钻井漏复杂情况预防及处理.ppt

复杂情况预防及处理 目录 第一钻井液出现问题的根源第二井漏的预防与处理第三井喷的预防与处理第四卡钻的预防及处理第五井塌的预防及处理第六钻遇盐膏层的钻井技术 第一节钻井液出现问题的根源 为保证钻井工程的需要 钻井液工程师必须将主要的钻井液性能维持在规定的数值范围 它们是 密度 粘度和造壁性 但是被破碎的地层以及从地层进入钻井液的材料给维持这些性能造成困难 高温 高压 污染物是影响性能的客观因素 水泥 空气和水从地面侵入钻井液也会使钻井液污染 1 地质问题 如随着地层的造山运动 伴生了预应力地层和倾角很大的地层 将出现严重的剥落坍塌 此时要求钻进时要加强对井眼的清洗 压力平衡和井眼的稳定 2 固体污染物 包括页岩 粘土对钻井液是一个危害很大的污染物 不管是用来调节钻井液有意加进去的 还是页岩被破碎进入钻井液中含有的粘土 其后果是钻井液变稠 固相含量升高 当量密度升高 钻速下降并增加井漏的可能性 3 化学反应1 粘土的化学反应 离子交换 2 可溶性盐类 可溶性盐进入钻井液中 钻井液变稠 切力和滤失量升高 4 可溶性气体 co2 h2s溶于水都会生成酸 从而使钻井液絮凝变稠 5 高温 高温会造成钻井液控制的困难 其原因是 1 一些处理剂在高温下分解 2 高温会加剧影响处理剂效能的化学反应 6 高压 高压会造成钻井液的高密度 从而使钻井液的流变性控制困难 第二节井漏的预防与处理 一 井漏的概念广义地讲 井漏是在钻井 固井 测试或修井等各种井下作业过程中 各种工作液 包括钻井流体 水泥浆 完井液及其它液体等 在压差的作用下 流进地层中去的一种复杂情况 我们所说的井漏 通常是指在钻井过程中所发生的钻井液漏失现象 二 发生井漏的必要条件 井筒工作液的压力大于地层孔隙 裂缝或溶洞中液体的压力 对地层存在正压差 地层中存在着漏失通道及较大的足够容纳液体的空间 漏失通道的开口尺寸大于外来工作液中固相的粒径 三 确定漏层位置 观察钻进情况观测岩心 钻屑情况观测钻井液性能变化情况综合分析对比 三 井漏的预防 合理的井身结构设计降低井筒泥浆动压力提高地层承压能力 1 合理的井身结构设计 设计部门根据地质设计及邻井钻井资料 依据待钻井预测地层孔隙压力 坍塌压力和破裂压力剖面 使钻井过程中防止井喷或井塌所需泥浆密度所产生的液柱压力 低于该裸眼井段中最低的破裂压力 以防止因压裂地层而发生井漏 如上述条件无法满足 则应下套管将低破裂压力地层与高压地层加以分隔 2 降低井筒泥浆动压力 1 选用合理的泥浆密度与类型 实现近平衡压力钻井为防止井漏或井喷的发生 在选用裸眼井段泥浆密度时 应使泥浆所产生的静液柱压力低于最低破裂压力或漏失压力 但高于最高孔隙压力 对于裂缝 孔洞十分发育的地层 由于泥浆进入地层的流动阻力很小 地层的漏失压力与孔隙压力十分接近 为了防止井漏 所选用的泥浆密度所产生的静液柱压力 应尽可能接近地层孔隙压力 实现近平衡压力钻井 对于低漏失压力地层 可依据漏失压力大小 选用低固相聚合物 水包油 油包水 充气 泡沫泥浆或空气钻井 进行近平衡压力钻井 2 降低井筒泥浆动压力 1 选择泥浆类型时 除了考虑密度能满足所钻井段防止井漏所需最小安全密度的要求外 还应考虑其流变性能 对于地层松软 压力低的浅井段 采用大直径钻头钻井时 应选用低密度 适当粘切的泥浆 对于深井高压小井眼井段 应选用低粘切泥浆 2 降低井筒泥浆动压力 2 降低环空压耗a 保证钻屑携带的前提下 尽可能降低泵量和泥浆塑性粘度 b 选择合理的钻具结构 增大环空间隙 使用不膨胀的胶皮护箍 尽可能不使用大尺寸扶正器 c 加强固控 改善净化条件 减少钻屑含量 降低环空当量泥浆密度 d 在软的易漏地层中钻进时 控制机械钻速 力求使环空钻屑浓度小于5 e 在高渗透地层钻进时 降低泥浆滤失量 改善泥饼质量 防止因形成厚泥饼而引起环空间隙减小 导致环空压耗增加 f 控制加重速度 每循环一周上升值不超过0 05g cm3 严防加重过猛而造成环空压耗增高 此外 当泥浆的动压力已接近地层漏失压力或破裂压力时 更要严格控制加重速度 严防井漏 3 降低激动压力下钻时 尤其小井眼 控制速度避免产生过大的激动压力 研究表明 下钻引起的激动压力为静液柱压力的20 100 岩层在这种交变载荷下 会造成井壁的破碎和断裂而发生井漏 控制和降低激动压力的措施如下 a 下钻 接单根 下套管控制下放速度 下入一柱钻具或套管的时间必须超过45s b 下钻过程可采取分段循环 小排量开泵 控制开泵泵压 先转动转盘后开泵 严防泵压过高 待泵压正常后 再增大泵量至正常值 2 降低井筒泥浆动压力 c 因井塌或砂桥等引起下钻遇阻时 须缓慢开泵 并降低泵量 划眼时控制速度 严防憋泵引起井漏 d 钻进时 防止钻头泥包 a 在易缩径地层钻井时 采用抑制性泥浆 选用合理泥浆密度 防止因井径缩小而减小环空间隙 b 快速弱胶凝强度的泥浆 泥浆静切力随时间增长幅度小 并在钻进过程应保持泥浆性能稳定 避免泥浆性能突变而引起压力激动 c 使用高密度泥浆在小井眼井段钻井时 应在保证悬浮加重剂的前提下 尽可能降低泥浆动切力和静切力 3 提高地层承压能力 通过人为办法封堵近井筒漏失通道 增大泥浆进入漏失层的阻力来提高地层承压能力 三种方法 1 调整泥浆性能 2 随钻堵漏 3 先期堵漏 1 调整泥浆性能钻进空隙型漏层时 可通过增加泥浆中膨润土含量或加入增粘剂来提高泥浆粘度 动切力 静切力 达到提高漏失层承压能力来实现防漏的目的 适合于轻微渗透性漏失层 浅井段流沙层和砾石层的漏失 2 随钻堵漏对于孔隙型或孔隙 裂缝型漏失地层 进入该层前 循环时加入堵漏材料 在压差作用下 它们进入漏层 封堵近井筒通道 提高了地层承压能力 起到防漏作用 堵漏材料的种类与加量 应依据漏失性质 漏层孔吼直径 裂缝开口尺寸进行选用 3 先期堵漏下部存在高压层 其孔隙压力超过上部地层漏失压力或破裂压力 且这类井又受各种条件制约而无法采用下套管将上部地层封隔时 进入高压层前 必须采用按下部高压层的孔隙压力确定的泥浆密度钻进 由此必然引起上部地层漏失 为了防止因上部地层漏失而引起的井涌 井喷等复杂情况的发生 在进入高压层之前必须进行先期堵漏 提高上部地层承压能力 例如 塔河油田盐膏层钻进 先期堵漏程序 进行破裂压力试验 求得上部易漏地层漏失压力或破裂压力 堵漏 方法及堵剂品种加量 依据漏层特性加以选择 堵漏浆液注入井中后 井口加压将其挤入地层中 地层吸收量小时可挤入4 6方 吸收量大时可挤入8 12方 挤完后 静止48小时 然后下钻分段循环到井底 待井内全部剩余堵漏浆液返至地面后 再调整好泥浆性能 使其符合设计要求 试漏 起钻具至安全位置或技术套管内 加压试漏 当试漏时的当量密度超过下部地层设计泥浆密度高限时 方可加重钻开下部高压层 五 井漏的处理 处理井漏的规程 1 分析井漏发生的原因 确定漏层位置 类型及漏失严重程度 2 施工前要有科学的施工设计 3 钻进中发生井漏 如条件许可 应尽可能强钻一段 确保漏层完全钻穿 以免重复处理同样的问题 4 按要求配制堵漏浆液 5 施工时如果能起钻 应尽可能采用光钻杆 下至漏层顶部 6 使用正确的堵剂注入方法 确保2 3的堵剂进入漏层近井筒处 7 施工过程中要活动钻具 避免卡钻 8 凡采用桥堵剂堵漏 要取出循环管线和泵中的滤清器 筛网等 防止堵塞憋泵伤人 9 憋压试漏时要缓慢进行 压力一般不能超过3mpa 避免造成新的诱导裂缝 10 施工完成后 各种资料必须收集整理齐全 准确 实用堵漏方法 一 调整泥浆性能与钻井措施 1 降低密度2 提高粘度 切力3 降低粘度 切力4 改变钻井工程技术措施 1 降低密度 在保证安全的前提下 通过降低密度至合理值来制止井漏 但应注意以下几个问题 1 研究分析裸眼井段各组地层孔隙压力 破裂压力 坍塌压力 漏失压力 确定防喷 防塌 防漏的安全最低泥浆密度 2 依据裸眼井段各组地层结构 确定降低密度的技术措施 如裸眼井段不存在塌层 可采用离心机清除泥浆固相来降低密度 同时补充增粘剂 低浓度处理剂或轻泥浆 保证既降低密度又保持泥浆原有性能 3 降低密度时应降低泵排量 循环观察 不漏后再逐渐提高排量至正常值 如仍不漏可恢复正常钻进 2 提高粘度 切力 当钻进浅层胶结差的砂层 砾石层或中深井段渗透性好的砂岩层发生井漏时 可通过往泥浆中加土粉或增粘剂来提高泥浆粘度 切力 增大泥浆进入漏层的流动阻力来制止井漏 亦可配制高膨润土含量的稠浆 挤入漏层堵漏 3 降低粘度 切力 深井钻井过程中 在保证井壁稳定 携带与悬浮岩屑的前提下 通过降低粘度 切力来减低环空压耗和下钻激动压力来制止井漏 4 改变钻井工程技术措施 1 调整泵排量 浅层胶结差的砂层 砾岩发生的井漏 通过降低泵排量来降低环空压耗制止井漏 处理井塌划眼过程中因泵压升高而憋漏地层 也应降低泵排量 因钻进速度过快 环空岩屑浓度过高而发生的井漏 应控制钻速 2 改变开泵措施 深井下钻时要分段循环 下钻到底 开泵时小排量顶通 然后逐步增大排量 直到恢复正常排量 若不慎憋漏 可立即起至安全位置静止 不漏后 再按上述方法开泵 3 改变加重方式 控制每周加重幅度不超过0 05 有条件时 可预先配好重浆 按循环周均匀混入 二 静止堵漏 适用范围 1 因操作不当 人为憋裂地层发生诱导裂缝而引起的井漏 2 密度过高 液柱压力超过地层破裂压力而产生的井漏 3 深井段发生的井漏 4 钻进过程突发的井漏 5 无论什么原因所发生的井漏 在组织堵漏实施准备阶段均可采用静止堵漏 三 桥接材料堵漏法 桥接剂可分三类 硬质果壳 核桃壳等 薄片状材料 云母 碎塑料片等 纤维状材料 锯末 甘蔗渣 棉籽壳等 桥接剂级配比例对于提高堵漏成功率至关重要 通常搭配比例 粒状 片状 纤维状 6 3 2 1 挤压法堵漏工艺 1 尽可能找准漏层 2 根据井漏情况和漏层性质综合分析 确定桥浆浓度 级配和配备数量 桥浆密度应接近于井浆密度 3 配堵漏基浆 能通过混合漏斗加入的 要尽可能通过漏斗加入 否则 在搅拌条件下 直接加入配制罐内 应注意防漂浮 沉淀及不可泵性 配制量应以漏速大小 漏失通道形状和段长以及井眼尺寸等综合确定 通常范围是20 50方 次 4 确定漏失层段 将光钻杆或带大水眼钻头的钻具下至漏层顶部10 300米位置 立即泵入已配好的桥浆 注入量以能全部覆盖漏层段并附加2 10方为宜 通常是10 25方 在条件允许时 最好关井挤压 5 桥浆进入地层的量应为注入量的2 3至全部 如桥浆不易进入漏层 为防 封门 必须采取挤压方式进行间歇法挤压 即间隔10 30分钟挤压一次 6 如能承受 应控制环压为0 5 3mpa 并静候8h以上 关井憋压8h后 开防喷器 循环泥浆试漏 7 对于漏层不清的井 可注较大量的桥浆覆盖可能的漏层段 然后关井挤压堵漏 2 循环法堵漏工艺 此法适用于漏层刚钻开 还未完全暴露的井段 渗透性的或小裂缝的多漏失层段 漏层位置不清楚的漏失井段 井口无加压装置的漏失井 1 往泥浆中加入一定级配的桥接剂3 8 2 随钻堵漏时 钻头必须采用大水眼 3 不停地活动钻具 严防卡钻 4 停用固控设备 防止除掉桥接剂 四 其它堵漏方法 1 高滤失浆液堵漏法2 暂堵法3 化学堵漏法4 无机胶凝物质堵漏法5 复合堵漏法6 强行钻进下套管封隔漏层 1 高滤失浆液堵漏法 该法采用dtr z dtr等高滤失堵漏剂 用清水配制成浆液 将浆液泵入井内进行堵漏的一种方法 在压差的作用下 浆液迅速滤失 形成具有一定强度的滤饼 封堵漏失通道 此法可用于渗透性漏失 部分漏失及某些完全漏失的情况 但一般是在漏层位置比较确定的情况下使用 如果是长裸眼井段 漏层位置不能确定 也可采用此法进行盲堵 为了提高完全漏失的堵漏效果 也可依据漏失通道的特性 在高滤失堵漏浆中再加入桥接堵漏剂 2 暂堵法 该法是指应用暂堵材料对油气层进行封堵 油气井投产后采用相应的解堵剂进行解堵的一种堵漏方法 此法主要用于封堵渗透性和微裂缝地层漏失 并能有效地减少因井漏引起的油气层损害 各油田目前已广泛采用单向压力封堵剂 易酸溶 油溶 水溶的堵剂进行堵漏 例如 除单向压力封堵剂暂堵法外 还有石灰乳 钻井液 pcc暂堵剂 盐粒 油溶性树脂等暂堵法 3 化学堵漏法 该法是将经过筛选的化学堵剂 如pmn化学凝胶 脲醛树脂 nd 1堵漏浆 水解聚丙烯腈稠浆 硅酸盐和合成乳胶等 注入漏层 形成凝胶 以封堵漏失通道 此堵漏浆液密度较低 凝固时间调节范围大 浆液的渗透能力较强 滤液也能固化 可以封堵微孔缝漏失通道 该方法对含水漏失层具有特殊效果 4 无机胶凝物质堵漏法 无机胶凝堵漏物质主要以水泥浆及各种水泥混合稠浆为基础 此法一般用于较为严重的漏失 采用水泥浆堵漏要求漏层位置比较确定 大多用来封堵裂缝性和破碎性碳酸盐岩及砾石层的漏失 堵漏时必须搞清漏失层位置和漏失压力 使用 平衡 法原理进行准确计算 才能确保施工质量和安全 施工时一般必须在井筒中留一段水泥塞 水泥塞的体积约等于水泥浆总体积的1 3左右 这是为了避免有限量的水泥浆被顶的过远而不能封堵住漏失通道 造成堵漏失败 5 复合堵漏法 由于漏失类型十分复杂 尤其是水层 气层 长段裸眼 大裂缝和大溶洞的漏失 采用单一的堵漏方法往往成效不大 而采用复合堵漏可提高堵漏成功率 6 强行钻进下套管封隔漏层 浅部地层存在长段天然水平裂缝及溶洞 钻井过程中发生有进无出的严重井漏 而采取以上各种堵漏方法均未能堵住 为了对付这种漏失 可采用清水或廉价的轻质钻井液强行钻进 等完全钻过漏层后 再下套管封隔 新技术 泡沫泥浆平衡穿漏配合特殊堵漏剂堵漏技术 针对裂缝及溶洞堵漏这一难题 胜利泥浆公司加强了堵漏工艺技术的研究 形成了一套将可循环泡沫钻井液技术应用于平衡穿漏 用特殊堵漏剂随后封堵的工艺技术 采用该项技术堵漏作业50多口井 取得了良好的效果 缩短了钻井周期 降低了成本 1 采用的技术原理 可酸化凝固型堵漏剂注入地层后 在地层压力 温度的作用下 各组分之间发生物理化学反应 形成了凝固强度高并且凝固强度可调 特别是凝固后体积不缩小的封堵物 2 主要技术指标 1 酸溶率 85 95 2 抗温性 250 以上 3 封堵率 95 98 4 悬浮稳定性 稳定15h 20h 5 凝固时间 8h 16h 3 特点及使用范围 主要特点 1 凝固强度高 稠化快 固化慢 2 密度低 流动性好 耐温性好 抗污染能力强 3 成本低 用量少 凝固强度 凝固时间可调 4 酸溶率高 易于施工 不需添加其它专用设备 使用范围 1 火成岩 古潜山严重漏失地层 2 溶洞 裂缝及严重亏空地层 4 特殊井 白斜3井 堵漏介绍 该井是在白3井的基础上侧钻的一口预探井 98年4月6日用 215 6mm的钻头自784m定向钻进 4月20日10 00钻至1356m进凝灰岩顶界 13 00钻至1403 52m发生漏失 只进不出 从发生井漏到4月23日 漏失2000多方 期间进行过多次常规堵漏 但未成功 且井下出现井眼垮塌现象 经过论证 决定下入技术套管后改用可循环泡沫钻井液并配合dj djs型堵剂边钻边堵 完成该井钻探任务 到5月15日全井转化为泡沫泥浆 本着边钻边堵的原则 先后进行了五次封堵 取得了良好效果 第三节井喷的预防与处理 井喷 wellblowout 是指地层流体失去控制 喷到地面 或是窜至其它地层的现象 它是钻井工程较为常见的恶性事故 轻则使油气层受到破坏 影响钻井工期 重则使油气井报废 延误油气田的勘探开发工作 一 井喷发生的原因 钻井过程中 井内的液柱压力不是一个固定不变的恒定值 而是随钻井作业条件改变而不断发生变化 作用于井底的压力可用以下通式来表示 1 2 3 4 5 6 一 井喷发生的原因 7 8 一 井喷发生的原因 发生井喷的基本条件是井内液柱压力小于地层压力 井喷发生的主要原因可以归纳为以下几个方面 地层压力掌握得不够确切 采用的钻井液密度偏低 井筒中钻井液液柱下降 钻井液密度因地层流体的进入而下降 起下钻具时抽吸压力或激动压力过高 钻遇特高压油 气 水层等 上面已经分析了不同钻井作业过程中井内液柱压力的不同之处 表明在不同钻井作业过程中 发生井喷的原因亦不完全相同 下面分别对钻井的四个主要作业过程中发生井喷的原因进行分析 1 钻进过程中井喷发生的原因油气井在钻进过程中常有以下原因会导致井喷事故发生 1 钻到油 气 水层时 钻井液当量密度低于地层的压力系数就会发生井喷 2 在油气层中钻进时 钻屑里的天然气 油混入到钻井液中 钻井液受到油 气侵 随着钻井液沿着环空上返 气体不断膨胀 越靠近井底处钻井液中的含气量越低 钻井液密度越高 越靠近井口处钻井液中的含气量越高 钻井液密度越低 测定结果表明 沿着整个井筒钻井液的密度呈对数曲线变化 井筒中的液柱压力逐渐减小 如钻井液气侵严重 没有及时采取措施 一旦液柱压力降低到小于地层孔隙压力 就会发生井喷 钻井过程中钻井液气侵的严重程度与钻井液密度 地层中的含气量 钻速以及环空返速等因素有关 3 如果钻进过程中发生井漏 井筒内钻井液液面下降 液柱压力降低 当液柱的静液压力降至低于高压油 气 水层压力时 就会引起井喷 2 起钻过程中井喷发生的原因起钻过程中 有下述原因可引起井筒中钻井液作用在油气水层的压力下降 当压力一旦降至低于地层孔隙压力时就会引起井喷 起钻时未及时灌钻井液 造成井内液柱压力下降 起钻时钻井液停止循环 失去循环压力 使钻井液作用在地层的压力下降 起钻过程中 因钻头或钻铤泥包 地层缩径 钻井液粘度和切力过大 起钻速度过快等原因 使上提钻具时产生很高的抽吸压力 因而造成井内液柱压力下降 3 下钻过程中井喷发生的原因钻井过程中如钻井液切力过大 下钻时下放速度过快 就会形成过大的激动压力 如裸眼井段存在易漏地层 当井筒液柱压力加上激动压力超过地层漏失压力或破裂压力时 就会发生井漏 井漏的发生导致钻井液液面下降引起井喷 此外 油气层被钻穿后 如起钻后钻井液在井中静止时间过长 地层中气体不断扩散至井中 油气上窜 引起液柱压力下降 当下钻过程中此压力降到低于地层压力时 也会引起井喷 4 下钻后循环过程中井喷发生的原因油 气 水层被钻穿后 由于起钻上提钻具所发生的抽吸作用 会将地层中的油气抽至井中 再加上起钻后钻井液在井中静止 地层中的气体会通过井壁扩散到井筒内 因而下钻至油 气 水层等部位循环钻井液时 随着钻井液不断上返 钻井液中的气体便不断膨胀 当气体膨胀所产生的压力大于上部液柱压力时 钻井液就会溢出井口 井内液柱压力不断下降 如果压力降至低于油气层压力时 油气就会大量侵入井中造成井喷 二 地层流体进入井内的征兆 当井内液柱压力低于地层孔隙压力时 地层中流体就会进入井筒内 如不及时采取有效措施就有可能发生井喷 但地层流体进入井中是有征兆的 钻井实践证明 根据这些征兆 完全可以对井喷进行有效的预防 下面分别阐述不同钻井作业时地层流体进入井内的征兆 1 钻进过程中出现的征兆 1 在油 气 水层钻进时 机械钻速突然升高或出现放空现象 钻井液中出现油气显示 钻屑中发现油砂或水砂 或出现荧光显示 气测值增大 2 钻井液性能发生比较突然的变化 如钻遇油气层时 钻井液因受气侵而造成密度降低 粘度和切力增高 钻遇盐水层时 钻井液密度下降 粘度和切力一开始增高 随后又下降 滤失量增大 ph值下降 钻井液滤液中氯离子含量增加 钻遇淡水层时 钻井液密度下降 粘度和切力亦下降等 3 泵压下降 从环空返出的钻井液量不正常 从出口管所返出的钻井液流速加快 井筒中返出钻井液的量大于泵入钻井液的量 泥浆罐和泥浆槽液面上升 泥浆池钻井液体积增加 停泵后 钻井液出口管仍有钻井液返出等 2 起钻过程中出现的征兆起钻灌钻井液不正常 灌人钻井液体积小于所计算的起出钻具的体积 起完钻之后 钻井液出口管仍有钻井液返出 泥浆池中钻井液体积增加 3 下钻过程中出现的征兆下钻返出的钻井液量不正常 从井中返出钻井液的量超过下人钻具计算的体积 泥浆池液面增高等 三 预防井喷的技术措施 为了预防井喷 应采取的措施包括工程措施和钻井液技术措施两个方面 主要的工程措施包括 控制在油气层钻进时的机械钻速 以防因钻速过快而造成油气进入井筒 依据三个地层压力剖面设计合理的井身结构 防止上喷下漏或下喷上漏造成液柱压力下降而引起井喷 按井的类别正确选用井控装置 发现溢流应及时使用井控装备 以防止井喷的发生等 下面重点介绍预防井喷的钻井液技术措施 1 选用合理的钻井液密度依据三个地层压力剖面 设计合理的钻井液密度 使其所形成的液柱压力高于裸眼井段最高地层孔隙压力 低于地层漏失压力和裸眼井段最低的地层破裂压力 对于油层或水层 钻井液密度一般应附加0 05 0 10g cm3 对于气层则应附加0 07 0 15g cm3 对于探井应依据随钻地层压力监测的结果 及时调整钻井液密度 始终保持井筒中液柱压力高于裸眼井段最高地层孔隙压力 2 进入油 气 水层前 调整好钻井液性能除调整钻井液密度 使其达到设计要求之外 在保证钻屑正常携带的前题下 应尽可能采用较低的钻井液粘度与切力 特别是终切力随时间变化幅度不宜过大 以降低起下钻过程中的抽吸压力或激动压力 3 严防井漏在钻进过程中需要加重时 应控制加重速度 防止因加重速度过快而压漏地层 应注意控制开泵泵压 防止憋漏地层 此外 对于裸眼井段存在不同压力系统的地层 当下部存在高压油 气 水层的压力系数超过上部裸眼井段地层的漏失压力系数或破裂压力系数时 应在进入高压层之前进行堵漏 提高上部地层的承压能力 防止钻至高压油 气 水层时因井漏而诱发井喷 4 及时排除气侵气体钻遇到高压油气层时 钻井液往往不可避免地会受到气侵而造成密度下降 因此 此时应注意随时监测钻井液密度 一旦发现气侵 应立即开动除气器 并使用消泡剂除气 以及时恢复钻井液密度 5 注意观测钻井液的体积钻开油 气 水层后 钻进过程中应随时用肉眼观测泥浆池中钻井液的体积总量 起钻时应灌满钻井液 并监测灌入钻井液的量 下钻时 应观测泥浆池液面和从井筒中所返出钻井液的量 6 储备一定数量的加重钻井液凡钻遇高压油 气 水层的井 应储备高于井筒内钻井液密度的加重钻井液 其数量应接近井筒中钻井液的量 7 分段循环钻井液油气活跃的井 下钻时应分段循环钻井液 以避免大量气体因上返时膨胀而形成井涌 wellkick 循环时要计算油气上窜速度 用以判断油气活跃程度和钻井液密度是否适当 四 处理井喷过程中对压井钻井液的要求 溢流往往是井喷征兆的第一信号 因而一旦发现溢流 必须立即关闭防喷器 用一定密度的加重钻井液进行压井 以迅速恢复液柱压力 重新建立压力平衡 制止溢流 正确选用压井钻井液是缩短处理溢流 井喷的时间 防止处理过程中再出现井漏 卡钻等井下复杂情况与事故的重要技术措施之一 下面讨论对压井钻井液的一般要求 1 压井钻井液密度的确定压井钻井液的密度可由下式求得 2 压井钻井液的类型 配方及性能压井钻井液的类型和配方应与发生溢流前的井浆相同 对其性能的要求也应与原井浆相似 即必须使压井钻井液具有较低的粘度 适当的切力 尽可能低的滤失量 泥饼摩擦系数和含砂量 24h的稳定性应小于0 05g cm3 以防止重晶石沉淀和压井过程中发生压差卡钻 3 压井用加重钻井液的量及配置要求用于压井的加重钻井液 其体积量通常为井筒体积加上地面循环系统中钻井液体积总和的1 5 2倍 配置加重钻井液时 必须预先调整好基浆性能 膨润土含量不宜过高 应随加重钻井液密度的增大而减小 然后再加重 加入重晶石一定要均匀 力求保持稳定的钻井液性能 采取循环加重压井时 加重应按循环周加入重晶石 一般每个循环周钻井液密度提高值应控制在0 05 0 10g cm3 综上所述 尽管井喷是钻井过程中的恶性事故 会造成巨大经济损失 但只要掌握了科学的钻井和钻井液技术 井喷是完全可以预防的 第四节井塌的预防及处理 一 井塌的概念地层钻开后 地层矿物以较大尺寸的颗粒及掉块形式 大量的进入钻井液中 从而导致局部井段井径扩大的现象 称之为井塌 二 井塌的现象 1 返出岩屑增多 砂样混杂 有上部地层岩石 有时有大块圆角的东西 与钻屑不同 2 泥浆粘度 切力 密度 含砂量增高 泵压忽高忽低 有时突然蹩泵 严重时会蹩漏地层 3 钻进时扭矩增大 蹩钻严重 停转盘打倒车 接单根下不到底 起钻遇卡 4 下钻不到井底 离井底较远 遇阻频繁 划眼速度慢 划眼中有蹩钻 打倒车现象 划眼中接单根困难 甚至越划越浅 注意 在钻井实际中 钻过具有垮塌掉块性质的地层时 比如胜利油田典型的垮塌井段沙河街组 在振动筛上必然要见到量多少不等的所谓掉块 仅凭这一点不能仓促判断为井下出现垮塌 只有当钻过这些地层而仍然存在上述现象时 才能够说明出现了井壁不稳定现象 否则 那就是正常的 三 井塌的危害 1 不能正常顺利地钻进 2 容易导致卡钻 3 井径扩大 大尺寸钻屑带不出来 造成下钻遇阻 长段而困难的划眼 4 由于井径扩大 出现 糖葫芦 井眼 测井时往往会遇阻卡 5 由于井眼不规则 影响固井质量 四 井塌的原因 造成井塌有地质 钻井液及钻井工艺等方面的原因 具体某口井的井塌 可以是这些原因的一个 或由它们的综合作用而造成 1 地质方面的原因 1 页岩孔隙压力异常 2 页岩里面的砂岩透镜体孔隙压力异常 3 构造应力的影响 4 强度较低的岩石在地层侧压力作用下向井眼内部位移 变软 然后因洗井液冲蚀和钻具碰撞而掉入井内 造成井塌 2 钻井液方面的原因 钻井液滤液进入泥岩 页岩后 组成泥岩 页岩的粘土颗粒会水化膨胀产生较大的膨胀压 使井壁岩石受力不平衡造成井塌 钻井液封堵防塌能力差 不适合井眼防塌要求 3 钻井工艺方面的原因 1 钻井液的冲蚀 冲蚀能力及其对井塌的影响 决定于液流的流态和速度 紊流和低粘切 高流速的液流对井壁的冲刷能力大 不利于防塌 2 起钻速度过快 尤其是钻井液粘度切力大时 抽汲压力过大 使井内瞬时的液柱压力过小 造成井壁岩石受力不平衡 3 起钻未灌泥浆或严重井漏以及发生井喷等致使井塌 4 因下钻碰撞井壁 旋转钻柱压撞井壁 以及钻进时扰动泥浆冲蚀井壁等因素促使井塌发生 五 井塌的预防措施 预防井塌 需要做好下列工作 1 认真学习 深刻领会地质 工程及钻井液设计的有关内容 尤其要详细了解邻井施工过程 剖析发生井下复杂和事故的原因 对本井施工措施非常明确 掌握地层压力系数 控制合适钻井液密度 平衡地层压力 防止因地层应力不平衡而导致井塌 2 科学处理钻井液 在进入易塌层前 提前预处理 加足聚合物 降失水剂 防塌剂 使钻井液具有良好的抑制性 低滤失 强防塌性 粘度切力要适当 3 工程参数要合适 操作要平稳 1 起钻要控制速度 尤其在出现拔活塞现象时 避免因抽汲压力过大而导致井塌 2 避免在易坍塌段长时间循环钻井液 3 起钻按要求及时灌浆 六 防塌钻井液类型 常用的防塌钻井液有以下几种类型 1 油基 或油包水 钻井液2 饱和 欠饱和盐水钻井液3 kcl 或kcl聚合物 钻井液4 钙处理钻井液5 聚合物 包括聚丙烯酰胺 钾铵基 两性离子 阳离子 聚磺等 钻井液6 硅基 或稀硅酸盐 钻井液7 聚合醇 或多元醇 钻井液 可用于防塌的钻井液类型很多 必须根据地层岩性特点 综合考虑全部影响因素后 才能确定采用何种体系 经常的情况是 在一口井的施工中 根据不同的井深 选用不同的处理剂 实现不同的防塌目的 根据产生坍塌的原因分析 要达到良好的防塌效果 泥浆与工程措施必须紧密配合 两者不可偏废 七 发生井塌时的处理工艺 1 如果是由于地层应力引起 即钻井液密度偏低 又可分为两种情况 1 钻进时循环液柱压力低于地层压力 2 钻进时压力平衡而起钻时欠平衡 针对第 1 种情况 必须采取全井提高密度的方式实现压力平衡 对第 2 种情况 可以采取起钻时井内部分或全部适当提高密度的方法 比正常钻进时密度高0 01g cm3 0 02g cm3 实现压力平衡 2 如果是由于泥浆性能不适合地层特点引起 则必须根据实际情况 进行强化处理 通常的原则是 尽可能降低api失水和hthp失水 提高聚合物有效含量 增强抑制性 加大防塌剂用量 条件允许时 可混入部分原油或润滑剂 3 如果是由于工程措施不当引起 则应该改变工程措施 施工过程中 必须认真执行常规的预防井塌的工程措施 一旦发生井塌 井下存在掉块 影响正常钻井作业时 则首先应该遵循上述原则 采取措施 其次要 压到底 破碎它 带出来 压到底 即下入牙轮钻头 将大掉块尽可能地赶到井底 破碎它 即采取大钻压 慢转速 小排量 将大掉块尽可能地破碎成小块 带出来 即破碎一段时间后 然后将排量开到最大同时旋转钻具 循环一到两周或更长时间 必要时可用一部分稠浆带屑 效果更好 直到振动筛干净为止 然后将钻具提到一定高度 减小排量或停泵一段时间 钻具小幅度上提下放活动 一定时间后 再将钻具放到井底 判断是否还存在掉块 如果有 则按照上述处理方法 反复处理 直到井下恢复正常为止 总的原则 发现井塌开泵以小排量顶通 漏失量不允许超过5m3 若无法循环 则应在钻具的允许安全负荷内 果断起钻 起出多少算多少 采用 一通 二冲 三划眼 法 找回老井眼 但需防止划出新井眼 发生井塌后 可在坍塌井段注入高粘 高切钻井液 或使用高浓度的携砂液洗井 以便将岩块携带出井 实例一 胜海10井复杂情况处理 由上海海洋钻井工程公司施工的预探井胜海10井 1997年10月11日隔水管开钻 11月24日钻达设计井深3600m 因在3565m 3578m沙河街地层钻出裂缝油斑泥岩 甲方通知继续加深到3900m 直到钻出老地层50m无油气显示才能完钻 11月26日钻至3656 39m 因泵压下降起钻检查钻具 在顶上第三柱换下刺坏钻杆后再下钻 井下出现不正常现象 遇阻划眼到3641m 蹩泵卡钻一个半小时 至12月13日 平台自行处理复杂 期间虽然将原来的fcls钻井液转化为抗高温的磺化钻井液 密度由1 11g cm3提高到1 24g cm3 但终因井下坍塌掉块严重 井径扩大 划眼工作十分困难 多次蹩泵卡钻 都是动用最大设备和钻具能力 转盘电流 扭矩 800a 上提至1800kn才得以解卡 每次都到了卡死的边缘 已投资2000多万元钻成的井面临报废的危险 处理井下复杂 计加入以下材料 mmh胶体16t 磺化沥青7t fj938两性离子降失水剂5t 无荧光防塌剂5t smp8t pam干粉0 3t 调整后性能 d1 25g cm3 fv150 200s yp15 30pa 动塑比1 2 apifl2 3ml 工程方面 采取小钻压 高转速 大排量 将大块碾碎成小块后携带出井眼 同时间断注入滴流稠般土浆 进一步清扫井眼 由于处理措施正确 仅用85h就划眼到原井深 恢复正常钻进 12月27日钻达3820m完钻 在加深井段 电测发现油层27m 第五节卡钻的预防及处理 钻具与井壁紧密接触后 上提钻具时的摩擦力超过钻机或钻具所允许的最大载荷能力 导致钻具不能正常起下作业的现象 称之为卡钻 粘附卡钻 沉砂或井塌卡钻 钻头泥包卡钻 键槽卡钻 缩径卡钻 一 粘附卡钻 1 卡钻原因及特点摩擦阻力f和摩擦扭矩f r 钻具重量为w 钻机最大提升力为q 转盘最大转矩为m 井眼半径为r 则可知 f w q钻具上提遇卡 f w钻具下放遇阻 f r m钻具不能转动 粘附卡钻不同于其它形式的卡钻 其特点是钻具在井内静止一段时间就发生卡钻 钻具既不能转动 又不能上提下放 钻具虽然卡死 但可以循环 泵压也不升高 2 影响粘附卡钻的因素 1 钻具与井壁的接触面积 2 泥饼摩擦系数 3 钻井液密度 3 防止粘附卡钻的措施 1 降低压差 2 减少接触面积 3 降低泥饼摩擦系数 固相控制 调整和改善钻井液中粘土的水化状态 以获得薄而坚韧 光滑的泥饼 选择适当的钻井液类型 钻井液类型不同 其摩擦系数也不同 4 钻井液中加入润滑剂 提高润滑性能 4 粘附卡钻的处理 1 大排量冲洗 迫使钻柱松动 2 注入一段密度比钻井液小的液柱 如水或油 降低井内静液柱压力 3 用解卡剂浸泡处理 如果上述方法无效 则应考虑倒扣套铣 二 键槽卡钻 1 原因 在某一井段内井斜角和方位角发生突然变化 由于起下钻 弯曲部位拉成键槽 在起钻 下钻或钻进过程中钻具嵌入键槽 2 判断 卡点固定 总是在这一小范围内 有时在一定程度上可以转动或上提 下放 通过活动钻具有时会有解卡的可能 循环不发生困难 泵压也不升高 起下钻时多半不顺利 尤其是在这一井段内起下钻铤总有遇阻 遇卡现象 3 处理 主要是按钻井工艺消除键槽卡钻的技术措施进行处理 下入破槽器破槽 三 沉砂卡钻 1 原因分析由于钻井液悬浮性能不好 或处理钻井液时使粘度切力大幅度降低 致使钻井液中的岩屑甚至加重材料沉淀 埋住井底一段井眼 2 预防和处理防止沉砂卡钻主要是使钻井液保持合适的流变性能和携带能力 合理设计水力参数 注意井筒和井底的清洁 合理操作 四 砂桥卡钻和井塌卡钻 砂桥卡钻 由于井壁不稳定和洗井效果不好造成的 预防砂桥卡钻的方法是尽可能维持泥页岩的稳定性 形成规则井眼 采用合理的流变参数和排量 提高携岩洗井能力 另外 在钻具组合 钻井工艺措施和操作上也要采取相应的措施 处理砂桥卡钻的方法基本上与处理沉砂卡钻的方法相同 井塌卡钻 在钻井过程中突然发生井塌造成的卡钻 预防井塌卡钻的根本办法是维持井壁稳定 在工艺措施和操作上加以注意 避免突然性的井塌 五 盐层塑性流动缩径卡钻 盐岩在100 以上的高温下会变成一种塑性体 因此 钻开盐岩层以后 在上覆岩层压力作用下 盐岩如同一个塑性流体向井内流动 从而造成起下钻时的遇阻 遇卡 严重时将会挤住钻具 造成卡钻 这种问题 只能用提高钻井液密度 使井内静液压力能够平衡上覆岩层压力的办法来解决 一旦发生这种卡钻 应将一段钻井液换成清水 反复洗井 使挤入井内的岩盐溶解 逐渐使卡钻解除 但总的说来 这种卡钻是不易解除的 必须采取有效的预防措施 六 钻头泥包卡钻 如果钻头发生泥包 提钻至缩径的小井眼处也可能发生卡钻 这时不应继续强行上提 应接上方钻杆 开泵循环 下放钻具 在卡点以下活动或转动钻具 解除泥包 再进行起钻 卡钻解除后应提高钻井液抑制页岩水