漏失地层堵漏措施探讨

马少华

[摘要]复杂地层钻探问题一直是地质勘探、工程勘察及工程施工钻进中的主要技术难题。在钻探过程中，多数钻孔都遇到不同程度的漏失问题，部分钻孔由于漏失诱发了孔内事故或机械事故，最终导致报废。本文针对不同漏失地层进行了分析，并提出了堵漏的方法。

[关键词]钻探；泥浆漏失；堵漏方法

井漏是钻井过程中泥浆、水泥浆或其它工作液漏失到地层中的现象。它是钻探过程中普遍存在的井下复杂情况之一。本文对漏失地层漏失原因，漏失类型进行了分析，并对堵漏措施进行了探讨。对于漏失地层堵漏措施，也分析总结出了有效的堵漏措施。并且在實际钻探中得到了有效的证明。针对不同的漏失原因，漏失地层应选择具有针对性的堵漏措施，以保证安全的经济的钻进。

1.钻井漏失的原因

1.1漏失产生的条件

漏失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。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。这三个条件是产生漏失的必要或者说是根本条件。

1.2影响漏失的因素

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，它和地层情况、井壁上的漏失面积、泥浆的性能、压差等许多因素相关。我们把影响漏失的条件大致分为包括地质条件和工艺技术原因。

（1）地质条件

地层岩石中存在的空隙、裂缝、洞穴的大小，贯通性，上覆岩层的含水情况等是造成漏失的天然客观条件，也是导致漏失的直接原因。地质条件是客观存在的，不可调控的因素。

（2）工艺技术条件

钻孔结构设计的合理性、冲洗液选择的正确性、钻具规格选择的正确性、钻机操作的合理性都是会影响钻孔漏失，这些条件都是可主观控制和调节的，是钻孔产生漏失的可控制因素。所以设计施工时，应尽量避免其发生。

1.3漏失地层类型

我们通常把漏失总结出四大机理，渗透性漏失、压裂性漏失、裂缝性漏失、溶洞性漏失。

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

2.钻孔漏失堵漏

2.1漏失地层堵漏机理

对于钻孔漏失地层堵漏机理主要分两种：

（1）隔离

用套管或注浆隔离漏失地层孔身与漏失通道口隔离。注浆隔离就是用能够形成一定的结构和硬度并且比较稳定的浆液，注入漏失段地层在孔内形成一个隔离带，将漏失地层孔身漏失通道口进行堵塞，以达到堵漏的目的。由于其使用方便，成本低，目前使用比较广泛。

（2）填充材料堵漏

将一些填充材料（一般为惰性材料）加入泥浆中，填充材料由于滤失形成的颗粒物，随着泥浆的流入，这些颗粒物将于漏失通道堆积，最终将堵塞漏失通道。由于加入填充材料，使泥浆的流动阻力增大。因此在钻进也起到预防漏失的作用。

2.2漏失地层堵漏措施和处理方法

根据钻遇地质特点、结构特征、成岩情况、漏失性质和漏失情况，应该有针对性地提出相应的预防措施和处理方法。

（1）调整泥浆性能：主要是增加泥浆的粘度、降低泥浆的密度和失水量及增强泥浆的静切力等。处理方法主要是在泥浆中添加纤维素、腐植酸钾和胺盐等，这主要针对渗透漏失型地层。

该方法适用于泥浆漏失速度较小地层，堵漏特点是施工方便，不必占用钻进时间，只在钻进泥浆中随钻添加泥浆处理剂或惰性堵漏材料即可。

（2）随钻堵漏：该方法是不须起钻去钻头，直接在需堵漏位置按用量灌注设定水灰比的水泥浆或凝胶桥接堵漏泥浆（混合泥浆），然后再起钻待凝后继续钻进。

该方法工艺简单，处理速度快，但只适用于堵漏位置较浅、孔内通畅孔段。应用时，必须保证起钻速度快、孔内通畅，泥浆或凝胶桥接堵漏泥浆一旦凝固，将出现埋钻等事故。

（3）灌注水泥浆堵漏：与随钻堵漏法相比，该方法处理时必须先起钻，去钻头后下入光钻杆到达需堵漏位置，再灌注设计水灰比、设计堵漏材料比例的纯水泥浆或混合泥浆堵漏。待水泥浆或混合泥浆凝固后再扫孔继续钻进。

该方法的特点是操作较复杂，能满足压裂漏失型及溶隙、溶洞漏失型地层，适应性较广，但占用时间较长。

（4）压差平衡法堵漏：有时因地下水活动较频繁、孔内出水等地层，在采用灌注速凝水泥浆堵漏无法堵漏时，需要根据孔内及地层内的压力差，采用压差平衡法堵漏，确保孔内有一定高度的水泥浆柱。该方法往往进行一次堵漏难以达到效果，需多灌注几次，每次堵住一小段漏层。

（5）投泥球堵漏：在采用灌注水泥浆、速凝水泥浆和压差平衡法不能满足堵漏要求时，可采用孔口用塑料袋或简易布袋装泥球（主要成分为粘土、水及水泥，有时添加部分惰性堵漏材料）的方法解决。

2.3漏失情况分析

在陕西省韩城某井田施工中，在黄土层与基岩交界处、砾岩层、粉砂岩层等地层中均存在不同程度的漏失问题。漏失量一般从7～8m³/d到40m³/d不等，情况严重时甚至有完全漏失（不返水）的情况发生。

經过现场调研分析和室内评价，现将韩城地区煤田钻探防漏堵漏对策分述如下。

（1）黄土覆盖层的裂缝性漏失

韩城地区的地表黄土经过多年日晒风吹，失水后收缩，以及植物的根系、动物窝穴错纵复杂，造成裂缝、微洞异常发育，容易发生裂缝性漏失（如HK11-3、HK16-1和HK16-2孔等）。针对这种漏失，一般可采用投泥球和水泥灌浆等堵漏措施。此外，由于黄土覆盖层的厚度一般在200m以内，故也可以采用在穿过黄土覆盖层后下入表层套管以彻底封隔漏失层的技术方法。

（2）砂岩、粉砂岩和砾岩层的渗透性漏失

这种漏失多发生在渗透性良好、孔隙度大的砂岩及砂砾岩地层中，其中的岩石颗粒较粗，颗粒之间未胶结或胶结差。其漏失量较小，漏速<10m³/h（如HK7-1、HK27-1、HK11-2孔）；当胶结性不好时，漏失后也可能诱发垮孔事故（如HK11-2孔）。对于这种地层，钻进时应采用优质粘土造浆，适当提高泥浆粘度，降低泥浆失水量，在漏失层上部50m左右在泥浆中加入锯末和马粪等堵漏材料，将普通泥浆转化为防漏泥浆进行钻进。

2.4漏失地层的防漏堵漏配方设计

（1）裂缝地层的防漏堵漏配方设计

选取各种桥接堵漏材料如锯末、核桃壳（2～4mm）、贝壳粉、棉籽壳和稻壳等，采用DS-2型堵漏材料试验装置，模拟地层不同的裂缝宽度（1～6mm），进行桥接材料堵漏室内实验，获得能封堵不同裂缝宽度的桥接堵漏配方如表1所示。

同时，为了桥接堵漏配方达到最优的应用效果，应遵循如下实施细则：

（1）分析井漏发生的原因，确定漏层位置、类型及漏失严重程度；

（2）施工前要建立科学的施工设计，精心施工；

（3）堵漏浆液的配制必须按要求保质保量；

（4）施工时如果能起钻，应尽可能采用光钻杆，下至漏层顶部；

（5）使用正确的堵剂注入方法，确保2/3的堵剂进入漏层近井筒处；

（6）施工过程中要不停地活动钻具，避免卡钻；

（7）施工完成后，各种资料必须收集整理齐全、准确。

3结论

目前，钻孔堵漏是钻井过程中面临的技术难题之一。随着钻孔技术的不断发展，对于堵漏的要求也会越来越高。防漏堵漏所面临的最大问题就是地质情况的复杂性和不确定性，简单、方便、直观地监测漏失层和简单有效的应急措施成为解决问题的关键。

在钻探设计中，应充分考虑重视漏失地层，尽量预防其发生。在施工过程中，对于漏失地层应首先做出判断是哪种类型的漏失，针对不同地层，不同漏失类型采取针对性方法进行治理，以确保安全经济有效的钻进。对于钻孔全孔严重漏失、不返水，地层较完整，不塌坍、不掉块，无需进行护壁的地层，在矿区水源充足的条件下，简单的清水顶漏钻进或许是最好的方法。不同的漏失地层，漏失量选取的措施都是不同的，应该综合考虑各种因素，在安全钻进的前提下，尽量降低钻进成本。