā)育的地表連通，從而增大了搶險施工難度和造成搶險施工方案的不確定性。在三次使用“高粘重泥漿+水泥漿+重泥漿”進行堵漏施工無效情況下，擬采取“高粘重泥漿+特種凝膠ZND-2+水泥漿+重泥漿”堵漏壓井技術，利用特種凝膠ZND-2的特殊封堵作用，減緩流體（氣體）上竄速度，增加堵漏劑的流動阻力，先堵住漏層，提高地層承壓能力，然后注入水泥實行快速封堵，達到壓穩(wěn)氣層的目的。第一次施工1、施工技術方案及主體思路：采用前置特殊凝膠封堵液，減緩流體（氣體）上竄速度，降低漏失速度，增加堵漏劑的流動阻力，在特別注意保證施工安全、水眼暢通的前提下，控制水泥漿稠化時間，快速稠化，達到快速封堵的目的，進而建立井內(nèi)壓力平衡壓穩(wěn)地層流體，封隔井底高壓氣層。2、施工步驟及過程：2006年3月31日3:33?3:52,正注密度1.6?1.7g/cm3泥漿泥漿10.0m3,泵壓0f18.0MPa,反注1.60?1.70g/cm3的壓井泥漿35.0m3，套壓&17f20.55I16.9MPa0?5:35注濃度1.5%的特殊特種凝膠液235.0m3，立壓6.2f7.8I7.2I0MPa。套壓11.05f26.5I16.27MPa°?6:04反注嘉華G級油井水泥84t（水泥漿67.5m3）,密度1.77?1.90g/cm3，平均密度1.84g/cm3,立壓0f8.0I4.5MPa，套壓19.5I9.4MPa。?6:06反替隔離液（清水）2.0m3，套壓9.5MPa°?6:15反替密度1.6?1.7g/cm3泥漿35m3,套壓11.0MPa°?6:18正替密度1.60?1.7g/cm3泥漿2.0m3，泵壓7.8?16.0MPa。?7:00關井候凝。套壓、立壓均為0。

附：施工期間兩口井壓力變化曲線 1井壓力曲線4州魂jFHD(1口E+4IH3運4州魂jFHD(1口E+4IH3運第二次施工1、施工技術方案及主體思路：在前一輪獲得重大封堵壓井效果的基礎上，采用特殊特種凝膠液進入漏層堵塞孔隙，降低漏失速度，再注入水泥實行快速封堵。若套管破損處漏速較大，可以再次封堵；若套管破損處不漏或漏速較小，可以達到封堵套管破損處以下的飛仙關氣層的目的。2、施工步驟及過程：2006年4月2日3:15?3:28施工準備。?3:30環(huán)空替清水2m3,泵壓3.5MPa,排量l.Omin。?4:03環(huán)空注入特殊特種凝膠液63m3，泵壓0f27.5(9.5MPa，排量2.1m3/min。?4:05環(huán)空替清水2m3,泵壓25.0MPa,排量1.0m3/min。?4:35環(huán)空注水泥漿71.0m3(901),泵壓25.0I9.5MPa,排量2.37m3/min,p1.83?1.90g/cm3，平均為1.87g/cm3。?4:37環(huán)空替清水2.5m3，泵壓9.5MPa,排量1.25m3/min。?5:08環(huán)空替泥漿9.4m3，密度為1.60g/cm3。環(huán)空替泥漿25.6m3，密度為1.35g/cm3，粘度51s；鉆具內(nèi)替泥漿2m3,密度為1.35g/cm3,粘度51s，泵壓10.0?12.0MPa,套壓9.0?11.0MPa，排量1.12m3/min。?5:28立壓0MPa,套壓4.1MPa。整個施工過程中，羅注1井油套壓未變化。第三次施工1、施工技術方案及主體思路：在前兩輪封堵壓井分別取得不同效果的基礎上,堅持堵漏,繼小勝為大勝。通過再次進行特種凝膠堵漏，進一步提高套管破口處（嘉五地層）的承壓能力，為壓穩(wěn)并堵死氣層創(chuàng)造條件。2、施工步驟及過程：2006年4月3日12:30?12:32倒閘門，管匯試壓35MPa。?12:40壓裂車向環(huán)空注入1.90?2.00g/cm3高粘切泥漿15.0m3。排量1.875m3/min,套壓6.43f12.3MPa,立壓0f6.2MPa。?14:05壓裂車向環(huán)空注特殊特種凝膠185m3，排量2176m3/min，泵壓11.2f26.7118.5MPa，立壓6.2f8.2（6.5MPa。?14:07壓裂車向環(huán)空注清水2m3，排量1.00m3/min。套壓18.5MPa，立壓6.5MPa。?14:37水泥車向環(huán)空注水泥漿86m3（110噸），p1.77?1.95g/cm3,平均1.87g/cm3,排量2.867m3/min。套壓18.5f22I10MPa，立壓12f16.5I6MPa0?14:39水泥車向環(huán)空注清水2m3,排量1.00m3/min，套壓0MPa，立壓0MPa。?14:50壓裂車向環(huán)空注密度1.90?2.0g/cm3泥漿35.0m3，排量3.182m3/min。泥漿泵向鉆具內(nèi)替1.90?2.0g/cm3泥漿2.0m3,排量0.40m3/min，泵壓12?16.5MPa,套壓22?28MPa,14:50停泵，立、套壓為0MPa。關井候凝。附：施工期間兩口井壓力變化曲線圖例一——羅注1套壓 羅彖2套壓 ——羅注1油壓第四次施工1、施工技術方案及主體思路：為了鞏固前三輪成果，使本井封堵更加徹底和穩(wěn)妥，在保持井下通道、壓穩(wěn)地層、不造成其它復雜局面的前提下，繼續(xù)采用“特種凝膠＋快凝水泥”的方法，進一步提高封堵效果，徹底封住飛仙關高壓氣層。2、施工步驟及過程：

2006年4月6日12:50?12:53沖管線，管線試壓35MPa。?12:58泥漿泵正注密度1.95g/m3泥漿7m3，泵壓1.5?2.0MPa,排量1.00m3/min。?13:08壓裂車反注密度2.0g/m3泥漿15m3,套壓8?11MPa,排量1.88m3/min。?13:38壓裂車反注特殊特種凝膠58.2m3,套壓17.0?19.0MPa,排量1.94m3/min。?13:40水泥車反注前隔離液（清水）2.0m3。套壓12.4MPa,排量1.00m3/min。?14:16水泥車反注G級水泥漿51.5m3（681）。密度1.72?1.92g/cm3,平均密度1.89g/cm3，套壓12.4I0f5.0MPa,排量1.43m3/min。?14:18水泥車反注后隔離液（清水）2.0m3。套壓1.0MPa,排量1.00m3/min。?14:22壓裂車反注密度2.0g/cm3泥漿12.4m3,套壓11.0?13.0MPa，排量3.1m3/min。?14:32壓裂車反注密度1.08g/cm3,粘度38s泥漿20.2m3。套壓18.0?21.0MPa,排量2.02m3/min；泥漿泵正注密度1.08g/cm3、粘度47s泥漿2.0m3。立壓15.0?17.0MPa,排量0.50m3/min。停泵關井候凝，立、套壓為0MPa。附：施工期間兩口井壓力變化曲線2(J06-04-<i6羅注1油壓時間附：施工期間兩口井壓力變化曲線2(J06-04-<i6羅注1油壓時間（hh:五、堵漏效果評價羅家注1羅家注1井地表泄漏點施工順序羅家2井特種凝膠液堵漏套壓7.87特種凝膠液堵漏套壓7.87?6.90MPa

施工前 立壓8.0?8.9MPa第一次施工后 套壓、立壓均為0施工期間地表泄漏觀測油壓在12.26?14.69MPa之間波動,套壓在9.9?9.56MPa之間波動,火焰桔紅色,焰高8?10米,放噴流程間斷被堵塞,火焰時大時小6：30開油、套放噴,油壓滲漏處裂縫由15m擴展到30m，且下沉30cm；河邊漫灘有18個點火點。第二次施工后立壓0，套壓4.1MPa15.25(9.86(4.24MPa,套壓7.23f8.17(0.552M