井漏处理措施及案例分析

井漏钻井过程中经常发生井漏，轻微的漏失会使钻井工作中断，严重的漏失要耽误大量的生产时间，耗费大量的人力物力和财力，如井漏得不到及时处理，还会引起井塌、井喷和卡钻事故，导致部分井段或全井段的报废，所以及时的处理井漏恢复正常钻进是非常重要的工作。第一节井漏的原因和机理•凡是发生钻井液漏失的地层，必须具备下列条件：•①地层中有孔隙、裂缝或溶洞，使钻井液有通行的条件；•②地层孔隙中的流体压力小于钻井液液柱压力，在正压差的作用下，才能发生漏失；•③地层破裂压力小于钻井液液柱压力和环空压耗或激动压力之和，把地层压裂，产生漏失。•形成这些漏失的原因，有些是天然的，即在沉积过程中、或地下水溶蚀过程中、或构造活动过程中形成的，同一构造的相同层位在横向分布上具有相近的性质，这种漏失有两种类型。•①渗透性漏失。这种漏失多发生在粗颗粒未胶结或胶结很差的地层，如粗砂岩、砾岩、含砾砂岩等地层。只要它的渗透率超过14x10-3／um2，或者它的平均粒径大于钻井液中数量最多的大颗粒粒径的三倍时，在钻井液液柱压力大于地层孔隙压力时，就会发生漏失。②天然裂缝、溶洞漏失。如石灰岩、白云岩的裂缝、溶洞及不整合侵蚀面、断层、地应力破碎带、火成岩侵人体等都有大量的裂缝和孔洞，在钻井液液柱压力大于地层压力时会发生漏失，而且漏失量大，漏失速度快。有些井漏的因素却是后天造成的，即人为的因素，这些因素有以下几种。①因为油田注水开发之后，地层孔隙压力的分布与原始状态完全不同，出现了纵向上压力系统的紊乱，上下相邻两个油层的孔隙压力可能相差很大，而且是高压、常压、欠压层相间存在，出现了多压力层系。在平面分布上，地层压力也起了很大变化，同一层位在不同区域的地层压力不同，没有规律可循。造成这些地层压力高低变化的原因是：(a)有的层只采不注或采多注少，能量补充不上，形成低压；(b)有断层遮挡或是地层尖灭，注水井和采油井连通不起来，注入区形成高压，生产区形成低压；(c)不同层位的渗透性差别很大，在注水过程中，渗透性好的地层吸水量大，渗透性差的地层吸水量少，形成了不同的地层压力；(d)有的层注多采少，或只注不采，形成高压，而常压层则相对成为低压层；(e)由于固井质量不好，管外串通，或封隔器不严，管内串通，或者油层套管发生了问题如断裂、破裂、漏失，不可能按人们的愿望达到分层配注的目的，该多注的注少了，该少注的注多了，该注的层位没有注进水，不该注的层位却注进了不少的水，于是人为的制造了不少的高压层，在此种区块钻调整井，为了防止井喷，不能不用高密度钻井液钻井，于是那些本来是常压的地层，也相对的变成低压层了，漏失的可能性增加了，而且这些井的漏失往往是多点的长井段的漏失，还可能是喷、漏交替发生。·②由于注水开发，地层破裂压力也发生了变化，从上而下各层的最低破裂压力梯度不同，其大小与埋藏深度无关，高低压相间存在。在同一层位，上中下各部位破裂压力不同。在平面分布上，同一层位在平面上的不同位置破裂压力梯度也不同。造成地层破裂压力梯度下降的原因是：(a)压裂、酸化等增产措施使地层裂缝增加；(b)由于注水清洗的结果，使地层胶结程度变差，孔隙度变大，不合理的注水又诱发了微细裂缝的产生；(c)由于生产油气使地层孔隙压力下降；(d)由于各区块各层位的注采程度并不均衡，导致地应力的发生、聚集与释放，产生了许多垂直裂纹。③施工措施不当，造成了漏失。漏失与不漏失是相对而言的，有些地层有一定的承压能力，在正常情况下可能不漏，但因施工措施不当，使井底压力与地层压力的差值超过地层的抗张强度和井筒周围的挤压应力时，地层就会被压出裂缝，发生漏失，造成这种现象的原因有：(a)在加重钻井液时，控制不好，使密度过高，压漏了裸眼井段中抗压强度最薄弱的地层，经验证明，最易压漏的地层是技术套管鞋以下的第一个砂层；(b)下钻或接单根时，下放速度过快，造成过高的激动压力，压漏钻头以下的地层，(c)钻井液粘度、切力太高，开泵过猛，造成开泵时过高的激动压力，压漏钻头附近的地层；(d)快速钻进时，排量跟不上，岩屑浓度太大，钻铤外环空有大量岩屑沉淀，开泵过猛，压力过高，将钻头附近地层压漏；(e)钻头或扶正器泥包，不能及时清除，以致泵压升高，憋漏地层；(f)因各种原因，井内钻井液静止时间过长，触变性很大，下钻时又不分段循环，破坏钻井液的结构力，而是一通到底，开泵时憋漏地层；(g)井中有砂桥，下钻时钻头进入砂桥，由于环空循环不畅，即使用小排量开泵，也会压漏地层，漏失层就在钻头所在位置；(h)井壁坍塌，堵塞外至，憋漏地层；井漏是很容易发现的，凡是因液柱压力不平衡而造成的井漏，往往是泵压下降，钻井液进多出少，或只进不返，甚至环空液面下降。凡是因操作不当而造成的井漏，往往是泵压上升，钻井液进多出少，或只进不返，但环空液面不下降，停泵后钻柱内有回压，但活动钻具时除正常摩擦阻力外，没有额外的阻力。凡是因井塌或砂桥堵塞环空而造成的井漏，则泵压上升，钻井液进多出少，或只进不返，停泵时有回压，活动钻具时有阻力而且阻力随着漏失量的增大而增加。第二节漏失层位的判断井漏后往往采取堵漏的办法以恢复生产，但要堵漏必须首先了解漏层的位置，才能有的放矢，否则，便是盲人骑瞎马，夜半临深池。究竟如何判断漏失层位呢?以下给出一些判断的方法。一、钻井液密度没有增加时产生的漏失①如果钻井液性能没有发生什么变化，在正常钻进中发生了井漏，则漏失层即钻头刚钻达的位置。②如果钻进中有放空现象，放空后即发生井漏，则漏失层即放空井段。③下钻时如果钻头进入砂桥，或进入坍塌井段，开泵时泵压上升，地层憋漏，则漏层即在砂桥或坍塌井段。④下钻时观察钻井液返出动态，每下一立柱，井内应返出与一柱钻具体积相同的钻井液量，但钻井液的返出与钻具的下人并不同时出现，有一个滞后时间，可能钻柱下完了，钻井液才开始从井口返出，钻具下人越深，这个滞后时间越长，如果没有漏层，钻井液总是会返出来的。当钻具下人后，井口没有钻井液返出时，说明钻头已到达或穿过漏层，以此可以推算漏层的深度。⑤在原始状态下，漏层位置在平面上的分布往往是具有相似性，所以应分析邻井过去的钻井资料，横向对比该层在本井的深度，则此点发生漏失的可能性最大。⑥如果在钻井过程中某层曾发生过漏失，以后在钻井过程中又发生了漏失，则该层应是首先考虑的敏感区。二、钻井液密度增加时产生的漏失如在钻进时不发生漏失，而在加重钻井液时或替加重钻井液过程中发生了漏失，应分析本井已钻的地层剖面，那里有断层，那里有不整合面，那里有生物灰岩和火成岩侵人体，那里有高渗透的厚砂岩。一般来说，开放性的断层和不整合面在钻进时就易发生漏失，待滤饼形成后，漏失的可能性减小了。而高渗透性的厚砂岩、生物灰岩、火成岩侵人体发生漏失的可能性最大，埋藏越浅，漏失的可能性越大。当然也有特殊情况，上部不漏下部漏，松软地层不漏而中硬地层漏这是因为脆性地层在地应力作用下容易形成裂缝，而这些裂缝中的矿物充填程度或油气水充填程度不饱满而容易形成漏失，而压实程度较小的具有塑性的地层反而不容易形成裂缝。如果在提高钻井液密度的过程中发生井漏，则漏失层可能在裸眼井段中的任意井段，但最有可能的是技术套管鞋以下的第一个砂岩层。，如果一时确定不了，还可以采用其他方法进行测定。由于其所用工具和工艺流程比较复杂，在这里仅做简单介绍：1．螺旋流量计法；2．井温测定法；3．放射性测井法；4．RFT测井法；5．综合分析法；6．钻井液电阻测定法；7．声波测试法；8．传感器测试法；9．自动测漏装置；10．封隔器测试法；11．计算法；第三节漏层压力的计算一、利用静液面的深度进行计算已知漏层井深Hl(m)，如井漏时液面在井口，则漏层压力P1(MPa)P1=0.01ρH1(6—6)如漏失后液面不在井口，则应用回声仪或钻具测出静液面至井口的距离Hs(m)，则漏层压力P1(MPa)P1=0.01ρ(Hl—Hs)(6—7)式中ρ——钻井液密度，g／crn3。二、利用井漏前后钻具悬重的变化进行计算设钻头井深为H(m)，井漏后漏层深度为H1(m)，静液面深度为H2(m)，钻具在空气中每米重量为Gm(kg／m)，钻具在钻井液中的浮力系数为Kf，则井漏以前，钻具悬重G1(kN)为：G1=0.01KfGmH井漏后，钻具悬重G2(kN)为：G2=0.01[KfGm(H1-H2)十GmH2]悬重变化为ΔG，ΔG二G2-Gl=0.01(1—Kf)GmH2因为，Kf=(ρS-ρM)/ρs，N1—Kf=ρm／ρs所以，H2=lOOρsΔG／(ρmGm)如果漏层深度已知，则漏层压力(MPa)应为：Pl=0.01ρm(Hl-H2)(6—8)式中：ρm—井内钻井液密度，g／cm3；Ps——钻具钢材密度，7．85g／cm3。三、利用不同排量循环时的压差计算漏层压力用两种不同的排量Ol和Q2(QlQ2)进行循环，测量出口流量分别为Q3和Q4，设：Ph——漏层以上环空液柱压力，MPa；Paf——排量为Ql时的环空摩阻，MPa；Pafˊ——排量为Q：时的环空摩阻，MPa；Pff--排量为Ql时的漏层摩阻，MPa；pffˊ--排量为Q2时的漏层摩阻，MPa；P1——漏层压力MPa；Kaf——环空摩阻系数；Kff——漏层摩阻系数。漏层压力为：P1=Ph+Paf-PffP1=Ph+Pafˊ-Pffˊ其中：Pff=Kff（Q1—Q3）2Pffˊ=Kff（Q3—Q4）2Kff=PafH1(Q12-Q22)/[(Q1-Q3)2-(Q2-Q4)2]第四节井漏的预防对付井漏应以预防为主，尽可能避免因人为的失误而引起的井漏，凡是能搜集到的资料都搜集齐全，凡是能做的工作都做到井漏以前。①根据地层孔隙压力梯厦和地层破裂压力梯度曲线，正确进行井身结构和套管程序设计。同一裸眼井段内，不允许有喷、漏并存的地层存在。②在疏松的表层中钻进，最好不用清水而用钻井液。表层套管要下到适当的深度，固井质量要有保证，这是一口井的基础工作，千万不可忽视。③在松软地层中钻进，钻速很快，钻井液排量跟不上，会使岩屑浓度过大，憋漏地层，应控制钻速，或者每打完一单根，划眼1～2次，延长钻井液携砂时间。④在没有高压层存在的条件下，应尽量降低钻井液密度，认真搞好钻井液固控工作，防止钻井液密度自然增长。穿过高渗透地层时，应提高钻井液的粘度和切力，降低滤失量，加强造壁作用，减少漏失的可能。在钻开高压层时，应严格控制钻井液密度，做到近平衡压力钻进，既不喷，又不漏。⑤在易漏地层中钻进，排量要适当，泵压要适当，钻速要适当，起下钻、接单根时下放速度要适当，防止产生激动压力，压漏地层。发现有微小漏失时，应减小排量，降低泵压，同时应控制钻速，减少钻井液中的钻屑浓度，并防止钻头泥包，这是一个互相关联的问题，不能顾此失彼。如果发现钻头或扶正器泥包，应设法消除。⑥在易缩径地层中钻进时，应采用抑制性钻井液，防止井径缩小而增加环空流动阻力。⑦如下部有高压层，而上部有低压层，又不可能用套管封隔时，在钻开高压层之前，应对裸眼井段进行破裂压力试验，找准漏失层位，先行堵漏，待承压能力达到预期值时，再钻开高压层。⑧在已开发区钻调整井，可以调整地层压力，即降低高压层压力或提高低压层压力，降低高压层压力的方法是：停止注水；老井排液泄压；在高压区先打泄压井，对高压层排液泄压。提高低压层压力的方法是：加强低压层注水；停止采油井生产。⑨对钻井液密度敏感性很高的油气层如石灰岩裂缝、溶洞，钻井液密度稍高则漏，稍低则喷，最好是不堵，应调整钻井液性能使钻井液液柱压力与地层压力达到平衡，把目的层钻穿，下套管完井。10、加重钻井液时应首先把基浆处理好，要加足够量的降失水剂，把滤失量降到8mL以下，粘度保持在20s以上，然后梯次增加钻井液密度，使易漏层井壁对钻井液液柱压力有一个逐渐适应的过程。11、使用高密度钻井液在小井眼中钻进时，在保证悬浮加重剂的前提下，应尽可能降低钻井液的动切力和静切力，以减少环空流动阻力。12、在钻井液结构性较强的情况下，下钻时应分段循环，破坏钻井液的胶凝结构。钻井液在井内静止时间较长时，胶凝结构增强，而且由于岩屑的下沉，局部井段岩屑浓度增加，下钻时也要分段循环。每次开泵都要先小排量后大