钻井事故与复杂(第六章)

第六章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,如井漏不能及时处理,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:如图6-1(a)所示,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,只要它的渗透率超过14达西,或者它的平均粒径大于钻井液中数量昀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、溶洞性漏失:如图6-1(b)(d)所示,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、火成岩侵入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。如图6-2是大庆油田高168-44井注水开发前后地层压力梯度变化情况。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。如图6-3所示是大庆油田某开发区在平面上的地层压力梯度剖面,可以看出,横向上的变化也是很大的。造成这些地层压力高低变化的原因是:(1)有的层只采不注或采多注少,能量补充不上,形成低压;（2）断层遮档或是地层尖灭,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;（3）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;（4）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;（5）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，从上而下各层的昀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:(1)压裂、酸化等增产措施使地层裂缝增加，(2)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;(3)由于生产油气使地层孔隙压力下降;(4)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,如图6-1(c)所示。造成这种现象的原因有:（1）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昀薄弱的地层。经验证明,昀易压漏的地层是技术套管鞋以下的第一个砂层。(2)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。图6-4显示出在各种不同工况下井底压力的变化趋势。(3)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。（4）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。（5）钻头或扶正器泥包,不能及时清除,以致泵压升高,憋漏地层。(6)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。(7)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。(8)井壁坍塌,堵塞环空,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磨阻力外,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入并不同时出现,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,钻具下入越深,这个滞后时间越长,如果没有漏层,钻井液总是会返出来的。当钻具下入后,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同一性,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昀大。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入体,那里有高渗透的厚砂岩,一般的说,开放性的断层和不整合面在钻进时就易发生漏失,待泥饼形成后,漏失的可能性减小了。而高渗透性的厚砂岩、生物灰岩、火成岩侵入体发生漏失的可能性昀大,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,但昀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,而且有条件进行测定的话,可以采用以下方法进行测定。1螺旋流量计法:如图6-5所示,该仪器为一带螺旋叶片的井底流量计,叶片上部有一园盘和记录装置(照相装置),下部有一导向器。将流量计下到预计漏层附近,然后定点向上或向下进行测量,每次测量时,从井口灌入钻井液,如仪器处于漏层以下,钻井液静止不动,叶片不转;如仪器处于漏层以上,下行的钻井液冲动叶片,使之转动一定角度,上部的园盘也随之转动,转动情况由照相装置记录下来,这样就可以确定漏层位置。但这种方法只能在地层不坍塌的情况下进行。2井温测定法:在有可能下入井温仪器时,应先测一条正常的地温梯度线,然后再泵入一定数量的钻井液，并立即进行第二次井温测量,由于新泵入的钻井液温度低于地层温度,在漏失层位会形成局部降温带,对比两次测井温的曲线,发现有异常段即为漏失段。两次井温测量,不必起出仪器,应连续进行作业。3.热电阻测量法:先将热电阻仪下入井内的预计漏失点,记录电阻值,再从井口灌入钻井井液,此时观察电阻值,若有变化,则仪器在漏失层之上;若电阻值无变化,则仪器在漏失层之下。如此调整仪器在井内的位置，就会逐步逼近漏层。3放射性测井法:用伽玛测井测出一条标准曲线,然后替入加了放射性示踪物质的钻井液,并把它挤入漏层,再进行放射性测井,根据放射性异常,即可找出漏层位置。此法测量,非常准确,但不经济,同时有放射性危害。4RFT测井法:先测一个微电极曲线,在曲线上找出各个渗透层的深度,再把RFT测试器下入井中,直接对准各渗透层逐一测定地层压力,这样,就可找到地层压力昀低的井段,即漏失井段。5综合分析法:井漏之后,利用电测的四条曲线即微电极、自然电位、井径、声波时差进行综合分析，可以判断漏层位置。若某层漏入大量钻井液,则微梯度及微电位电极系的电阻率的差值缩小,自然电位的幅度变小,井径变小,而声波时差变大。6钻井液电阻测定法:在裸眼井段,分段注入不同矿化度的钻井液,矿化度相差60000ppm左右,或者分段注入钻井液和原油,测一条钻井液电阻率曲线,然后在压入或漏失部分钻井液后,再测一条电阻率曲线,两条曲线对比，即可找出漏层位置。若对漏层位置仍不十分清处,可再压入部分钻井液后,再测一条钻井液电阻率曲线,三条曲线对比已足够精确地确定漏层位置了。7声波测试法:在碳酸盐地层用声波测井法找漏层的效果较好,因为,在漏失层段弹性波运行间隔时间Δts急剧增大,而纵向波幅度相对参数Ap/Apmax则大大衰减甚至完全衰减。漏层上下的非渗透性致密岩层的Δts为155～250μs/m,Ap/Apmax参数分布为多模态形式,而在漏层则Δts为250～750μs/m,Ap/Apmax为0～0.1,这就是判断漏层的主要依据。8传感器测试法:用传感器测量井内钻井液流速压头的变化而判断漏层位置。P-4型漏层检测仪如图6-7所示,在园柱形壳体1内装感应式传感器2并充满液体,壳体上端以波形弹性膜片3封盖,下端是底板,其孔眼接有可使仪器内外达到静压平衡状态的橡胶补偿器4。传感器电枢用柱形螺旋弹簧6压贴在膜片3的中心部位,以便把膜片的移动转换成电信号。测量时,把仪器下到井中预计漏层附近,向井内灌入钻井液,如果仪器在漏层以上,由于有钻井液流经仪器而进入漏层,故有信号输出;当仪器位于漏层以下时,没有钻井液流动,也就没有信号输出,以此确定漏层位置。或者把仪器下到井底,在均速灌入钻井液的情况下,均速上提仪器,在漏层以下,仪器与钻井液之间的相对速度即仪器的上提速度;在漏层以上时,仪器与钻井液之间的相对速度是仪器上提速度与钻井液下流速度之和,显然,漏层以上的信号大于漏层以下的信号,这样就很容易找到漏层位置。图6-7P-4型测漏仪示意图9自动测漏装置:如图6-8所示,是在钻进中测定漏层深度的自动化装置,其原理是:用压力传感器监测立管压力,用流量传感器监测钻井液出口流量。井漏时,压力下降信号沿钻柱内钻井液液柱传递到压力传感器,流量减小信号沿环空钻井液液柱传递到流量传感器,因两者传输速度相同,按其传输时差即可确定漏层深度。该装置昀大优点是在钻进中可随时测出漏层深度,特别是能测出不在井底的漏层深度。10封隔器测试法:在钻柱上带一个封隔器，漏层以上时可以正常循环,当封隔器位于漏层以下时则失去循环。若第一次坐封能恢复正常循环,则应向下找漏层;若第一次不能恢复正常则应向上找漏层。封隔器下入的深度有两种方法可资确定,即两分法和昀优分割法。设裸眼长度为L,若用两分法,第一次下入深度为1