钻井漏失层位测量及堵漏模拟研究

刘振东

(中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营257000)

0 引言

井漏是钻井中一项急需解决的难题。它的危害很大，处理起来非常复杂，需要大量的人力、物力和适合的技术方案。虽然堵漏技术一直是广大技术人员研究的热点之一，不断有新的技术和方法出现，但就目前而言，井漏处理过程中仍然存在一定的问题，使得堵漏效果不尽人意。比如漏失位置的确定还没有较为精确的方法，或者一些存在局限性，不适合在复杂漏失情况下进行漏失位置的判定。又如对漏失的室内模拟评价方法还没有统一的标准，各方法有相似性，却又不尽相同，每种方法对漏失的模拟程度还存在一定的局限性，对堵漏效果的评价还不够完善，这就会造成重复漏失等现象的出现，堵漏成功率较低。因此，漏失位置判定和漏失模拟评价技术有着很大的进步空间，有必要进一步提高判定的准确性和模拟的真实性，为有效提高堵漏成功率提供技术支持。本文就是在此背景下，开展了一系列关于漏失位置判定和漏失模拟评价的研究工作。［1－4］

1 漏失位置判定

漏失位置判定技术采用“地面判断，井下测量”的方式实现漏层位置的精确测量。首先根据钻井液性能及钻井液量综合判断漏失的发生，然后使用判定软件快速判定漏失发生的大体位置，而后下入测量仪器，对漏层位置进行精确测量。此方法通过在地面的初步判断，缩短了井下测量的范围，提高了漏失位置判定的速度，同时避免测量仪器在漏失发生的复杂情况下长时间处于井下的情况，有利于井下的安全。

1．1 漏层判定软件

立压变化法的基本原理是立管压力随井漏发生变化。在一定条件下，立管压力变化值主要取决于漏失量和漏层位置，一定的压力损耗对应着一定的漏层位置，由此便可计算出漏层井深(见图1)。

据立压变化法计算漏层位置的原理，漏失位置判定软件的处理流程如图2所示。通过输入井深、井眼直径、漏失前后钻井液泵排量、漏失前后立压及钻井液密度等钻井基本参数，便可计算得出漏层位置深度。在初步判断出漏层位置后，可再利用漏层测量仪器做精确判定。

图1 立压变化判定法原理示意图

图2 漏层位置计算处理流程图

1．2 漏失位置测量仪器

20世纪70年代，我国漏层测量仪器大多是借助于流体动力学原理研制的，多采用膜片位移和涡轮流量计测量原理进行测量。但这些方法均受到井下恶劣环境的影响，如可动部件的密封问题、涡轮磨损带来的误差问题、背景噪声加大检测误差等，这些问题严重影响仪器的使用效果及对漏层位置的正确判断。为此，本文开展了新型漏层测量仪器的研制工作，利用井温—噪声和声波两套系统的组合，可极大地提高测量仪器的抗干扰能力和精准度。

1．2．1 测量仪器组成及原理(见图3)

图3 测量仪器原理图

井漏测量仪器由高温电池、测控电子线路和换能器短节组成。高温电池对测控电子线路部分进行供电;测控电子线路部分完成信号采集缓存、数据交互及声波激励控制等功能;换能器短节完成信号的接收和声波方式的信号激励。

电子系统包括DSP控制子系统、声波激励信号源子系统、声波信号采集子系统、温度－噪声信号采集子系统、井下供电子系统等5部分，见图4。

图4 测漏仪电子系统总体框图

仪器的工作原理:在仪器下井之前，设置井下综合测量仪的采集参数和采集时刻，采用电缆或钻杆方式，把仪器放入井下，当到达采集条件时，DSP启动采集。首先，DSP控制声波激励、接收电路和采集电路完成声波信号的激励和接收，并对采集到的声波进行实时处理，把声速、声衰减级声幅等参数缓存到存储器内;然后，DSP启动噪声采集，记录各个频段内的噪声幅度;最后，DSP进行温度的采集和存储。DSP根据地面设置的参数交替，进行声波、噪声和温度信号的采集和实时处理，并把处理结果缓存在存储器内。测量全部漏层之后，上提仪器，回读采集数据，进行数据解释，找出漏层的位置。

1．2．2 室内测试

利用加温、加噪声源、变化声波测量部分与井壁的距离，延长声波传输距离等方法，对各种测试条件进行模拟，图5是连续显示的测量结果。

图5 测漏仪模拟测试结果

从图中可看出，各种模拟条件在测试曲线上都有较快的反应，说了测量仪器的灵敏性和可靠性。

2 漏失模拟评价

2．1 评价仪器［5－10］

评价仪器原理是利用模块来模拟地层裂缝，然后在高温环境下，让堵漏液不断通过模块，并最终在模块上形成堵层，当堵漏液不再漏失时，此压力即为堵漏液的承压能力。针对裂缝性和孔隙性复合型漏失，设计了由DL－A和DL－B两个分系统组成的模拟评价系统，可分别利用裂缝和砂床在高温高压条件下模拟地层漏失，具有较好的模拟评价效果。

DL－A高温高压堵漏模拟试验装置(见图6)由加压系统、堵漏液容器、模块系统、加热控温系统和反向承压系统组成。最高工作温度可达180℃，最高工作压力可达40 MPa。该装置根据井下漏层的不同裂缝形式，设计了平板缝、孔缝、立型缝等多种模块，可根据井下漏层的特征，选择适宜的实验模块进行实验。

DL－B型高温高压堵漏模拟试验装置具有数据采集系统和砂床模拟系统，可在高温高压下用砂床模拟漏失情况，根据砂床中填装的岩屑及砂子颗粒大小的不同，可用于孔隙型漏失及微裂缝的堵漏模拟评价。该装置在堵漏后可利用钻井液循环系统模拟钻井液对堵层的冲刷，测定冲刷后的堵层承压能力。最高工作温度可达180℃，最高工作压力可达40 MPa。

图6 DL－B高温高压堵漏模拟试验装置

2．2 裂缝－孔隙复合型漏失堵漏配方研究实例

使用的堵漏配方如下。

基浆:4%膨润土浆+5%Na2CO3(纯碱)+2%FT99(防塌降滤失剂)+0.3%KPAM(聚合物)+1%JS－9(降滤失剂)+1%NH4PAN(降滤失剂)+2%HA树脂(降滤失剂)+0.5%GPC(防塌型随钻堵漏剂);

堵漏浆1:基浆+4%SRD－Ⅲ(桥接堵漏剂)+2%SRD－Ⅱ(桥接堵漏剂)+3%ZD－B(桥接堵漏剂)+4%DTR(高失水堵漏剂)+2%CaCO3(超细碳酸钙);

堵漏浆2:基浆+4%SRD－Ⅱ+3%ZD－B+4%DTR+2%CaCO3;

堵漏浆3:基浆+4%SRD－Ⅱ+1%ZD－B+2%DTR+2%CaCO3。

实验结果如表1所示。

表1 复合型漏失堵漏实验结果

从上述结果可知，堵漏液配方1、2、3针对2、1、0.5 mm裂缝可承压7MPa以上，同时针对0.42～0.85 mm孔隙也可承压7 MPa，同时试验说明在封堵孔隙时未形成“封门”，堵漏效果理想。这说明堵漏液配方1、2、3针对裂缝－孔隙型复合漏失具有良好的封堵效果。

3 结论与认识

(1)解决漏失首先要判定出漏层位置，然后才能有的放矢。本文介绍的漏层测量仪器采用多种参数进行综合判定，能有效排除干扰因素，提高判定的精度。

(2)本文采用判定软件和测量仪器结合，可系统实现“地面判断，井下测定”的测量方式，能减少测量的范围和时间，可较精确地确定漏层位置。

(3)高温高压堵漏模拟试验装置能较好地模拟井下漏层情况，具有较好的真实性和针对性，为新型堵漏剂的开发提供了评价的方法。从模拟评价应用实例来看，利用模拟装置对堵漏配方进行评价具有一定的科学性，能在一定范围内反映出堵漏配方的效果，有助于提高堵漏成功率。

(4)漏层判定是一项非常重要，却又十分复杂、困难的工作，需要做更多的研究来进行完善，包括在方法上、仪器设计上等各个方面。

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