利用地面钻井参数识别漏层方法研究

2022-02-01长江大学石油工程学院金楷方潘秀秀陈海洋先文强

内江科技 2022年3期

◇长江大学石油工程学院金楷方潘秀秀彭聪陈海洋先文强

井漏问题是钻井过程中十分常见的钻井事故，井漏同时也是一项十分难以处理的井下事故，主要体现在难以堵漏上。我们国家近些年主要致力于新型堵漏材料的研发和堵漏体系的建设，忽视了钻井现场实际操作的可行性。本文根据国内外井漏方面的研究和项目组自己的研究成果，总结了井漏的危害，判断井漏的方法，堵漏材料和技术的选用以及利用地面钻进参数识别漏层的要点和主要意义。钻井现场发生井漏时可以参考本文快速确定漏失类型，选用合适的堵漏材料和技术实施堵漏作业，为钻井施工提供帮助。

在实际钻井操作过程中，经常性的发生井壁渗漏，导致井筒中钻井液无限制的流入地层中的事故。当钻遇孔隙，裂缝，溶洞等地层时若没有提前的预防井漏的措施就很容易发生井筒中流体漏失的情况。井漏钻井发生爆炸后会直接导致深层钻井液的大量水分流失，增加钻井液成本，增大钻井的花费。发生井漏会引发井喷，井塌等事故影响钻进的效率。严重的井漏还会破坏油气产层，降低油层质量。井喷还会威胁到地面钻井平台的安全，造成人员伤亡和钻井设备的损坏。尤其对于我国海上水下钻井运行平台来说，井漏事件引发的井喷还可能会直接严重摧毁我国海上水下钻井运行平台，造成巨大的社会经济损失。井漏同时也一直是作为制约地质勘探项目开发推进速度的重要一个影响质量因素，在井场发生重大井层渗漏后由于现在的井层堵漏钻井效率太低，难以迅速有效的完全封堵上渗漏层，导致井漏钻井持续时间大大幅度延长，严重减慢了地质勘探项目开发的推进速度。我们项目组通过识别地面钻井参数来判断井下的情况，为后续堵漏工作提供参考依据。

1 堵漏的技术与方法

钻井过程中发生井漏，堵漏方法的基本原理主要是通过调整改变钻井液的性能（黏度，密度，触变性，剪切性等），改善钻井方式，加入堵漏材料。

1.1 渗透性漏失（小漏）

（1）停钻，将钻头起至安全井段静止，利用钻井液的触变性来封堵裂缝。

（2）调整钻井液性能。对于压差导致的井温，应降低钻井液的密度：对于自然缝洞导致的井洞应提高钻井液黏度、切力等。

（3）加入细弹性纤维物质颗粒及其他弹性固体纤维质颗粒中的暂时堵漏活性固体物质，如常用盐酸活性云母片、石灰粉、暂时堵漏阻堵剂等[1]。

（4）若遇到可允许继续钻进的漏失，可利用钻屑堵漏。若仍无法堵漏，则可采取静止堵失。

对于直径较小的裂缝，可直接利用裂缝的尺寸大小，配制固体颗粒直径大于裂缝直径的钻井液直接对裂缝进行封堵。

1.2 多孔隙、微裂缝漏失

（1）自动泵人采用含桥梁封堵剂的稠液型钻井液，起出自动钻具，实施自动静止钻具堵漏。

（2）将光钻具（铤）下至漏层以上循环，如仍有温失，可调节钻井液密度，提高钻井液切力、黏度及加入桥堵剂堵泄。

（3）用高失水浆液、化学凝胶等方法堵漏。高失水浆液进人漏失层，水分迅速渗人地层固相颗粒则留在孔腺内，形成堵塞物从而实现堵漏[1]。此外，还有其他方法进行此类堵漏。

1.3 大裂缝、大溶洞漏失

（1）停钻起钻的同时通钻井液（无钻井液灌清水），将钻具强行起出。

（2）清水强钻，下套管封隔。

（3）泵入含桥接材料的稠钻井液堵漏。

（4）用中性化学凝结粘胶剂或胶质泥浆水泥或速冻冷凝水浆对泥浆进行堵测。

（5）项目采用新型复合桥梁堵漏处理方法堵湖，如用水凝胶+油性水泥混砂浆桥梁连接采用钻井液和第十二层水性混泥浆、堵剂+凝胶水泥浆等[1]。

（6）用水溶性密封袋堵漏。

（7）用封堵工具堵漏，如用网套式封堵工具、管式封堵工具进行堵漏。

2 堵漏材料

堵漏材料根据作用机理的不同，大体可以分为桥塞堵漏材料、凝胶类堵漏材料、高失水类堵漏材料、吸水/吸油聚合物堵漏材料以及智能堵漏材料等[2-3]。

桥塞堵漏材料常由不同大小及形状的惰性材料组成，如木质纤维，云母等。由于其为惰性材料，所以不会对钻井液的流变性产生影响，但其与地层匹配程度较小，在大的漏失通道中易被冲走。

凝胶类堵漏材料通常由引发剂、交联剂、聚合物单体通过交联反应形成。形成凝胶后有很强的抗剪切能力及粘弹性能够有效地封堵大裂缝及溶洞，虽能有效匹配漏失层，但成胶时间不易控制，抗温、抗压能力差，难以满足深部地层的堵漏需求。姜雪清等[4]研制的凝胶堵剂KDW具有良好的变形能力，耐温可达160℃，且在高温下可再次反应增加体系强度，老化后能与漏失地层胶结为一体。

高失水类堵漏剂通常是在堵漏浆中加入高失水性材料，体系进入漏失层后加入的高失水性材料能在压差作用下失水聚集形成泥饼，从而达到封堵的效果。但其同样对漏失地层匹配性差。马志忠等[5]以S型堵漏剂为基础配置了新型堵漏浆，该体系形成的泥饼初始强度为4MPa，泥饼的强度随时间的增长而提高。

吸水/吸油聚合物堵漏材料通常是通过分子结构设计在聚合物分子中加入亲水/亲油基团，从而达到遇水或油溶胀但不溶解的效果。该类材料具有良好的膨胀和变形能力，能够很好地匹配漏失层，达到良好的封堵效果。但其膨胀速度不可控，且在高温地层中易变质，所以难以达到良好的延时封堵的效果。

智能堵漏材料能够感知地层环境刺激从而自主判断发生变化后进行封堵的材料，因而可以在各种复杂地层中应用。现有的智能堵漏材料有智能记忆合金材料、智能凝胶等，但这些都尚处于起步阶段，需要进一步完善和发展[6]。

3 判断井漏的方法

3.1 观察钻井液参数的变化

（1）渗透性漏失：钻井液池液面缓慢下降，随着钻井液中固相颗粒封堵而趋于稳定。钻井液进出口流量差初始时缓慢增加，后随着封堵而缓慢下降，直到回复正常。

（2）天然裂缝性漏失：钻井液池液面初始突然下降，随着裂缝封堵而缓慢降低。钻井液进出口流量差初始时突然增加，而后缓慢降低。

（3）诱导裂缝性漏失：钻井液池液面缓慢下降，随着封堵成功而趋于正常。钻井液进出口流量差初始时突然增加，而后急剧下降，最后恢复到初始值。

（4）大型裂缝溶洞漏失：钻井液池液面突然下降，且无减慢趋势。钻井液进出口流量差突然增加，随着漏失的发生保持不变。

3.2 用电阻率判断漏层

发生井漏后，重泥浆倾入井眼附近地层，会改变倾入带的电阻率。该方法是利用钻井液漏失对深、中、浅三条电阻率曲线的影响对漏失层位进行识别。中、浅两条电阻率曲线分别对应过渡带和冲洗带，而深层电阻率曲线反应原状地层电阻率。发生漏失后，中、浅探测的电阻率会有明显的降低，而深探测的电阻率不会有明显的变化。这一点在钻井时由于泥浆密度过大而压裂地层形成的裂缝表现尤为明显。

3.3 用自然电位判断漏层

地面的电极和位于井中的电极之间存在电位差，随着地层的不同该电位差也会变化，并且变化的规律性很强。由于钻井时多使用淡水泥浆（泥浆滤液的矿化度小于地层水的矿化度），在没有发生井漏时表现为自然电位负异常，在发生井漏后泥浆倾入地层，没有造成自然电场点动势产生，则没有自然电位异常出现。

4 利用地面钻井参数识别漏层的要点与意义

相似的情况我国一半以上的石油天然气田都存在着各种不同程度的钻井问题，堵漏所花费的时间大约为总钻井耗时的6%。随着我国石油资源消耗和石油勘探工作的进一步加深，我们在进行钻井作业过程中会遇到的土壤和其他地层也就变得更加复杂了。由于矿山井漏等问题引起的诱发矿山井壁失稳、崩溃、矿山地表喷水等问题被普遍认为在接下来很长的一段时间内会逐渐成为我国在油气资源的勘探与开发过程中的一个全球化困境和重大难题，因此国内外已经进行了许多关于防渗漏堵漏相关技术的研究工作。目前对于井漏的一般处理方法包括静止堵漏、使用高度失水性浆液堵漏、临时堵法、无机凝胶物质堵漏、复合堵漏技术、强行钻井套管堵漏封隔技术等；常见的堵漏材料主要包括桥解式堵漏材料，暂阻式堵漏材料，化学性堵漏材料，无机砼堵漏材料。目前动态堵漏监视仪和诱发裂缝监视技术在我国应用较快，并且“强粘结性”概念的提出也为新型堵漏监视仪理论的研究发展提供了重要支持。