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井液防漏堵漏技术,四种井漏措施方法

井漏是钻井过程中常见的复杂情况,损失较大。在钻井实践中,虽然对井漏的原因与预防己积累了一些成功的经验,有些方法虽然有效,但如果选用不当,掌握不好,不能对症下药,同样收不到好的效果。本文从井漏产生的原因、预防及发生井漏的处理措施进行初步探讨。

一、井漏的原因

井漏主要是由于钻井液液柱压力大于地层孔隙压力或破裂压力造成的。其主要原因有:1. 地层因素:天然裂缝、溶洞、高渗透低压地层;2. 钻井工艺措施不当引起的漏失:钻井工艺措施不当发生的漏失,主要发生在上部地层环空堵塞,造成环空憋压引起漏失;开泵过猛、下钻速度过快、加重过猛造成井漏;3. 井身结构不合理,中间套管下深不够。或不下中间套管致使高低压地层处于同一裸眼井段,造成井漏。

二、井漏的预防

在钻井过程中对付井漏应坚持预防为主的原则,主要包括合理的井身结构设计、降低井筒内钻井液激动压力、提高地层承压能力。从钻井液技术上采取的措施:

1、选用合理的钻井液密度与类型,实现近平衡钻井

(1)对于孔隙压力较低的井,首先考虑选用低固相聚合物钻井液、水包油钻井液、油包水钻井液、充气钻井液、泡沫钻井液或空气钻井。在选择钻井液类型时,除了考虑钻井液密度能满足所钻井段防止井漏的最小安全密度外,还要考虑其流变性。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。

(2)当井身结构确定后,为防止井漏的发生,应使钻井液液柱压力低于裸眼井段地层的破裂压力或漏失压力,而且能平衡地层孔隙压力。

2、降低钻井液环空压耗和激动压力

钻井过程中钻井液可采取以下措施来降低环空压耗。

(1)在保证携带钻屑的前提下,尽可能降低钻井液粘度。

(2)降低钻井液中的无用固相含量和含砂量。

(3)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。

(4)钻井液加重时,应控制加重速度,并且加量均匀。要求每循环

周钻井液密度提高幅度不超过0.02g/cm3。

3、提高地层承压能力

地层的漏失主要取决于地层的特性,通过人为的方法提高地层的承压能力,封堵漏失孔道,从而达到防漏的目的。通常采用以下三种方法来提高地层承压能力。

(1)调整钻井液性能:对于轻微渗透性漏失,进入漏层前,适当提高钻井液粘度、切力防漏可收到一定的效果。

(2)在钻井液中加入堵漏材料随钻堵漏:对于孔隙型或孔隙—裂缝性漏失,进入漏层前,在钻井液中加入堵漏材料,在压差作用下,堵漏剂进入漏失通道,提高地层的承压能力,达到防漏的目的。根据漏失性质、漏层孔吼直径、裂缝开口尺寸选用堵漏剂的种类和加量。

(3)先期堵漏

当井身结构无法改变,而下部地层孔隙压力超过上部地层破裂压力时,进入高压层前,必须按下部高压层的孔隙压力确定的钻井液密度,这样导致上部地层漏失,为了防止上部地层漏失而引起的井涌、井喷等复杂情况发生,在进人高压层之前,应进行先期堵漏,提高上部地层承压能力。先期堵漏程序: 1)钻进下部高压层前试压,求出上部漏失层破裂压力。2)若地层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,堵漏方法及材料应根据地层特性加以选择。堵漏钻井液注入井中后,井口加压将堵漏浆挤入地层中。静止48h,然后下钻分段循环到井底。3)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。

三、井漏的处理

井漏是钻井、完井过程中常见的井下复杂情况之一,为了堵住漏层,必须利用各种堵漏材料,在距井筒很近范围的漏失通道里建立一道堵塞隔墙,用以隔断漏液的流道。1、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) 在钻井中发生井漏,如果条件许可,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。

(3) 堵漏浆的配制必须按要求保质保量。

(4) 施工时如果能起钻,应尽可能采用光钻杆,下至漏层顶部。

(5) 使用正确的堵剂注入方法,确保堵剂进入漏层近井筒处。

(6) 施工过程中要不停地活动钻具,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、筛网等,

防止堵塞憋泵伤人。

(8) 憋压试漏时要缓慢进行,压力一般不能过大,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。

2、处理井漏常用方法

(1)调整钻井液性能与钻井措施

调整钻井液性能与钻井措施包括改变钻井液密度、粘度、切力、泵排量等。其主要作用是降低井筒液柱压力、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。通常采取以下措施:

① 降低钻井液密度  降低钻井液密度是减少静液柱压力的唯一手段。采用降低钻井液密度来制止井漏时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、防漏的安全最低钻井液密度。2)依据裸眼井段各组地层结构,确定降低钻井液密度的技术措施。如裸眼井段不存在塌层,可采用离心机清除钻井液固相来降低钻井液密度,同时补充增粘剂、水、低浓度处理剂或轻钻井液,保证既降低钻井液密度又保持钻井液原有性能。3)降低钻井液密度时应降低泵排量,循环观察,不漏后再逐渐提高泵排量至正常值,如仍不漏即可恢复正常钻进。

② 提高钻井液粘度、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,可通过向钻井液中加土粉或增粘剂来提高钻井液粘度、切力,增大钻井液进入漏层的流动阻力来制止井漏。亦可在地面配制高膨润土含量的稠浆,挤入漏层堵漏。

③ 降低钻井液粘度、切力

深井钻井过程中发生井漏,在保证井壁稳定和携带与悬浮岩屑的前题下,通过降低钻井液粘度、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

不合理的钻井工程技术措施往往会诱发井漏。对于这种类型的漏失,可在分析漏失原因的前提下,通过改变钻井工程技术措施来制止井漏。

(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或将钻具全部起出静止一段时间(一般8-24h),漏失现象即可消除。

① 静止堵漏的机理

钻井过程中因操作不当(如开泵过猛、下钻速度过快等)造成压力激动,使作用在地层的压力超过破裂压力,形成诱导裂缝而产生漏失。起钻静止一段时间后,一方面消除了激动压力,裂缝往往会闭合,自然缓解井漏,地层又可以承受压裂前可以承受的压力;另一方面,漏进裂缝的泥浆,因其有触变性,随着静切力增加,起到了粘结和封堵裂缝的作用,从而消除了井漏。

② 静止堵漏施工要点

1)发生井漏时应立即停止钻进和钻井液循环,把钻具起至安全位置后静置一段时间。静止时间要合适,太短容易失败,太长又容易发生井下复杂情况。一般静置候堵为8-24h为宜。

2)把钻具起至漏层以上,必须定时向井内灌注钻井液,保持液面在套管内,防止裸眼井段地层坍塌。

3)在发生部分漏失的情况下,循环堵漏无效时,最好在起钻前替入堵漏钻井液覆盖于漏失井段,然后起钻,增强静止堵漏效果。

4)再次下钻时,控制下钻速度,尽量避开在漏失井段开泵循环。如必须在此井段开泵循环,应采用小泵量低泵压开泵循环观察,不发生漏失后再逐渐提高泵量,恢复钻进。

5)恢复钻进后,钻井液密度和粘切不宜立即作大幅度调整,要逐步进行,控制加重速度,防止再次发生漏失。

(3)桥接材料堵漏法

桥接堵漏由于经济价廉,使用方便,施工安全,目前现场己普遍采用。桥接堵漏占整个处理方法的50%以上,并取得明显的效果;使用此方法可以对付由孔隙和裂缝造成的部分漏失和失返漏失。    桥接堵漏是利用不同形状、尺寸的惰性材料,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不同的漏层性质,选择堵漏材料的级配和浓度,否则在漏失通道中形不成“桥架”,或是在井壁处“封门”,使堵漏失败。    在施工前要较准确地确定漏层位置,钻具一般应在漏层的顶部,个别情况可不在漏层中部;严禁下过漏层施工,以防卡钻。施工时要严格按照施工步骤进行。特别要提出的是如果由于漏失段长且位置不清楚发生的井漏,采用配制大量桥堵浆,覆盖整个裸眼井筒的堵漏方法,经常可取得成功。另外要注意的是采用这种方法时应尽量下光钻杆,如带钻头要去悼喷嘴,不然选择的桥接材料尺寸必须首先满足喷嘴尺寸,以避免堵塞钻头。堵漏成功后立即筛除在井浆中的桥接材料。

① 桥堵材料的选择和浓度

桥浆浓度具体选择时应综合考虑漏速、漏层压力、液面深度和漏层段长、漏层形状等因素,一般范围是5%-20%,对漏速大、裂缝大或孔隙大的井漏,应用大粒度、长纤维、大片状的桥接剂配成高浓度浆液。反之,则用中小粒度、短纤维、小片状的桥接剂配成低浓度浆液。

② 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)。桥接剂级配比例的合理选择对于提高堵漏成功率至关重要,通常搭配比例是粒状:片状:纤维状为6:3:2,具体搭配比例由现场来确定。

③ 基浆

基浆通常用井浆,有时用含膨润土8%左右的新浆,基浆粘度和切力要适当,不能太低不能过高,以防桥接剂漂浮和下沉,避免桥浆丧失可泵性。

④ 堵漏工艺

应用桥接堵漏材料的堵漏工艺包括挤压法和循环法两种方法。施工人员对堵漏工艺掌的好坏,是决定堵漏施工能否成功的关键。

1)挤压法堵漏工艺

尽可能找准漏层;根据井漏情况和漏层性质综合分析,确定桥浆浓度、级配和配浆数量,桥浆密度应接近于钻进的井浆密度;配堵漏基浆:在地面配浆罐连续攒拌条件下,最好通过加重漏斗以纤维状+颗粒状片状顺序配够要求的桥浆,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20-5Om3/次;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10-300m位置,立即泵入已配好的桥浆至漏失层段,在井下条件允许时最好关井挤压,控制环空压力在0.5-5MPa,但不能超过井口和其它层的承压强度。此法适合于漏速小,井筒易满,不易压差卡钻的井。井漏严重、井筒不易满且易压差卡钻的井,应起钻至安全井段,关井挤压施工时,应尽可能定时活动钻具,防止卡钻。

2)循环法堵漏工艺

此方法适用于漏层刚钻开、还未完全暴露的井段、渗透性或小裂缝多漏失井段、漏失位置不清楚井段、井口无加压装置的漏失井。工艺措施为:往钻井液中加入一定匹配的桥堵剂3%-8%;随钻堵漏时采用大水眼;不停地活动钻具,防止卡钻;停止使用固控设备,防止除去堵漏剂。

(4)柴油膨润土浆堵漏法

① 柴油膨润土浆堵漏法

柴油膨润土浆是由柴油、膨润土、纯碱、石灰等按一定比例混配而成的,当混合物被泵入漏层与水接触后,悬浮的膨润土颗粒开始水化,并从油中分离出来,结成一团坚韧的油泥块,从而达到堵漏目的。

②柴油膨润土浆-屏蔽暂堵剂堵漏法

当钻至低压高孔渗砂岩水层发生井漏时,采用柴油膨润土浆或桥接堵漏均能取得较好效果。但采用上述方法堵漏所能提高的地层承压能力不能满足固井施工的需要,导致固井施工时再次发生漏失。为了提高此类漏失地层承压能力,可采用柴油膨润土浆+屏蔽暂堵剂复合堵漏法。此方法的原理是根据与地层孔喉架直径相匹配的固相颗粒在地层孔喉架桥屏蔽堵漏原理,在近井筒内形成致密的内泥饼,降低其渗透率,从而提高地层承压能力,柴油膨润土泥浆在井壁内形成软塞堵水层。因而在柴油膨润土泥浆中加入屏蔽暂堵剂,可有效地堵住低压高孔渗砂岩水层,有效到提高承压能力。

(5)水泥堵漏

水泥堵漏主要以水泥浆及各种水泥混合稠浆为基础,这种堵漏法一般用于较为严重的井漏。水泥浆堵漏一般要求漏层位置比较清楚,主要用以处理自然横向裂缝、破碎石灰岩及砾石层的漏失。目前,采用此方法的成功率较低,其主要原因是在施工设计中计算不准确和施工工艺出现差错所致。水泥浆堵漏必须搞清楚漏层位置和漏层压力,使用“平衡”法原理进行准确计算方可保证施工质量和安全。一般要求采用此方法时,需要在井筒中形成一段水泥塞,水泥塞的体积约等于水钻井液总体积的1/3左右。这是为了避免有限量的水泥浆被顶得过远而不能完全封住漏层喉道,造成堵漏失败。采用此方法要避免钻井液混入水泥浆,以免使形成的封堵隔墙质量较差。故施工时可以在注入水泥浆之前先注入一段隔离液。在施工时除注意和地层压力平衡以外,还要注意钻具内外的水泥浆液面平衡,这样可以避免起钻时水泥浆遭到污染。水泥堵漏的方法通常分为一般水泥堵漏、速凝水泥堵漏、胶质水泥堵漏和柴油-膨润土-水泥堵漏。现场施工中多数采用前两种方法。

打水泥塞是水泥浆堵漏的一个重要步骤,水泥塞形成的好坏,直接关系到堵漏施工的成败。在裸眼中打水泥塞时,必须特别注意水泥塞周围地层的性质,坚持做好以下几个方面的工作:    确定漏层位置和漏层性质,施工前应对井漏情况有较全面的了解;根据井漏情况仔细计算水泥、水、添加剂量和钻井液顶替量,必须注意的是水泥的用量要多于实际需要量;注入水泥前,应尽可能打前置液,防止水泥污染。

(6)强行钻进套管封隔漏层    有些浅部地层结构疏松,存在长段天然水平裂缝或溶洞,造成钻进时钻井液有进无出,采用以上堵漏方法一般没有明显效果。因此在条件允许的情况下,采用强行钻进完全通过漏层以后,再下套管会收到显著成效。强行钻进包括清水强钻和轻钻井液强钻两种方式。采用清水强钻必须具备四个前提条件:

一是井眼稳定,能经受住清水长时间的浸泡而不垮塌;二是已钻和待钻井段无油气水进入井内;三是钻头所破碎的岩屑能带入漏层;四是准备足量的稠钻井液,每次起钻前注入,保持井底至漏层段井眼用钻井液保护,以提高井壁稳定性,防止沉砂卡钻。四个条件同时具备时才能进行强钻。

采用清水钻进,所钻遇的地层不能处于强地应力作用带,而且地层遇水不易水化、膨胀和分散。清水强钻一般适合于较稳定的灰岩地层或火成岩地层。为了提高井眼稳定性,可采取以下措施:

清水中加入少量聚丙烯酞胺类高聚物,既可以提高所钻地层稳定性,又可提高清水粘度,有助于钻屑的携带;起钻前注入稠钻井液以保护裸眼井段;提高生产时效,缩短浸泡的时间,尽快钻完漏失井段,下入套管封隔。

除了以上几种常用堵漏方法外还有高失水浆液堵漏法、化学堵漏法、软硬塞堵漏法等方法,可根据现场情况进行选择。

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