鉆井過(guò)程中鉆井液防漏堵漏技術(shù)

鉆井過(guò)程中鉆井液防漏堵漏技術(shù)集團(tuán)文件發(fā)布號(hào)：(9816-UATWW-MWUB-WUNN-防漏堵漏技術(shù)井漏是鉆井過(guò)程中常見(jiàn)的復(fù)雜情況，損失較大。在鉆井實(shí)踐中，雖然對(duì)井漏的原因與預(yù)防己積累了一些成功的經(jīng)驗(yàn)，有些方法雖然有效，但如果選用不當(dāng)，掌握不好，不能對(duì)癥下藥，同樣收不到好的效果。本文從井漏產(chǎn)生的原因、預(yù)防及發(fā)生井漏的處理措施進(jìn)行初步探討。一、井漏的原因井漏主要是由于鉆井液液柱壓力大于地層孔隙壓力或破裂壓力造成的。其主要原因有：1.地層因素：天然裂縫、溶洞、高滲透低壓地層；2.鉆井工藝措施不當(dāng)引起的漏失：鉆井工藝措施不當(dāng)發(fā)生的漏失，主要發(fā)生在上部地層環(huán)空堵塞，造成環(huán)空憋壓引起漏失；開(kāi)泵過(guò)猛、下鉆速度過(guò)快、加重過(guò)猛造成井漏；3.井身結(jié)構(gòu)不合理，中間套管下深不夠?；虿幌轮虚g套管致使高低壓地層處于同一裸眼井段，造成井漏。二、井漏的預(yù)防在鉆井過(guò)程中對(duì)付井漏應(yīng)堅(jiān)持預(yù)防為主的原則，主要包括合理的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、降低井筒內(nèi)鉆井液激動(dòng)壓力、提高地層承壓能力。從鉆井液技術(shù)上采取的措施：1、選用合理的鉆井液密度與類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)近平衡鉆井(1)對(duì)于孔隙壓力較低的井，首先考慮選用低固相聚合物鉆井液、水包油鉆井液、油包水鉆井液、充氣鉆井液、泡沫鉆井液或空氣鉆井。在選擇鉆井液類(lèi)型時(shí)，除了考慮鉆井液密度能滿足所鉆井段防止井漏的最小安全密度外，還要考慮其流變性。對(duì)于壓力低、大井眼井段，應(yīng)適當(dāng)提高鉆井液的粘切；而對(duì)于深井壓力較高的小井眼井段，應(yīng)降低鉆井液的粘切。(2)當(dāng)井身結(jié)構(gòu)確定后，為防止井漏的發(fā)生，應(yīng)使鉆井液液柱壓力低于裸眼井段地層的破裂壓力或漏失壓力，而且能平衡地層2、降低鉆井液環(huán)空壓耗和激動(dòng)壓力鉆井過(guò)程中鉆井液可采取以下措施來(lái)降低環(huán)空壓耗。(1)在保證攜帶鉆屑的前提下，盡可能降低鉆井液粘度。(2)降低鉆井液中的無(wú)用固相含量和含砂量。(3)降低鉆井液濾失量，提高泥餅質(zhì)量，防止因井壁泥餅較(4)鉆井液加重時(shí)，應(yīng)控制加重速度，并且加量均勻。要求每循環(huán)周鉆井液密度提高幅度不超過(guò)0.02g/cm3。3、提高地層承壓能力地層的漏失主要取決于地層的特性，通過(guò)人為的方法提高地層的承壓能力，封堵漏失孔道，從而達(dá)到防漏的目的。通常采用以下三種方法來(lái)提高地層承壓能力。(1)調(diào)整鉆井液性能：對(duì)于輕微滲透性漏失，進(jìn)入漏層前，適當(dāng)提高鉆井液粘度、切力防漏可收到一定的效果。(2)在鉆井液中加入堵漏材料隨鉆堵漏：對(duì)于孔隙型或孔隙—裂縫性漏失，進(jìn)入漏層前，在鉆井液中加入堵漏材料，在壓差作用下，堵漏劑進(jìn)入漏失通道，提高地層的承壓能力，達(dá)到防漏的目的。根據(jù)漏失性質(zhì)、漏層孔吼直徑、裂縫開(kāi)口尺寸選用堵漏劑的種類(lèi)和加量。(3)先期堵漏當(dāng)井身結(jié)構(gòu)無(wú)法改變，而下部地層孔隙壓力超過(guò)上部地層破裂壓力時(shí)，進(jìn)入高壓層前，必須按下部高壓層的孔隙壓力確定的鉆井液密度，這樣導(dǎo)致上部地層漏失，為了防止上部地層漏失而引起的井涌、井噴等復(fù)雜情況發(fā)生，在進(jìn)人高壓層之前，應(yīng)進(jìn)行先期堵漏，提高上部地層承壓能力。先期堵漏程序:1)鉆進(jìn)下部高壓層前試壓，求出上部漏失層破裂壓力。2)若地層破裂壓力低于鉆進(jìn)下部高壓層的當(dāng)量循環(huán)密度，必須進(jìn)行堵漏，堵漏方法及材料應(yīng)根據(jù)地層特性加以選擇。堵漏鉆井液注入井中后，井口加壓將堵漏漿擠入地層中。靜止48h，然后下鉆分段循環(huán)到井底。3)起鉆至漏層以上安全位置或套管內(nèi)，采用井口加壓的方式試漏，檢查堵漏效果，當(dāng)試漏鉆井液當(dāng)量密度大于下部地層鉆井液用密度時(shí)，方可加重鉆開(kāi)下部高壓層。三、井漏的處理井漏是鉆井、完井過(guò)程中常見(jiàn)的井下復(fù)雜情況之一，為了堵住漏層，必須利用各種堵漏材料，在距井筒很近范圍的漏失通道里建立一道堵塞隔墻，用以隔斷漏液的流道。1、處理井漏的規(guī)程:(1)分析井漏發(fā)生的原因，確定漏層位置、類(lèi)型及漏失嚴(yán)重程度。(2)在鉆井中發(fā)生井漏，如果條件許可，應(yīng)盡可能強(qiáng)鉆一層完全鉆穿，以免重復(fù)處理同樣的問(wèn)題。(3)堵漏漿的配制必須按要求保質(zhì)保量。(4)施工時(shí)如果能起鉆，應(yīng)盡可能采用光鉆桿，下至漏層頂(5)使用正確的堵劑注入方法，確保堵劑進(jìn)入漏層近井筒處。(6)施工過(guò)程中要不停地活動(dòng)鉆具，避免卡鉆。(7)凡采用橋堵劑堵漏，要卸掉循環(huán)管線及泵中的濾清器、篩(8)憋壓試漏時(shí)要緩慢進(jìn)行，壓力一般不能過(guò)大，避免造成新的誘導(dǎo)(9)施工完成后，各種資料必須收集整理齊全、準(zhǔn)確。2、處理井漏常用方法(1)調(diào)整鉆井液性能與鉆井措施調(diào)整鉆井液性能與鉆井措施包括改變鉆井液密度、粘度、切力、泵排量等。其主要作用是降低井筒液柱壓力、激動(dòng)壓力和環(huán)空壓耗，改變鉆井液在漏失通道中的流動(dòng)阻力，減少地層產(chǎn)生誘導(dǎo)裂縫的可能性。通常采取以下措施:①降低鉆井液密度降低鉆井液密度是減少靜液柱壓力的唯一手段。采用降低鉆井液密度來(lái)制止井漏時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題:1)研究分析裸眼井段各組地層孔隙壓力、破裂壓力、坍塌壓力、漏失壓力，確定防噴、防塌、防漏的安全最低鉆井液密度。2)依據(jù)裸眼井段各組地層結(jié)構(gòu)，確定降低鉆井液密度的技術(shù)措施。如裸眼井段不存在塌層，可采用離心機(jī)清除鉆井液固相來(lái)降低鉆井液密度，同時(shí)補(bǔ)充增粘劑、水、低濃度處理劑或輕鉆井液，保證既降低鉆井液密度又保持鉆井液原有性能。3)降低鉆井液密度時(shí)應(yīng)降低泵排量，循環(huán)觀察，不漏后再逐漸提高泵排量至正常值，如仍不漏即可恢復(fù)正常鉆進(jìn)。當(dāng)鉆進(jìn)淺層膠結(jié)差的砂層、礫石層或中深井段滲透性好的砂巖層發(fā)生井漏時(shí)，可通過(guò)向鉆井液中加土粉或增粘劑來(lái)提高鉆井液粘度、切力，增大鉆井液進(jìn)入漏層的流動(dòng)阻力來(lái)制止井漏。亦可在地面配制高膨潤(rùn)土含量的稠漿，擠入漏層堵漏。深井鉆井過(guò)程中發(fā)生井漏，在保證井壁穩(wěn)定和攜帶與懸浮巖屑的前題下，通過(guò)降低鉆井液粘度、切力來(lái)減低環(huán)空壓耗和下鉆激動(dòng)壓力來(lái)制止井漏。④改變鉆井工程技術(shù)措施不合理的鉆井工程技術(shù)措施往往會(huì)誘發(fā)井漏。對(duì)于這種類(lèi)型的漏失，可在分析漏失原因的前提下，通過(guò)改變鉆井工程技術(shù)措(2)靜止堵漏靜止堵漏是在發(fā)生完全或部分漏失的情況下，將鉆具起出漏失井段或起至技術(shù)套管內(nèi)或?qū)@具全部起出靜止一段時(shí)間(一般8-24h)，漏失現(xiàn)象即可消除。①靜止堵漏的機(jī)理鉆井過(guò)程中因操作不當(dāng)(如開(kāi)泵過(guò)猛、下鉆速度過(guò)快等)造成壓力激動(dòng)，使作用在地層的壓力超過(guò)破裂壓力，形成誘導(dǎo)裂縫而產(chǎn)生漏失。起鉆靜止一段時(shí)間后，一方面消除了激動(dòng)壓力，裂縫往往會(huì)閉合，自然緩解井漏，地層又可以承受壓裂前可以承受的壓力;另一方面，漏進(jìn)裂縫的泥漿，因其有觸變性，隨著靜切力增②靜止堵漏施工要點(diǎn)1)發(fā)生井漏時(shí)應(yīng)立即停止鉆進(jìn)和鉆井液循環(huán)，把鉆具起至安全位置后靜置一段時(shí)間。靜止時(shí)間要合適，太短容易失敗，太長(zhǎng)又容易發(fā)生井下復(fù)雜情況。一般靜置候堵為8-24h為宜。2)把鉆具起至漏層以上，必須定時(shí)向井內(nèi)灌注鉆井液，保持液面在套管內(nèi)，防止裸眼井段地層坍塌。3)在發(fā)生部分漏失的情況下，循環(huán)堵漏無(wú)效時(shí)，最好在起鉆前替入堵漏鉆井液覆蓋于漏失井段，然后起鉆，增強(qiáng)靜止堵漏效4)再次下鉆時(shí)，控制下鉆速度，盡量避開(kāi)在漏失井段開(kāi)泵循環(huán)。如必須在此井段開(kāi)泵循環(huán)，應(yīng)采用小泵量低泵壓開(kāi)泵循環(huán)觀察，不發(fā)生漏失后再逐漸提高泵量，恢復(fù)鉆進(jìn)。5)恢復(fù)鉆進(jìn)后，鉆井液密度和粘切不宜立即作大幅度調(diào)整，要逐步進(jìn)行，控制加重速度，防止再次發(fā)生漏失。(3)橋接材料堵漏法橋接堵漏由于經(jīng)濟(jì)價(jià)廉，使用方便，施工安全，目前現(xiàn)場(chǎng)己果;使用此方法可以對(duì)付由孔隙和裂縫造成的部分漏失和失返漏橋接堵漏是利用不同形狀、尺寸的惰性材料，以不同的配方混合于鉆井液中直接注入漏層的一種堵漏方法。采用橋接堵漏時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的漏層性質(zhì)，選擇堵漏材料的級(jí)配和濃度，否則在漏失通道中形不成“橋架”，或是在井壁處“封門(mén)”，使堵漏失在施工前要較準(zhǔn)確地確定漏層位置，鉆具一般應(yīng)在漏層的頂部，個(gè)別情況可不在漏層中部；嚴(yán)禁下過(guò)漏層施工，以防卡鉆。施工時(shí)要嚴(yán)格按照施工步驟進(jìn)行。特別要提出的是如果由于漏失段長(zhǎng)且位置不清楚發(fā)生的井漏，采用配制大量橋堵漿，覆蓋整個(gè)裸眼井筒的堵漏方法，經(jīng)?？扇〉贸晒?。另外要注意的是采用這種方法時(shí)應(yīng)盡量下光鉆桿，如帶鉆頭要去悼噴嘴，不然選擇的橋接材料尺寸必須首先滿足噴嘴尺寸，以避免堵塞鉆頭。堵漏成功后立即篩除在井漿中的橋接材料。①橋堵材料的選擇和濃度橋漿濃度具體選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮漏速、漏層壓力、液面深度和漏層段長(zhǎng)、漏層形狀等因素，一般范圍是5%-20%，對(duì)漏速大、裂縫大或孔隙大的井漏，應(yīng)用大粒度、長(zhǎng)纖維、大片狀的橋接劑配成高濃度漿液。反之，則用中小粒度、短纖維、小片狀的橋接劑配成低濃度漿液。②橋接劑可分三類(lèi)：硬質(zhì)果殼(核桃殼等)、薄片狀材料(云母、碎塑料片等)、纖維狀材料(鋸末、甘蔗渣、棉籽殼等)。橋接劑級(jí)配比例的合理選擇對(duì)于提高堵漏成功率至關(guān)重要，通常搭配比例是粒狀:片狀:纖維狀為6:3:2，具體搭配比例由現(xiàn)場(chǎng)來(lái)確定。③基漿基漿通常用井漿，有時(shí)用含膨潤(rùn)土8%左右的新漿，基漿粘度和切力要適當(dāng)，不能太低不能過(guò)高，以防橋接劑漂浮和下沉，避免橋漿喪失可泵性。④堵漏工藝應(yīng)用橋接堵漏材料的堵漏工藝包括擠壓法和循環(huán)法兩種方法。施工人員對(duì)堵漏工藝掌的好壞，是決定堵漏施工能否成功的關(guān)鍵。盡可能找準(zhǔn)漏層；根據(jù)井漏情況和漏層性質(zhì)綜合分析，確定橋漿濃度、級(jí)配和配漿數(shù)量，橋漿密度應(yīng)接近于鉆進(jìn)的井漿密度；配堵漏基漿:在地面配漿罐連續(xù)攢拌條件下，最好通過(guò)加重漏斗以纖維狀+顆粒狀片狀順序配夠要求的橋漿，應(yīng)注意防漂浮、沉淀及不可泵性。配制量應(yīng)以漏速大小、漏失通道形狀和段長(zhǎng)以及井眼尺寸等綜合確定，通常范圍是20-5Om3/次；確定漏失層段，將光鉆桿或帶大水眼鉆頭的鉆具下至漏層頂部10-300m位置，立即泵入已配好的橋漿至漏失層段，在井下條件允許時(shí)最好關(guān)井?dāng)D壓，控制環(huán)空壓力在0.5-5MPa，但不能超過(guò)井口和其它層的承壓強(qiáng)度。此法適合于漏速小，井筒易滿，不易壓差卡鉆的井。井漏嚴(yán)重、井筒不易滿且易壓差卡鉆的井，應(yīng)起鉆至安全井段，關(guān)井?dāng)D壓施工時(shí)，應(yīng)盡可能定時(shí)活動(dòng)鉆具，防止卡鉆。2)循環(huán)法堵漏工藝此方法適用于漏層剛鉆開(kāi)、還未完全暴露的井段、滲透性或小裂縫多漏失井段、漏失位置不清楚井段、井口無(wú)加壓裝置的漏失井。工藝措施為：往鉆井液中加入一定匹配的橋堵劑3%-8%；隨鉆堵漏時(shí)采用大水眼；不停地活動(dòng)鉆具，防止卡鉆；停止使用固控設(shè)備，防止除去堵漏劑。(4)柴油膨潤(rùn)土漿堵漏法①柴油膨潤(rùn)土漿堵漏法柴油膨潤(rùn)土漿是由柴油、膨潤(rùn)土、純堿、石灰等按一定比例混配而成的，當(dāng)混合物被泵入漏層與水接觸后，懸浮的膨潤(rùn)土顆粒開(kāi)始水化，并從油中分離出來(lái)，結(jié)成一團(tuán)堅(jiān)韌的油泥塊，從而②柴油膨潤(rùn)土漿-屏蔽暫堵劑堵漏法當(dāng)鉆至低壓高孔滲砂巖水層發(fā)生井漏時(shí)，采用柴油膨潤(rùn)土漿或橋接堵漏均能取得較好效果。但采用上述方法堵漏所能提高的地層承壓能力不能滿足固井施工的需要，導(dǎo)致固井施工時(shí)再次發(fā)生漏失。為了提高此類(lèi)漏失地層承壓能力，可采用柴油膨潤(rùn)土漿+屏蔽暫堵劑復(fù)合堵漏法。此方法的原理是根據(jù)與地層孔喉架直徑相匹配的固相顆粒在地層孔喉架橋屏蔽堵漏原理，在近井筒內(nèi)形成致密的內(nèi)泥餅，降低其滲透率，從而提高地層承壓能力，柴油膨潤(rùn)土泥漿在井壁內(nèi)形成軟塞堵水層。因而在柴油膨潤(rùn)土泥漿中加入屏蔽暫堵劑，可有效地堵住低壓高孔滲砂巖水層，有效到提(5)水泥堵漏水泥堵漏主要以水泥漿及各種水泥混合稠漿為基礎(chǔ)，這種堵漏法一般用于較為嚴(yán)重的井漏。水泥漿堵漏一般要求漏層位置比較清楚，主要用以處理自然橫向裂縫、破碎石灰?guī)r及礫石層的漏失。目前，采用此方法的成功率較低，其主要原因是在施工設(shè)計(jì)中計(jì)算不準(zhǔn)確和施工工藝出現(xiàn)差錯(cuò)所致。水泥漿堵漏必須搞清楚漏層位置和漏層壓力，使用“平衡”法原理進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算方可保證施工質(zhì)量和安全。一般要求采用此方法時(shí)，需要在井筒中形成一段水泥塞，水泥塞的體積約等于水鉆井液總體積的1/3左右。這是為了避免有限量的水泥漿被頂?shù)眠^(guò)遠(yuǎn)而不能完全封住漏層喉道，造成堵漏失敗。采用此方法要避免鉆井液混入水泥漿，以免使形成的封堵隔墻質(zhì)量較差。故施工時(shí)可以在注入水泥漿之前先注入一段隔離液。在施工時(shí)除注意和地層壓力平衡以外，還要注意鉆具內(nèi)外的水泥漿液面平衡，這樣可以避免起鉆時(shí)水泥漿遭到污染。水泥堵漏的方法通常分為一般水泥堵漏、速凝水泥堵漏、膠質(zhì)水泥堵漏和柴油-膨潤(rùn)土-水泥堵漏?，F(xiàn)場(chǎng)施工中多數(shù)采用前打水泥塞是水泥漿堵漏的一個(gè)重要步驟，水泥塞形成的好壞，直接關(guān)系到堵漏施工的成敗。在裸眼中打水泥塞時(shí)，必須特別注意水泥塞周?chē)貙拥男再|(zhì)，堅(jiān)持做好以下幾個(gè)方面的工作:確定漏層位置和漏層性質(zhì)，施工前應(yīng)對(duì)井漏情況有較全面的了解；根據(jù)井漏情況仔細(xì)計(jì)算水泥、水、添加劑量和鉆井液頂替量，必須注意的是水泥的用量要多于實(shí)際需要量；注入水泥前，應(yīng)盡可能打前置液，防止水泥污染。(6)強(qiáng)行鉆進(jìn)套管封隔漏層有些淺部地層結(jié)構(gòu)疏松，存在長(zhǎng)段天然水平裂縫或溶洞，造成鉆進(jìn)時(shí)鉆井液有進(jìn)無(wú)出，采用以上堵漏方法一般沒(méi)有明顯效果。因此在條件允許的情況下，采用強(qiáng)行鉆進(jìn)完全通過(guò)漏層以后，再下套管會(huì)收到顯著成效。強(qiáng)行鉆進(jìn)包括清水強(qiáng)鉆和輕鉆井液強(qiáng)鉆兩種方式。采用清水強(qiáng)鉆必須具備四個(gè)前提條件:一是井眼穩(wěn)定，能經(jīng)受住清水長(zhǎng)時(shí)間的浸泡而不垮塌；二是已鉆和待鉆井段無(wú)油氣水進(jìn)入井內(nèi)；三是鉆頭所破碎的巖屑能帶入漏層；四是準(zhǔn)備足量的稠鉆井液，每次起鉆前注