（石油与天然气工程专业论文）滨南平方王油田防漏堵漏技术研究与应用.pdf

摘要 资料调研及钻探实践表明，碳酸盐岩储集层普遍存在较为严重的井 漏问题，频繁发生卡钻等复杂事故，并且还对储集层造成严重伤害造成 极大的经济损失，严重制约了油区勘探开发工作的开展。为系统有效地 控制井漏的发生，提高非目的层的堵漏成功率，本文通过对滨南平方王 油田严重漏失地层漏失规律及漏失影响因素的研究，对高密度抗盐抗钙 防漏堵漏钻井液桥接堵剂及其配方进行了具有针对性的室内研究，以适 应平方王油田的井漏特性，从而达到高效快速消除井漏的目的，研究了 一套适合于平方王油田的井漏控制技术。在对平方王油田的8 口不同类 型漏失井( 渗漏、裂缝、溶洞型漏失层及漏储同层) 进行现场试验中， 井漏控制成功率达9 0 ，一次堵漏成功率超过7 5 。取得明显的技术经济 效益。 关键词：漏失，地层，钻井液，配方，平方王油田 m 撇a n d 酗僦o f a 喇咖a n d 啦趣 l o s t c i r c u l a t i o n t e c h n o l o g y i n p i n g f a n g w a n g 0 1 1 f i e l do f b i n n a n w a n gw e i l i n ( o i l & g a sw e l le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ya s s o c i a t e p r o f e s s o rl ig e n s h e n g u n i v e r s i t yo f p e t r o l e u m , c h i n a a b s t r a c t i n f o r m a t i o n s u r v e y a n dd r i l l p r a c t i c i n g i n d i c a t e ds e v e r e l o s t c i r c u l a t i o no c c u r s f r e q u e n t l y i nc a r b o n a t er o c kr e s e r v o i r s ，m a k e d l a y e r s i n j u r e da n dg r e a te c o n o m i c a ll o s i n g ，b yr e s e a r c h i n go fl e a k a g er u l ea n di t s i n f l u e n c ef a c t o r si ns e v e r e l e a k a g e z o n ei n p i n g f a n g w a n go i i f i e l do f b i n n a n ，t h el a br e s e a r c h i n go fd r i l l i n gl i q u i db r i d g i n g - o f fa g e n t ( h i g h d e n s i t y ， s a l t - r e s i s t i n g ，c a l c i u m - r e s i s t i n g ，a n t i - l o s i n g ，p l u g g i n gl o s tc i r c u l a t i o n ) a n d i t s i n g r e d i e n tw a sp r e f o r m e d ，i no r d e rt oa d a p t t ot h ec h a r a c t e ro fl o s tc i r c u l a t i o n i np i n g f a n g w a n go i lf i e l d 。a n di or e m o v el o s tc i r c u l a t i o ne f f e c t i v e l y as e to f l o s sc i r c u l a t i o nc o n t r o lt e c h n o l o g ya d a p t i n gt op i n g f a n g w a n go i lf i e l dw a s a c h i e v e d ，i np i n g f a n g w a n go i lf i e l d ，t h el o s sc i r c u l a t i o nc o n t r o lf o r8w e l l s w i t hd i f f e r e n tk i n d so fl o s tc i r c u l a t i o n ( p e r c o l a t i o n ，f r a c t u r e ，c a v i t ym a d l e a k a g ei nt h ef o r m a t i o n ) w e r ep r e f o r m e d ，a n dt h er e s u l tw a sg a i n e d t h a t t h er a t eo fs u c c e s sw a s 9 0 ，t h er a t eo fo n e o f fp l u g g i n gs h c c e s sw a sm o r e t h a n7 5 a c h i e v e de v i d e n c ee c o n o m i ce f f e c t k e yw o r d s ：l e a k a g e ，f o r m a t i o n ，d r i l l i n gf l u i d ，i n g r e d i e n t ，p i n g f a n g w a n g i l l 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石油 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 签名五耸堕奎炒净 m o 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定1 学生签名：之乏丛鼋砖夕卟) 戽 ，护月，节开 剔磁轹季帕七州年p 姐 石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第1 章前言 第1 章前言 平方王油田主力油层漏失严重，使得该油田的注采网极不完善，严 重制约了该油田今后的发展。目前由于采油厂的原油生产形势需要平方 王油田为原油生产做出新的贡献，为此急需研制开发一种新型多功能堵 漏技术，有效解决该油田的严重漏失问题，电测固并质量低以及套管损 坏等难题，在严重漏失地层减化钻井程序，以较低的钻井总费用进一步 完善油田的注采井网，为油田后期勘探开发封堵严重漏失地层，提供技 术保证。 目有国内外现场常用的堵漏技术包括：高失水堵漏技术，化学凝胶 堵漏技术，柴油膨润士浆技术，正电胶膨润土浆技术，m t c 堵漏技术， 高粘度、高固相、高桥塞随钻堵漏技术。以及水泥浆堵漏技术等。以上 堵漏技术堵漏施工工艺复杂、堵漏时间长、堵剂消耗量大、堵漏成功率 低，对油层污染严重；尤其是用水泥浆封堵裂缝及溶洞漏失地层时，初、 终凝时间难以掌握，施工工艺难以操作，施工风险大，极易发生高密度 的水泥浆快速漏失及高速凝水泥浆快速固化技术难题，导致钻具固死及 卡钻等井下事故，造成很大经济损失，严重污染了漏储同层的油气层。 本文在查阅大量的国内外有关严重漏失地层堵漏技术资料的基础 上，分析研究目前国内外各种堵漏技术存在的不足及特点，结合滨南采 油厂平方王油田礁灰岩地层严重漏失的情况，对高密度抗盐抗钙防漏堵 漏钻井液桥接堵剂及其配方进行了具有针对性的室内研究，以适应平方 王油田的井漏特性，以达到高效快速消除井漏的目的，研究一套适合于 平方王油田的井漏控制技术有着重要的意义。 石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 重冒堕皇b 堑兰i ! 燮 第2 章国内外研究现状 2 0 世纪7 0 年代，西方国家石油公司加强了油气层保护的研究力度。 从1 9 7 4 年起每年两次的油气层保护学术会议有力地促进了世界范围内 油气层保护技术的发展。1 9 8 6 年，b a s a n 从定性方面系统地总结了经验 性的定性损害机理，从毛细现象、圃相侵入、结垢及岩石储层自身损害 因素等几个方面进行了全面的论述。1 9 8 8 年，a m a e f u l e 等根据4 0 0 0 口 井的资料，对8 个生产作业1 3 个损害储层的原因进行了分析。从统计情 况来看，微粒运移是造成储层损害最普遍的原因，其次是乳状液水锁堵 塞，第三是润湿反转及结垢等问题。 2 0 世纪8 0 年代初开始运用物理模型和数学模型来研究地层损害， 使油气层损害机理研究进入了一个新阶段。1 9 8 2 年，g r u e s b e c k 和 c o l l i n s 设计了含有两个平行孔道的截面模型，并建立了微粒运移堵塞 的数学方程式和沉积速度方程式，提出了流体临界流速概念。即流体的 运动速度低于临界流速时微粒不会发生运移；若高于临界流速，则流体 携带微粒数量随流体线速度的增加而增加。其后，k m l a r 和f o g l e r 在 对贝雷砂岩做水敏性试验的基础上建立了释放速度方程与捕获速度方 程，提出了盐浓度i f 每界值的概念，即当介质中盐的浓度下降到临界值以 下时，粘土颗粒才能被释放，那些分散在水溶液中的亲水胶状粘土颗粒 随着流体的运动而运移，至孔喉处被捕获，从而影响岩心渗透率。 在这时期，德、美等国专家学者设计研制了不同类型的动态模拟 装置，该装置可加压1 0 m p a ，承受1 4 0 ，用于钻井液污染试验。 1 2 1 一般漏失地层的常规处理方法 目前国内外链理一般漏失地层韵办法是：调整钻井液性能与钻并措 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。在现 2 石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第2 j 帼内外研究现状 场应用过程中通常采用以下措施：降低钻井液密度：适当调整钻井液粘 度、切力：改变钻井工程措施。降低钻井液密度是减少静液柱压力的唯 一手段，部分井由于井控或防漏的需要，在对地层孔隙压力和坍塌压力 认识不清的情况下，采用过高钻井液密度钻进，从而对部分裸眼井段地 层所产生的压力超过钻井液进入地层的流动阻力或地层破裂压力，引起 井漏，对于这类井漏，可在认真分析裸眼井段地层上述各种压力的基础 上，通过降低钻井液密度至合理值来制止井漏；不合理韵钻井工程技术 措施会诱发井漏，对于该类漏失，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：调整泵排量，改变开泵措施以及改变 加重钻井液方式。 2 2 严重漏失地层的常规处理方法 严重漏失主要起因于大的天然裂缝、孔洞或洞穴地层。这种类型井 漏的处理很困难，而且不能采用处理渗漏或局部井漏的方法处理，通常 需要综合处理才能解决问题。 处理该类井漏普通有以下几种方法：先采用注体积填材料或预注某 些堵剂等方法，充填大裂缝或洞穴以建立滞流屏障，然后再注入永久堵 剂封堵；、组合使用多种永久堵剂封堵；采用多级注水泥方法封堵。目前 国内外虽有名目繁多的各种各样的常规堵剂和新型堵剂，但适用于处理 严重井漏的并不多，最常用的主要是液体硅酸钠、珍珠岩水泥、柴油膨 润井浆水泥、快凝水泥及其它水泥等几种。这几种堵剂既可单独使用， 也可以组合使用。在具体使用时，要根据漏层深度、漏失段长等因素进 行选择。快凝水泥由于其胶凝时间快，水泥浆用量会受可泵时间短的限 制，因此不宜选用它作为长段天然裂缝系统或大岩洞地层的主堵剂。一 般说来。用它封堵3 m 以下的短段裂缝或孔洞地层是很可靠的。 建立止流屏障的普遍作法是在注永久性封堵剂封堵漏层之前，在大 天然裂缝或洞穴地层中建立止流屏障的普遍做法有以下几种：注高浓度 堵漏材料钻井液段塞：对于一般尺寸的天然裂缝或孔洞地层，在注入永 久性封堵剂之前，先注入一定量高浓度堵漏材料钻井液段塞，通常可以 互鎏奎兰! 些壅! 三塑堡主堂垡堡茎 笙! 兰里堕! ! 堕塞翌坚 起到缓解漏失和为其后注永久性堵剂提供止流屏障的作用；注快凝水泥： 在注永久性封堵剂前，先注入一定量快凝水泥，也是建立止流屏障的有 效而普遍采用的方法：用体积填充材料充填大岩洞：针对足以使钻头无阻 放空的孔洞或大岩洞地层，先用体积材料充填洞穴，以建立止流屏障， 然后再注入永久性堵剂的作法。 2 3 堵漏剂种类及发展 目前国外具有大量的各种类型的常规堵漏剂和新型堵漏剂，但对于 裂缝型严重漏失的堵漏剂并不多见，这一方面的材料展常用的有，珍珠 岩水泥、柴油膨润土浆水泥、快凝水泥及其它水泥。在具体使用上，要 根据漏层深度、漏失段长度等因素而选择。例如快凝水泥，由于其胶凝 时间短，水泥浆用量会受其可泵时间短的限制，因此不宜选它作为长段 天然裂缝或大溶洞地层的主要堵漏剂，以桥堵剂为主的其余大多数堵剂， 一般只适合作钻井液的堵漏添加剂用。在国外堵漏工艺技术主要体现在 以下几方面：l 、注重各种类型井漏成套处理工艺的研究；2 、重视常规 堵漏荆的应用研究和新型堵漏荆的开发研究：3 、重视常规堵漏荆的系列 化和商品化。 我国的防漏堵漏技术在经历了见漏就堵、以堵为主，堵漏效率较低 的初始阶段；以堵为主、堵防结合，防漏堵漏技术的发展阶段。进入九 十年代，人们更加重视了对井漏的预防的研究，各油田技术人员在对漏 失层特征、分类、漏失影响因素、地层孔隙压力、破裂压力、漏失压力 等进行了深入的研究的基础上，预测了本地区可能发生漏失的地层层位、 漏失条件及满失性质；通过设计合理井身结构、钻井液密度、类型、配 方、性能及钻井工程技术措施，有效地预防了井漏的发生，与此同时， 在钻并液堵漏材料方面注重了堵漏材料的规范化、商品化，单一的桥接 堵漏材料转化成了复合堵漏材料，提高了堵漏效率；并注重了油气层保 护，开发了酸溶性高失水暂堵剂、单向压力暂堵荆、酸溶性水泥等一系 列具有储层保护作用的堵漏剂。国内虽然开发了不少堵漏剂如高失水堵 漏剂、化学凝胶堵剂、复合堵漏剂等。但是这些堵漏材料存在两大不足： 4 石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章垦内外研究现状 多数材料对产层有潜在伤害，除水泥外，堵漏强度不高，在钻井中可能 因高压差被再次压漏，在施工工艺上，存在着施工周期长等缺点。 在胜利油田，对于渗漏及局部漏失地层根据漏失情况，一般使用不 同的桥堵剂配制高浓度桥堵泥浆封堵漏层，对于裂缝型及溶洞型的严重 漏失一般采用以下几种方法：1 、注高浓试堵漏材料泥浆段塞；2 、注快 凝水泥；3 、井口冲砂堵漏；一些以聚合物和聚合物无机凝胶物质为基 础的化学堵漏材料，由于普遍存在着价格昂贵，施工、配制复杂，使用 成本高，能固化不能解堵或能解堵不能固化的缺点，因此在一定程度上 限制、阻碍了化学堵剂的发展。但是在这些堵漏技术中，堵漏方法和堵 漏材料单一，以稠浆和注水泥堵漏为主要方法，堵漏工艺技术极不完善， 常常因堵漏加剧井下复杂情况，给正常钻井和完井带来极大的困难。我 国的防漏堵漏技术与世界先进国家相比，尚存在一定差距，为进一步加 强我国钻井防漏堵漏技术，就必须解决严重漏失难题，不断创新防漏、 堵漏技术及工艺。 互塑奎堂! 兰查! 三墨堡主兰堡丝奎 墨! 皇兰查三鎏里塑塞塑，律墨丝堕里壅 第3 章平方王油田漏失规律及影响因素 井漏的影响因素很多，不同构造的井漏都有其特殊性，同时也存在 一定的规律性。要使井漏的预防和处理措施见效，做到对症下药，就必 须充分认识井漏的特殊性和规律性。根据已收集到的平方王油田已钻井 的工程地质资料，研究各井层的井漏情况，如漏失速度、漏失层位、井 深、岩性以及堵漏方法和堵漏效果等，充分认识该地区共漏的特殊性和 规律性，对其井漏的预防和处理具有指导意义。 3 1 漏层性质及规律 3 1 1 平方王油田储屡概况 平方王油田位于济阳坳陷东营凹陷西部尚店一平方王断裂鼻状构造 带的东南端，该油田沙四中段储层为滩坝相反韵律细粒沉积，具有低( 中) 孔、低渗特点平均空气渗透率6 9 x 1 0 4 啪2 ，灰质胶结，胶结物中碳酸 盐含量1 2 2 3 ，泥质含量1 4 - 2 6 ，孔隙度2 2 2 3 ，含油饱和度6 5 7 0 。 油层连通性好，无底水，天然能量不足。 平方王油田平原组岩性为泥岩及流砂：明化镇组岩性为泥、砂岩互 层，岩性疏松易水化膨胀；馆陶组岩性为泥岩与砂岩互层。易分散脱落； 东营组岩性上部为砂泥岩、砾岩互层，下部为泥砂岩：沙一段、沙二段 岩性主要为泥砂岩，沙三段岩性为砂岩及礁灰岩，沙四段岩性上部为礁 灰岩，岩性强度高孔隙大、连通性好，是油气富集的井段，该区块井的 目的层在沙四段。馆陶组及馆陶组以上地层疏松，易产生井塌、掉块， 沙一生物灰岩地层，成岩较脆弱，井壁易掉块及垮塌，沙三下沙四顶是 过去的主力生产层，已开发多年，地层联通好，裂隙度大，地层亏空， 因此易产生漏失。沙四下孔店组上不同厚度的紫红色泥岩，易造成钻井 液急剧增稠，严重时失去流动性，更为严重的是导致井眼缩径，造成卡 钻、钻头泥包等复杂事故，钻至下古生界，潜山面及前震旦系地层时， 互迪查堂! 竺查! 三堡堡主堂垒堡壅 蒸! 兰罡查三塑里塑茎堂燮堕! ! ! 堕塑墨 岩性裂缝较发育地层压力系数低极易发生漏失。滨1 9 3 一x 2 井漏失钻井液 5 0 0 0 w ，钻井周期9 0 多天，滨1 9 3 一x 8 堵漏达1 5 次，该区块平均每口井 漏失钻井液3 0 0 0 一以上，平均口井延误时闽2 0 多天。 从目前来看，勘探程度还很低，我们根据已收集到的单井井漏资料。 对漏层基本特性进行分析研究。资料表明，平方王油田滨1 9 3 一x 2 井漏失 钻井液5 0 0 0 w ，钻井周期9 0 多天，滨1 9 3 一x 8 堵漏达1 5 次，该区块平均 每口井漏失钻井液3 0 0 0 一以上，平均口井延误时间2 0 多天。漏失井位 与构造位置见表3 1 ，漏失基本情况见表3 2 。 表3 - i 漏失井位与构造位置 井号构造位置 滨1 9 3 一x 2济阳坳陷东营凹陷东北背斜高点上 滨1 9 3 一x 8平方王断裂鼻状构造带的东南端背斜上 滨1 9 3 9平方王断裂鼻状构造带商点上 滨1 9 3 2 3济阳坳陷东营凹陷西部尚店一平方王断裂鼻状构造带鼻状高点上 滨1 9 3 1 1平方王断裂鼻状构造西南部 滨1 9 3 一1 8平方王断裂鼻状构造北部 表3 - 2 漏失基本情况 井 号 井深( m )漏层性质漏速( m 3 h )处理方法 滨 5 9 3 6 2 l 砂岩孔隙 l静堵 1 9 3 一 x 2 9 2 3 9 4 1 砂岩孔隙 0 8 2强钻 1 1 1 0 7 3 灰岩裂缝 8 1水泥桥浆堵漏 桥堵2 次、柴油般土3 次、 1 2 2 2 1 2 2 2 4 灰岩缝洞 6 0 水泥9 次来堵住 1 2 2 2 4 1 6 3 6 云岩裂缝5 1 5清水强钻、水泥堵漏1 次 棱堵3 次、水泥堵3 次后 2 1 8 8 2 2 4 5 云岩裂缝 8 1 2 成功 互垄盔堂! 竺壅! 三垦塑主堂焦笙塞 苎! 童! 塑三迪里塑叁塑堡墨丝堕垦壅 2 6 8 7云岩裂缝 3 0 2 4桥堵1 欢、水泥堵1 次 3 2 3 6 3 2 4 5灰岩裂缝 3水泥堵t 次 滨 3 4 7 8 5灰岩孔隙 1 2静堵 1 9 3 一 x 8 3 6 2 6 3 6 3 0灰岩孔隙 2 4随钻堵漏 1 8 9 6 1 8 8 2砂岩孔隙1静堵 2 5 3 6 2 5 4 5砂岩孔隙5随钻堵漏 2 7 6 9砂岩孔隙3静堵 滨 1 9 3 2 0 8 7 4 灰岩裂缝 6 0桥堵1 次，水泥堵1 次 9 3 4 7 7 云岩孔隙 2 0 4 0静堵 3 8 7 9 云岩孔隙2 4静堵 3 5 0 1 3 6 7 l 云岩缝洞 1 8 4 8静堵与桥堵8 次 滨 3 9 1 2 3 9 1 5 砂岩孔隙 1 3 强钻 1 9 3 一 x 2 3 3 9 4 2 3 9 4 4 砂岩孔隙 1 1 3 桥堵1 次 滨 1 9 9 3 年9 月1 5 日钻至井深3 6 7 0 8 5 m ，出现溢流，关井p = 1 7 5 m p a ，p # 1 9 3 = 1 9 o m p a 稳压1 5 m i n 后立压和套压下降，漏失密度1 4 3 9 c m 3 的钻井液 l a m e ，以后地层出盐水，用桥接浆液压井堵漏成功，著提高钻井液密度至 1 i 1 8 6 1 9 0 9 c 一压稳盐水层。本井其余井段未发生井漏。 8 石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章平方王油田漏失规律及影响因素 ( 1 ) 二开并漏情况：4 4 4 5 m 钻头钻至井深3 7 4 m 开始发生井漏，直至井深 1 3 2 5 m ，共发生井漏4 7 次，其中漏速 6 0 m 3 h 的井漏1 3 次：漏速2 0 4 0 m 3 h 的井漏1 4 次：漏速 p 。，这样就在井壁与地层漏失通道间产生 一个正压差p ，使得钻井液源源不断地流入地层而发生井漏。a p = p - t p 。p _ t ，是作用在并壁漏失通道上的总压力。 在正常钻进时：p h = p # + p # + p m ，p # 为钻井液产生的液柱压力；p 。 为环空循环压耗 p m 为钻井作业时的各种附加压力。p u 是漏失通道的漏 失阻力，其情况较p 。t 更为复杂，主要由p 。和p 。构成ap m 是地层漏失通道 的孔隙压力，它是一个不变的物理量，可以用静平衡下的静液柱压力近 似表示：p i 是钻井液在漏失通道中流动的局部阻力省耗，目前还无法确 定或计算，它主要取决于漏失通道开口尺寸、几何形状以及钻井液性能 等。 国内外对漏失速度和压差的关系进行了初步研究，得到了一个被称 为漏失方程的关系式，即： p q 0 a p 为漏失压差；q 为漏速；k 称为漏失系数，它是表征漏层性质的 物理置，当漏层一定时，k 为一常数；n 称为漏失指数，它与漏层性质和 钻井液性能有关。 钻遇漏失通道是否发生并漏，首先取决于是否存在有正压差ap ，其 次是这一压差能维持多久，以及漏失通道空间容积的大小。井漏发生后， 石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章平方王油田漏塑律及影响因素 p 局随漏入钻井液的扩散而不断增加，使p 不断减小而有恢复压力平衡的 可能，宏观表现为漏速不断减小，直至自动停止，这一现象称为井漏“自 愈”。钻井液比清水钻进“自愈”的可能性要大。 由漏失方程可知，影响漏速的因素除压差p ”还有漏失系数和漏失 指数，也就是说，漏速还与漏失通道性质和钻井液性能有关，漏失通道 性质是客观存在的，不可改变的因素，因此对压差的研吭具有重要的意 义。 发生井漏后，只靠增大p 。来消除压差，制止井漏的可能性很小，且 必须消耗大量的钻井液，若靠调整钻井液性能来控制压差，这实际上受 到许多条件的制约，故而消除井漏的根本途径则是封堵漏失通道一堵漏。 3 3 2 诱导性漏失 诱导性漏失是井漏的又一类型，常常发生在孔隙裂缝发育的油、气、 水层。这类地层因孔缝发育，连通性好，对压力比较敏感，在钻井工程 作业中，当作用地层并壁上的总压力超过某一值时，地层中的原有孔隙 或裂缝相互连通并向地层深部延展，使得地层的承压能力下降而引起井 漏。诱导性井漏发生时，漏失通道性质要随井下压差变化而变化，因此 压差与漏速之间的关系不适合上面提到的漏失方程。一般说来，这类漏 失通道没有明显的“喉道”，桥堵剂难以“架桥”，要提高这类漏层的承 压能力往往比较困难，因而这类井漏的处理难度要比压差性井漏的处理 难度大。诱导性漏失发生后，由于井筒中液面下降，潺层中又含有油、 气、水，往往会出现又喷又漏的复杂情况。 3 3 3 压裂性漏失 压裂性漏失只是在某些特殊施工时才有可能产生，如大幅度提高钻 井液密度、长段裸眼井段试压、压井、挤替堵漏材料等人为蹩压。当作 用于井壁上的压力超过上部岩石的覆盖压力时，使岩石张开，孔隙连通 形成漏失通道而引起井漏。发生压裂性井漏后，破坏了压裂地层的原始 应力状态和胶结，使得地层的承压能力下降，即使外界压力消除后，井 1 4 互垫查堂! 兰查! 三塑堡圭堂堡笙壅笺! 童! 妻王塑里塑签塑堡丝墅堕里壅 漏也可能继续发生。在处理压裂性并漏时，可先静止一段时间，看并清 是否“自愈”，或适当降低钻井液密度，若以上办法无效，则应采用堵漏 的方法加以解决。 3 。3 4 堵塞机理 堵漏的理想结果是利用尽量少的堵漏材料，在井筒附近的漏失通道 中建立一道具有一定承压能力的堵塞隔墙。以蕊断钻井渡的流动，达到 堵漏的目的。 堵塞蕊墙的建立可分为如下三步：堵漏材料到达潺层时，其固相 颗粒的形状、尺寸、流动性等要能适应漏失通道在井壁上的复杂形态， 这样堵荆才能按预先设计量和覆盖面进入漏层；堵荆进入漏层后不能 让其源源不断流入地层深部，应在漏失通道某处( 如“喉道”) 滞留、堆 集，继面充满一定范围的漏失通道空间，同时还要求堵剂具有抵御各种 地下流体干扰的能力；充满一定范围漏失通道空间的堵剂，在地层温 度、压力的作用下，以机械堆砌方式或化学生成物方式建立堵塞隅墙。 建立起来的堵塞隔墙，一方面具有一定的机械强度，另方面与漏失通 道之间又有一定的胶结强度，从而达到长时间堵塞的目的。 堵漏材料的堵塞机理主要有两大类：一种是以流体形式进入漏层， 在漏失通道中经化学反应生成堵塞隔墙，如水泥浆、化学凝胶：另一种 是以携带液方式运送不同形状和粒径的固楣榜辩到漏失通道内，以机械 堆砌方式建立堵塞隔墙，桥接类堵漏材料的堵塞机理则属于此类。 3 4 漏层位置的确定方法 堵漏施工作业中，准确确定出漏层位置怒其中的关键环节。只有漏 层位置清楚准确，堵漏旄工的技术措施才具有针对性，才能取得成功。 但在实际堵漏作业中，由于存在许多复杂因素，致使漏层位置判断不清， 导致堵漏失败。 堑塑盔堂! 些查! 三堡堡主堂垡堡塞 蔓! 童! 查至塑里塑叁塑堡垦壁堕垦茎 3 4 1 漏层位置的综合分析 ( 1 ) 观察钻进情况 在钻开天然裂缝岩层段时，钻井液通常会突然快速漏失，并伴有扭 矩增大和蹩跳现象。若以前未曾发生过井漏，此现象便是并漏出现在井 底的可靠显示。 当钻开孔洞、暗道或洞穴性岩石层段时，钻进情况可能会从上述扭 矩变化发展到钻进放空而加不起钻压。在遇到上述现象的同时发生井漏， 不管以前是否有过井漏，漏层多半在井底。 ( 2 ) 观测岩心、钻屑情况 岩心资料是最直观的反映地下岩层特征的第一性资料，通过对岩心 的分析研究，可以了解地层的倾角、接触关系、孔隙、裂缝、溶洞及断 层的发育情况，通过岩心的采收率可以评价岩石的破碎程度，间接判断 岩石的透水性和含水层厚度。因为钻井漏失通常都发生在含水层，特别 是含裂缝和溶洞的地层，所以应特别注意岩心裂缝的观察和描述。这项 工作对及时发现漏失并问接了解漏失通道的太致尺寸是很有帮助的。另 一方面，还可以通过岩屑颗粒的大小间接判断漏失通道酌尺寸。 由于石油钻并大多采用无岩心钻并，所以对岩屑录并非常重视。井 场通过对岩屑的观察和分析研究，可以获得很多有关地层和油、气、水 层方面的信息资料。例如，可以根据岩屑的粒度组成来评价漏失通道的 张开值；在双目镜下挑出所有裂缝和溶洞充填物，用面积法估计裂隙溶 洞中岩屑占全部岩屑的比例，得出裂缝和溶洞发育系数和张开系数。 ( 3 ) 观测钻井液变化情况 钻井液的性能在现场主要指：密度、粘度、含砂量等，它们的变化 通常能反映井底的岩石性质。如果遇到含水层时，钻井液密度可能下降； 在砂、砾石含水层中钻进时，可能钻井液含砂量增加。因此必须经常注 意对钻井液性能变化的观测，以便及时采取防漏措施。 ( 4 ) 综合分析对比 钻进过程中改变钻井参数( 如加大排量) ，改变钻井液性能( 如提高密 度) 或压井、试压、起下钻过程等作业时发生井漏，漏层位置往往不好确 1 6 石油大学( 华东) 】：程硕士学位论文第3 章平方王油田漏失规律及影响因素 定，只有通过对比、测试、计算来确定漏层位置，主要步骤有： i ) 分析原来曾漏过的地方重漏的可能性； 2 ) 根据地层孔隙压力和破裂压力资料对比，最低压力点是首先考虑 的地方，特别是已钻过的油、气、水层和套管鞋附近： 3 ) 根据地质剖面和岩性对比，漏层往往在孔隙裂缝发育的地方； 4 ) 和邻井同井段对比。 3 4 2 水动力学测试法 ( 1 ) 正反循环测试法 为了提高测试漏层位置的准确度，使用正反循环测试法。具体作法 是：先以一定排量进行正循环洗并，测量出1 3 返出量和相应的漏速，然 后实施反循环洗井，反循环过程中改变排量，直至漏速与正循环相同， 测量出相对应的出口返出量，则漏层至井口的距离： ： 墨 ( ：+ ，) 式中：l 一井深，m ；q 、q _ 分别为正反循环洗井时出口钻井液返出 量，i m i n 。 ( 2 ) 泵压变化测试法 用这种方法测试漏层位置时，必须准确观测漏前钻并液排量和泵压。 井漏发生后，保持钻井液性能不变，以漏前相同的排量循环，测量出相 应的泵压。 设漏层距井口的深度为x ，漏前泵压为p 。，漏后泵压为气，漏前漏后 排量均为q s 不变，井漏后井1 ：2 返出q 0 ，环空压力损失系数为k a ，则： 只l = 只+ 只+ 足1 只2 = 只+ 只+ 只2 式中：巳钻具内压力损耗，k p ：l 钻头处的压力损耗，k p 。 p 。一漏前环空压耗，k p p 。：漏后环空压耗，k p 。 互迪查堂! 兰奎! 三堡堡圭堂丝堡塞 苎i 童垩查王塑里塑叁塑堡垦堂堕里重 由于漏前漏后钻井液性能、排量和钻具结构均未变化，所以p d 、p 。 不变，于是有： b 一一b ：= 只。一只： 令： a p = b l b 2 p 为漏前漏后泵压变化值，另外有： 只。= k 。l q 。2 只：= k 。仁一x ) q 。2 由此得出漏层距井口的深度为： 工2 i 匠a f 羽 式中：p s 一漏前漏后泵压变化值，k pq s 、q 0 一分别为排量和 返出量，i m i n ； k _ 环空压力损失系数。用实测法求出。 3 4 3 仪器测试法 ( 1 ) 井温测试 该方法的原理是钻井液在井内受地层温度的影响而形成一定钻井液 液柱温度梯度。若钻遇漏失层，井内具有一定温度的漏层以上的井浆漏 入地层，而下部钻井液即保持热浆。当地面冷浆打入井内后，立即进行 井温测量，钻井液液柱的温度梯度曲线就会在漏层处出现异常。 其步骤是：先测一次井浆温梯度曲线，之后把泥浆池中的冷浆泵入 井内，再测一次井浆温梯度曲线将两次测得的曲线进行对比，曲线的 异常处则为漏层位置。为尽量减少钻井液损失，常在冷浆中加入堵漏材 料，将判别漏层位置与堵漏施工同时进行。 ( 2 ) 放射性示踪原子测试 该方法的原理是利用含与不含放射性示踪剂钻井液所测出的y 射线 石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章平方王油田漏型律及影响因素 曲线的变化来判断漏层。其步骤是先进行y 测井，然后在钻井液中加入 放射性示踪剂，并把此浆液泵入井内挤入漏层，再进行一次y 测井，将 两次测得的曲线进行对比，放射性突降的井段就是漏层位置。此方法可 以比较准确地测出漏失点，但测试费用昂贵，同时要损失大量的钻井液。 仪器测试法除上述方法外，还有电阻率法、传感器法、流量计法等。 这些测试方法都能比较准确地测出漏层位置。在实际应用中，使用较多 的是漏层位置的分析判断方法，这种方法最为经济方便。在使用水动力 测试法和仪器测试法时，都要消耗大量的钻井液或花较高的测试费用， 甚至比堵漏施工一次费用还高，在这种情况下，可以利用分析结果针对 可能发生井漏的层段实施堵漏，往往是一种比较经济的处理办法。 随着处理井漏技术的发展，中高失水堵荆具有安全、快速、方便、 有效等特点，可以在漏层位置不清楚的情况下，将中高失水堵漏浆液循 环推进至漏层，同时正反计量来推算堵浆前缘位置，可以在一次施工中 找到并堵住漏层。 3 5 钻井液性能及钻井工程对井漏的影晌 影响井漏的因素很多，也比较复杂，由前面介绍的漏失方程可知， 除漏失通道自身性质外，钻井液性能和压差对井漏有很大影响。 3 5 1 钻井液性能对井漏的影响 ( 1 ) 钻井液密度 就漏失压差而言，钻井液密度是决定漏失压差的主导因素。钻井液 密度越高，发生井漏的可能性或井漏的严重度将越大，因此，在钻井作 业中，满足井壁稳定和平衡地层流体的前提下，尽可能使用较低的钻井 液密度，有利于防止井漏的发生。井漏发生后，根据井下实际情况，适 当降低钻井液密度是处理井漏的有效手段之一。 ( 2 ) 钻井液粘度和切力 钻井液粘度和切力对井漏影响有着完全不同的两个方面。一方面， 较高的钻井液粘切，可增加钻井液在漏失通道中的流动阻力，即增加p 1 9 石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章平方王油田滑失规律及影响因素 局，抵消一部分正压差，有利于缓解或消除井漏；另一方面，较高的钻 井液粘切，又可增加环空循环压耗，使井下正压差增加而加剧井漏。因 而，是否可以调整钻井液粘切或怎样调整钻井液粘切来处理井漏，要视 井下具体情况而定。就上部砂泥岩地层的孔隙性漏失而言，提高钻井液 粘切，尤其是提高钻井液的静切应力，有利于防止或消除并漏：就下部 地层井漏或压力敏感性地层的诱导性井漏而言，降低钻井液粘切往往有 利于防止或消除并漏。 ( 3 ) 钻井液的润滑性能 钴井液良好的润滑性能，有利于降低环空循环压耗，减小作用于漏 层的压差，对克服井漏有着积极的意义。尤其是对于压力敏感性地层的 诱导性漏失，改善钻井液的润滑性，往往是处理这类井漏的有效方法。 3 5 2 钻井参数对井漏的影晌 钻井参数主要指钻压、转速、排量、钻头水力参数、钻具结构等， 在这些参数中，主要是排量和钻具结构对井漏的影响较大。钻井液排量 越大环空循环压耗相对越高，这就加大了作用在漏层韵压差，对克服 并演不剩，因而，在易漏地层钻进，尤其是钻遇压力敏感性地层，能满 足井下正常携砂的条件下，尽可能地采用小排量钻进。钻具的组合结构 对井漏也有较大影响，在易漏地层钻进时，能满足正常要求的情况下， 尽可能少用扶正器和钻铤，这样，一方面可以降低环空循环压耗，另一 方面又可以避免起下钻时割掉井壁上已形成的滤饼，有助于克服井漏。 3 5 3 钻井工程措施对井漏的影响 钻井工程措施对井漏的影响主要指起下钻、开泵、中测、压井、试 压等作业对井漏的影响。 ( 1 ) 下钻、开泵对井漏的影响 由于钻井液是一种非牛顿流体，具有一定的结构粘度，因而在起下 钻过程中，要破坏这种结构，就要产生瞬时激动压力。瞬时激动压力附 加在井下，会引发或加剧井漏。下钻和开泵时产生的激动压，可用以下 石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章平方王油田漏失规律及影响因素 公式近似计算： 下钻激动压力 层流时： 紊流时 乓70322 n + 1 型旦生 。 3 h d 2 一d 13 0 0 。【d 2 一d lj b = 篙臀 开泵激动压力： p o 1 7 7 3 耳 d 2 一d 1 式中：p s _ 激动压力，k p a ： p 钻井液密度；p 。一塑性粘度，p a 。s ；y p _ 屈服值，p a ；卜钻 具长度，m ：v _ 一钻井液最大流速，m m i n ；n 一钻井液流性指数；k 钻 井液稠度系数，p a s “； d 。一钻具外径，m ；d 。一井眼直径，m ；q 一钻井 液排量，m 3 m i n 。 有关研究表明钻井液密度和粘度对激动压力影响不明显，钻井液屈 服值对激动压力的影响较大，屈服值增5 0 ，会使激动压力增加6 5 左右。 为减小激动压力对井漏的影响，应搞好钻井液的润滑性，尽可能降低钻 井液的屈服值，同时，在操作上应注意下钻和开泵要缓慢，并采取“先 转动后开泵”的原则。 ( 2 ) 压井 压井的主要目的是控制井喷，若设计的压井钻井液密度过高或井口 回压控制过大，很容易将井眼的薄弱环节( 如油、气、水层或套管鞋处) 压漏。 ( 3 ) 试压 石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章平方王油田漏失规律及影响因素 钻井作业中，在钻开高压油、气、水层前，为了提高钻井液密度， 往往要对裸眼井筒试压，若井口压力控制不当，也很容易将地层的薄弱 环节压漏。 无论是压井还是试压过程中发生井漏，由于漏层位置不清楚，给井 漏的处理带来了更大的难度，为了有效她预防这类井漏的发生，长裸眼 井段压井或试压作业时，可采用桥浆作压井或试压浆液。 石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第4 章高密度抗盐抗钙防涸堵漏钻井液研究 第4 章高密度抗盐抗钙防漏堵漏钻井蔽研究 滨南平方王油田主要存在以下三种不同性质的井漏：上部( 主要是 第三系、二叠系和石炭系上部) 砂泥岩地层的渗透性漏失：下部碳酸盐 岩地层( 主要是石炭系下部和奥陶系) 天然缝洞的压差性漏失；下部易 破碎地层( 主要是石炭系和奥陶) 的诱导性漏失。 根据该地区非的井漏性质和特点，我们对高密度抗盐抗钙防漏堵漏 钻井液桥接堵剂及其配方进行了具有针对性的室内研究，以适应平方王 油田的井漏特性，从而达到高效快速消除井漏的目的。 4 1处理剂单剂筛选 4 1 1 页岩抑制剂评价 ( 1 ) 页岩稳定指数( s s i ) 实验 1 ) 岩心制备：取6 0 9 二级安丘膨润土，在1 4 m p a 下压3 0 m i n ； 2 ) s s i 测定步骤 实验前，测岩心原始高度、针入度和质量； 将待测液倒入岩心筒内，拧上盖子，放入恒温干燥箱中，在一定 温度下放置一定时间； 取出岩，t l , 筒，打开盖子，将岩心表面的水完全倒干净，再测岩心 高度、针入度和质量。 3 ) 计算 岩心线膨胀率：p s ( ) = x h h 1 0 0 岩心吸水百分数：h ( ) = a s w wx1 0 0 互鎏查堂! 竺查! 三堡堡堂堡丝塞苎! 童壹奎壅垫垫垫堡堕塑些塑笪茎堕塑塞 页岩稳定指数：s s i = 1 0 0 2 ( t - 1 r h j ) 一4 a b 式中：h 一岩心原始高度，眦；h 岩心膨胀高度，l n m ；w 一岩心 吸水量，g ；w 一岩心原质量，g ：a 一岩心吸水百分数，；h r 岩心吸水 后针入度，咖；p s 一岩心线膨胀率，； h ，一岩心原针入度，哪； 实验结果见表4 一l 和表4 2 。 表4 1 页岩稳定指数实验结果( 3 0 c ) 序号 试验液s s i ( 2 h )序号试验液s s i ( 2 h ) 11 5 s y p 一19 1 6 1 21 5 s y p i + i m k c i9 7 3 3i 5 s y p - 3 7 4 41 31 5 5 5 3 + 1 i 啦c 19 1 2 41 ，测p - 56 7 81 4 1 5 j l x + l l 赶【c 1 9 3 5 51 5 j l x 4 7 11 5 i 5 s y p 一5 + 饱和盐 3 1 1 1 5 l 6 s y p 一5 + 2 0 n a c l + 5 k 61 5 5 5 3 5 4 11 67 6 1 c 1 7i 5 _ 1 5 s y p - i + 饱和盐7 5 71 71 5 s y p 一5 + i y ( c l 9 7 1 8 1 协汇l9 5 11 8 1 5 s y p 一3 + 1 m k c l9 4 8 2 0 n a c i + 5 k c i + 3 水玻 9 饱和盐 3 3 71 94 0 3 璃 1 5 s y p - i + 2 帅1 + 5 k 1 02 0 ，6 n a c i + 5 k c i4 0 52 0 9 7 7 c i + 3 水玻璃 1 5 s y p - 1 + 2 0 1 19 0 4 n a c i + 5 k c l 互迪查堂! 兰堑! 兰型堡主堂垡堡塞蔓! 童蔓奎鏖垫苎垫塑堕塑堕塑堂茎塑堑塞 表4 - 2 页岩稳定指数实验结果( 8 0 ) 序号 试验液 s s i ( 2 h ) 1 1 5 s y p 一1 6 7 9 2 1 m k c l 9 8 3 3 2 0 n a c i + 5 k c i + 3 水玻璃 4 4 0 41 5 s y p 一1 + 1 m k c l 9 5 9 51 5 s y p - 5 + 1 ( c 1 9 4 8 61 5 s y p l + 2 0 n a c l + 5 k c l 9 5 9 7 1 5 s y p 一5 + 饱和盐 7 0 1 8i 5 s y p - 5 + 2 0 n a c l + 5 k c l + 3 水玻璃8 8 9 g59 f o s y p - i + 3 硅酸钾9 8 0 1 0 i 5 k s y p l + 2 0 n a c l + 5 k c l + 3 水玻璃 9 9 5 1 11 5 s y p - i + 2 0 n a c i + 3 水玻璃9 8 2 由表4 - i 和表4 2 可以看出，多元醇s y p i 不需与无机盐配合使用 就具有很好的页岩抑制性，与k c i 、硅酸盐等配合使用效果更佳。而目 前现场上常用的多元醇j l x 、5 5 3 等在淡水中抑制效果较差，与盐配合使 用，才表现出较好的抑制性，但与s y p l 相比要差一些。另外，s y p - 3 、 s y p 一5 等抑制性比j l x 、5 5 3 要好。但比s y p 一