井下复杂情况ppt课件.ppt

井下复杂情况及其处理 1 井壁稳定技术的研究 在钻井或完井过程中 由于地质因素和工程因素往往引起井壁不稳 如井壁坍塌 缩径 地层压裂等 如果不及时给予控制会进一步引起大面积坍塌 卡钻 井漏或井喷等 甚至会造成整口井的报废 因此正确 及时的处理各种井下事故 是减少经济损失的重要措施 井壁稳定问题是钻井工程中经常遇到的一个十分复杂的世界性难题 国内外学者都进行了大量的研究工作 但由于问题的复杂性和研究手段的局限性 该问题一直没能得到很好的解决 2 井壁稳定技术的研究 一 井壁不稳定地层的类型钻井过程中所钻遇的地层 如泥页岩 砂质粉砂质泥岩 流岩 泥质砂岩或粉砂岩 砾岩 煤层 岩浆岩 碳酸盐岩均可能发生井壁不稳定 易发生严重井塌的地层有 层理裂隙发育或破碎的各种岩性地层 孔隙压力异常的泥页岩以及厚度大的泥岩层 强地应力作用地区 生油层 倾角大易发生井斜的地层但井塌90 发生在泥页岩地层缩径多数发生在蒙脱石含量高 含水量大的浅层泥岩 盐膏岩 含盐膏软泥岩 高渗透性砂岩或粉砂岩 沥青等类地层 压裂则可发生在任何类型的地层中 压裂则可发生在任何类型的地层中 3 井壁稳定技术的研究 二 钻井过程中出现井壁不稳定的表象 井塌表象 返出钻屑尺寸增大 数量增多并混杂 泵压增高且不稳定 严重时会出现憋泵现象甚至憋漏地层 扭矩增大 憋钻严重 停转盘打倒车 上提钻具遇卡 下放钻具遇阻 接单根 下钻下不到井底 遇阻划眼 严重时会发生卡钻或无法划至井底 井径扩大 出现糖葫芦静眼 测井遇阻卡 缩径表象出现扭矩增大 憋钻现象 严重时转盘无法转动 上提钻具卡 下放钻具遇阻 压裂表象出现泵压下降 井筒中液柱压力下降 4 井壁稳定技术的研究 三 引起井壁不稳定的因素井壁不稳定的实质是力学不稳定 当井壁岩石所受的应力超过其本身的强度就会发生井壁不稳定 引起井壁不稳定的主要因素可归纳为力学因素 物理化学因素 和工程技术措施等三个方面 后两个因素最终均因影响井壁应力分布和井壁岩石的力学性能而造成井壁不稳定 1 力学因素位于地层深部的岩石 受上覆地层压力 水平方向地应力及地层孔隙压力的作用 在井眼钻开之前 各种应力处于平衡状态 钻开后 井内钻井液柱压力取代了所钻岩层对井壁的支撑 破坏了地层的原有应力平衡 引起井眼周围应力的重新分布 其分布结果与井眼内液柱压力有直接关系 若井眼内液柱压力降低井眼围岩径向应力减小 切向应力增大 当切应力超过岩石的抗剪强度时 就会发生剪切破坏 脆性地层发生坍塌 井径扩大 而塑性地层发生塑性变形 井径缩小 若井内液柱压力大到一定值后 井壁处的切应力就会变成拉应力 当拉伸应力大于岩石的抗拉强度时 就会发生拉伸破坏 引起井漏 5 井壁稳定技术的研究 钻井过程中保持井壁处于力学稳定的必要条件是钻井液液柱压力必须大于地层坍塌压力 低于地层破裂压力 此时钻井液的实际当量密度应高于地层坍塌压力对应的当量密度 低于地层破裂压力对应的当量密度 钻井过程中引起井壁力学不稳定的因素有以下几个方面 钻进易坍塌地层时钻井液密度低于地层坍塌压力对应的当量密度 起钻时的抽吸作用 起钻过程未及时灌注钻井液 造成作用于井壁的钻井液压力低于地层坍塌压力 井喷或井漏导至井内液柱压力低于地层坍塌压力 钻井液密度过低不能控制岩盐层 含盐膏软泥岩和高含水软泥岩的塑性变形 钻井液密度过高 产生的液柱压力超过临界值 使破碎性地层径向结合面逐渐由闭合状态变为开启状态 与此同时切向接合面闭合 此时由于钻井液进入 引起地层孔隙压力增高 一部分裂隙网变得易被钻井液侵入相应接合面被增压 碎块变得更为松散 当受到钻井液和钻具组合冲击时而坍塌 6 井壁稳定技术的研究 2 物理化学因素 地层的岩性和组成对井壁稳定性产生影响的主要组分是地层中所含的粘土矿物 地层中的粘土矿物与水接触发生水化膨胀导致井壁不稳定 各种粘土矿物膨胀能力的顺序为 蒙脱石 伊蒙间层矿物 伊利石 高岭石 绿泥石 由泥岩吸水实验证实含盐泥岩的吸水量大大高于不含盐泥岩 地层中含有石膏 氯化钠和芒硝等无机盐会促使地层发生吸水膨胀 地层中层理裂隙发育程度 地层的层理裂隙越发育 水越容易沿裂隙进入地层深处 使周围地层中的粘土矿物发生水化 因而井壁也越容易坍塌 钻井液的成膜作用钻井液滤液在钻井液与地层孔隙压力差 化学势差作用下进入地层 引起地层粘土矿物水化膨胀导致井壁不稳定 而化学势差取决于钻井液与地层流体之间的活度差和岩层表面形成的半透膜效率 7 井壁稳定技术的研究 大量实验证实 使用水基钻井液时 低渗透泥岩表面存在着非理想的半透膜 但其膜效率低于1 其值高低取决于钻井液的组成 地层渗透率和孔喉尺寸 盐水的膜效率仅为1 10 聚合醇类水基钻井液具有较高的膜效率 钻井液中化学处理剂 钾离子钾离子与泥页岩相互作用存在两种方式 一是离子交换 二是晶格固定 泥页岩类别不同钾离子的作用方式也不相同 pH值增高和钠 钙等阳离子的混入 会阻碍泥页岩对钾离子的固定作用 有机硅类有机硅中的 Si OH基易与粘土表面的 Si OH基缩合脱水 形成 Si O Si键 与粘土表面形成一种很强的化学吸附作用 另外 有机硅中的有机基团有憎水作用 使粘土表面发生润湿反转 从而控制泥页岩的水化作用 8 井壁稳定技术的研究 聚合物类高聚物利用其大量官能团吸附于粘土表面 从而产生一定的包被作用 聚合物类型 结构 分子量以及官能团等因素对聚合物稳定井壁效果都有一定影响 沥青类不同沥青类产品稳定井壁机理不同 沥青粉的主要作用机理是在一定温度压力下产生变形 封堵地层层理 裂缝 在井壁处形成良好的内外泥饼 从而在钻井液与地层之间形成一层致密的保护膜 阻止水进入地层 起到保护井壁作用 磺化沥青防塌机理既有化学作用 又有物理作用 综上所述 钻井液滤液进入地层后由于粘土矿物通过水化作用产生水化应力引起井壁地层孔隙压力升高 井壁岩石强度降低 当井壁岩石所受到的切向应力超过岩石的屈服强度时 就会发生井壁不稳定 9 稳定井壁的技术措施 1 选用合理的钻井液密度 保持井壁力学稳定 对于破碎性地层一般坍塌压力大于零 必须使泥浆液柱压力大于或等于坍塌压力 才能保证井壁稳定 若提高密度使井壁裂缝开启 泥浆或滤液渗入地层 从而降低岩石表面摩擦力反而使坍塌压力上升 泥浆进入愈多进入愈深 坍塌压力上升愈多 这种情况下提高泥浆密度可能适得其反 因此 若不能有效封堵住裂缝 阻断泥浆液相进入裂缝 提高泥浆密度不起作用 反而密度愈高 井塌愈凶 甚至形成恶性循环 若有水化作用 二者叠加 问题更为复杂 10 稳定井壁的技术措施 对于岩盐层刚被钻开时 作用于井壁的侧压力突然下降 岩盐层以较高速率变形 造成缩径 复合盐较纯盐更易发生塑性变形 由此引起的缩径往往更严重 使井下情况更加趋于复杂 岩盐层随着钻井液密度的增加岩盐层的变形速率下降从而减缓因岩盐塑性变形引起的缩径 所以对于深部厚盐膏层和复合盐膏泥岩层 必须提高钻井液密度来控制岩盐层塑性变形 同时应使用过饱和盐水钻井液 以防止盐溶而引起的各种复杂情况 11 稳定井壁的技术措施 2 优选防塌钻井液类型与配方 采用物理化学方法阻止或抑制地层的水化作用 用物理化学方法阻止或抑制地层水化的主要措施有 提高钻井液的抑制性 用物理化学方法封堵地层的层理和裂隙阻止钻井液滤液进入地层 提高钻井液对地层的膜效率降低钻井液活度使其等于或小于地层水的活度 提高钻井液滤液的粘度 降低钻井液高温高压滤失量和泥饼渗透率 12 稳定井壁的技术措施 上述措施可通过优选钻井液类型和配方来实现 我们公司常用的防塌钻井液有 海水阳离子聚合物钻井液 用于中下部井眼段 水敏性强的地层井的作业 海水PF PLH聚合物钻井液 用于中下部井眼段 地层水敏性强的复杂井作业 PEM钻井液 用于中下部井眼段 强水敏性复杂地层 大斜度大位移井 环境敏感地区井的作业 PEC成膜钻井液 本体系对砂岩储层中的粘土矿物颗粒具有一定的抑制防膨作用 一般作为特殊钻井液用于水敏性砂岩储层井段钻进 MB钻井液 新型环保防塌钻井液 MB钻井液体系是针对中国南海区域涠西南油田群易垮塌段研制的新型水基环保防塌钻井液体系 用于裂缝易垮塌破碎性地层 具有较强的抑制性和封堵性 同时具有较好的抗温性和抗污染性 13 稳定井壁的技术措施 SMB钻井液 SMB钻井液体系是硅酸盐 MEG ZP复配而成的低渗透强抑制强封堵型环保水基钻井液 主要应用于易垮塌 易渗透的裂缝破碎性地层 具有低滤失 强抑制 强封堵的特性 并具有较好的抗温和抗污染能力 PEB钻井液 PEB钻井液体系是在原有PEM体系的基础上加入封堵能力较强的PF CMJ XH FM PF GBL XH T PF LSF ZD W 和润滑性较好的PF GJC XH S 配制而成 具有强封堵 强抑制 抗温 润滑性好的特点 主要用于易垮塌 易水化井段 14 稳定井壁的技术措施 3 采用合理的工程技术措施这些措施包括 确定合理的井身结构与井下钻具结构 选择合理的泵排量 根据地层特点确定环空流型和返速 根据地层特点确定各井段起下钻速度 起钻过程及时灌液 坚持短起下 钻头在井下工作时间不超过24小时 尽量不在坍塌井段中途开泵循环 不用喷射钻头划眼 起至坍塌井段 不用转盘卸扣 钻进软地层 盐层 煤层应根据井眼尺寸和环空返速来控制钻速 对中深井 深井段 应尽可能提高钻速 以降低钻井液浸泡易坍塌井段的时间 15 几种防塌剂的作用机理 无机盐抑制页岩分散的机理 K 和NH4 抑制页岩水化的机理 一是这两种离子的水化能低于Na Ca2 Mg2 等离子 而粘土对阳离子吸附优先吸附水化能较低的阳离子 因而K 和NH4 比Na Ca2 优先被粘土所吸附 二是水化后的K 和NH4 直径仍小于伊利石的晶层间间隙因而能进入伊利石的层间 而其它离子因水化半径大而不能进入 K 进入晶层间隙后被嵌入上下晶片两个六角环之间的网格内 通过K 与六角网格上下12个氧原子的键合 限制相邻晶片的膨胀和分离 K 的这种作用叫K 的晶格固定作用 正是这种晶格固定作用使粘土矿物形成致密的结构从而阻止了粘土的水化 而且K 也很难再被其它离子置换 K 在泥岩中发生的晶格固定作用随其质量分数增加而增强 当其质量分数达到一定值后再增大质量分数作用效果不再明显变化 此量与粘土矿物类型有关 蒙脱石阳离子交换容量很大 K 要交换出大量的Na Ca2 才能见到效果 因此 为了使蒙脱土水化作用明显减小 需要高得多的K 质量分数 对于伊蒙间层的泥页岩对K 的需求量介于伊利石和蒙脱石之间 16 几种防塌剂的作用机理 NaCl CaCl2抑制页岩水化主要是通过改变水相活度 阻止水进入页岩颗粒内而起作用 而不是通过与页岩中粘土发生离子交换而起作用 由于CaCl2溶液饱和时的活度低于NaCl饱和溶液 因此CaCl2抑制页岩分散的能力优于NaCl 聚合物稳定页岩的作用机理 一般聚合物分子中含有两类基团 一类是极性基团 具有亲水性 一类是吸附基团 当聚合物加入水中 亲水基团与水分子相作用发生水化 在水化基团之间的静电斥力和水化膜斥力作用下分子链展开 使其呈线形溶解状态 溶解后的高分子链通过吸附基团以氢键或配位键吸附到粘土颗粒上 若聚合物的分子量足够大 并具有较强的线形展开能力和合适的分子结构 则它可以在井壁岩石表面形成多点吸附 达到阻止页岩分散稳定井壁的作用 对于岩屑通过聚合物的包被作用阻止岩屑分散 使岩屑保持原状 从而有利于被地面设备清除 用做页岩稳定剂的聚合物其主碳链应通过氢键尽可能靠近页岩表面 这样碳链的憎水性可阻止页岩表面对水的吸附 17 几种防塌剂的作用机理 阳离子聚合物抑制页岩稳定机理是 聚合物分子链上的有机阳离子基团与粘土之间通过静电吸附 不易脱附 静电吸附具有较低的吸附自由能和较高的吸附量 而且阳离子聚合物通过分子链上的正电荷可以中和粘土颗粒上的负电荷从而减小颗粒之间的静电斥力 因此它有更强的抑制性 两性离子聚合物它主要依靠阳离子基团吸附在带负电的粘土颗粒表面 两性离子聚合物分子中的阴离子基团水化后在粘土颗粒表面形成致密的包被膜 阻止水分子与粘土表面接触 包被膜为粘土颗粒提供了更好的空间稳定性 减弱絮凝实现了胶体稳定 因此使用两性离子聚合物处理剂 在增加抑制能力的同时其絮凝能力不增加 即不会影响钻井液的流变性 滤失性 18 几种防塌剂的作用机理 沥青类处理剂的防塌机理沥青类产品当其使用温度低于其软化点时呈固态 而接近其软化点时变软 在压差作用下 沥青容易被挤入地层层理裂隙和孔喉中 在井壁附近形成封堵带 由于沥青具有疏水性 因此可以有效阻止钻井液滤液进入地层 抑制地层的水化 阻止页岩沿微裂缝及层面滑动和破碎 防止井壁坍塌 此外 沥青覆盖在井壁上会形成致密的薄膜 阻止钻井液冲蚀井壁沥青类产品必须在一定温度和压差下才能起封堵作用 使用时必须根据井温选用具有合适软化点的产品 19 几种防塌剂的作用机理 聚合醇稳定泥页岩的作用机理钻井液用聚合醇大多是聚乙二醇 聚丙二醇 乙二醇 丙二醇共聚物 聚丙三醇 聚合醇既是一种聚合物又是一种非离子表面活性剂 常温下易溶于水 但其溶解度随温度升高而降低 在达到某一温度时 会形成浊状液不再溶解 该温度称为聚合醇的浊点 这种现象是可逆的 当温度降到浊点以下 聚合醇又完全溶解 当井底循环温度高于聚合醇浊点时 聚合醇发生相分离 封堵泥页岩孔喉 阻止钻井液滤液进入地层 从而使钻井液与泥页岩之间被隔离 起到稳定井壁的作用 此外 聚合醇吸附在泥页岩表面 形成吸附层不仅阻止泥页岩水化膨胀分散 而且具有很好的膜效率 现场使用聚合醇时为了获得较好的稳定井壁的效果 要求聚合醇分子量不能过大 以使其能进入泥页岩孔喉 而且其浊点应与井底循环温度一致 聚合醇浊点除了与其化学组成有关外 并随其加量及钻井液的含盐量增加而降低 20 井漏是指在钻井 固井 测试等井下作业中 各种工作液在压差作用下漏入地层的现象 一 易漏失地层的特征 1 砂砾岩地层 浅层及中深井段未胶结或胶结差的未成岩砂砾岩孔隙大 渗透率高 且连通性好易发生漏失 孔隙型高渗透率砂砾岩 深井段低孔低渗透率砂砾岩其漏失通道主要为在构造应力作用下形成的构造裂缝 2 石灰岩和白云岩是碳酸盐岩的主要岩石类型其漏失通道主要是成岩过程和构造运动形成的溶洞 溶孔 较大的裂缝以及碳酸盐沉积颗粒形成的原生孔隙 3 火山岩由于岩浆喷发 溢流 结晶 构造运动和风化作用 在熔岩内形成发育的孔隙和裂缝构成漏失通道 4 井内液柱压力高于地层压裂压力造成岩石破碎形成裂缝或使原有裂缝张开引起漏失 防漏与堵漏 21 防漏与堵漏 二 发生井漏的原因第一种情况 当地层存在天然漏失通道 井筒中钻井液作用于井壁的动压力超过地层的漏失压力即发生井漏 钻井液动压力等于钻井液静液柱压力 循环时的环空压耗和所产生的激动压力之和 漏失压力是使钻井液进入地层漏失通道所需的最低压力 其值等于地层孔隙压力与钻井液在地层漏失通道中发生流动的压力损耗之和 第二种情况是 当动压力大于地层的破裂压力时 先压裂地层 形成新的漏失通道 然后发生漏失 三 漏失的分类发生漏失的直接表征是钻井液的漏失速度 按漏失速度分类可将漏失分为五类 漏失级别12345漏速 m3 h 1 1010 2020 50 50全部失返程度描述微漏小漏中漏大漏严重漏失 22 防漏与堵漏 四 漏失层位的确定1 观察钻进情况当钻开天然裂缝性岩层时 钻井液通常会突然漏失 并伴随有扭矩增大和蹩跳钻现象 如上部地层没有发生过漏失 则此现象便是漏层在井底的可靠显示 2 仪器测试法 测井温法 首先确定正常的井温梯度 然后再泵入一定量的泥浆并进行第二次井温测量 两条井温梯度曲线中的异常地方就是漏层的位置 放射性测井法 先向井中下入 射线仪测出一条标准曲线 然后替入含有 放射性材料的泥浆 再次下入仪器进行放射性测井 在井漏处因为漏入泥浆较多会显示出放射性异常 这种方法能准确地测出井漏位置 但不经济 23 防漏与堵漏 叶轮旋转器测定法 使用一种带螺旋叶片的井底流量计 见右图 叶片上部有一圆盘和记录装置 照相式 下部有一导向器 当仪器处于漏层上部时 往下走的泥浆将使叶片扭转一定角度 上部的圆盘也随之转动 转动情况由照相装置记录下来 而当仪器位于漏层下部时 则因泥浆静止 仪器的叶片也不会动 据此原理即可测出漏层位置 此外 还有热敏电阻丝测定法 压力换能器测定法等 但各种方法均不甚理想 目前 还没有一种简便 可靠而又经济的测漏层位置的方法 螺旋流量计 1 记录装置 2 圆盘 3 螺旋叶片 4 钢丝绳 5 导向器 24 防漏与堵漏 五 井漏的预防1 设计合理的井身结构钻井过程中遇到的地层孔隙压力 漏失压力 破裂压力会有较大的差别 如果同一裸眼井段中地层存在多压力层系 并且一组地层的孔隙压力高于另一组地层的漏失压力或破裂压力 这时为了平衡高压层的孔隙压力 必须使用高密度钻井液钻进 但这样处理的结果会在低漏失压力或低破裂压力地层处发生井漏 为了解决上述矛盾 既要防喷又要防漏 则必须设计合理的井身结构 用套管封隔高压层或漏失层 才能确保钻井作业的顺利进行 井身结构设计必须以各种地层压力剖面为依据 25 防漏与堵漏 2 降低井筒中钻井液的动压力过高的钻井液动压力是造成井漏的主要原因之一 一般可采取选用合理的钻井液密度与类型 实现近平衡压力钻井 降低钻井液的环空压耗 降低开泵 下钻和下套管过程中的激动压力等降低钻井液的动压力 3 提高地层的承压能力地层的漏失压力主要取决于地层特性 因此可以通过采用人工方法来封堵近井筒的漏失通道 增大钻井液进入漏失层的阻力来提高地层承压能力 以达到防漏的目的 通常采用以下三种方法 1 调整钻井液性能 钻进孔隙型渗透性漏层前 适当增加泥浆中的膨润土或增粘剂含量 提高泥浆的动切力 静切力 提高体系承压能力 2 钻进孔隙裂缝型漏失层段前 在钻井液循环过程中预加堵漏材料随钻堵漏 3 先期堵漏 在进入高压层前对上部易漏地层进行先期堵漏 26 防漏与堵漏 六 井漏的处理1 堵漏原理当钻井和完井过程中发生井漏时 为了堵住漏层 必须加入各种堵漏材料 简称堵剂 使之在距井筒很近范围的漏失通道里建立一道堵塞隔墙 用以隔断钻井液的通道 各种堵漏材料按下述步骤在漏层建立堵塞隔墙 1 当堵漏材料到达漏层时 其固相颗粒的形状 尺寸 浆液的流变性能等都要适应漏失通道的复杂形态 这样才能按设计的数量进入漏层 2 堵剂进入漏层后 不能让其源源不断进入地层深处 进入地层的堵剂必须能抵御各种流体充填物的干扰 在各种流动阻力的作用下 使之在近井筒漏失通道的某处发生滞流 堆集而充满一定范围的漏失通道空间 3 充满一定范围漏失空间的堵剂 在高温 压差或化学反应等作用下 以机械堆砌或化学生成物的堆集方式 建立具有一定机械强度的隔墙 并与漏失通道有比较牢固的粘结强度才能有效地封堵住漏层 不致于发生暂堵现象 27 防漏与堵漏 2 处理井漏的规程处理井漏时应按以下规程进行 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 施工前要进行科学的施工设计 精心施工 3 如果条件许可 应尽可能强钻一段 确保漏层完全被钻穿 以免重复处理同样的问题 增加处理时间 4 施工时如果能起钻 应尽可能使用光钻具 下至漏层顶部 5 使用正确的堵剂注入方法 确保2 3的堵剂进人漏层近井筒处 6 施工过程中要不断地活动钻具 避免卡钻 7 凡采用桥堵剂堵漏 要卸掉循环管线及泵中的滤清器和筛网等 以防止因堵塞憋泵伤人 8 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 9 施工完成后 各种资料必须收集整理齐全 准确 28 防漏与堵漏 3 堵漏方法常用的堵漏方法有以下几种 1 调整钻井液性能与钻井措施采用降低钻井液密度 调整流变参数和泵量及改变开泵措施等方法 降低井筒液柱压力 减小激动压力和环空压耗 改变钻井液在漏失通道中的流动阻力 减少地层产生诱导裂缝的可能性 此方法一般用于封堵渗透性孔隙地层的漏失 2 静止堵漏静止堵漏是在发生完全或部分漏失的情况下 将钻具起出漏失井段或起至技术套管内 静止8 h后 漏失现象即可消除 适用范围 钻进过程因操作不当 人为憋裂地层而发生诱导裂缝而引起的井漏 钻井液密度过高 液柱压力超过地层破裂压力而产生的井漏 深井井段发生的井漏 钻进过程中突然发生井漏 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 29 防漏与堵漏 3 桥接材料堵漏法桥接堵漏是将不同形状 颗粒状 片状 纤维状 和不同尺寸 粗 中 细 的惰性材料 以不同的配方混合于钻井液中 直接注入漏层的一种堵漏方法 采用桥接堵漏时应根据漏层性质 选择堵漏材料的级配和质量分数 桥接材料的级配一般为 粒状 片状 纤维状 6 3 2 桥浆的质量分数为5 20 随基浆密度增高而减少 施工时钻具尽量下光钻杆 钻头不带喷嘴 钻具下在漏层顶部 堵漏成功后 用震动筛筛除井浆中堵漏材料 4 高滤失浆液堵漏法高滤失浆液堵漏法是使用高滤失堵漏剂 采用清水配制成浆液 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 此法可应用于渗透性漏失 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 30 防漏与堵漏 5 暂堵法暂堵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 6 化学堵漏法该法是将经过筛选的化学堵剂注入漏层 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 浆液的渗滤能力较强 滤液亦能固化 可以封堵微孔缝漏失通道 该方法对于含水漏失层具有特殊效果 但此法所用的化学堵剂价格较高 广泛使用受到一定限制 31 防漏与堵漏 7 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 采用水泥浆堵漏一般均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 施工时一般在井筒中留一段水泥塞 水泥塞体积约等于水泥浆总体积的1 3 为避免钻井液中混入水泥浆 施工前应先注入一段隔离液 堵漏的施工方法有以下几种 平衡堵漏法 降塞法 挤水泥浆法 32 防漏与堵漏 8 复合堵漏法由于漏失类型十分复杂 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的成功率 下表是处理严重漏失的复合堵漏方法 33 防漏与堵漏 9 强行钻进下套管封隔漏层严重井漏而采用以上各种堵漏方法均未能堵住 为了对付这种漏失 可采用清水或轻质钻井液强行钻进 等完全通过漏层后 再下套管封隔 强行钻进包括清水强钻和轻质钻井液强钻 采用清水强钻必须具备以下五个条件 不是地质的目的层 井眼稳定 能经受清水长时间浸泡而不塌 无油气水进入井内 钻头所破碎的岩屑能带人漏层 准备足够量的稠浆 每次起下钻前泵人10 30m3 用以提高井壁稳定 34 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 它是钻井工程中的恶性事故 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 35 井喷的预防与处理 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 1 钻进过程中井喷发生的原因 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 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 36 井喷的预防与处理 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 1 起钻时未及时灌钻井液 造成井内液柱压力下降 2 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 3 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 37 井喷的预防与处理 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 38 井喷的预防与处理 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 39 井喷的预防与处理 二 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 温度升高 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 温度升高等 钻遇淡水层时 钻井液密度下降 粘度和切力亦下降等 40 井喷的预防与处理 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 41 井喷的预防与处理 三 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 42 井喷的预防与处理 3 严防井漏 钻进过程需要加重时 应控制加重速度 防止因加重速度过快而压漏地层 控制开泵泵压 防止憋漏地层 裸眼井段若下部地层压力系数高于上部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 防止因井漏诱发井喷 4 及时排除气侵气体钻遇高压油气层时应随时监测钻井液密度 发现气侵应立即开动除气器 并使用消泡剂除气 及时恢复钻井液密度 43 井喷的预防与处理 5 注意观测钻井液的体积钻开油气水层后应随时观测泥浆池钻井液体积变化 以及起钻时灌入泥浆量和下钻时反出泥浆量 6 储备一定数量的加重钻井液7 分段循环钻井液油气活跃的井 下钻时要分段循环钻井液 以避免因大量气体上返时膨胀形成井涌 44 井喷的预防与处理 四 处理井喷过程中对压井钻井液的要求溢流往往是井喷的第一信号 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溢流 井喷的处理时间 防止处理过程中再出现井漏 卡钻等井下复杂情况的重要措施之一 1 确定压井钻井液密度 45 井喷的预防与处理 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 性能也应与原井浆相似 且24h的稳定性应小于0 05g cm3以防止因重晶石沉淀发生压差卡钻 46 井喷的预防与处理 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 其体积量通常为井内和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的性能 膨润土含量不宜过高 加入重晶石速度要均匀 一般一个循环周钻井液密度提高值控制在0 05 0 1g cm3 47 卡钻的预防与解除 钻井过程中 钻具在井下既不能转动又不能上下活动而被卡死的现象称为卡钻 PipeSticking 如果对前面所介绍的井塌 井漏和井喷等各种井下复杂情况和事故处理不当 最后都可能导致卡钻 在正常钻进过程中 若采用的工程或钻井液措施不当也会发生卡钻 钻井过程中常见的卡钻方式有以下几种 压差卡钻 沉砂卡钻 并塌卡钻 砂桥卡钻 掉块卡钻 缩径卡钻 泥包卡钻和键槽卡钻等 其中大多数卡钻的发生与钻井液有关 48 卡钻的预防与解除 一 压差卡钻压差卡钻又称泥饼粘附卡钻 此类卡钻在钻井所发生的卡钻事故