汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-2孔防漏固井技术研究与应用

李前贵，李旭东，贾 军，张培丰，李早元

（1.中国地质科学院探矿工艺研究所，四川成都611734;2.江苏省地矿局第六地质大队，江苏 连云港222023;3.北京探矿工程研究所，北京100083;4.西南石油大学，四川 成都 610500）

汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-2孔防漏固井技术研究与应用

李前贵1，李旭东2，贾 军3，张培丰3，李早元4

（1.中国地质科学院探矿工艺研究所，四川成都611734;2.江苏省地矿局第六地质大队，江苏 连云港222023;3.北京探矿工程研究所，北京100083;4.西南石油大学，四川 成都 610500）

汶川地震断裂带科学钻探项目二号孔（WFSD-2）钻探施工过程中，地层破碎，坍塌、掉块严重，钻进过程中发生多次井漏。为防止固井过程中发生漏失影响固井质量，采用低密度防漏水泥浆常规单级固井工艺。经过多次水泥浆性能试验，调配出了既具有良好流动性、又具有触变性的低密度纤维防漏水泥浆配方。该低密度纤维防漏水泥浆体系在WFSD-2孔168.3 mm套管固井中施工顺利，应用效果良好。

汶川地震;地震断裂带;科学钻探;低密度水泥浆;防漏;固井

1 WFSD-2孔概况

1.1 基本情况

WFSD-2孔位于四川省都江堰市虹口乡八角庙六组境内，钻孔位置海拔高度约1150 m，工作区处于四川龙门山中央断裂带，WFSD-2孔孔口距断裂带地表露头约650 m，距WFSD-1孔约300 m。钻遇地层为碳质页岩、砂岩、破碎松散的蚀变花岗岩等，具有破碎、裂隙发育、地应力高、缩径等特点。其中638.01～1212 m为三叠系沉积岩，岩性以碳质泥岩、页岩和砂岩为主，较破碎;1212～1369.80 m以蚀变花岗岩为主，夹少量的闪长岩，较破碎。

1.2 钻进复杂情况

扩孔钻进至孔深844.38 m，扭矩突然增大，卡钻，上下活动钻具，最大拉力达720 kN解卡（随钻震击器震击），憋漏（4 MPa）泥浆约 10 m3。孔深915.14 m，因下钻过快、钻压过大导致卡钻，上下活动钻具，最大拉力达1200 kN解卡，憋漏泥浆约7 m3。扩孔钻进至孔深1004 m卡钻，上下活动钻具，最大拉力达690 kN解卡，漏失泥浆约2 m3。全面钻进钻至1250 m，起钻过程中，憋压12 MPa左右，漏失钻井液2 m3，钻井液密度1.29 g/cm3;通孔下钻至899 m左右憋压12.2 MPa，漏失钻井液11 m3。

为确保该孔下部安全钻进，在钻至井深1369.80 m时决定下入168.3 mm套管。考虑到钻进施工过程中频繁漏失的情况，为保证固井成功，决定采用低密度防漏水泥浆常规单级固井工艺。水泥浆采用漂珠微硅低密度防漏水泥浆，设计密度1.40 g/cm3，封固0～1350 m。

2 固井难点及主要技术措施

2.1 固井难点

（1）憋压易孔漏，下套管、循环、注水泥浆、顶替中必须考虑防止孔漏;

（2）地层复杂，孔壁坍塌掉块严重，裸眼段较长;

（3）起下钻遇阻遇卡严重，下套管有遇阻遇卡的风险。

2.2 固井主要技术措施

（1）通孔，要求孔眼畅通，无垮塌、无沉砂;

（2）在套管串中使用刚性扶正器4只，提高套管的居中度;

（3）优选低密度防漏水泥浆配方;

（4）优化地面施工工艺，严格控制水泥浆密度和施工排量。

3 防漏低密度水泥浆固井技术

3.1 水泥浆性能要求

根据孔下条件和地层承压能力，决定采用降低水泥浆密度来防止孔漏的方案。完钻时钻井液密度为1.35 g/cm3，考虑地层破碎，裂缝发育，为防止固井过程中发生漏失影响固井质量，设计水泥浆密度为1.40 g/cm3。在固井施工中，对稠化时间的要求非常严格，它是固井作业顺利进行和安全结束的时间保证。一般要求稠化时间在确保施工顺利的前提下尽可能地要短，以便缩短候凝时间，减少水泥浆析水。结合该孔的注水泥固井方式，依据固井设计要求，稠化时间为120～200 min。

水泥浆的过大失水能够改变水泥浆的流变特性，缩短稠化时间，促使其过早凝固，造成环空桥堵，因此要求设计水泥浆API失水量＜50 mL/30 min。

为防止固井及候凝过程发生孔下漏失，水泥浆体系采用“漂珠+超细水泥”低密度水泥浆体系，同时加入适量堵漏纤维，增强体系的防漏堵漏性能。

3.2 水泥浆配方研究

外加剂、外掺料种类及掺量是影响水泥浆物理性能的主要因素。根据紧密堆积理论，采用有效调配水泥、漂珠、超细水泥等不同粒度的颗粒级配，可形成低密度水泥浆体系。通过试验，研究和调整水泥配方中各组分水化特性和比例，可以获得满足施工要求的水泥浆配比。结合WFSD-2孔实际情况，通过室内对低密度水泥浆外掺料的种类和加量进行了系列试验，并对水泥浆早强剂、降失水剂、分散剂等外加剂加量进行了优选，经过多次水泥浆性能试验，调配出既具有良好流动性、又具有触变性的水泥浆配方:夹江G级纯水泥∶漂珠∶微硅∶超细水泥=65∶25∶5∶5;添加剂:1%降滤失剂（LT-2）+1%减阻剂（SXY-2）+2%增强剂（SW-2）+0.2%堵漏剂（DL500）+0.02%消泡剂XP-1（水固比0.53）。

该水泥浆密度为1.40 g/cm3，水泥浆流动度21 cm，滤失量46 mL/30 min，稠化时间161 min/70 BC（实验条件:35℃、20 MPa、30 min）;抗压强度9.1 MPa（24 h、35 ℃），3.8 MPa（48 h、常温）。该配方水泥浆体系稳定，性能符合要求。

4 WFSD-2防漏固井技术应用

根据电测井径、封固段长度及水泥附加量并考虑到可能会有少部分漏失，计算需水泥量25 t。下完168.3 mm套管固井前钻井液性能为:钻井液密度 1.35 g/cm3，粘度35 Pa·s，滤失量5 mL/30 min，滤饼0.5 mm，含砂量0.2%，pH值9。

根据室内试验结果及现场具体情况，确定使用上述配方进行现场施工。固井现场施工过程如下:

（1）通孔;

（2）上下活动套管，用BW280型泵循环泥浆;

（3）连接管汇，注前置液2 m3;

（4）注水泥浆28 m3，注水泥浆过程中，孔口返出泥浆量少，漏失泥浆约15 m3;

（5）开挡销，释放胶塞，注后置液1 m3;

（6）BW280型泵注入钻井液18 m3顶替水泥浆，最高泵压6 MPa，水泥浆返出孔口;

（7）替浆结束，缓慢打开水泥头上阀门，套管内无外溢，将套管坐放到位，拆管汇候凝。

水泥面预计返至地面，实际返至地面。水泥塞预计井深1280 m，实测井深811 m。

5 结论

（1）经过多次水泥浆性能试验，调配出既具有良好流动性、又具有触变性的水泥浆配方:夹江G级纯水泥∶漂珠∶微硅∶超细水泥=65∶25∶5∶5;添加剂:1%降滤失剂（LT-2）+1%减阻剂（SXY-2）+2%增强剂（SW-2）+0.2%堵漏剂（DL500）+0.02%消泡剂XP-1（水固比0.53）。

（2）纤维防漏堵漏材料与漂珠、超细水泥组成的低密度水泥浆体系，能够满足WFSD-2孔复杂地层易漏孔固井的要求;在漂珠低密度水泥浆体系中加入早强剂可以显著提高水泥浆的早期强度;良好的触变性能有效防止水泥浆的漏失。

［1］ 许志琴，李海兵，吴忠良.汶川地震和科学钻探［J］.地质学报，2008，82（12）.

［2］ 张伟，贾军，胡时友.汶川地震科学钻探项目的概况和钻探技术［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2009，36（S1）.

［3］ 胡时友，宋军，张伟，等.汶川地震断裂带科学钻探（WFSD）项目钻探和测井课题的组织实施与管理［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2009，36（12）.

［4］ 樊腊生，贾军，吴金生，等.汶川地震断裂带科学钻探一号孔（WFSD-1）钻探施工概况［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2009，36（12）.

［5］ 李之军，陈礼仪，贾军，等.汶川地震断裂带科学钻探一号孔（WFSD-1）断层泥孔段泥浆体系的研究与应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2009，36（12）.

［6］ 贾军，樊腊生，胡时友，等.汶川地震断裂带科学钻探一号孔（WFSD-1）小间隙固井工艺的研究与实践［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2009，36（12）.

［7］ 张培丰.龙门山地震断裂带地应力分布及其对井壁稳定的影响——以 WFSD-2井为例［J］.地质与勘探，2012，48（2）.

［8］ 姚晓，周保中，赵元才，等.国内油气田漏失性地层固井防漏技术研究［J］.天然气工业，2005，25（6）.

Anti-leakage Cementing Technology with Low Density Slurry in WFSD-2 of Wenchuan Earthquake Fault Scien-tific Drilling Project

LI Qian-gui1，LI Xu-dong2，JIA Jun3，ZHANG Pei-feng3，LI Zao-yuan4（1.The Institute of Exploration Technology，CAGS，Chengdu Sichuan 611734，China;2.No.6 Geological Brigade，Jiangsu Geology ＆ Mineral Exploration Bureau，Lianyungang Jiangsu 222023，China;3.Beijing Institute of Exploration Engineering，Beijing 100083，China;4.Southwest Petroleum University，Chengdu Sichuan 610500，China）

Due to the broken stratum，wall collapsing，landslide accidents and lost circulation happened frequently in the drilling of the second hole of Wenchuan earthquake fault scientific drilling project（WFSD-2）.For preventing lost circulation during cementing，anti-leakage cementing technology with low density slurry was selected.Through multiple performance experiment of slurry，the formulation of low density slurry for anti-leak was optimized.This formulation was successfully adopted to cement the168.3 casing in WFSD-2.

Wenchuan earthquake;earthquake fault;scientific drilling;low-density slurry;anti-leakage;cementation

P634.8;TE256+.1

A

1672-7428（2012）09-0039-02

2012-08-08

科技部科技支撑计划专项“汶川地震断裂带科学钻探（WFSD）”项目之“科学钻探与科学测井”课题

李前贵（1979-），男（土家族），湖南桑植人，中国地质科学院探矿工艺研究所，石油工程专业，博士，从事钻探工程工作，四川省成都市郫县成都现代工业港（北区）港华路139号，liqiangui@163.com。