钻进严重漏失层的封堵处理方法

2015-12-16尹江

西部探矿工程 2015年2期

关键词：孔口泵送漏水

尹江

（吉林省地矿勘察设计研究院，吉林长春130012）

·石油与钻掘工程·

钻进严重漏失层的封堵处理方法

尹江*

（吉林省地矿勘察设计研究院，吉林长春130012）

井漏是钻井过程中经常出现的情况，发生井漏的具体原因有地层裂隙、溶洞、地层破裂压力小于钻井施工中的钻井液压力等，根据实际施工经验，对井漏及其处理方法进行总结。

钻孔井漏（涌）；处理方法；封堵

目前，国内岩芯钻探广泛采用金刚石绳索取芯钻进，但祖国幅员辽阔，施工队伍难免会碰到破碎漏脆等各种复杂地层。本文主要阐述实际施工中，处理钻孔漏水的方法。

处理钻孔漏水的方法：

（1）低密度流体（如空气、泡沫和充气液体等）的压力平衡方法；

（2）封堵漏水通道的堵漏法；（3）项漏钻进坍塌层等方法。

前者因需要配备空压机等设备和装置以及掌握这种钻进工艺需要一定时间等原因，目前国内应用较少。堵漏是常用的方法，顶漏钻进法处于试验推广阶段。

1 钻孔堵漏方案的确定

孔内漏水地层资料和孔内的静止水位、地下水的动态等资料是制定堵漏技术方案的重要依据。

（1）漏水地层资料：漏水通道的类型（溶洞、裂隙、孔隙等）、尺寸、裂隙结构特征和漏水层的位置等。

（2）孔内水文观测：向孔内注水后观测水位下降速度，下降速度快说明漏水通道畅通；下降速度快且自始至终变化不大，说明漏水通道断面尺寸较大；反之，则较小。测出稳定的静止水位。

钻孔堵漏方法较多，选取方法时应依据漏水通道类型、结构特征、漏失程度和孔内水位等，并考虑材料来源、工艺的难易和已有的经验等综合论证比较后确定。

2 严重漏失孔的堵漏方法

严重漏失是指裂隙陡立、全漏失、裂隙开裂较宽、漏失层位距孔口较深、孔内静水位距漏水层很近，钻进时判断孔内动水位比静水位上升不多等情况下的漏失。这是一个典型的裂隙型严重漏失层。堵漏处理这种钻孔的漏失可能出现以下情况：

如果用粒状材料充填裂隙时，会出现暂时封堵现象。当钻进冲洗液循环时，因从孔内静水位到孔口的距离大，水柱的静水压力大，再加上冲洗液上返的流动阻力产生的液压，以及裂隙陡立、开裂较宽等，粒料会逐渐被压向裂隙深处，使裂隙内聚集的粒料因下移而开裂，恢复漏失。

如果采用普通水泥浆堵漏，因水泥浆的凝结时间长，浆液又是大多数流向下方裂隙，进入上方裂隙内较少。在浆液失去流动性之前，裂隙内的水与水泥浆会因密度不同而产生迅速的交换，水泥浆中的水泥颗粒下沉，水上返，使孔内上方裂隙内的水泥浆沉入裂隙深处，裂隙仍旧敞开。对此类漏失钻孔，推荐以下2种堵漏方法。

2.1 PAM-水泥一泥浆堵漏

2.1.1 浆液组成

甲液：PAM-水泥浆。

水∶水泥=（0.8～1）∶1（水灰比），水泥可用普通水泥或超早强水泥，水中含非水解聚丙烯酰胺（PAM）分子量500万左右，0.2%～0.4%。

举例：水100L，加PAM 0.3kg，其水溶液浓度约为0.3%，加水泥100kg；配成PAM-水泥浆，水灰比1∶1。

乙液：普通泥浆。膨润土:15%～20%。碱加量为粘土重:5%。

注浆时，甲乙两液的体积比大致按1∶1。两液混合后立即形成不流动的絮凝物，絮凝物进入裂隙内，因其粘滞性，流动阻力大，不易被稀释，封堵范围大，又因絮凝物随时间而增长强度，因此具有很高的堵漏成功率。

2.1.2 灌注方法

孔深时，采用钻杆泵送甲液，孔口沿孔壁间隙倒入乙液。注浆钻杆下到漏失层上方，先从孔口倒乙液，待乙液流到漏失层时，开泵泵送甲液，此后，孔口仍连续倒乙液，使甲、乙两液近似1∶1的比例在孔内相混、絮凝并进入裂隙内。通常孔内泥浆面很快便升到孔口，这时应上下提动钻具，促使更多的絮凝物进入裂隙。随后提出钻具，主动钻杆连接到套管上头或主动钻杆插入井口管内并四周密封，用小泵量向孔内泵送泥浆（乙液）推动絮凝物深入裂隙。等候几小时后便可下钻透孔。透孔到漏水层时，如果又出现漏水，应接着孔口倒乙液，泵送甲液，此时孔内絮凝物会更多的进入上方裂隙。

孔浅时，两液从孔口同时倒入，直到液面升到孔口，此时孔口的液面会缓慢下降，随之再倒入，保持液面在孔口，并长时间稳定不降时，用主动钻杆连接井口管，开泵小泵量泵送泥浆，将孔内絮凝物更多地压入裂隙。

2.2 凝结时间可控的水泥浆（CPS）

这是一类凝结时间可在十几分钟至几小时内进行调节控制的水泥浆，可用于严重漏水孔的堵漏。

2.2.1 浆液配方

水灰比（0.7～1）∶1，即0.7kg水加lkg水泥。

水玻璃溶液∶水泥净浆=（0.5～1）∶1（体积比），水玻璃模数2.8～3.2,浓度为38～40Be。磷酸氢二钠的用量是水泥干粉重的2%～5%，用量多，水泥浆凝结时间延长。

配方举例：

配水泥净浆200L，水灰比取0.7，水玻璃：水泥净浆为0.8∶1，即水玻璃是160L，磷酸氢二钠用量为水泥干粉重的4%。

首先计算200L水泥净浆中需水泥干粉量和水量，水泥干粉重：

式中：V——水泥净浆的体积，V=200L；

ρ——水泥干粉的密度，取3.1kg/L；

λ——水灰比,λ=0.7。

代入后得：

Q灰=Vρ/[1+（λρ）]=200×3.1/[1+（0.7×3.1）]= 196kg。

考虑到搅拌时水泥损失和未利用部分，用4袋水泥。

用水量按水灰比λ=0.7计算：

Q水=0.7×196=137L

水玻璃用量按水玻璃∶水泥净浆=0.8∶l计算：

Qs=0.8×200=160L

磷酸氢二钠用量是水泥干粉重的4%。

QP=196×0.04=7.84kg

总的水泥浆体积约为360L。

2.2.2 浆液配制

接续配方举例，各剂加入顺序与搅拌要求。

拌浆桶中加剂顺序：水137L→磷酸氢二钠7.84kg，搅溶→水泥4袋，搅拌到水泥浆中无小团块→加入水玻璃160L，加完记时，搅匀后立即泵送。

2.2.3 浆液特点

该浆液的特点是其可泵期和凝结时间可通过磷酸氢二钠的加量调节；浆液粘度低（漏斗粘度30s左右）可灌性好，而且粘度在可泵期前基本不变。

时间过可泵期后很快失去流动性，到达初凝，这将减少浆液沿裂隙流失的时间和流失量。

2.2.4 灌注工艺

对陡立裂隙又孔内静水位距漏水层位较近的堵漏注浆，不论用什么方法灌注浆液，最重要的是如何确保浆液更多地进入孔壁上方裂隙。注浆的浆液凝固后，裂隙内和孔内的固结体分布情况有：①裂隙上方被封堵；②孔内浆液未完全流失，裂隙上方敞开；③浆液全流失3种情况。

为避免出现②、③的情况，可采用的措施有：浆液粘度增高，为此可向浆液中加入适量膨土粉；浆液量增多，注浆适当增大泵量；控制好替浆水量；紧缩注浆各工序的时间，缩短浆液的可泵期和初凝时间。

（1）钻杆—泵灌浆液。钻杆—泵灌法是常用的水泥浆灌注方法，包括以下工序：①室内试验浆液配方，取用实际灌浆时用的材料，确定配方并计算各料用量；②检查水泵、搅浆设备和材料；③下注浆管到漏水层位，并送水试通；一切准备就绪时，开始配制浆液并记时；④泵送浆液和随后的替浆水，在浆液允许的可泵期内，泵送完毕；⑤提升注浆钻具；⑥孔内浆液终凝后，向孔内注水试验堵漏效果，如果孔内水位稳定在孔口，至少说明注浆结果不存在③的情况，可下钻透孔；⑦如果孔口注水试验时，孔内水位升不到孔口，或者，透孔到漏水层时出现漏水，可考虑接着再灌一次，再灌的浆液会更多地进入上方裂隙。关于泵灌浆液的替浆水量和泵送过程的时间，即要求浆液应具备的可泵期等问题分述如下：

①替浆水量QT。水泵抽完水泥浆时，为把吸水管内、泵体内、送水管内和钻杆内的浆液顶送到孔内合适的位置，并清洗水泵与管路，需要抽送适量的替浆水。替浆水量按以下情况计算：

（a）孔内静水位距漏水层的距离较近（约20m左右）时：