钻井液完井液化学4

1、第九章第九章 对付井下复杂情况的对付井下复杂情况的钻井液技术钻井液技术学习意义学习意义 井漏、井塌、井喷、卡钻是钻井工程中井漏、井塌、井喷、卡钻是钻井工程中常见的井下复杂情况常见的井下复杂情况 其发生直接或间接地与钻井液工艺技术其发生直接或间接地与钻井液工艺技术有关有关 一般需通过钻井液工艺技术解决这些井一般需通过钻井液工艺技术解决这些井下复杂情况下复杂情况 如何预防和处理这些井下复杂体现了钻如何预防和处理这些井下复杂体现了钻井液工艺技术水平井液工艺技术水平第一节、井漏第一节、井漏- lose of circulation 井漏定义及危害井漏定义及危害 概念概念 各种井下作业（钻井、各种井下作

2、业（钻井、固井、测试或修井等）固井、测试或修井等）时，各种工作液（包时，各种工作液（包括泥浆、水泥浆、完括泥浆、水泥浆、完井液及其它液体等）井液及其它液体等）在压差作用下漏进地在压差作用下漏进地层的一种井下复杂情层的一种井下复杂情况。况。 危害危害 损失钻井时间，延长钻井损失钻井时间，延长钻井周期周期 损失大量钻井液原材料损失大量钻井液原材料 产层漏失会严重损害产层产层漏失会严重损害产层 诱发其它井下事故诱发其它井下事故 干扰钻井液性能的正常维干扰钻井液性能的正常维护处理护处理 干扰地质录井工作干扰地质录井工作我国防漏堵漏技术的发展我国防漏堵漏技术的发展 特点：特点： 大力发展堵漏剂和相应大力

3、发展堵漏剂和相应的工艺技术（几大类数的工艺技术（几大类数十种堵漏材料）；十种堵漏材料）； 开始重视对井漏的预防；开始重视对井漏的预防； 漏层地质特性、漏失机漏层地质特性、漏失机理和漏层测试手段的研理和漏层测试手段的研究开始起步；究开始起步； 堵漏试验设备及工具的堵漏试验设备及工具的研究已经展开。研究已经展开。 发展历程发展历程 见漏就堵、以堵为主，见漏就堵、以堵为主，堵漏效率较低的初始阶堵漏效率较低的初始阶段；段； 以堵为主、堵防结合，以堵为主、堵防结合，防漏堵漏技术的发展阶防漏堵漏技术的发展阶段；段； 以防为主、堵防结合，以防为主、堵防结合，防漏堵漏工作进入科学防漏堵漏工作进入科学发展阶段。

4、发展阶段。发生井漏的基本条件发生井漏的基本条件 存在正压差存在正压差 存在漏失通道及较大的足够容纳液体的空间存在漏失通道及较大的足够容纳液体的空间 通道的开口尺寸大于外来工作液中固相的粒径通道的开口尺寸大于外来工作液中固相的粒径-均可由于人为原因而产生均可由于人为原因而产生自然漏失通道自然漏失通道 粘土岩粘土岩 砂砾岩砂砾岩 浅层、中深井段未胶结或胶结差的未成岩的砂砾层浅层、中深井段未胶结或胶结差的未成岩的砂砾层 中、高渗透砂砾岩层中、高渗透砂砾岩层 中深井段、深井段经成岩作用低孔、低渗的砂砾岩层中深井段、深井段经成岩作用低孔、低渗的砂砾岩层 碳酸盐岩碳酸盐岩 火成岩火成岩 变质岩变质岩 烧变

5、岩（煤层）烧变岩（煤层）人为漏失通道人为漏失通道 外力大于地层岩石破裂压力造成岩石破外力大于地层岩石破裂压力造成岩石破碎所形成的诱导裂缝碎所形成的诱导裂缝 外力造成闭合裂缝的开启所形成的诱导外力造成闭合裂缝的开启所形成的诱导裂缝裂缝裂缝可分为垂直裂缝（裂缝可分为垂直裂缝（70-90o）、斜交裂缝（）、斜交裂缝（20-70o）、水平裂缝（）、水平裂缝（0-20o）、网状裂缝）、网状裂缝.井漏分类井漏分类（按漏失通道形态分）（按漏失通道形态分） 渗透性漏失，漏速渗透性漏失，漏速0.54方方/小时，一般在小时，一般在强渗透及胶结差的地层强渗透及胶结差的地层 裂缝性漏失，漏速几裂缝性漏失，漏速几几百方

6、几百方/小时，一小时，一般在天然或人为裂缝地层般在天然或人为裂缝地层 溶洞漏失，常有进无出，多发生在多洞溶洞漏失，常有进无出，多发生在多洞穴石灰岩白云岩地层穴石灰岩白云岩地层漏失类型漏失类型井漏的予防井漏的予防 合理泥浆密度合理泥浆密度 合理套管程序合理套管程序 尽可能使用低密度，低切力，低粘度泥浆尽可能使用低密度，低切力，低粘度泥浆 备堵漏材料备堵漏材料 减少压力激动（慢开泵，下钻慢，分段循环等）减少压力激动（慢开泵，下钻慢，分段循环等） 低返速带砂低返速带砂 防止环空堵塞和缩径防止环空堵塞和缩径 提高地层承压能力提高地层承压能力漏层性质综合判断框图漏层性质综合判断框图井漏井漏P坍坍 则则

7、P破破 P泥泥 P地地 若若P坍坍 P地地 则则 P破破 P泥泥 P坍坍 若若P P循环压耗循环压耗，则无法正常钻井，则无法正常钻井 泥浆作用泥浆作用：使：使P坍坍上升，上升， P地地 上升、上升、P破破下降，下降， P减小减小 对水敏地层（泥页岩）对水敏地层（泥页岩）水化：水化：产生膨胀压，改变井产生膨胀压，改变井周应力分布周应力分布增加地层塑性，增加地层塑性，强度降低强度降低胶结物溶解胶结物溶解地层孔隙压力增大地层孔隙压力增大对破碎性地层对破碎性地层（稳定性取决于本体力学性质、岩体结构稳定性取决于本体力学性质、岩体结构面或弱面的多少及性质、井斜、方位等面或弱面的多少及性质、井斜、方位等）用

8、用P泥泥平衡平衡P坍坍时：时： 若结构面闭合，若结构面闭合， P泥泥对防塌有利；对防塌有利； 若结构面不闭合，若结构面不闭合， P泥泥使钻井液进入结构使钻井液进入结构面，导致：面，导致： a) P泥泥有效作用下降，甚至为零有效作用下降，甚至为零 b) 使使P坍坍上升，形成恶性循环，且上升，形成恶性循环，且P泥泥愈大，愈大， P坍坍愈大，以致使愈大，以致使P泥泥作用完全失效作用完全失效必须使用合理配套的钻井液技术，以达到必须使用合理配套的钻井液技术，以达到以下要求：以下要求： 将地层水化抑制，使将地层水化抑制，使P坍坍不上升不上升 （1）页岩水化（抑制水化）程度的测定技术）页岩水化（抑制水化）程

9、度的测定技术 （2）页岩水化及抑制水化的泥浆技术）页岩水化及抑制水化的泥浆技术 完全封堵井壁地层（近井壁渗透率为完全封堵井壁地层（近井壁渗透率为零），使零），使P坍、坍、P地地不上升，不上升，P泥泥完全有效，完全有效，并使并使P破破不下降不下降 安全压力窗口不变窄安全压力窗口不变窄第三节、井喷第三节、井喷 井喷的原因井喷的原因 钻井液密度偏低（钻井过程中井喷）钻井液密度偏低（钻井过程中井喷） 起钻抽吸、泥包、井漏、起钻未及时灌泥浆起钻抽吸、泥包、井漏、起钻未及时灌泥浆等引起压力降低、油气侵入、油气上窜时体等引起压力降低、油气侵入、油气上窜时体积膨胀（起钻过程、下钻过程、下钻后循环积膨胀（起钻过

10、程、下钻过程、下钻后循环时井喷）时井喷）进入高压油气层的显示进入高压油气层的显示 机械钻速升高或钻具放空机械钻速升高或钻具放空 泥岩岩屑变大，棱角分明，泥页岩密度下降泥岩岩屑变大，棱角分明，泥页岩密度下降 荧光显示好或发现油砂荧光显示好或发现油砂 钻井液密度下降钻井液密度下降 泵压下降且泵压不稳泵压下降且泵压不稳 钻井液含气量上升，严重时钻井液液面有气泡钻井液含气量上升，严重时钻井液液面有气泡 泥浆池液面升高泥浆池液面升高 井涌井涌油气上窜引起井喷示意图油气上窜引起井喷示意图井喷示意图井喷示意图压井用重泥浆密度确定压井用重泥浆密度确定P地地=0.1 原原H+P立立0.1 重重H=P地地+P附附

11、 重重= 原原+10(p立立+p附附)/H第四节、卡钻第四节、卡钻 概念：概念： 在钻井过程在钻井过程中，钻具在井下中，钻具在井下不能转动又不能不能转动又不能自由地上下活动自由地上下活动而被卡死的井下而被卡死的井下事故。事故。与泥浆有关的卡钻类型：与泥浆有关的卡钻类型： 泥饼卡钻泥饼卡钻 沉砂卡钻沉砂卡钻通过增强携带能力解决通过增强携带能力解决 砂桥卡钻砂桥卡钻通过增强携带能力解决通过增强携带能力解决 井塌卡钻井塌卡钻使用防塌钻井液使用防塌钻井液 泥包卡钻泥包卡钻增强抑制性增强抑制性 缩径卡钻缩径卡钻提密度、增强抑制性提密度、增强抑制性泥饼粘附卡钻（压差卡钻）泥饼粘附卡钻（压差卡钻） 概念：概

12、念： 在井下压差作用下，在井下压差作用下，钻具粘附在井壁泥钻具粘附在井壁泥饼上，既不能上提饼上，既不能上提下放又不能转动的下放又不能转动的井下复杂事故。井下复杂事故。 原因：原因： 渗透性强的地层，渗透性强的地层，形成泥饼厚形成泥饼厚 钻具在井下静置时钻具在井下静置时间长间长 压差大压差大泥饼粘附卡钻示意图泥饼粘附卡钻示意图予防措施予防措施工程方面：工程方面： 用较小直径，较短用较小直径，较短的方形或螺旋形钻的方形或螺旋形钻铤铤 加扶正器加扶正器 控制井斜及方位变控制井斜及方位变化化泥浆方面：泥浆方面： 尽可能用低密度泥浆尽可能用低密度泥浆 维持低滤失量维持低滤失量 加润滑剂加润滑剂 勤活动钻具勤活动钻具 加强固控加强固控解卡所需上提力计算解卡所需上提力计算F=R L(P液柱液柱-P地层地层) R-钻柱半径钻柱半径