钻井液漏失的预防与堵漏

钻井液漏失的预防与堵漏钻井液漏失（即井漏），是指在钻井过程中，井筒内钻井液或其他介质(固井水泥浆等)漏入地层孔隙、裂缝等空间的现象。井漏在钻井过程中是一个非常普遍的现象，多数井眼都有不同程度的井漏。严重的井漏会导致井壁稳定性下降，影响钻井的速度，发生井喷甚至威胁到作业人员的人身安全，给油气勘探与油气田的保护带来很大的麻烦。所以，我们应采取一系列措施来控制井漏的发生。一、井漏产生的原因井漏的原因可分为五种：钻井液液柱的压力大于地层的孔隙压力或者破裂压力。地层中可容纳液体的孔隙大（如裂隙、溶洞等），存在漏失通道，渗透性好。漏失通道的口径大于钻井液中固体颗粒的大小。钻井工艺措施不当引起漏失，如在上方地层还空堵塞，造成还空憋压引起漏失；或者开泵过猛，下钻速度太快也可造成井漏。井本身的结构不合理。按照井漏的程度可分为四类：渗透性漏失、裂缝性漏失、溶洞性漏失、破裂性漏失。据有关资料统计，自然裂缝漏失与孔洞漏失约占井漏的70%，诱生裂缝占20%，其他占10%。渗透性漏失：多发生在高渗透的砂岩地层或砾岩地层，主要原因是因为地层的高渗透性，但漏失速度不高。裂缝性漏失：由裂缝引起，裂缝包括天然裂缝和人工裂缝。漏失速度较快。溶洞性漏失：由地层中形成的溶洞引起，一般只出现在灰岩地层，漏失速度很快。破裂性漏失：由地层破裂引起，漏失速度变化大。二、井漏的预防治理井漏，应以预防为主，堵漏为辅。通过分析井漏产生的原因，总结出以下几种预防措施。1、提升地层压力可以通过人为方法实现，对漏失孔道提前封堵。提高钻井液性能，主要针对轻微的地层漏失，可以适当提高钻井液的剪切粘度。在钻井液中加入堵漏材料。先期堵漏：钻进下部高压层前先试压，计算出上部地层的破裂压力；如果破裂压力低于钻进下部高压层的当量循环密度，必须进行堵漏；起钻至漏层以上安全位置或套管内，采用井口加压的方式试漏，检查堵漏效果，当试漏钻井液当量密度大于下部地层钻井液用密度时，方可加重钻开下部高压层。2、调整钻井液的密度和类型首先计算出大致的地层压力，设计合理的钻井液密度，并根据参数变化进行校正，尽可能使钻井液液柱压力低于地层压力。同时控制钻井液的流变性，对于压力低、大井眼井段，应适当提高钻井液的粘切；而对于深井压力较高的小井眼井段，应降低钻井液的粘切。钻井液进入地层时，应保持连续、均匀、稳定，防止某些部位的密度过大致使压力过大。最后，要降低钻井液环空压耗和激动压力，可通过如下方法在保证携带钻屑的前提下，尽可能降低钻井液粘度。降低钻井液中的无用固相含量和含砂量。降低钻井液滤失量，提高泥饼质量，防止因井壁泥饼较厚起环空间隙较小，导致环空压耗增大。钻井液加重时，应控制加重速度，并且加量均匀。3、设计合理的井身结构每个地区的地理位置，地层类型各有不同，在钻井时，应根据地层状况设计井身，需要考虑地层压力系数变化和渗透性，设计出合理的套管程序，以免过多地封隔溶洞型地层和气水层，否则钻井时会产生过高压力差造成井漏甚至井喷。而且需要注意不要在裸眼井段试压。三、井漏的堵漏如果发现井漏现象，首先应确定漏层的位置，然后选定合适的堵漏剂，最后实施正确的堵漏方法。1、确定漏层位置井漏的发生是一个慢慢演化发展的过程，可由潜在漏失和人为诱发组成。随着时间的推移，可划分为潜伏期、诱发期、发展期和恶化期四个阶段。当钻井过程中有明显的工程参数变化时，则可以说为发生征兆的井漏。石油工程师们可根据这些参数的变化以及搜集的资料来分析井漏的原因，预测其发展趋势，并针对这些参数变化，及时地采取措施，为井漏控制提出解决方案。判断漏层的方法有很多。主要包括：观察钻进反应判断法、电测发法、回声仪法、分段循环法、浮筒探液面法、环空摩阻法、动液压法、放射性示踪剂测量法、井温测量法、转子流量计法、热电阻法、传感器法和综合判断法等。2、堵漏的方法由于不同井的地理位置、岩石性质、井的结构有很大差别，所以针对不同井眼，应根据实际情况采取不同的措施。堵漏的方法研究分为两大方向，一是对堵漏材料的研究与应用，二是提升堵漏技术与工艺。（1）堵漏材料堵漏材料是在处理井漏事故中必不可少的物质，依照不同的原理分为以下几种：1）桥接堵漏材料桥接堵漏材料有不同大小、形状的惰性材料组成，可以按照不同比例混入钻井液中，注入井下。形状分为颗粒、纤维和片状三种。它的主要作用有：架桥作用：颗粒状的材料在进入漏失通道时，可以挂在狭窄部位。堵塞作用：可对小的地层孔隙或裂缝进行堵塞。渗滤作用：可形成较厚的滤饼，进入地层裂缝，起到堵塞作用。滤饼拉伸作用。堵塞膨胀作用：材料受液体的浸泡，发生膨胀，提高堵漏能力。卡喉作用：材料后到部位发生机械堵塞，消除井漏。由于桥接堵漏材料使用方便，成本较低，现场作业时安全系数高，国内外应用的很多。但是桥接堵漏材料只能对部分漏层或较小面积井漏进行堵漏，而且如果堵漏材料与地层孔隙大小不匹配，就不能起到好的堵漏效果，降低堵漏成功率。2）高失水堵漏材料高失水堵漏材料是一种新型堵漏材料，它的作用机理是：堵漏剂进入漏失地段后，受到钻井液液柱和地层压力失水，浆液形成滤饼，填塞漏失通道，该滤饼可以透气透水，但是钻井液无法渗入其中，导致钻井液失水，进而形成泥饼，增强了堵塞效果。在现场作业中，高失水堵漏材料使用方便，见效快，成功率高，应用范围广，越来越受到欢迎。3）暂堵材料在油气勘探中，若发生井漏，则钻井液进入地层造成污染，加大损失，暂堵材料在堵漏剂进入地层的基础上，形成屏蔽环，防止油气层进一步污染，起到保护地层作用。4）化学堵漏材料化学堵漏材料主要成分为聚合物，利用它的分子间作用力、化学键等力的作用，使其在界面处发生粘结，在漏层中形成堵漏材料，它的优点是可以调整凝固时间，浆液渗滤能力强，可以固化，对钻井液无不良影响，性能较稳定。但是这种材料只适用于部分漏失和全部不反漏失的高渗透砂岩层和裂缝发育砂岩及灰岩地层。5）无机胶凝堵剂这种材料的主要成分是水泥，水泥在堵漏中是一种较常用的材料，因为它在封堵漏层后，可以承受较大压力。6）软（硬）塞堵漏材料这种材料在进入漏失地层后，形成粘稠、不可流动的流体，它不会固结，可以根据裂缝的大小发生变形。所以这种材料适用范围广，尤其适用于较大的地层裂缝。但由于其不固定性，需要现场调配。7）复合堵漏材料 当漏失情况复杂时，这种材料的优势就能体现出来，它可适用于水层漏失、气层漏失、长段裸眼井漏失及大裂缝大溶洞漏失。8）高膨胀成网固化剂高膨胀成网固化剂由有机复合胶凝材料加入活性有机增韧剂和活性无机膨胀增强剂配制而成，它是网架充填型的堵漏剂。它的作用机理为通过纤维状结构搭建网架，在井壁形成三维网架结构。颗粒片状充填材料充填漏失通道，并在网架上聚凝沉积成富集体，大大提高了堵漏的效率，抑制了堵漏浆向深部地层漏失。这种固化剂的优点有：在漏层驻留性强，短时间内封堵层承压能力好，流动性好，耐高温且凝固后强度低，不存在钻塞的问题。（2）堵漏技术除了选择合适的堵漏材料外，采取合理的堵漏技术也是堵漏成功的关键。目前，国内外有很多堵漏技术，且日趋完善。下面分别阐述各种堵漏方法的机理及适用条件。1)静止堵漏法发生井漏后，可将钻具升起至套管内，到达安全区域后静止20至24小时，然后分段下钻直至正常循环。若地层为中、低渗透性漏失，可以在分段下钻的过程中添加一定量的堵漏剂，效果更好。这种方法适用于上部地层渗透性漏失或者产层漏失。2)静置堵漏法该方法与静止堵漏有相似之处，但不同的是需要先停止钻进与循环，提升钻头，一段时间后地层压力消除，地层的裂隙。3)狄塞尔堵漏法当前两种方法无效时，可以使用狄塞尔堵漏法。现将原来的钻具起出，下置一个带刮刀钻头的光钻杆至漏层顶部，在堵漏剂出钻具是采取开井、关井挤堵的措施，替完后起钻静止24小时。4)MTC堵漏法首先配置MTC浆液：在钻井液中加入研磨好的高炉矿渣，并加入一定量的激活剂和分散剂，形成胶质的矿渣浆。它的粘度低，所以流动性好，而且可以调节稠化时间。在现场作业时使用方便，污染较少。MTC浆液的密度一般在1.30g/cm31.70g/cm3，有利于低压地层的施工，而且可以对它酸化起到保护油气层的作用。5)高膨胀成网固化型堵漏技术高膨胀成网固化型堵漏技术主要是利用高膨胀成网固化剂，它的作用机理在前面提出。这种方法在套管侧钻井的套管损坏产生的漏失中应用比较广泛。6)桥接材料堵漏法此方法主要应用桥接材料，这种方法施工安全，经济效益高。主要用于孔隙和裂缝造成的部分漏失和失返漏失。但是施工过程中，有很多要注意的地方：必须准确确定漏层位置，钻具下在漏失顶部在试压时若出现井漏，且漏段较长后应配置大量桥浆，覆盖整个裸眼井筒尽量下光钻杆，钻头应去掉喷嘴，否则配置的浆液需与喷嘴的尺寸相同，不好掌控堵漏成功后清理在钻井浆液中的桥接材料。7)正电胶防漏堵漏技术正电胶钻井液有一定的流变性，即有外力存在时液体粘度变小发生流动，而静止时固化的特性。利用这一点，可以用调节正电胶钻井液的方法应付轻微的地层漏失。8）桥浆间歇关挤堵剂如果遇到大段破碎性的地层或者高低压力系统交错层段发生井漏，使用常规桥浆堵漏难以取得很好的效果。可应用桥浆间歇关挤堵剂的方法，即将桥浆注入漏失层段后，关防喷器，通过控制井口压力，小排量反复多次关挤，这样可以提高地层的承压能力，是桥接堵塞物变得紧密，从而提高堵漏的成功率。除了以上介绍的几种堵漏方法外，还有暂堵法、高失水浆液堵漏法、可酸溶解堵的储层堵漏技术、环控吊罐清水抢钻套管封隔、压力敏感性裂缝堵漏技术、多压力层系的调整井随钻防漏堵漏技术等技术，均根据漏失程度以及地层的特征取得了良好的效果。四、防漏堵漏钻井液新进展近几年来，随着科技的发展，世界各石油公司对堵漏剂以及堵漏技术做了很多研究，研制出了很多新型的堵漏剂，比如石墨碳堵漏剂、新型花生壳堵漏剂、自适应性钻井液、用于堵大裂缝和溶洞等储层漏失的化