钻井工程中井漏预防及堵漏技术分析与探讨.pdf

- 80 - 安全密封 石油和化工设备 2016年第19卷 钻井工程中井漏预防及堵漏技术分析与探讨 李长伟 （中国石化集团国际石油工程有限公司， 北京 100020） 摘 要 文章概述了近年来钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术的研究进展，分析了井漏的预防，探讨了堵漏技术的应用。当 前物理堵漏剂适用于严重井漏的并不多，一般只用作钻井液体系的堵漏添加剂，而自适应防漏堵漏剂克服了传统堵漏技术 的缺陷，具有广阔的发展空间。 关键词 钻井工程；井漏；堵漏材料及方法；技术探讨 作者简介：李长伟（1983），男，山东高密人，硕士研究生， 钻井工程师，从事国际井筒工程项目管理工作。 表1 井漏类型分类 井漏是钻井中较为常见的一种施工安全隐 患和技术难题。井漏发生后，钻井液、完井液、 泥浆等工作液会漏失到地层中。由于地质条件、 钻井液及钻井工程设计等等原因，井漏是无法完 全避免的。井漏不仅延误钻井时间、延长钻井周 期，还会损失钻井液，引起卡钻、井喷、井塌等 事故，严重时会导致井眼报废。为保证钻井工程 的安全施工，必须积极实施有效的防漏堵漏技术 措施。 漏失级别12345 漏速（m3/h）5510105050全部失返 程度描述微漏小漏中漏大漏严重漏失 目前国内井漏堵漏理论研究相对滞后，关 于井漏漏失机理、堵漏机理等方面的研究很少； 对漏层判断较为困难，导致堵漏存在一定的盲目 性；堵漏一次成功率低，存在重复性堵漏，堵漏 施工工艺不完善等问题。 1 井漏的预防分析 一般而言，井漏应采取预防为主的措施。井 漏的预防措施主要有预测漏层位置、设计合理的 井身结构、降低井筒钻井液动压力以及提高地层 承压压力等方面。 1.1 预测漏层位置 1.1.1 井温测量法 钻井液在井内受到地层温度影响后会出现一 定的温度梯度，如遇井漏，就会出现具有一定温 度的钻井液进入漏层，与下部钻井液形成一定的 温差。可以根据温度差异的大小大致判断井漏发 生的位置（如图1所示）。在测井中，温度测井仪 器可以保证井温测量误差0.5，热惯性3 s。 为了使测量更加方便，可以在井温测量仪探头中 使用电阻桥臂，使得探头放入任何不变温度时， 各臂电阻值都相等，即电桥两点之间电位差UMN =0。 当井温探头从温度为T1的环境移动到温度为T2 的环境中，就会产生电位差UMN，UMN取值可 按下式计算： 式中：Rc -不变温度T0时的桥臂电阻； - 制造桥臂电阻丝随温度变化的系数（如铜为 =4.510-2/1） 井温探头所测的温度差T=T2-T1越大， UMN线性增大越大，电位差的正负取决于井中探 头所放入的介质是较热还是较冷，显然T2T1时， UMN取值为正，T2T1时UMN取值为负。 - 81 - 第4期 图1 井温法确定井漏位置示意图 1.1.2 逐步逼近法计算漏层位置 在钻井过程中，钻头通常连接着不同尺寸的 钻杆，且实际漏层可能出现在任一处地层，因此 必须采用逐步逼近法计算漏层位置。采用逐步逼 近法计算漏层位置流程如图2所示。 图2 漏层位置计算流程图 随着井漏漏失量的逐渐增大，当大于泵排量 时，钻井液动液面会低于井口位置，之后随着动 液面降低，流失量不断减小，随后会处于一稳定 位置且大致等于泵排量。在一定的压强作用下， 漏层位置会随着钻井液动液面的加深而加深，在 实际操作过程中，井漏失返的同时会出现泵压为 零，此时可以计算出漏层位置的极限井深。 1.2 设计合理的井身结构 套管层次、下入深度、井眼尺寸、钻头尺 寸、套管尺寸等共同构成了井身结构，在复杂的 钻井环境地层中，井身结构是否合理直接决定了 井漏发生的概率。为了最大限度地防止井漏发 生，必须合理设计套管层次、下入深度，避免可 引起井喷的钻井液液柱压力的出现，果断地将低 破裂压力地层与高破裂压力地层进行隔离。 1.3 降低井筒钻井液动压力 为了降低井漏发生的概率，必须降低钻井液 动压力。常采用以下方法： (1)选用密度合理的泥浆，保持钻井压力近平 衡 发生井漏时，钻井液会以较小的流动阻力进 入地层，通过选用密度合理的泥浆，同时严格控 制钻井液密度、性能和泵量，使其产生接近地层 压力的动压力，实现近平衡压力钻井。 (2)降低钻井液环空压耗 通过降低泵量和泥浆塑性，选择有助于增大 环空间隙的钻具结构，通过减少钻井液中无用固 相含量的方式改善钻井液净化条 件等降低其环空压耗，以降低井 漏发生的可能。 (3)降低激动压力 开始钻进时开泵要慢，起下 钻具时要控制下钻速度。因在钻 井过程中环空间隙太小，当产生 较大的井内循环液动压力时，会 引起井壁破碎或断裂引发井漏。 具体控制措施包括：控制下钻、 下套管的速度；开泵时采用较小 泵量，待正常运转后，再逐渐增 大泵量；始终保持钻井液性能稳 定，避免其性能变动而引起动压 力的变化。 2 堵漏技术 2.1 物理堵漏 常用的堵漏剂类型有热凝橡胶堵漏剂（以废 旧汽车轮胎或电瓶壳为原料的热凝橡胶颗粒）、 膨胀团粒桥堵漏剂（采用含黏土、页岩或片石等 矿物经压碎后放入密闭加热炉中煅烧再进行筛分 李长伟 钻井工程中井漏预防及堵漏技术分析与探讨 - 82 - 安全密封 石油和化工设备 2016年第19卷 制成的多孔团粒材料）、剪切稠化液堵漏剂（靠 水眼剪切作用使之稠化而用于漏层封堵的混合 物堵剂）、封包石灰堵漏剂（采用喷涂、冷凝、 溶涂等方式将石灰加工成封包石灰微粒进行堵 漏）、吸油固体材料堵漏剂、各类聚合物堵漏 剂、堵漏堵水两用堵漏剂等。以上物理堵漏剂适 用于严重井漏的并不多，一般只用作钻井液体系 的堵漏添加剂。 2.2 化学堵漏自适应防漏堵漏剂 化学堵漏剂进入漏失通道后，可以与地层温 度、压力、组分等因素之间发生化学反应，首先 在漏失管道中发生滞流反应，而后发生稠化、交 结等反应，达到封漏堵漏的作用。 为了拓宽封堵范围、增强封堵效果，自适应 防漏堵漏剂必须采用新型封堵机理，在材料选择 方面必须摆脱传统的充填理论，选择弹性较大、 胶束聚合物及加固填充料等作为自适应防漏堵漏 材料。 在防漏堵漏过程中，弹性材料中尺寸较大的 颗粒对孔隙或裂缝先进行封堵，胶束聚合物在封 堵基础上形成新的封堵层，再采用加固剂进一步 填充仍存在的微孔隙，通过上述三个过程的协同 作用完成钻井管道的防漏堵漏，而且封堵井漏之 后会形成有效的封堵层，钻井液不再继续侵入。 总之，上述自适应防漏堵漏剂具有很强的自适应 性能，可以适应各种形状与尺寸的井漏裂缝，弥 补了传统的堵漏剂的缺陷。 自适应防漏堵漏技术中所采用的吸水树脂的 吸水倍率可用公式表示为： 式中：Qm 吸水能力；Ve/V0 交联密度； (0.5-X1)/V1 对水的亲和力；S 外部溶液的电解 质的离子强度；i/u 吸水树脂上所固定的电荷浓 度 上式中 表示渗透压， 表示材 料对水的亲和力，反映了吸水能力的增加程度， Ve/V0交联密度位于分母位置，反映了其与吸水倍 数反向变动的关系。而传统的防漏堵漏材料没有 渗透压一项，故吸水能力较差。通过对交联密度 的控制可以调整变动材料的膨胀性能，使其表现 为完美的弹性和变形性，适应任何井漏的需要。 外加剂可以加速堵漏剂的水解固化反应速 率，并提高固结体强度，而且这种作用强度随外 加剂种类的不同而有所不同。经验证，CaCl2和 三乙醇胺两种外加剂都有助于增强固结体抗压强 度，而且CaCl2增强固结体抗压强度的能力优于三 乙醇胺。外加剂通过加速化学堵漏剂水化速率， 在固定时间内产生更多的固结体，提高其抗压强 度，而且CaCl2材料较为经济实用。 3 结语 综上所述，我国在钻井液堵漏材料及防漏 堵漏技术方面的理论和实践都较为落后，为此应 特别注重聚合物凝胶、水泥浆堵漏材料、自适应 防漏堵漏技术等钻井液防漏堵漏技术的开发和利 用。在开发设计过程中，要注重加强能提高地层 承压能力材料的研发，注重各种堵漏材料与不同 等级刚性材料的复配协同作用机理的研究以及能 够用于处理恶性井漏情况的防漏堵漏技术的开 发。 收稿日期：2016-02-01；修回日期：2016-03-02 参考文献 1 常伟，艾宝利，钱