47地层漏失压力识别与预测

1、地层漏失压力识别与预测技术王光磊（胜利石油管理局钻井工艺研究院257017）摘要：井漏是油气井钻井过程中经常遇到的井下复杂情况，使钻井成本明显增加。本文介绍了井漏发生的必要条件，阐述了地层漏失的四种机理：渗透性漏失、压裂性漏失、裂缝性漏失、溶洞性漏失。建立了这四种漏失形式的判断准则，给出了相关参数的确定方法，并编写了井漏预测软件。最后，分析了中原油田文东区块井漏案例，并给出了该预测技术在现场的初步应用结果。关键词：漏失压力、渗透率、漏失判断准则、井漏预测IdentificationandPredictionofLeakagePressureoftheFormationWangGuangleiD

2、rillingTechnologyResearchInstituteShengliAdministrativeBureau,Dongying,Shandong,257017AbstractLeakageoftenhappensindrillingengineering,anditmakesdrillingcostincrease.Thispapersummarizestheprerequisitesandthemechanismsoftheleakage.Theleakageisdividedintofourforms:PermeabilityLeakage、FracturingLeakage

3、FractureLeakage、CavernLeakage.Criticalcriteriaforthefourleakageformsarefounded,andthesoftwaretoidentifyingtheleakagepressureisprogrammed.Withthecombinationofthesorts,thepaperanalyzesthecasesofZhongyuanoilfield.Keywords:leakagepressure,permeability,judgingrulesoftheleakage，leakageprediction11引言井漏是钻井过

4、程中泥浆、水泥浆或其它工作液漏失到地层中的现象。它是石油、天然气井钻井过程中普遍存在的井下复杂情况之一。井漏不仅使钻探成本上升，而且对储层产生严重污染，给试油和开发都带来极为不利的影响。井漏问题一直是国内外石油工程界十分关注的问题。目前，对泥浆漏失情况的分析主要集中在以下几个方面：一是漏失深度和井段；二是漏层的性质，如岩性、压力、流体性质、裂缝产状和大小；三是漏失的原因，即它是属于储层的低压层漏失还是属于重泥浆对地层的压裂漏失。从钻井的角度看，长裸眼、多压力层系、复杂地层，特别是钻调整井时，井漏的问题显得更严重。如果在钻井之前，能比较准确地预测井漏的位置和程度，那么在钻井过程中采取适当的钻井工

5、艺措施，可以很好的防止井漏的发生。本文根据井漏机理，对现场井漏事故进行了分类，并给出了每种漏失形式的判断准则。在此基础上编写井漏预测程序。最后，结合这种分类对现场采集的井漏事故案例进行了分析作者简介:王光磊（1979）,男,山东济阳人，2005年毕业于石油大学（华东）油气井工程专业,硕士研究生。和现场初步应用。2漏失类型及判据井漏发生的必要条件井漏的产生必须具备三个必要条件：其一是对地层存在着正压差，即井筒工作液的压力大于地层孔隙、裂缝或溶洞中液体的压力（即地层孔隙压力）。其二是地层中存在着漏失通道及较大的足够容纳液体的空间。只有当地层中有足够大的容纳流体的空间时，才有可能构成一定数量的漏失。

6、其三是此通道的开口尺寸应大于外来工作液中固相的粒径。漏失分类发生漏失的直接表征是泥浆的损失，并且具有一定的漏失速度，它和地下裂缝的性质井壁上的漏失面积、泥浆的性能、压差等许多因素相关。单纯以漏速去衡量漏失的强弱还远远不够。我们通过对现场大量漏失事故的统计分析处理，总结出四大漏失机理，渗透性漏失、压裂性漏失、裂缝性漏失、溶洞性漏失。这样按照漏失机理，将井漏分为四种类型。判断准则的建立及相关参数的确定为了较准确地识别和预测发生了哪一种漏失，需要建立上述四种漏失类型的判断准则。通过文献调研和现场资料收集，本文提出了四种漏失形式的判断准则。渗透性漏失这里的渗透性漏失指的是多孔渗透性地层的漏失。这种地层

7、孔隙度大，渗透率高，埋藏深度不一，漏失程度也不一样。渗透性漏失的严重程度决定于泥浆柱压力与地层压力差值的大小和井壁上是否有泥饼形成。当有泥饼存在时，泥饼的渗透率将对泥浆的漏失量有很大影响，用泥饼系数ac表示泥饼的影响。Qc与泥饼渗透率、强度、厚度、可压缩性等因素有关，它的取值范围在01之间。这样，由达西公式渗透性漏失的漏速可由下式表示1）_2兀Kh（P-PbQzmec1R卩IneRw在无泥饼的极限情况下，a=1；当泥饼形成的很好时，不发生漏失，a0。cc（1）地层压力P的确定e地层孔隙压力的检测方法已经相当成熟和完善。其中，有地球物理方法，测井方法以及随钻测试方法等。（2）渗透率K的确定目前，

8、常用一些经验公式计算岩石的渗透率。Wyllie和Rose公式为：k22503/Swi还有，根据孔隙度e和粒度中值m估计k2lgK=D+1.7Md+7.1lg0（3）1式中：D与砂岩的压实、胶结物含量和分选性有关。压裂性漏失这种漏失是人为造成的，是地层承受过高的压力后产生和诱发裂缝的结果。主要因素有：工作液密度太高；下套管速度太快；泥浆或水泥浆流变性能差；开泵太猛，循环排量过大；产生过高的激动压力。对于压裂性漏失的研究，首先要对地层岩石进行受力分析，对裂缝的形成条件有清楚的认识，然后可以建立压裂性漏失的判断准则3。在地层破裂之前，井壁上的最小总周向应力应为地应力、井筒内压及液体渗滤所引起的周向应

9、力之和，即：rwwpJ（1p）（l2卩）1（）c0=2qP+8（严-fPP丿0hw口丿wpQ=Q（1P）Pzvp对于拉伸破坏一般采用最大拉应力理论：qaP=q3pt把井壁应力公式（4）与破坏准则（5）式相比较，Q=P右fGP）rwwp4）（5）可以求出井壁发生拉伸破坏的临界泥浆密度。对于直井，非均匀水平地应力的情况，当。=0或180时，a0最小。有：P=P=3QQ+QaP（6）fwhHtp即此时拉伸破坏最先出现在垂直与最小水平地应力的方向。裂缝性漏失这里是指天然裂缝性地层的漏失。其裂缝是地质作用的结果，这种地层的漏失往往是突然性的，漏速大，一般情况下均出现失返，堵漏难度相当大。用测井的方法探测

10、裂缝及其分布的主要依据是裂缝与基质具有不同的地质地球物理特性，故在多数测井曲线上均具有相应的显示。目前，识别裂缝比较有效的测井方法有十多种。其中，地层倾角测井是探测天然裂缝最有效的方法之一。它包括：裂缝识别测井、电导率异常检测、定向微电阻率等。另外，还有地层微电阻率扫描测井、声波测井等等4。在钻井过程中，钻遇裂缝性地层一般会发生或大或小井漏事故，也就是说，当PPme时，很有可能会发生井漏。可以看出，裂缝性地层必然对钻井液的性能要求很高。溶洞性漏失溶洞性漏失与裂缝性漏失具有相似的特点，例如突然性，漏速大，泥浆失返，堵漏难度大等。通常，溶洞性漏失的危害要比裂缝性漏失尤为明显和严重。但是，我国大部分

11、地区溶洞性漏失并不多见；主要出现在喀斯特地形发育的地区。溶洞的测井相应特征是：井径扩大、钻速加快、钻具放空；电阻率低，这主要是受泥浆影响；密度测井低，可低至泥浆值；地层倾角测井出现饱和低阻异常；变密度图中波幅衰减，波形干涉，呈“V”字形等。3漏失压力识别与预测软件为了在钻井过程中防止地层发生各种形式的漏失，关键是识别和预测地层的漏失压力。基于上述判断准则，编制了预测软件。（1）主界面主界面包括数据准备、漏失压力、绘图、定井深分析等内容，见图1。图2渗透率计算子界面图1漏失压力预测软件主界面渗透性漏失裂缝性漏失压裂性漏失地层压力剖面图孔隙压力I坍塌压力I漏失压力破裂压方丁U500图3漏失压力计算

12、界面图4文13405井预测成果图（2）渗透率计算子界面渗透率计算子界面见图（2）。在该界面下的操作，首先要读入原始数据；然后进行数据处理。渗透率的计算，应用的是针对地区性的经验公式。（3）漏失压力计算界面漏失压力计算界面见图（3）。该子界面包括以下内容：与井深对应孔隙压力、破裂压力、漏失压力以及漏失类型。4.初步应用作者对中原油田文东区块钻井井漏事故的调查情况。得知，文东区块发生了多种形式的漏失。其中，包括天然漏失层的漏失，涵盖了渗透性漏失和裂缝性漏失，但是，它们的性质还有待于进一步确定；压裂性漏失，而且这种漏失形式居多；溶洞性漏失很少。其中，由于操作不当而引起的漏失事故，占了不小的比例。所以

13、，规范的操作，和预防工作对于减少漏失事故至关重要。其中，漏失压力的预测起到了重要作用。对中原油田文13405井的分析中，岩石孔隙度和渗透率的计算应用了针对文东区块经验公式。孔隙度经验公式：7）0e2.844522InAt-0.01440449Mud-12.82909渗透率经验公式：8）k二e0.07508476At-0.0646501Dgr-15.39303其中D=（GRGR）/（GRGR）GRminmaxminGR自然伽玛读值，GRmin解释井段纯砂岩的GR读值，GRmax解释井段纯泥岩的GR读值图4是用该软件对文13405井的分析成果图。由成果图可以确定安全钻进的泥浆密度窗口。可以看到，在2550米-2700米井段，是发生漏失的可能性比较大的层段。有复杂的裂缝性漏失层存在，分析结果与实际情况相符。用于指导实际钻井作业，起到较好的效果。在钻开该地层之前，加入有效的堵漏材料，并及时调整钻井液密度，安全钻进该地层。5结论（1）将地层漏失综合分析，归结为四种类型：渗透性漏失、压裂性漏失、裂缝性漏失、溶洞性漏失；（2）建立了四