充气钻井在雄安地热恶性漏失井的研究应用

充气钻井在雄安地热恶性漏失井的研究应用刘义彬1，杨旭，季小娜1，李宁1，于怀彬1，王帅1
（1．渤海钻探工程有限公司工程技术研究，河北任丘062550）
摘要：华北地热，具有分布广、层系多、资源量大的特点。

尤其是雄安新区容东区块雾迷山、高于庄组地热资源储量丰富，但雾迷山储层裂缝发育好，承压能力低，同时恶性漏失严重，且防漏堵漏难度大，是优快钻井的主要障碍，严重影响了雄安新区的地热资源开发速度。

本文通过对容东区块漏失特点、堵漏难点等方面进行了深入的研究分析，提出了适合雄安新区的充气钻井和漏层封堵技术方案，并应用于容东热5－1X井，取得了显著地防漏堵漏效果，为雄安新区以及华北类似地区的防漏堵漏提供了新手段，有利于提高雄安新区地热开发速度。

关键词：充气钻井；雄安新区；地热；恶性漏失；漏层封堵
中图分类号：TE242文献标识码：A文章编号：1006—7981（2019）07—0103—03
华北冀中坳陷自上而下分布有四套热储层，其中上第三系馆陶组热储层和蓟县系雾迷山组热储层在冀中坳陷分布广、面积大、资源量丰富，是地热利用的有利储层。

但雾迷山组埋藏浅，且裂缝极为发育，承压能力低，漏失严重，防漏堵漏难度大，导致该区块井复杂处理周期长，严重影响了雄安新区的地热的开发速度。

雄安地区共完成地热井8口，均在雾迷山组存在严重漏失，尤其淀6井钻进过程中发生失返性漏失；容2井钻进中漏失，下钻遇阻、上提遇卡；雄11井钻至裂缝，钻进时发生5次失返性漏失，采用静止堵漏、注水泥等堵漏措施均无效。

因此针对该区块恶性漏失问题开展了基于充气钻井的防漏治漏技术研究，为加快雄安新区地热资源开发提供了技术保障。

1雄安容东区块漏失特点及防漏治漏过程存在的技术难题
①容东区块雾迷山组埋藏浅，地层承压能力低（0．8 0．99），采用清水钻井时地层亦发生漏失，无法建立正常循环。

②雾迷山组漏失层位裂缝多，存在破碎带，恶性漏失严重且易垮塌。

雄安新区的地热井施工过程中均有不同程度的漏失现象，在完井8口中，有5口井存在严重漏失，雄11井、容东热5－1X井出现失返性漏失。

③雾迷山组到高于庄组地层含水量丰富，地层出水量大。

其中容东热5－1X井在雾迷山组钻进施工过程出水量达121m3/h。

④钻进过程，钻井液失返，井下形成多段砂桥，造成划眼困难；地层出水与恶性漏失同时存在，寻找压力平衡点困难。

2雄安容东区块充气钻井技术研究
2.1充气防漏钻井技术研究
雄安新区的雾迷山组到高于庄组地层水资源丰富，充气钻井技术需要解决地层出水与恶性井漏并存的钻井复杂问题。

以下制定了三种充气钻井技术方案。

①常规注气法。

指在钻进过程中持续注入气体方式。

②间断注气法。

指在注入气体的过程中，间断注气，在钻井液中形成气体波动桥，降低井下压差。

③反循环气举法。

气体通过混气器与环空中钻井液混合形成低密度的汽水混合物，降低双壁钻杆内管中液面，使环空液面高于钻杆内管液面，在压差作用下环空中钻井液流入钻杆内管中，并携带岩屑从内管中返出，形成气举反循环。

2．2恶性漏失井段漏层封堵技术研究
通过充气钻井技术能够解决恶性漏失井漏层钻进问题，但抢钻后如何堵漏却是大难题。

前期，在容东热5－1X井分别应用高分子凝胶静止堵漏技术、注速凝水泥堵漏等堵漏技术，均未取得成效。

因雾迷山组地层存在较大裂缝或可能存在溶洞，考虑在
301
2019年第7期内蒙古石油化工
①收稿日期：2019－04－15
基金项目：渤海钻探工程有限公司攻关项目《雄安新区地热井优快钻井技术研究》（编号：2019Z30Y）。

作者简介：刘义彬（1981－），2004年毕业于长江大学机械设计制造及其自动化专业，东北石油大学机械专业工程硕士，现就职于渤海钻探工程技术研究院，主要从事欠平衡/空气钻井技术研究工作。

充气钻井抢钻漏层后下入技术套管封隔漏层，然后继续钻进或完钻。

3容东热5－1X 井充气钻井防漏及治漏现场试验3.1容东热5－1X 井基本情况
容东热5－1X 井是冀中坳陷容城凸起容东潜山
的一口地热开发井，
设计井深3000m ，本井钻进至雾迷山组发生严重漏失，
其中钻进井段984m 至1832m 未见钻井液返出，全井共计漏失钻井液72420m 3。

该
井漏失期间采用多种防漏治漏措施均无效，
其中静止堵漏8次、注水泥堵漏2次，抢钻至1802m 无法继续钻进，最后决定应用充气钻井技术解决井漏难题。

3.2充气钻井及漏层封堵施工3.2．1注气量设计
容东热5－1X 井充气钻井前应用软件对充气钻井注气参数进行了注气量设计。

设计依据：容东
热5－1X 井三开井眼直径为241．3mm ，
密度1．03g /cm 3，排量为5 20L /s 。

3.2.1.1不同排量影响关系分析。

将充气量固定
在某一固定值，
分析排量对其他参数的影响规律。

充气量固定值取30m 3
/min。

401内蒙古石油化工2019年第7期
图7注气量对环空岩屑体积百分比影响关系曲线分析图8注气量对岩屑返速影响关系曲线分析
根据软件计算结果分析，固定充气量后，随着钻井液排量从5L/s增加到20L/s，井底压力成缓慢增加趋势；立压总体增加明显，在部分区域内立压增加趋势较缓；环空岩屑浓度下降，岩屑上返速度增加，钻井液携岩能力增强。

3.2.1.2不同注气量影响关系分析。

将排量固定在某一固定值，分析注气量对其他参数的影响规律。

排量固定值取30L/s。

根据软件分析结果认为：当固定排量时，随着注气量从10m3/min增加到80m3/min，井底压力先呈下降趋势，当排量增加到某一特定值时，由于环空流动阻力增加较大，井底压力又呈上升趋势，该趋势与气液两相钻井中的静压控制区、摩阻控制区的理论相符合。

随注气量增加，井口立压呈上升趋势，部分曲线上升趋势明显，部分曲线上升趋势缓慢。

随着注气量的增加，携岩能力增强：环空岩屑体积百分比下降、岩屑上返速度增加。

3.2.1.3施工参数。

排量10 20L/s；注气排量30－60Nm3/min。

按10m3/min的排量进行试运转，建立正常循环后，在注气量不变的前提下，逐渐提高排量，平衡地层出水量。

在携岩效果不好或顶驱扭矩增加时，逐步加大注气量、排量，直携岩效果和扭矩正常。

3.2．2容东热5－1X防漏及封堵作业
容东热5－1井充气钻井实施井段为984 1680m，实际注气量30 45Nm3/min，钻井液排量10 16L/s，与设计基本相符。

由于在雾迷山组钻进时不但发生恶性漏失而且有注气量过大时地层出水严重，为了确保安全、顺利实施充气钻进作业，在地层垮塌严重井段采用稠浆划眼与充气循环携砂相配合的工艺，时刻观察返出物情况，合理控制注气量，有效控制地层出水，成功划过漏层。

在充分清洗井筒后下入套管封隔雾迷山组漏层，成功解决了容东热5－1井雾迷山组钻井液恶性漏失难题。

3.3应用效果
容东热5－1X井因严重漏失和常规堵漏无效导致钻井周期和钻井综合成本大幅度增加，采用充气钻井技术在短时间和低成本情况下解决了该井漏失难题，现场应用表明充气钻井技术配合下入套管封隔漏层技术是解决雄安新区地热井恶性漏失的有效手段之一，下一步研究在雄安新区探索采用气举反循环捞砂技术与膨胀套管封堵漏层技术配合在不减少井眼直径的情况下对恶性漏失井段实施有效封堵。

4认识与建议
①总结充气钻井技术的特点并结合容东热5－1井充气钻井现场应用，提出适合于雄安新区的充气钻井防漏治漏技术方案，下套管封堵漏层配合充气钻井技术是恶性漏失的有效途径。

②充气钻井技术能够缩短恶性漏失井的钻井周期，降低钻井综合成本，提高地热的开发利用速度。

③建议在充分利用充气钻井技术的情况下，开展恶性漏失井气举反循环捞砂与膨胀套管封堵漏层技术试验，探索更多适合雄安新区地热井恶性漏失的封堵技术。

［参考文献］
［1］杨斌贝，王军闯，李洪畅，等．陇东恶性漏失区域充气钻井及封堵技术研究与应用［J］．钻采工
艺，2017，37（6）：42 44．
［2］邓虎，李功玉，肖洲，等．基于充气钻井的川东地区防漏治漏技术研究与应用［J］．钻采工
艺，2011，34（5）：22 24．
［3］左星，李发水，李照，等．充气钻井技术在四川地区的应用［J］．天然气勘探与开发，2010，33
（3）：59 61．
［4］宋满霞，熊华军．堵漏技术在长庆油田镇北地区的应用［J］．低渗透油气田［J］．2012（1）：
129 134．
［5］王延民，孟英峰．充气控压钻井过程压力影响因素分析［J］．石油钻采工艺，2009，31（1）：31
34．
501
2019年第7期刘义彬等充气钻井在雄安地热恶性漏失井的研究应用。