钻井工程防漏堵漏技术

钻井工程防漏堵漏技术内容提要第一部分：井漏的基本概念第二部分：井漏的性质与分类第三部分：预防预处理井漏的基本思路与程序第四部分：常用堵漏材料与工具第五部分：井漏的预防第六部分：处理井漏的常规方法与措施第七部分：储层井漏的处理第八部分：复杂井漏的处理第九部分：处理井漏的原则第十部分：气体型流体钻井治漏技术第十一部分:近年来国外堵漏技术新进展第十二部分:渤海油田井漏简况第一部分：井漏的基本概念一、井漏的定义二、井漏的危害三、发生井漏的基本条件四、钻井中发生井漏的几种常见情况井漏是指在石油、天然气勘探开发的钻井、修井等作业过程中，井内工作流体(钻井液、修井液、固井水泥浆等)漏入地层的一种现象。我们在这里所指的“井漏”是：在油气钻井作业过程中，钻井液漏入地层的一种井下复杂情况。一、井漏的定义二、井漏的危害1.井漏损失大量的钻井液，使钻进无法维持;2.井漏损失大量的钻井时间;3.井漏消耗大量的堵漏材料;4.井漏可能使地质录井工作不能正常进行，从而不可能获取合格的地质资料;5.井漏可能造成井塌、卡钻、井喷等其它井下复杂情况和重大事故，给钻井工程造成重大损失;6.如果储集层发生井漏，大量的钻井液和堵漏材料进入储集层空间，造成严重储集层伤害。三、发生井漏的基本条件井漏的产生必须具备三个必要条件：一是：地层中存在能使钻井液流动的漏失通道，如孔隙、裂缝或溶洞；二是：井筒与地层之间存在能使钻井液在漏失通道中发生流动的正压差；三是：地层中存在能容纳一定钻井液体积的空间。以上三个条件缺一不可，必须同时具备时才产生井漏。四、钻井中发生井漏的几种常见情况1、钻进过程中井漏；2、提高钻井液密度过程中井漏；3、关井过程中井漏；4、压井过程中井漏；5、下钻或开泵时井漏。第二部分：井漏性质与分类井漏性质漏层性质漏失通道性质漏层位置漏层温度漏层对压力的敏感程度漏失压力井漏严重度井漏时的其它井下复杂情况开口尺寸形状及分布状态连通性地层流体一、漏层性质弄清楚漏层性质，是提高处理井漏成功率的关键。漏层性质的确定比较困难，尤其是漏失通道性质的确定更是如此。现场主要是通过综合分析的方法来判断漏层性质：井漏发生后，首先是分析漏层位置，在漏层位置确定的基础上，根据漏层岩性、漏层位置井深、钻时、漏失井段长短、井漏严重度等来判断漏失通道性质。漏速：指单位时间内的漏失量，用m3/h表示：漏层吸收系数：用单位压差下的漏速来衡量漏层的漏失能力，称为漏层吸收系数：二、井漏严重度tQVPVKc三、漏失压差除漏失通道自身性质外，漏失压差是决定井漏及漏失严重度的关键因素。•漏失压差：•作用于漏层上的动压力：•漏失压力：漏动－PPP激耗柱动＋＋＝PPPP损孔漏＋＝PPP四、影响井漏的因素影响井漏的因素很多，也比较复杂，但概括起来讲，主要有两个方面：1、漏失通道性质对井漏的影响2、漏失压差对井漏的影响：凡是对漏失压差产生影响的因素均对漏失产生影响。漏失通道性质对井漏的影响非常复杂，一般有这样的规律：(1)漏失通道的开口几何尺寸越大，井漏越严重；(2)漏失通道之间的连通性越好，井漏越严重；(3)漏失通道倾角越大，井漏越严重；(4)如果漏失通道中含有活动地层水，会给堵漏带来很大困难；(5)如果漏失通道中含有非常活跃的天然气，井漏后极容易产生井喷。1、漏失通道性对井漏的影响2、压差对井漏的影响(1)钻井液密度：钻井液密度越高，液柱压力越大，漏速越大；(2)钻井液粘切：粘切越大，循环压耗越大，漏速越大；粘切越大，漏失通道中的流动阻力越大，漏速越小；(3)排量：排量越大，循环压耗越大，漏速越大。五、井漏的分类国内外对井漏的分类方法很多，它们分别从不同的侧面反映了井漏的性质和规律。这里我们介绍几种现场常用的分类方法。漏速(m3/h)≤55～1515～3030～60≥60井漏类型微漏小漏中漏大漏严重漏失1、按漏速分类2、按漏失通道形状分类漏失通道形状孔隙裂缝孔隙－裂缝溶洞井漏类型孔隙性漏失裂缝性漏失孔隙-裂缝性漏失溶洞性漏失3、按引起井漏的原因分类井漏类型压差性漏失诱导性漏失压裂性漏失井漏原因及特点钻遇天然孔隙或裂缝时引起的井漏，在有限压力作用下，漏失通道的开口尺寸及联通性不发生变化。在井筒钻井液动压力的作用下，地层中不足以引起井漏的通道相互联通，并向地层深部延伸，形成更大的通道而引起井漏，漏失通道的开口尺寸及联通性随外部压力变化。地层中本身不存在漏失通道，只当井筒中作用于井壁地层的动压力大于地层的破裂压力时，造成地层被压裂，形成新的漏失通道面引起井漏。第三部分：预防与处理井漏的基本思路和程序本节主要围绕井漏发生的条件和影响因素，介绍预防和处理井漏的基本思路及程序。一、基本思路由产生井漏的三个基本条件可知，要预防井漏的产生或要消除已发生的井漏，不外乎有三条基本思路(途径)：1、封堵漏失通道，即我们通常所说的堵漏2、减小或消除井筒与地层之间的正压差3、增大钻井液在漏失通道中的流动阻力二、处理井漏的基本程序确定漏层位置确定漏层压力确定漏失通道性质：开口尺寸、形状、状态及连通性、所含流体性质等判断漏层对压力的敏感程度判断井漏严重度及复杂性制定处理井漏的具体方案1、漏层位置的确定方法(1)综合分析法a)钻进中井漏：钻开新地层时，井底漏；b)分析原来曾发生过井漏的层段重新漏失的可能性c)根据地层压力和破裂压力的资料对比，最低压力点是首先要考虑的地方，特别是已钻过的油、气、水层及套管鞋附近；d)根据地震、地质剖面图和岩性对比，漏层往往在孔隙、裂隙发育的地方；e)和邻井相同井段进行对照分析。(2)正反循环法原理：漏速相等时，漏失压差相等要点：正循环的漏速V正＝返循环的漏速V反适用性：有返井漏计算公式：LVVDVDDVDHnfnfnfnnnfn211311221＝漏D、D1、D2－钻具内径、钻具外径、井眼直径，m；Vf1、Vf2、Vf3－正循环时环空流速、反循环时环空与钻具内流速，m/s。(3)漏前、漏后立压变化法原理：井漏后漏层以上环空压耗减小要点：井漏发生后，排量不变计算公式：有返出时：无返出时：PVVnkDDHnfnfnn21112/484－＝漏BPVnkDDHnfnn31112108.9/484－漏(4)替换轻泥浆法原理：漏层压力不变要点：漏层以上泥浆全部替换为轻泥浆，这时静液面发生变化，根据静液面的变化计算注意：替换后静液面在井口以下，密度均匀计算公式：212211HHH(5)注轻泥浆法原理：在用轻泥浆顶替重泥浆的过程中，泵压发生变化，当轻泥浆到达漏层时，泵压的变化出现拐点。要点：在整个顶替过程中，排量不变。泵压T1T2T3时间计算公式：L－下钻井深(井底)，m；Q－排量，m3/min；D2，D1－井眼直径和钻具外径，mm。212261210274.1DDTTQLH(6)周循环时间差法原理：井漏发生后，由于漏层以上钻井液上返速度降低，导致循环时间延长。计算公式：QQDDtH/1/110274.121226QVTt其中：Q－排量，m3/min；Q′－返出量，m3/min；D2，D1－分别为井眼直径和钻具外径，mm；T′－井漏后的实测周循环时间；V－井眼容积(扣除钻具本体体积)，m3。(7)盲堵找漏层法条件：有两个或以上的可疑漏层；非溶洞或大裂缝漏失；采用桥浆堵漏的方法。原理：利用堵漏剂及顶替泥浆量的差来确定漏层位置。做法：1.确定静液面和可能性最大怀疑漏层；2.下钻位置靠近可能性大的漏层；3.准确计算注入堵漏剂和顶替泥浆到达各可疑漏层的量和填满静液面以上空间的量；4.根据实际注入量确定漏层位置。经典案例（分水1井）20in*400m17-1/2in*2000m静液面200m下钻位置1200m可疑漏层900m1、探静液面为200m；最大怀疑漏层为900m（空气钻进中出水）。2、确定下钻位置为1200m，保证离可疑漏层较近，同时也兼顾上下裸眼井段。3、1200m钻杆容积11.2m3，静液面以上环空容积35.3m3，钻具底部到可疑漏层环空容积42.6m3，合89.1m3。4、实际注入堵漏剂和顶替泥浆共92.5m3。5、确定漏层位置就在900m处。6、如果漏层在井底，至少需要堵漏剂和顶替泥浆157m3以上。经典案例（渡4井）17-1/2in*1900m12-1/4in*3200m静液面在井口下钻位置2700m可疑漏层2500m1、静液面在井口；最大怀疑漏层为2500m（曾经是漏层），同时也怀疑井底出现新的漏层。2、确定下钻位置为2700m。3、2700m钻杆容积25m3，钻具底部到井底容积38m3，钻具底部到可疑漏层环空容积13m3。也就是说如果注入38m3左右返出，则漏层在2500m；如果注入63m3左右返出，则漏层在井底。4、实际注入堵漏剂和顶替泥浆共39m3返出。5、确定漏层位置就在2500m处。2、漏层压力的确定方法漏层压力是指漏失停止后，漏层所能承受的静液柱压力。漏失停止后，井筒中的钻井液液面就静止在某一位置，根据静液面井深，漏层压力计算如下：现场确定静液面的方法主要有仪器测试、下钻探测、悬重变化计算等方法。静漏＝HHP3108.93、漏失通道性质的确定判断规则漏失通道性质砂泥岩地层井漏，漏速可以几方至失返孔隙性漏失泥岩地层井漏，漏速一般小于30m3/h孔隙或微小裂缝性漏失裂缝开度：＜1mm碳酸盐岩地层井漏，漏速小于30m3/h微小裂缝性漏失裂缝开度：＜1mm碳酸盐岩地层井漏，漏速30～60m3/h中等裂缝性漏失裂缝开度：2～5mm在碳酸盐岩地层钻进过程中，出现钻时加快，钻具蹩跳，发生井漏，且井口很快失返大裂缝性漏失裂缝开度：＞5mm在碳酸盐岩地层钻进过程中，出现钻具放空，井口突然失返溶洞性井漏4、漏层对压力敏感性的分析漏层对压力的敏感程度主要有两个方面的含义：(1)指漏速对漏失压差的敏感程度；(2)是指漏失通道对井筒动压力的敏感程度。5、井漏严重程度及复杂性的判断在确定漏层位置、漏失通道性质、漏层所含油气水情况以及漏层对压力敏感程度的基础上，并结合其它井下情况，如井塌、卡钻、井喷等，综合分析判断井漏的严重度及复杂性，即充分地认识井漏性质和可能发生的其它井下复杂，只有这样才可能制定出处理井漏的合理方案，及时有效地消除井漏，最大限度降低井漏造成的损失。6、制定处理井漏的具体方法与施工方案在充分认识井漏性质的基础上，同时结合现场实际情况，确定处理井漏的具体方法和施工方案。若采用堵漏的方法(处理井漏的主要手段)，主要考虑：堵漏浆液的配制、钻具下入井深、堵漏浆液的注入工艺、顶(挤)替量及其工艺、确保堵漏施工的安全技术措施、堵漏施工中可能出现的其它意外情况及其应急方案等问题。第四部分：常用堵漏材料与工具堵漏是处理井漏最普遍最常用的一种方法。堵漏不能缺少堵漏材料和堵漏工具，堵漏材料和堵漏工具是钻井工程防漏堵漏的物质基础，这一部分主要介绍现场常用的堵漏材料与工具。一、堵漏水泥浆水泥是常用的一种无机胶凝堵漏材料，其堵漏原理是把水泥配成水泥浆，泵送至漏层中，一段时间后，水泥浆从稠化到固化，形成具有一定抗压强度的凝固体而填塞漏失通道，并把近井壁周围的地层胶结为一体，达到封堵漏层的目的。（平衡原理）水泥具有原料来源广、价格便宜、堵漏工艺简单、固化前能适合任意漏失通道形状、固化后具有很高的抗压强度和承压能力等特点，因而水泥浆堵漏一直是现场应用最广泛的一种堵漏方法之一。平衡原理的解读所谓平衡原理指的是在水泥堵漏过程中所建立的两个平衡，即钻具内外的压力平衡和井筒内液柱压力与地层压力之间的平衡。钻具内外的压力平衡：尽可能保证钻具内外的水泥面高度一致，最大限度的减少混浆。井筒内液柱压力与地层压力之间的平衡：平衡实现的时候，形成井筒内与地层之间的水泥连续相，这是水泥堵漏成功与否的关键，也是水泥浆堵漏的精髓！怎样保证井筒与地层之间形成水泥浆的连续相？1、普通水泥浆(1)水泥原浆：G级油井水泥:水＝1:0.45～0.6，主要用于浅井～中深井段的堵漏；(2)缓凝水泥浆：G级油井水泥: