调整所钻地层三个压力剖面(P塌、P破、P地)技术解决我国复杂地层深井钻井技术难题的探讨

1调整所钻地层〝三个压力剖面(P塌、P破、P地)〞

技术探讨

---关于解决我国复杂地层深井钻井技术难题的探讨

2目录一、调整〝三个压力剖面〞是解决我国复杂地层深井钻井技术难题的的一个关健问题：二、降低井壁坍塌应（压）力：三、提高地层承压能力(提高P破、P承、P漏)；四、裂缝性地层恶性漏失的及时有效的堵漏技术(提高漏失压力)五、“降低”地层流体压力P地(设想)；六、扩大窄安全密度窗口的技术七、降低地层坍塌压力和提高地层承压能力(P承和P破)的泥浆核心技术:3我国钻井技术发展的主要方向

缩小与国外先进水平的差距、赶上世界先进水平;

解决当前钻井技术的主要技术难题(制约我国勘探开发进程的主要技术瓶颈)4国外钻井技术(与装备)的发展趋势：

1、向快速、优质高效、低成本方向发展。积极采用高性能螺杆钻具和新型钻头、高压喷射钻井、小井眼钻井、连续管钻井、套管钻井、随钻测量、随钻测井、随钻测试技术、旋转导向与地质导向钻井技术、垂直钻井技术、控压钻井技术、可膨胀管应用技术、气体钻井技术与装备、全过程欠平衡钻井技术、超深井钻井技术及万米深井钻探装备、随钻地震技术……等新技术、新方法,努力提高钻井水平与效率。52、采用水平井、大位移井、多分支井等MRC技术提高油田开发的综合效益。钻井功能的扩展(多学科交叉、综合应用):

提高单井产量提高采收率难动用储量的经济开发3、向更加注重QHSE方向发展，钻井安全和环保问题得到更加广泛的重视。

64、向更有利于保护油气层的方向发展。积极采用优质钻井液和完井液，更好地保护油气层。5.以信息化、智能化为基础和特点向自动化方向发展:

采用地面自动化钻机配合井下旋转闭环导向钻井系统,不断强化对钻井和地层的实时监控;通过卫星和互联网实现对现场的远程监控,建立钻井信息数据综合菅理与适时应用的钻井远程快速决策系统。6、对于解决深部复杂地层钻井的井下复杂问题的相关技术有重大进展,但距很好解决这类问题还有很大距离。7与世界先进水平的主要差距

钻井总体能力方面，年进尺:2001年:加6.04万米、美4.879万米、中2.04万米;2006年加7.16万米、美5·425万米、中3.21万米。在深井钻井方面，我国目前的深井钻井平均钻井周期是美国20世纪80年代的1.4倍。在钻井装备方面，国外已实现机械化、自动化，初步具备智能化，达到有效、安全、快速、经济的要求，钻机实现模块化、高运移性，满足各种地貌条件下作业需要，各种特殊工艺井的井下工具实现自动化、智能化。但国内特殊工艺井井下工具的高端产品主要依赖进口，高运移性的中浅井钻机和机械化、自动化工具与装备还正处在摸索和试验阶段。8

在钻井核心技术与前沿技术研发方面，目前国内还基本处于跟踪模仿国外先进钻井技术阶段。国外已成熟商业化的技术，国内往往才开始模仿研究或引进技术，时间落后5～10年。如国外研发的多种随钻测量、随钻测井和随钻测试系统、近钻头地质导向钻井系统、垂直钻井系统、旋转导向钻井系统等在上个世纪90年代就已商业应用，而国内在这些技术领域的研发工作仍处于发展阶段，其中先进工具与仪器的研制多为模仿，使得我国钻井工艺技术的发展常受制于国外。

与世界先进水平的主要差距

9与世界先进水平的主要差距

利用己有理念、装备、技术…解决工程问题(钻井工艺技术)不落后。有自己的特色和优势。落后在于:新理念的产生;新装备、新仪器、新工具的研发;信息技术、智能化技术、自动化技术的密切结合与应用…

差距在于创新能力:基础理论、实验基础研究不足;相关学科、技术领域的理论、知识及新成果引入和应用差;国内整体技术水平不足…

为尽快赶上国际先进水平，我国正加强攻关力度努力追赶.10

目前，复杂地层深井钻井，必成为我国钻井的必然趋势，而且复杂地层深井钻井井下复杂问题已成为制约我国油气勘探开发事业发展的重要瓶颈。是国内外都未很好解决的重大技术难题。而所有这些问题都与钻井液技术密切相关。如何解决复杂地层深井(特别是深探井)钻井的主要技术难题引起了油气勘探和开发界高度关注。成为钻井工程所面临的重大挑战和发展机遇，也是当前钻井和泥浆技术发展的主要方向。解决当前钻井技术的主要技术难题11

在我国,如何解决复杂地层深井(特别是深探井)钻井的主要技术难题引起了油气勘探和开发界高度关注。当前国外钻井先进技术的发展对于解决其中的某几个问题虽有一定的突破,但仍不能全面有效的解决它们。成为钻井工程所面临的重大挑战和必须自行逐步有效解决的重大技术难和打破的技术瓶颈，也是我们钻井走问海外的技术支持和保证(核心竟争力的必要内容)。12一、调整三个压力剖面是解决我国复杂地层深井钻井技术难题的的一个关健问题：㈠调整三个压力剖面：(三个压力剖面是可能按我们的意愿进行调整的)1、以尽量降低P塌来促进井壁稳定技术的发展和利于其它难题的解决；

2、将地层破裂压力P破

(或承压能力P承或漏失压力P漏)提高到井下安全的程度；

3、裂缝性地层恶性漏失的及时有效的堵漏技术(提高漏失压力)4.“降低”地层流体压力P地(P油、

P气、

P水)

。

防塌、防漏、堵漏、扩大安全密度窗口。13

㈡.目前急待解决又没能很好解决的重大技术难题(井下复杂与事故)大都与P塌、P破

(或承压能力P承或漏失压力P漏)P地有关系:1.目前，国内外在漏、喷、塌、卡、斜……这些井下复杂与事故中，一般情况下各单项问题都已基本形成有效的解决技术(包括相关理论和方法)，除有待进一步完善提高外，已对钻井构不成普遍威胁.但是在深井复杂地层情况下仍有一系列难题未能很好解决。它们之中很多都与P塌、P破

(或承压能力P承或漏失压力P漏)P地的不符合要求(不适当的过高或过低)有着直接和间接的关系。

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⑴.复杂地层条件下的井壁稳定问题如深井、高温大段盐、膏、泥层(夹高压盐水层)的井壁稳定;

山前高陡构造、破碎地层井壁稳定问题

气体钻井及转换泥浆后的井壁稳定问题极强水敏性地层的井壁稳定问题……

⑵.山前高陡构造防斜打快问题。

(垂直钻井技术可望解决)

⑶.超深井(≥7000M)高温(>200—220℃)钻井和固井技术:

我国井温180℃以下,密度＜2·00—2·30的泥浆技术己基本过关。井温＞180℃,密度＞2·30的水基泥浆技术国内外都未过关。“油基泥浆“几为空白。高温高压井深大大加剧井下复杂。

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(4).

井漏问题(主要是指恶性漏失)及由此引发的一些井下复杂问题至今无一有效可靠的技术。主要由工程经验来解决问题。

“恶性漏失”主要表现为漏失厉害并且很难堵住。它常有两种不同的情况：较大的天然裂缝及溶洞引起的有进无出的严重恶性(漏速很大、很难堵住…)漏失长井段低承压地层“随机性、多点漏失”(漏速很大、很难堵住…)问题16⑸.窄安全密度窗口安全钻井问题:

当漏、喷、塌、…位于同一裸眼井段(同层)，则引发出多种复杂问题:主要归纳为窄或负安全密度窗口的安全钻井复杂问题:P破(漏)＞P泥＞P地,(P地＞P坍)

,ΔP窗=P破漏)－P地

≤△P泥循环

P破(漏)＞P泥＞P坍,(P坍＞P地),ΔP窗=P破(漏)－P坍≤△P泥循环

而喷(尤其是三高气层、高压盐水层)和漏(尤其是恶性漏失)构成的窄或负安全密度窗口的安全钻井问题则更为复杂、困难和危险,是我们当前重点攻关解决的重大难题。。

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⑹.钻遇高压、高产、高含H2S(CO2)气层难题：

①、H2S的高毒性所带来的重大技大难题及安全问题；

②、H2S(CO2)的特殊腐蚀作用和高腐蚀性所带来的重大技术难题；

③、H2S(CO2)在深井高温高压条件下的超临界态带来的重大技术难题：

A.超强的特殊腐蚀作用。

B.元素硫沉积带来的难题。

C.对井控带来复杂影响所引起的重大技术难题……。这是当前我国正在全力进行攻关的重大技术难题。

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2,关于提高机械钻速当前、深井复杂井钻速低是制约我国油气勘探开发事业发展瓶颈的重要表现之一。其中除井下复杂与事故的影响外,努力提高机械钻速是一重要方面。高陡构造的防斜打快问题;

深井上部大尺寸井段的机械钻速问题;

深部重泥浆井段(耐磨地层…)机械钻速问题;

油基泥浆提高钻速问题:油基泥浆机械钻速提高到超过现有水基泥浆水平；水基泥浆机械钻速整体再上台阶;1919

它们都是钻井最传统的问题，是钻井工程永恒的难题。都是国内外至今没能很好解决的世界级难题,它严重的阻碍了我国油气勘深开发的进程。所有这些难题的产生和解决都直接和间接与井眼〝三个压力剖面〞密切相关;

所有这些难题的产生和解决都直接和间接与泥浆技术密切相关;成为泥浆技术发展的重要方向

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为了解决它们，我们已多次立项攻关并集累了非常丰富的经验,且具有较高的技术水平。其具体表现为:当我们钻遇上述各种技术难题时，无论表现多难,只要组织攻关，我们利用现有的理论和技术,经多方努力,几经反复之后(“交够学费”),大多能想出办法维持钻井的正常进行。除个别情况外“打成井”已基本不成问题。21

但它们并未很好解决,更未完全解决:这充分表现在解决它们的过程中付出过多的(时间、人力、物力、财力、安全、信誉…方面)的代价，使我们不能保证实现“打成井、打快井、打好（省）井”的目标，而且每钻探一个新的地区、新的构造都会重复这一过程…。成为严重阻碍勘探开发进程技术瓶颈。大大防碍了勘探开发的进程。影响了中国石油钻井技术的形象,削弱我们的竟争能力,降低经济效益。22

现有的丰富的解决井下各种复杂问题的技术处于经验使用的层面:

关于解决井下各种复杂问题的相关理论、方法,都难以准确指导这些问题的解决。现有的各种技术的作用及功效的评价方法与评价标准大都不科学、不准确、其客观可比性差。使得现有技术对于已打过的复杂地层最终大多能找到解决问题的办法,而对每一个未打过的复杂地层在“交够学费”之后大多也能解决其问题。

2323例如：井壁稳定技术（研究最多，成果最多）人所共知井壁稳定三要素：

①合理泥浆密度

②足够的抑制性

③足够的封堵能力

人所共知：决定井壁稳定问题的坍塌压力是岩石力学与化学耦合的结果。

（多大才合理？）（多大算足够？如何准确测量评价？)(多大算足够？如何准确测量评价？)但致今没有建立起他们之间的关系。只能是经验的合理应用！24

因此要最终有效解决它们，必须在己有材料、技术,经验的基础上，深入研究其作用机理及内在规律，凝练新的科学问题、综合应用其它学科的最新成果，建立新的观点、新的方法、新的评价标准、新的材料、新的工具、并形成新的技术(包括现有技术的优化、集成)才有可能有效解决.

2525传统的研究思路与路线总结、归纳出目标区的复杂地层深井、复杂井钻井井下复杂问题利用现有理论和技术对具体问题进行针对性研究(实验研究为主)组织专家进行“会疹”提出解决方案及研究出相应的技术现场试验成功后，形成解决问题的针对性技术，解决目标区难题。2626新的理念、观点体现新理论的评价（原理、仪器规格、参数、功能）方法、标准现有处理剂的评价、改进现有泥浆体系及应用技术的评价改进、优化、集成新型处理剂的研制新体系的建立及应用技术现场试验有效解决目标区相应技术难题

总结出能解决其它地区同类复杂问题的钻井液、固井液技术可借鉴和参考的应用技术。总结、归纳出我国及目标区的复杂地层深井、复杂井钻井井下复杂问题新的研究思路与技术路线现有处理剂的评价、改进现有泥浆体系及应用技术的评价改进、优化、集成新型处理剂的研制新体系的建立及应用技术现场试验有效解决目标区相应技术难题

总结出能解决其它地区同类复杂问题的钻井液、固井液技术可借鉴和参考的应用技术。27

按保证钻井顺利、安全、快速要求调整〝三个压力剖面〞就是一种新的理念、观点

从理论分析和实践经验得知,以上所有这些难题都直接与间接和井眼地层三个压力剖面:坍塌压力P塌、破裂压力P破

(地层承能力P承、漏失压力P漏)、地层流体压力P地及其三者在井眼内彼此的关系紧密相关。而且传统的理论认为对一确定的井眼地层它们是不会改变的确定值。

因此研究这三个压力剖面产生的机理及其影响因素,得到将这三个压力剖面调整到找们所需要的范围的理论和方法，建立相应的配套技术,将有可能直接有效解决上述大多数问题，并为其它难题的有效解决创造良好的条件。28㈢、调整这三个压力剖面研究的主要内容:1、三个压力剖面及井内压力的预测及随钻实时测定：模型(地质、力学、反演)、软件、仪器、技术…；

2、这三个压力剖面调整(各自)的机理及理论依据；

3、体现上述这三个压力剖面调整原理的评价仪器和评价方法、工具、材料、应用技术…29

实际是解决井壁不稳定的钻井、泥浆技术。它是我们具有丰富经验并能较好解决生产问题的系列配套技术(提高密度、提高抑制性、有效封堵)，但同时又是我们并未能完全掌握而时常碰到的技术难题(特别是在山前高陡构造、破碎地层、强水敏地层)。

其问题的主要表现:尚不能准确预测，不能准确判断；机理研究尚不能预先指导，只能事后解释；防塌技术实施难以准确到位。防塌泥浆密度普遍偏高,诱发一系列井下问题。多年来无重大突破和实质进展.二、降低井壁坍塌应（压）力：30井壁坍塌应（压）力：P塌:井眼形成后，地应力在井壁上的二次分布所产生的指向井内引起井壁岩石向井内移动的应力，称为井壁坍塌应力。P塌≥0。它是引起井壁不稳定的根本原因(P泥<P塌)。但所钻地层形成井眼不一定必然会产生坍塌压力。31P塌一旦产生（P塌＞0）井壁岩石必然逐渐掉（挤）入井中（缩径、掉块丶垮塌）。钻井过程中P塌可以（也只能）用井内泥浆柱压力有效平衡：P泥≥P塌则井壁保持稳定(防塌),对应泥浆密度称为防塌泥浆密度。井壁保持稳定实质是力学平衡的问题.井壁稳定的关健是:准确掌握P塌;科学确定所用泥浆密度,并使其P泥作用于井壁以有效平衡P塌.井壁坍塌应（压）力：P塌32决定P塌的大小的主要因素:P塌与地应力方向和大小、岩石的力学性质、岩体强度、强度（破坏）准则有关；与岩石物性（渗透率、裂缝发育程度与状态、界面润湿性……）、地层流体组成性质有关；与地层流体压力(泥浆柱作用下)、岩石组成、产状及水化状态有关；与井眼状态（斜度、方位…）等因素有关；与泥浆类型、组份性能、泥浆柱压力有关。33

而坍塌压力的产生是岩石力学-化学相耦合…的综合结果但是目前的研究和技术应用中二者并未真正结合起来，基本上互不相干.

岩石力学研究坍塌压力是以地应力、地层岩石的本构关系、岩石的相关力学性质和强度…为基础建立井眼地层产生坍塌压力的理论模型；几十年来，,考虑各种因素建立的井壁地应力二次分布求出P塌的模型超过百种，每一种都有其合理性，有很多具有指导意义和参考价值，但至今仍没有一种模型能真正具体指导一口井的井壁稳定技术，大都是指出方向，明确思路再由经验加以分析、判断、实验加以验证，通过实践形成实用(泥浆)技术。

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泥浆化学重点研究泥浆组份、性能与井壁稳定的关系；这种研究以定性的找出其中的规律为主,与P塌之间没有建立起关系。这样两大因素完全割裂的研究方法是当前阻碍解决井壁稳定难题的重大(关健)障碍。所以目前仍以经验规律总结及定性判定（半定量解释）相结合的实用系列技术。且很难有所突破。而且认为一个地区一个地层的P塌是一个受地质因素控制而不可改变的观点根深谛固。

而事实上泥浆分两种情况严重的改变(增加)P塌。35㈠.泥浆水化作用对地层P塌的影响对水敏性地层：（页岩）P塌增加增加地层塑性产生澎胀压：P膨降低地层强度泥浆的水化作用使P塌增加P破下降水化作用愈强，P坍增加愈多,同时降低P破36据研究资料表明：3000m页岩井段井眼的典型算例若页岩不水化，即页岩水化膨胀应变系数K1=0，K2=0则：P坍=0.63P破=2.53△P=1.90若页岩水化膨胀：K1=0.00708，K2=1.108则：P坍=1.06P破=1.46△P=0.4037

粘土水化必使P塌上升,其影响大小与粘土被水化的程度密切相关。理论和实践证明，在一般情况下（地应力正常、地层倾角小、页岩埋藏深度不太大、地层不破碎……），P塌通常为0。但经泥浆作用后，P塌可以由0.00上升到1.00～2.00（当量密度）或更高。（依地层组成、埋深和泥浆类型等因素变化）。由于前目国内外水基泥浆抑制性都不够要求，所以P塌明显上升是一个普遍现象,从钻进这类地层经验中总结的地层P塌一般偏高较多。“油基泥浆”能较好解决这个问题,但我国几近空白。38㈡.泥浆对破碎性地层地层P塌的影响受构造应力作用而原本破碎的地层（完全破碎、大量裂缝…）以及在井眼形成后在上覆压力作用下产生破碎的地层（深部白云岩、硬碎性页岩、煤层…等）为破碎性地层（大量微型裂缝存在）。P塌由地应力、岩石本体力学性质、岩石本体强度、岩体结构面（弱面）的密度（包括裂缝密度）、弱面间摩擦力以及井眼状态所决定。泥浆要严重影响P塌的大小。39泥浆或泥浆滤液进入地层裂缝引起P塌上升:

泥浆或滤液进入裂缝，使裂缝张开，同时大大降低缝面间摩擦力，使P塌大幅度上升。与地层水敏性无关。破碎性地层一般P塌>0，即必须用泥浆柱压力P泥≥P塌来平衡才能保证稳定。因此遇到井塌必须提高泥浆密度。但只有当裂缝完全都是闭合时，P泥才能平衡P塌起到稳定井壁（防塌）作用.提高泥浆密度才有效。(用于防塌的泥浆压力=P泥—P渗)若裂缝不能完全闭合，或提高密度而使裂缝开启,则会出现以下问题:40若不能有效封堵住裂缝阻断泥浆液相进入裂缝，则将引起P塌的增加,进一步引发井壁坍塌。若不能有效封堵住；油基泥浆、水基泥浆效果一样。此时提高泥浆密度不起作用反而密度愈高，井塌愈凶，甚至形成恶性循环。引起恶性坍塌。有效封堵的效果与由泥浆引起地层P塌的增加直接相关。其增加值可达到2.00以上。由于目前国内外泥浆封堵技求并未完全过关，所以P塌明显上升是一个普遍现象.从钻进这类地层经验中总结的地层P塌一般偏高较多。上述作用与影响与水化作用无关。若有水化作用，二者叠加，问题更为复杂。因此:有效封堵住裂缝是其根本。41

岩石吸水后严重增加P塌:

非破碎地层,不水化岩石,但从泥浆中吸水(正压差、界面作用、化学位差引起),也将引起岩石力学性质的变化和强度的降低。其结果将引起地层坍塌压力P塌的明显上升。因此如何防止钻井液中自由水(滤液)进入地层是降低其坍塌压力P塌防止井塌的重要内容。这将要求能有效即时对井壁岩石(纳米级)细微孔隙、裂缝实施有效封堵。这是至今认识不够的问题。(现在的防塌技术中没有这部份内容,气体钻井中有表现)。42㈢、降低地层坍塌压力P塌研究

1.泥浆引起P塌增加由于:目前国内外防塌泥浆浆技术都未考虑泥浆引起P塌的上升,也测不出这个P塌的上升值。同时国内外泥浆技术的水化抑制能力与有效封堵能力都远远达不到要求;现有钻井液大多要增加地层坍塌压力，且不同体系引起地层坍塌压力增加的幅度不同(0—2·00以上)。因此现在现场所总结出来的防塌泥浆密度将随泥浆不同而异;而且一定是被泥浆作用后而增大了的数值;这个被泥浆作用后而增大了的数值(0—2.00以上);

所以降低地层P塌将有很大的空间。43

因此,改进和发展泥浆技术则可能降低地层坍塌压力P塌,而且可能降低的空间还较大。降低地层坍塌压力P塌就可以降低防塌必须的泥浆密度。钻井中尽可能降低泥浆使用密度是钻井技术的基本要求,所以降低地层坍塌压力P塌值得探讨。可能成为井壁稳定技术发展的一个重要方向,即泥浆的化学作用与岩石力学作用结合起来。44

钻井中地层坍塌压力P塌有两部份:①、由地应力和岩石力学因素产生,一般情况下都不太大;正常情况下多为0(异常地应力除外)。

②、由泥浆各种作用而产生的坍塌压力,其增加的值因地层和泥浆类型而异,可达0·00—2.00以上.有较大降低空间。降低地层坍塌压力P塌实际上是改进和发展泥浆技术来消除②的影响和作用(即降的是泥浆各种作用而产生的坍塌压力)。45

对于由泥浆各种作用而产生坍塌压力②国内外—直还没有实用的测定、计算的方法。但建立这种方法可能性较大。实际上它是地层岩石受泥浆作用后而产生的相对于原有P塌的一个增值。因此,它的测定与计算和所用力学理论模型的适用性和可靠性无直接关系,从而使其测定的可能性和可信度大为提高。从而具有较好的实用价质。

2、基于测井资料开展坍塌压力剖面(P塌)及降低P塌的研究基于测井资料可以计算三个压力剖面(P塌、P被、P孔),利用以上思路则可能计算出不同泥浆引起地层坍塌压力的增加值。

46力学本构关系岩石力学性质、强度

原地应力

井周应力强度判别准则

岩石性质与强度地层坍塌应力、破裂应力

孔隙压力合理泥浆密度上、下限47岩石力学与强度参数岩石弹性模量泊松比内聚力岩石抗压强度岩石抗张强度固有抗剪切强度原地最大水平主应力原地最小水平主应力垂向应力孔隙压力地应力求P塌:需要岩石强度参数和地应力参数48开展分析研究的关键性参数:⑴、岩石力学性质与强度⑵、地应力⑶、地层孔隙压力（异常地层压力）其中岩石强度、地应力都是依靠测井资料,

地层孔隙压力可以依靠测井资料和钻井录井资料，但目前一般也多用测井资料,其中声波时差测井应用最广。49孔隙压力输入垂直井测井资料：密度、伽马、声波等计算原地应力、岩石力学性质与强度岩石力学本构关系在设计井斜角下对原地应力进行坐标变换计算井壁应力计算井壁主应力计算井壁有效应力强度判别准则岩石强度资料安全泥浆密度上、下限计算剪切破裂压力、张性破裂压力岩石力学测井资料的作用基于测井资料测定、计算三个压力剖面

(P塌.P破.P地)50

泥浆引起地层P塌的测定:

⑴.在用测井资料测定、计算三个压力剖面时,首先依靠测井资料反演测定计算出地应力、岩石力学性质与强度、地层孔隙压力,然后再应用计算井周应力的岩石力学理论模型计算出P塌、P破.

在用测井资料测定计算出:地应力、岩石力学性质与强度时,都是采用的以井下没受泥浆作用的岩石为基础而建立的反演理论模型,因此求出的应是岩石没有受泥浆作用时的力学参数,而算出的P塌为没有受泥浆作用时的P塌.

51

假若通过理论与实验研究建立岩石受泥浆作用后的测井参数与其岩石力学参数的反演理论模型,再将此模型用于“由测井资料测定计算出地应力、岩石力学性质与强度”则由此计算出的P塌则为岩石受泥浆作用后的P塌,它更代表井下实际的P塌。(当前工程测井研究的一个重点)

而两者相互比较、校正则可对比出泥浆作用前后产生的坍塌压力。这可用作为现场使用泥浆引起坍塌压力增加大小的实际评价方法。

不同的泥浆此差值不同,差值越小,则泥浆防塌能力越好,反之则越差。差值为0则为最好。

若选用此差值小的泥浆,则将降低该井井下实际坍塌压力。52

3、降低地层坍塌压力P塌的实验评价方法:

⑴.利用工测测井的方法测定井眼地层的地应力和孔隙压力和井眼地层的坍塌应力P塌1;

⑵、现场总结井下地层实际的坍塌应力P塌2(防塌泥浆的最低密度);

⑶、使用三轴应力仪测定井壁岩石样品的力学性质(如弹性模量、泊桑比…)、各类强度及应力—应变过程曲线;

53

采用岩石三轴抗压强度测试岩石力学性质及强度泊松比μ、弹性模量Ｅ、抗压强度）:实验采用了美国GCTS公司制造的三轴岩石强度测试仪RTR-1000（图）。岩石取材：岩心取自实验井段岩石或同层位露头，实验用岩心尺寸为1″×2″；实验环境条件：温度、围压摸拟井下。

54⑷、选用一个适用的井壁应力计算理论模型(例如采用Anderson模型)及岩石破坏准则(常用Mohr-Coulomb准则)进行计算出对应井下地层的坍塌应力P塌3;⑸、样品处理(在专用的摸拟装置):

将岩样与不同工作液:

不同抑制性工作液;

不同封堵能力的工作液;

油田常用各类典型泥浆体系,所研究的泥浆体系………

在设定的条件下(可摸拟井下)作用一定时间如24h55

⑹、将井壁岩石样品用所用(待测)防塌泥浆(按专用处理装置与标准处理办法)作用处理后,再同样使用三轴应力仪测定井壁岩石样品的力学性质(如弹性模量、泊桑比…)、各类强度及及应力—应变过程曲线;再使用同一合理的模型计算出对应井下地层的坍塌应力P塌4;56

水化(吸水)及水化程度对岩石力学性质和强度的影响Sd/MPaμE/MPa泥岩原样30.40.0922228＋清水泡垮-

-

＋饱和Ca2Cl16.50.1081526＋20%Ca2Cl15.20.111458＋10%Ca2Cl13.50.181358＋5%Ca2Cl8.50.251150＋1%Ca2Cl泡垮-

-

57封堵作用的影响泥岩Sd/MPaμE/MPa原样30.40.0922228磺化沥青(3％)泡垮-

-

不渗透（1％）泡垮-

-

EP-1(3％)泡垮-

-

聚已二醇(10％)12.90.291281纳米乳液(3％)14.30.23153058

⑺

、P塌4≥P塌3;△P塌=P塌4-P塌3(即所用泥浆引起这个地层坍塌压力的增加);⑻

、对比不同泥浆体系的△P塌,则可评价出各体系及防塌剂对该井该地层的防塌(各类)能力的高低;⑼

、对比P塌1、

P塌2、

P塌3、

P塌4和△P塌,

就可知现场泥浆实际使用密度可以降低的幅度

＝P塌2-△P塌(可否降到0…)。59

4.建立粘土水化程度和泥浆抑制水化能力评价方法与标准(现有的无可比性);

建立泥页岩水化程度的评价方法建立泥浆抑制水化能力与地层岩层岩石力学性质、强度的关系及其与地层井壁坍塌压力的关系。

这是岩石力学与泥浆化学耦合作用的切入点;是泥浆降低P塌的另一有效评价方法。不仅对防塌技术质的提高,而且有利于(大幅度)降低防塌泥浆密度)60

5.建立(水基、油基)泥浆封堵作用与封堵能力评价方法与标准(现基本没有)⑴.(水基、油基)泥浆封堵作用机理未完全解决

⑵.(水基、油基)泥浆封堵作用与封堵能力评价方法与标准未完全解决

①.对地层孔喉(隙)的封堵(已基本解决);②.对0.1mm以上微裂缝的封堵(基本解决);③.对微米级微裂缝的封堵(基本未解决);

④.对纳米级细微孔隙、裂缝的封堵(完全末解决);⑶.封堵剂与封堵技术发展受到阻碍:

使得目前国内外泥浆封堵技术并未真正过关,则现用泥浆技术引起P塌的增加不容低估.616、降低P塌的意义:

★

.为提高机械钻速提供一个很好的技术平台:

提高机械钻速最有效的办法是尽可能降低泥浆密度。尽可能低的泥浆密度本身就能解放机械钻速,而且也是一切提高机械钻速的钻井工具和钻井技术充分发挥其效能的最佳技术平台。但它受限于地层流体压力和地层坍塌压力而无法实现。现在,全过程欠平衡钻井的理念及其实施已经开始打破第一个限制:而大幅度降低P塌的理念和实施有可能为进一步提高机械钻速提供一条新的有效途径。62

⑴把地层坍塌压力降低到:①降到0;②尽可能低;③降到地层流体压力以下。

⑵,从而大幅度降低钻井泥浆密度,并在此基础上根据所钻地层情况确定最佳钻井方式:①气体钻井(坍塌压力为0时);②欠平衡钻井(坍塌压力降到低于地层流体压力时);③低密度轻泥浆(坍塌压力压力系数降到约1·10左右时)钻井:

63降低坍塌压力的优快钻井技术(应用实例)2006年以来在塔里木羊塔克地区0-4000米井段的钻井中利用上述原理进行现场实验。试验目的：利用上述原理。通过所钻地层库车组，康村组岩石与泥浆作用前后力学性质及强度变化研究，以现用泥浆体系为基础，加以改进完善研究出能将可钻地层现在存在的坍塌应力明显降低的泥浆体及其应用技术。使可钻地层的坍塌应力有了一个明显的降低，从而在其它所有条件不变的情况下大幅度提高了机械钻速。64试验结果：

地层岩石经泥浆作用前后的力学参数序号泥浆抗压强度（围压45Mpa）泊松比弹性模量1KPAM109.90.1264039280A5170.00.37637773144B103.10.17745754FA36793.50.12640395PAC-HV89.40.13434126JT-88872.00.34622507XY-27100.80.19143998双聚铵盐109.40.34236159KHPAN84.80.376377710CMC-HV57.40.168311911CMC-LV未测未测未测12DRISPAC未测未测未测13清水0.42————65

不同泥浆体系相对于现用聚合物泥浆体系能降低的坍塌压力：泥浆体系相对于现用聚合物体系地层降低的坍塌压力（密度）现用聚合物泥浆+EP-2(3%)0.3604-0.4808现用聚合物泥浆+KCL(5%)0.6662-0.9032现用聚合物泥浆+KCL(10%)0.6725-0.9290现用聚合物泥浆+KCL(10%)+聚合醇10%0.7463-0.9830现用聚合物泥浆+KCL(5%)+EP-2(3%)0.6311-0.8774现用聚合物泥浆+KCL(10%)+EP-2(3%)+聚合醇10%1.1427-1.1503注：泥浆作用前地层的坍塌压力(密度)计算值为0.0057

现泥浆作用后地层的坍塌压力(密度)计算值为1.1892

现泥浆使P塌增加1.183566不同泥浆体系相对于现用聚磺泥浆体系地层能降低的坍塌应力泥浆体系相对于现用聚磺体系地层降低的坍塌压力（密度）现用聚磺泥浆+KCL(5%)+EP-2(1%)0.1885-0.2712现用聚磺泥浆+KCL(10%)+EP-2(3%)0.3257-0.495现聚磺泥浆+聚乙二醇(10%)+KCL(10%)0.2436-0.3487该地区本井段实用防塌泥浆密度为1.35以上，故优选上述实验泥浆体系，很容易将P塌降到1.00以下。综合考虑其它因素确定实验方案。67降低坍塌压力的“轻泥浆”快速钻井技术研究进展顺利经过两年研究和现场试验，2007年现场应用取得良好效果。羊塔克3井0～4009米井段采用“轻泥浆”技术钻进，全段泥浆密度比本地区邻井降低了0.20g/cm3以上(由1.35降到1.15)，井壁同样稳定且平均钻井速度达到9.93米/小时，节约钻井周期43天。在三开121/4"井段平均机械钻速达到了10.92米/小时，创造了羊塔克区块本井段机械钻速最高纪录。资料来源：塔里木2007年钻井工作总结68

⑶,以低、较低密度泥浆为基础，针对地层特点，优化集成现有快速钻井的成熟技术，包括高压喷射技术（包括特殊喷嘴）;

钻井参数的优选、水力参数优选;

泥浆体系及流变参数优选;

新型钻头研制及钻头优选;

井下动力钻具应用；复合驱动钻井技术……

以形成一种适用于所钻地层的新的快速钻井系列配套技术。为进一步提高现有机械钻速提供一种新的可能途径。69

★

.扩大安全压力（密度）窗口ΔP窗（Δr泥）：

对于由井漏和井塌构成的窄安全压力（密度）窗口

P破(漏)＞P泥＞P塌,(P塌＞P地),ΔP=P破－P塌

(P既指压力又可代表密度,下同.)

降低P塌是扩大安全压力（密度）窗口最有效的途径。

★

.有利于减少井下复杂与事故。降低钻井液成本。

70

用此思路和方法把泥浆的化学作用与岩石力学作用结合起来,为实现岩石力学与化学的偶合对井壁稳定问题的研究提供了一种可能的方法和途往；成为井壁稳定技术进一步发展的一个重要方向。用此思路和方法指导改进和发展泥浆技术则可能较大幅度降低地层坍塌压力P塌,从而较大幅度降低防塌必须的泥浆密度。为解决我国复杂地层深井钻井技术难题和进一步提高机械钻速提供了一个很好的技术平台。应该是一个值得深入探讨和研究的重要问题。

71三、提高地层承压能力(提高P破、P承、P漏)

地层承压能力高低是一个相对的概念。提高地层承压能力一般有以下几种情况:

在裸眼井段:1、上部地层只能承受低密度泥浆才不漏,而下部将钻进高压地层或高坍塌压力地层。必须提高上部地层的承压能力。

2、钻进上部地层必须用高密度而下部地层不承压。

3、喷—漏同层…

而提高地层承压能力的操作可以随钻进行,也可仃钻进行(包括钻井正常,固井漏)。显然这是属于窄、负安全密度窗口才有的问题。其中喷—漏同层最为复杂。72

其通常表现:

全井段表现出随钻随漏、遇漏必堵(容易堵住);堵完再钻、再钻再漏、再漏再堵；堵完又钻、又钻再漏、又漏再堵;再钻又漏……一直循环往复直致结束。全井段（整个地层）漏点多、反复出现、位置不定、漏失频繁；且漏点随钻头不断下移,而固井还可能漏,还得再提高承压能力……

这是一种很难解决的恶性漏失。73

它是当前钻井(特别是深井钻井)常迂到的头疼问题。特别是使深井重泥浆钻遇高压盐水层与低承压地层时困难重重;使深井钻迂高压气层(特别是高压、高产、高含H2S气层)与低承压地层时的风险大大增加。现在承压堵漏是大家提高地层承压能力常用的办法的,有一定的效果,但成功把握不大。成为当前制约我国钻井发展的一个重大技术难题。74㈠、提高地层承压能力的技术思路

我们钻井所遇到的承压能力低的地层大多数是裂缝发育及微裂缝发育的地层

.我们衡量地层是否承压的标准是在泥浆压力(静十动)作用下地层是否发生漏失。

所以地层承压能力P承与P破、P漏是一致的。提高地层承压能力P承就是提高P破或P漏。地层承压能力高低与岩石本体组成与力学性质无必然的联系。主要与地层裂缝及微裂缝发育状况密切相关。

75

必须认真搞清础地层承压能力低的机理从而提出提高地层承压能力的原理和思路。近十年来国外对提高地层承压能力作了大量研究工作提出多种的井壁强化机理(提高地层承压能力)（1）防漏颗粒护壁的强化井壁理论（2）裂缝填塞模型（3）控制裂缝漏失的闭合压力理论

(4)“应力笼”（Stresscage）概念

但无公认的定论,也未形成成熟技术国内对”承压堵漏“也进行大量研究和实践,取得不少成果,但并无把握。76

共同的认识:1、泥浆改变井眼周围的应力分布;2、不承压是因为泥浆柱压力>地层裂缝开启压力,从而诱导地层裂缝开启到致漏宽度;3、〝填塞段〞使其前部裂缝中流体压力=P地;4、〝填塞段〞保持裂缝开度,从而增加井眼周向应力从而增大地层裂缝开启压力(提高地层承压能力)771.裂缝性地层承压能力低的机理(原因)

综合国内外相关研究思路和成果,进行分析和研究形成相应的认识、原理、思路和方法:⑴．地层破裂（压力）与地层承压能力钻井工程中常把地层破裂压力(地层裂缝开启压力)作为地层承压能力的标志。即是泥浆柱压力（静＋动）把地层压裂而造成漏失的压力。它是以漏失与否来衡量。因此，地层承压能力是指钻井、完井中井眼地层防止（承受）泥浆柱水力压裂的能力。78

⑵．地层被压裂（承压能力低）发生的机理

根据断裂力学和地层水力压裂的原理，地层被泥浆柱压裂的机理为：

①.井壁地层岩石表面存在有“缺陷”、“瑕疵”，包括地层岩石的解理、层面、裂隙(它能引导液相进入地层)。而地层中的天然存在和钻井所形成的各种微裂缝，细微裂缝则是影响突出“缺陷”、“瑕疵”。它能引导工作液液相进入地层

②.P泥（静＋动）＞P地.且P泥（静＋动）大于地层岩石的抗张强度（对于以脆性为主的岩石抗张强度并不大）。

79③.由于对地层的正压差使泥浆或泥浆滤液沿裂缝进入地层。

若泥浆液相进入裂缝的速度＞泥浆液相沿裂缝缝面滤失速度，裂缝中液相体积不断迅速增加并垂直沿裂缝面方向对地层产生张应力（其大小由P泥和缝面大小决定），并在裂缝尖端产生应力集中。当此应力大于地层抗张强度，则发生水力尖劈作用。裂缝尖端不断向地层深部发展漫延，形成诱导裂缝而压开地层，并不断扩张、增大开度，达到致漏宽度；增加长度向内部延伸，最终沟通地层内部漏失通道，产生漏失。表现出地层被压裂，和地层不承压。

80

因此地层被压裂或承压能力低(不承压)的原因(机理)为:A、地层有“缺陷”、“瑕疵”，特别是有各种微裂缝，细微裂缝影响更为突出。

B、泥浆柱对地层正压差。驱使泥浆液相进入细微裂缝

C、泥浆液相进入裂缝的速度＞沿裂缝面滤失速度。

D、P泥大于岩石抗张强度。

因此地层被压裂或承压能力低(不承压)的根本原因是泥浆柱压力对地层已有各类裂隙、裂缝产生水力压裂作用的结果

。81④.大多数承压能力不够的地层都是裂缝发育的地层。其中存在两类裂缝:A.地层各处分布有宽度大于0，1--0，2mm可直接引起泥浆漏失的天然垂直裂缝（称为〝天然致漏裂缝〞）。当钻遇这部份裂缝,且又是正压差时：

则立即发生漏失，P地可视为漏失压力,漏速由缝宽、缝长和漏失面积、正压差、泥浆流变性、泥浆泵压、排量等因素决定；理论和实践表明:0.5mm的裂缝只要总长度达到几M,就可能造成明显的漏失。

82

当漏失通畅、泥浆柱的压力高;正压差大，泥浆柱的高压力传递到裂缝中,且足够大到导致此裂缝进一步开启扩大(天然致漏裂缝因诱导而扩大)则漏速加大而恶化，(即一方面漏失，同时一方面因漏失而进一步扩大裂缝而加大漏失,由小漏↗大漏…)。所以对这种漏失必须及时进行堵漏。

因此即时有效的堵住这部份天然致漏裂缝，解决由它引起的漏失问题是钻进这类地层的首要住务。它是地层不承压的重(首)要内容.83

B.地层各处分布有大量小于0.1mm的天然垂直微裂缝和细微裂缝(微米级),或裂缝完全即闭合。虽然在钻遇它们时不能直接引发漏失(“特称为非致漏天然裂缝”)，但在正压差作用下泥浆液相进入地层，在泥浆柱高压力的作用下对地层产生水力尖劈作用而使裂缝产生、开启、扩大……到“致漏程度”,从而产生漏失；…;同理泥浆柱过高的正压力的继续作用可能导致此裂缝的进一步开启扩大，则此漏速可能因此而不断增大,恶化……。即由不漏→小漏→大漏…

84

其中A为P泥>P漏的漏失;B属于P泥>P破(P承…)引发的漏失问题,或P泥>裂缝开启压力(即地层不承压)。

但二者常常同时存在。即地层承压能力低的问题常常是二者综合的作用结果。

85

C.由正压差引起的泥浆液相进入地层而高泥浆柱压力引发的水力尖劈作用而产生的诱导漏失对各类裂缝都起作用，对已堵的裂缝也可能存在。而这种作用在已钻井段井壁上的任一处，在钻迂时和钻过后的任一时间里可能发生,从而使漏失产生并恶化,表现为全井段不承压。

这也是全井段多点漏失，反复漏失，堵了一处后又可能引发它处，且漏点位置出现没什么规律的根本原因。86

综合而言:这是全井段表现出随钻随漏、遇漏必堵;堵完再钻、再钻再漏、再漏再堵；堵完又钻、又钻再漏、又漏再堵;再钻又漏……一直循环往复直致结束。全井段（整个地层）漏点多、位置不定、漏失频繁；且漏点随钻头不断下移的原因。因此是提高地层承压能力必须解决的主要难点和重点。87

国外的研究资料表明:

在裂缝发育的地层中天然裂缝中绝大多数造成“有进无出”严重漏失的裂缝开始时宽度都为0(闭合)。全世界只发现了很少天然张开的，可使泥浆流动进入的裂缝(属于致漏天然裂缝)，主要在非常坚硬的岩石中。在大多数情况下，天然裂缝在地应力作用下都是闭合的(属于非致漏天然裂缝)，漏失并不会发生。因此当泥浆柱压力大于地层裂缝闭合压力时,使其裂缝张开到一定(致漏)程度从而引发漏失(表现为地层不承压)88

2.提高这类地层承压能力（P破、P承）的途径

包含以下两项必要的内容。⑴.防止诱导裂缝产生、扩张:

①.提高泥浆抑制性，降低地层水化程度，提高井下地层抗张强度，从而提高地层破裂压力（承压能力）。据研究资料表明：设在井深3000米井段的泥页岩；若页岩不水化→水化，则：P破=2.53↘

1.46

②.提高泥浆对细微裂缝的即时（瞬间）、有效（K＝0）封堵，阻止泥浆液相进入地层“非致漏裂缝”通道：阻止水力尖劈作用的发生。(微米级、纳米级的有效封堵)

地层不被压裂,则承压能力提高。

89⑵.对钻遇的致漏裂缝,在漏失中立即成功封堵,且保证其不再被诱导压裂而再次漏失。

漏失时泥浆中的固相粒子随泥浆同时进入裂缝,若泥浆中含有能“卡”在裂缝狭窄处(架桥)的固相粒子,且含有大量能够发生“充填”的各级粒子,则必然在狭窄处发生“架桥、充填”作用而形成一“堵塞段“(漏失不通畅)。若“堵塞段”承压强度大于P泥－P地，

且其孔隙小到不允许固相颗粒通过,则只发生液相渗流,漏失仃止。

若“堵塞段渗透率k小到泥浆滤液进入裂缝的速度小于沿缝面滤失速度，则不发生水力尖劈作用,不会再压漏地层。90

若泥浆压力把“非致漏裂缝”裂缝诱导开启到“致漏程度”

(压漏地层)在漏失中立即成功封堵,而保证其不再被压开漏失时泥浆中的固相粒子随泥浆同时进入诱导裂缝,若泥浆中含有能“卡”在裂缝狭窄处(架桥)的固相粒子,且含有大量能够发生“充填”的各级粒子,则必然容易在入口不远处发生“架桥、充填”作用而形成一“堵塞段“,若“堵塞段”承压强度大于P泥－P地，

且其孔隙小到不允许固相颗粒通过,则只发生液相渗流,漏失仃止。91若“堵塞段渗透率k小到泥浆滤液进入裂缝的速度小于沿缝面滤失速度，使其“堵塞段“前端裂缝内流体因滤失而使其压力＝地层压力;

则:裂缝闭合且闭合压力作用在“堵塞段“上。“堵塞段“必须抗住裂缝闭合压力的挤压作用水力尖劈作用停止，裂缝不再扩张、延伸，92

⑶.综合分析：

①.其中⑴是防止和减少诱导裂缝产生，⑵

是对各类致漏裂缝封堵完成后的更高要求（封堵段抗压强度大于ΔP,渗透率尽量小，最好为0）。

②.然而要作到⑴、难度很大，现在技术还不过关，还须进一步攻关研究。而要作到⑵

相对容易。

③.分析发现：若⑴、作不到则诱导裂缝必然产生和扩大，最后发展到致漏程度。即必然转化为⑵。若⑵能解决则整个问题就可能解决。93

因此，解决这类问题的思路：

A.对天然致漏裂缝的成功封堵;

对诱导产生和扩张到致漏宽度的诱导裂缝进行及时成功封堵;

防止已堵裂缝的再次扩张和大进一步扩大.

即迅速堵住各类(天然和诱导)致漏裂缝而有效堵漏;同时使裂缝中的堵塞段的强度抗住裂缝闭合压力的挤压作用且大于P泥—P地,且其渗透率↘0。这些任务可以在钻井循环过程中解决(即随钻封堵防漏)，也可在解决不了时仃钻堵漏。94B.”填塞段”嵌入裂缝中保持裂缝开度,好比向井眼周边打入一个楔子一样从而增加井眼周向应力,因此而增大地层裂缝开启压力(承压能力)。增加值:式中：—大于裂缝压力的数值（超过最小主应力的数值）；W—是裂缝宽度；R—裂缝半径；E—地层的杨氏模量；V—地层的泊松比；填塞段95㈡.裂缝即时有效封堵技术(封缝即堵技术)

1.裂缝即时有效封堵技术几点设想:

⑴.封堵住地层中所有致漏裂缝则堵住漏层。

⑵.钻遇任一己知宽度的致漏裂缝都能作到在漏失很短的时间内(几分钟)、漏失量很小的情况下封堵住此裂缝。且其堵塞段抗压强度可以达到几十兆帕,其渗透率↘0。特称它为对裂缝的封缝即堵技术。

⑶.当诱导裂缝产生、逐渐扩大到致漏宽度时,立即开始漏失,上述封缝即堵作用立即发生,只要封缝即堵速度大于诱导裂缝扩张速度,则诱导作用仃止,地层不再因诱导作用而漏失。

则地层承压能力因此而提高到所需程度。它可以随钻进行,也可仃钻进行。96

2．裂缝即时有效封堵技术：裂缝封堵机理,经研究证实：对任一致漏裂缝它可由一逐级分布的颗粒系列完成即时有效封堵(“单粒架桥、逐级填充“)：

⑴单粒架桥→变缝为孔→逐级填充→最后填“死”

⑵

架桥（桥塞）粒子形状—

不规则,粒状最好；尺寸－与裂缝尺寸匹配；1/2-2/3规则。抗压强度—

决定堵塞段承压强度（刚性为宜，果壳粒子的承压能力不如大理石等颗粒）浓度—

粒子个数/M3,可由实验确定；密度—

适当

97⑶.填充粒子:为一“粒级小于架桥粒子的级配按逐次递减分布的粒子(品质要求同前)系列”(多级分散粒子的粒度分布曲线连续、平滑)。总用量2—3%。事实上往往针对地层大小各级裂缝的架桥粒子系列本身又是填充粒子系列。⑷.配合部份片状,纤维状及可变形粒子…。98⑸.需要研发一系列不同粒级(0.05—2.00mm)刚性、不规则的固体微粒作为封堵裂缝提高这类地层承压能力（P破、P承）的基础材料表实验中颗粒等级和尺寸等级0ABCDEFG目数6～1010～2020～4040～6060～8080～100100～120>120大小（mm）3.2～2.02.0～0.90.9～0.450.45～0.30.3～0.20.2～0.150.15～0.125<0.125993.

其它影响因素的影响

⑴.压差愈大，堵塞愈紧，承压能力愈高。

⑵.挤泥浆速度应低，过高会使诱导裂缝扩张过快，导致封缝即堵失败。

⑶.颗粒性质与浓度的影响“单粒架桥、逐级填充“封缝堵漏只针对致漏裂缝起作用，而裂缝体积很小。只要颗粒在漏入裂缝的过程中有效的起作用（关键是架桥粒子），则无需多大浓度即可有效。可由实验确定。例如2mm缝架桥粒子1—2%;1mm缝架桥粒子1%;0.5mm缝架桥粒子0.5%,0.5mm缝架桥粒子0.5%……。

100

⑷.大颗粒、高浓度的桥塞颗粒对裂缝有效封堵的干扰：这是目前这类地层钻进前提高其承压能力和钻进中承压堵漏和完钻后固井前提高其承压能力十分困难的一个重要原因，其具体现象是：作业时起钻致套管鞋→挤入堵漏浆(粒度大、浓度大)到下部漏失井段→挤泥浆蹩压(一般容易达到10MPa以上)→静置候堵(一般能蹩住压力)→卸压→下钻→循环排出堵漏浆→再起钻作承压试验。一般一次难成，多次反复可以使其承压能力达到要求(＞NMPa):101

上述现象，是一个普遍的规律,

在试验研究中完全可以模拟出相同的现象；对地层裂缝的封堵可有两种方法

A)粒子进入裂缝通过架桥，逐级填充在其中形成“堵塞段”实现封堵，其封堵能力取决于“堵塞段”性质(承压强度与渗透率)。

B)在井壁裂缝表面堆集、沉积、承压，而起到堵塞漏失通道达到堵漏及提高承压能力的目的。但由于表面沉积物的阻碍,堵浆中的大量桥塞粒子并未充分进入裂缝，裂缝并未填塞好。泥浆循环冲刷掉表面沉积物后则堵漏及提高承压能力失败。

尺寸大于裂缝开度的粒子(片状)影响大,浓度高影响大。运动状态下封堵有可能减小这种影响。

102与现用“桥塞承压堵漏”的不同:A、要求不同:快速、裂缝内浅部形成抗压强度能抗住裂缝闭合压力的挤压作用且大于P泥—P地的堵塞段,且其K↘0.B、架桥与逐级填充颗粒:刚性抗压、不规则粒状为主,片状、纤维状、可变形微粒为辅;C、进入裂缝缝起作用,而不能封堵裂缝表面,慎用片状、纤维状大颗粒。动态堵比静态效果好。

D、改进、提高、发展现有堵漏剂。1034.“随钻封缝即堵提高地层承压能力”技术:

在前述研究成果的基础上产生的一种随钻提高地层承压能力(或漏失压力或破裂压力),实现随钻防漏的一种新思路(作法)：主要目的是针对性的封住各类裂缝。

⑴.在钻遇漏层的致漏裂缝(天然或诱导)发生漏失时,泥浆立即(在很短时间(1—2分钟)内)，漏失很少量（1一2方）时迅速)堵住天然致漏裂缝有效的堵住漏失并使“堵塞段”抗压强度较大且其渗透率很低(接近为0),能制止其进一步扩大,称为“随钻封缝即堵技术”；如果其整个过程很快,且漏失很小，则可看成为随钻防漏。前面的研究己经证明这完全能实现；104

而且这种“堵塞段”不仅“既堵住漏又不再被压漏”即从而起到了提高地层承压能力的作用;而且根据国外提高地层承压能力的各种井壁强化机理:

这种“堵塞段”额外增加井壁的周向应力,这个周向应力的增加提高了裂缝的初始开启压力，可以有效的提高井眼承压能力-----《MSAstonetal.（2004，87310）“应力笼”概念》;

从而从两个不同的方面提高了这类地层的承压能力105式中：△P—增大的裂缝开启压力(承压能力)；

W—是裂缝宽度；

R—裂缝半径；

E—地层的杨氏模量；

V—地层的泊松比；通过计算分析发现：裂缝宽度增大到1mm，半径在1m，对于深部(比较坚硬)地层可以提高井眼承压能力△P=6.895MPa。106

⑵.对于诱导扩张到致漏程度的诱导裂缝利用“有效封缝即堵技术”实现随钻防漏的原理：由于水力压裂造缝过程:液体进入裂缝→产生水力尖劈作用→产生诱导裂缝→（从细微）裂缝开始扩大→到致漏程度…对于清洁的“压裂液”是一个很快完成的过程.

但对于高含各种固相粒子的泥浆(特别是重泥浆,尤其是含有各种架桥、封堵颗粒的重泥浆)则不是。泥浆造缝的同时,其固相粒子即可能对所造裂缝架桥、充填形成“堵塞段”，只要此“堵塞段”达到前述要求,就可以有效阻隔泥浆柱的压力往裂缝的传递,从而制止裂缝的产生和扩大。实现随钻防漏107

其作用过程可简示如下：当钻遇致漏天然裂缝，泥浆在漏失中发生即堵,立即堵住漏失并防止它进一步扩大和恶化；当钻遇非致漏天然裂缝或微裂缝时，在裂缝没有被诱导发生和扩展到致漏宽度前不发生漏失，则此时泥浆堵漏和防漏作用不表现。一旦诱导裂缝宽度发展达到致漏程度时泥浆即堵效能则立即发挥而起到防漏作用。

108应用技术随钻封缝即堵技术:

可用随钻向泥浆中加入一定级配的颗粒系列来完成,主要针对诱导裂缝的产生(对诱导致漏裂缝实行封缝即堵),颗粒级配一般0.10—0.50mm,加量约3—5%。注意泥浆性能的调控及振动筛的应用;

也可用几方—十几方含各种级配粒子的泥浆段塞(作用10—20分钟)来完成,主要针对“致漏裂缝”与诱导裂缝的产生,颗粒级配一般0.10—3.00mm,加量可大于10%。而无需仃钻。

109

所用颗粒系列:架桥粒子及填充粒子的粒度大小与级配及用量可按前述原理通过试验确定。在重泥浆中更容易实行。若天然致漏裂缝偏大(5-10mm)，一钻遇就表现出有进无出的恶性漏失，则应转入以此原理(依次增大架桥粒子的粒径)为依据的停钻承压堵漏。在现用较多的桥塞堵漏泥浆配方的基础上加入3—5%的上述系列刚性颗粒即可,若,在封堵时考虑搅拌则效果更好。若致漏裂缝过大(＞10mm)则转入恶性漏失的堵漏:比如采用特种凝胶系列堵漏技术。110现场试验

该技术在准噶尔盆地各区块的探井及开发井进行了现场应用，通过现场的应用效果表明采用该技术可有效提高地层承压能力及堵漏成功率。序号井号地层当量密度g/cm3提高后的当量密度g/cm3当量密度提高g/cm31盆8白碱滩组以上地层2.102.250.152乌355风城组地层1.371.670.303T87530八道湾组以上地层1.331.410.084DXHW183梧桐沟组以上地层1.251.370.125DXHW182梧桐沟组以上地层1.261.370.116检乌52下乌尔禾组以上地层1.381.480.107红053八道湾组以上地层1.301.390.098白26风城组地层1.191.260.079DX1806梧桐沟组以上地层1.251.350.1010DX1812梧桐沟组以上地层1.251.350.10111

恶性漏失:(1),漏速很大、大到无法建立正常的循环(如“有进无出”…)(2),无法采取随钻堵漏,必须专门堵或仃钻堵

(3),用常规桥塞堵漏技术无法解决；或目前各种常用堵漏技术无法解决；或无法在几（1—3）次之内解决(需很多次重复，反复堵才能堵住)。这类漏失大多发生在地下裂缝(洞)发育的地层。这是