钻井工程防漏堵漏技术

.1渤海钻探泥浆技术服务公司渤海钻探工程公司培训课件钻井工程防漏堵漏技术.2一、前言二、国内外堵漏材料及技术研究状况三、漏失原因与类型四、确定漏层方法五、防漏堵漏技术六、堵漏案例.3无论在陆地还是海洋，钻井作业环境相对都比较恶劣，施工过程中存在着多种不安全因素，其中井漏是石油钻井、完井过程中经常遇到的复杂问题，由此引起的井下复杂情况和由它诱发的其它井下恶性事故，对钻井、完井工程危害很大，主要包括：一、前言1、因漏致塌2、因漏致喷3、井壁失稳4、损害储层.4一、前言钻井作业中，井漏严重制约钻井速度，各类复杂情况与井漏直接相关，并造成巨大经济损失，特别是造成钻井液成本居高不下的主要原因，井漏的治理事关勘探开发进程。一直是国内外石油工程界特别关注的问题。由于漏失原因复杂、制约因素很多，使之成为国内外钻井、完井工程至今未能完全解决的重大技术难题。井漏问题：主要是指泥浆有进无出的恶性漏失,至今无一可靠的技术。主要由工程经验来解决问题。（罗平亚：西南石油大学原校长、中科院院士）.5每一位钻井工程师都不愿意复杂问题的发生，更不愿意天天和复杂问题打交道,但是事故与复杂又是客观存在的,特别是隐蔽性较强的井漏事故。“凡事预则立,不预则废。”掌握井漏的预防和处理办法,一旦遇到问题则心中有数,及时采取正确的措施,往往可以化险为夷,转危为安。预防和处理井漏事故是实用技术，正确认识和预防、处理井漏复杂是泥浆工程师的重要任务之一，也是每一位泥浆工作者应该具备的操作技能。今天所介绍的井漏的预防与处理知识，希望我们通过学习，对今后现场工作能起到帮助作用。一、前言.6预防为主，避免人为造成的井漏；以聚合物为主的各种新型化学堵漏剂日益增多，堵漏工具进一步发展堵漏基础理论研究进一步加强；先进的堵漏方面计算机专家系统陆续问世，用于选择最佳堵漏剂和处理方案，以及堵漏成本控制等。二、国内外堵漏材料及技术研究状况我国的防漏堵漏技术经过几十年的研究与发展，取得了突破性的进展，90年代以来，钻井科研工作者注重了对井漏的预防研究，确立预防为主，堵防结合的战略指导思想，各油田技术人员对漏层特征、分类、漏失影响因素、地层孔隙压力、破裂压力、漏失压力等进行了深入的研究。国内外防漏堵漏技术现状和发展趋势.7二、国内外堵漏材料及技术研究状况经过前辈钻井工作者的呕心沥血的奋斗，总结出许多宝贵的经验，值得我们借鉴学习。随着钻井新工艺、新技术的不断更新，一些技术措施不能完全适应当今技术的要求，防漏堵漏工作与国际上先进国家相比还有一距，表现为：多套压力系统的承压堵漏技术仍不成熟；恶性漏失堵漏仍无法彻底解决；现有评价方法难以科学模拟井下环境，堵漏材料方法简单、机理研究欠缺，未形成技术系列、无法满足现场复杂地层漏失的需要。国内外防漏堵漏技术现状和发展趋势.8二、国内外堵漏材料及技术研究状况井漏问题的复杂性，使之至今防止井漏和堵漏技术仍具有很强的针对性，堵漏技术仍以现场实践经验为主。通过设计合理的井身结构、钻井液密度、类型、配方、性能及工程技术措施，有效地预防了一些井漏的发生，同时注重了堵漏材料的发展，从单一的桥接堵漏材料转化成了复合堵漏材料，并开发出了酸溶性的暂堵剂和单向压力封闭剂等一系列有储层保护作用的堵漏材料。目前，井漏仍然是钻井过程中常见的井下复杂之一，是困扰我们提高钻井速度，节约钻井成本，有效保护储层的一个主要因素，成为制约油气勘探开发速度的主要技术瓶颈。国内外防漏堵漏技术现状和发展趋势.9二、国内外堵漏材料及技术研究状况适用于处理严重井漏的堵剂较少，主要手段仍是以水泥为主的无机胶凝堵剂、复合桥堵剂和少部分化学堵剂，常规井漏处理仍以桥接堵漏材料和水泥为主。国内外堵漏材料现状堵漏材料按机理功能分六类桥接类堵漏材料高失水堵漏材料膨胀性堵漏材料化学堵漏材料胶凝堵漏材料软(硬)塞类堵漏材料.10二、国内外堵漏材料及技术研究状况适用于处理严重井漏的堵剂较少，主要手段仍是以水泥为主的无机胶凝堵剂、复合桥堵剂和少部分化学堵剂，常规井漏处理仍以桥接堵漏材料和水泥为主。国内外堵漏材料现状堵漏材料按机理分为四类稠浆堵漏桥塞堵漏固结堵漏套管、膨胀管堵漏.11三、漏失原因与类型掌握井漏复杂情况原因应该首先了解井漏产生的地层特征和必要条件：①对地层存在正压差，井筒工作液压力大于地层孔隙、裂缝或溶洞中液体的压力（即地层孔隙压力）；②地层中存在漏失通道及较大的足够容纳液体的空间；③漏失通道的开口尺寸应大于外来工作液中固相的粒径。漏失原因.12钻井井漏的发生与发展都有其主客观原因，发生井漏的原因有诸多因素。1地质因素2人为因素3设计问题4其他因素井漏原因三、漏失原因与类型漏失原因.13三、漏失原因与类型采油采气和注水比例失衡造成地层亏空，使用的钻井液密度过高。施工措施不当主要包括：起下压力激动、钻井液粘切高、上部地层岩屑浓度大、钻头泥包、环空堵塞、开泵过猛等。地层渗透性强、存在天然孔洞、裂缝、断层，地层孔隙压力系数低。发生井漏地层主要有粗砂岩、砾岩地层，灰岩地层,穿遇断层时也易发生井漏。东部油田馆陶组底砾岩（高渗透漏失）、沙河街组生物灰岩、孔店组和中生界厚度不等的火成岩、安山岩，西部奥陶系石灰岩均发生过不同程度的漏失。地质因素1人为因素2漏失原因.14三、漏失原因与类型例如在浅井段钻进中，地层软、钻速快，接单根中，停泵早，开泵晚或环空返速低，岩屑浓度高，再开泵易造成井漏；钻头或扶正器泥包、开泵循环钻井液时造成井漏。钻井液在井下静止时间长，下钻不分段循环，一次下到井底，开泵容易憋漏地层；下钻速度过快、对井内产生过大的压力激动也容易漏失；进入油层井段，加重过猛，而密度又不均也易造成井漏；钻井液体系和性能与所钻地层防漏特性不相适应或维护处理方法不当，使钻井液粘切过高。举例人为因素2漏失原因.15三、漏失原因与类型井身结构不合理，片面强调简化井身结构，投资方为降低投入，减少技术套管的投入，裸眼段长且存在不同压力体系,低压砂岩井段发生渗透性漏失。设计问题3已开发的区块钻调整井，由于注水采油致使地层原始压力发生变化，造成压力亏空。其它4上述原因引起的漏失，在钻井过程中经常发生，在钻易漏层时应以预防为主，处理为辅的原则去钻易漏层井段。漏失原因.16三、漏失原因与类型在掌握井漏原因的基础上应该明确井漏类型，漏失的类型主要分为：渗透性漏失、人为裂缝性漏失、天然裂缝性漏失、溶洞漏失四类。渗透性漏失天然裂缝性漏失人文裂缝性漏失溶洞漏失漏失类型.17三、漏失原因与类型1、低压高孔高渗砂岩漏失2、超低渗地层微裂缝地层3、灰岩微裂缝漏失一、渗透性漏失漏失类型.18三、漏失原因与类型1、天然裂缝一般存在于潜山灰岩地层中和泥岩的断层结合部以及低渗泥质砂岩中。2、裂缝又分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级裂缝，其中Ⅰ级裂缝裂缝宽度一般在1mm-6mm范围内，Ⅱ级和Ⅲ一般为1mm以下。3、这种漏失往往多数是有进无出，很难一次堵漏成功，因为裂缝漏失只靠漏失速度来判断裂缝宽度，而且有的裂缝在近井壁是小的裂缝，里面是开放性裂缝或溶洞。二、天然裂缝性漏失【天然垂直裂缝】天然裂缝性漏失漏失类型.19三、漏失原因与类型人为裂缝性实际是诱导性裂缝，这种漏失主要是由于地层本身承压能力与钻井液的液柱压力接近时，一旦产生压力激动，就会导致诱导裂缝的发生。这种情况往往是起初有进无出漏失，静止一段时间或降低钻井液密度会停止漏失。三、人为裂缝性漏失【水平裂缝和垂直裂缝】人为裂缝性漏失漏失类型.20三、漏失原因与类型溶洞和大裂缝的漏失多数发生在潜山灰岩地层，主要表现为钻井是钻具放空现象或钻时突然加快。并伴随着钻井液有进无出。这种漏失堵漏难度最大，堵漏成功率最低（华北和新疆的地区潜山油气藏经常遇到这种情况）。四、溶洞和大裂缝漏失基岩溶洞井筒溶洞性漏失漏失类型.21四、确定漏层方法判断漏层是采取正确堵漏措施的关键，准确判断漏失需要有一个复杂的过程，要不断总结分析现场实际情况。钻井工作者在钻井过程中总结了一些判断井下漏层的实践经验：1.钻井液性能没有大幅度变化,密度没有提高，正常钻进时突然发生井漏，漏速较大，严重时只进不出，漏失层为钻头刚钻开的地层,如：严重亏空高渗透油层（冀东南堡油田馆陶组砾岩油层）、天然洞裂发育的灰岩地层（冀中潜山地层）等。若漏速不大，往往井漏层位是刚刚钻开的新渗透率、孔隙度高的砂砾岩地层；.22四、确定漏层方法2.钻井液性能发生变化，如加重时发生漏失，漏失层多是上部断层或承压能力低的砂岩以及砾岩层；3.钻具有放空现象，发生井漏，漏失层即为放空段；4.进入砂桥、坍塌井段开泵蹩漏，漏层在坍塌井段；5.钻具下入时井口无钻井液返出，则钻头已达漏层；6.根据邻井资料推算；7.曾发生过的漏失层以后的敏感区。钻井工作者在生产实践中，研究借助仪器确定漏层的方法。.23四、确定漏层方法主要包括：测井温法、放射性测井法、叶轮旋流器测定法等。测井温的原理是钻井液在井内受地层温度的影响而形成一定液柱的温度梯度。若钻遇漏失层，漏层上方井内具有一定温度的钻井液漏入漏层，而下部钻井液保持热浆。当地面冷浆打入井内后，立即进行井温测量，其钻井液液柱的温梯曲线就会在漏失处出现异常。井温法确定漏层:.24四、确定漏层方法1-循环温度；2-地层温度；3-替入钻井液后的温度；4-漏层深度井温法确定漏层:井温法确定漏层.25四、确定漏层方法井下流量计(自旋仪)也是广泛应用的找漏仪器。右图所示为带螺旋叶片的井下流量计，400螺旋叶片悬挂在两根金属线上，叶片上部有一圆盘和一个照相式记录装置，下部有一导向器。用钢绳将此仪器下入井内。当仪器处于漏层上方时，下行钻井液使叶片旋转，上部圆盘也随着叶片转动，转动情况由照相机记录下来。通过对不同井深的多次探测，即可找准漏层位置。螺旋叶片流量叶轮旋流器测定法:.26五、防漏堵漏技术防漏堵漏技术5.2堵漏工艺技术5.1井漏预防措施.27五、防漏堵漏技术国内外钻井工作者对待井漏问题，一致坚持预防为主的方针，特别应避免人为因素引起的井漏.主要包括合理的井身结构设计、降低井筒钻井液动压力、提高地层漏失压力等措施。钻进过程中，多数井漏是地层原因引起的，这都可以通过改善技术措施提前加以预防，以免压裂地层增加新的漏失通道，使井漏更严重。5.1井漏预防措施井漏预防.28五、防漏堵漏技术1.优化井身结构设计，采用套管封隔不同压力层系正确设计井身结构和套管程序，用套管封住异常低压层、胶结疏松成岩性差强度低的地层，使同一裸眼段的地层压力系数相差不能过大。2.减小钻井液静液柱压力在钻进易漏地层时，应尽量准确掌握地层孔隙压力，采用最小安全附加值的钻井液密度，使其控制在平衡钻井的下限。5.1井漏预防措施井漏预防技术主要包括：井漏预防.29五、防漏堵漏技术3.防止产生压力激动在上部井段钻进时，因地层软、钻速快，井眼岩屑浓度高，要防止岩屑下沉，应缓慢开泵，避免憋漏地层；防止钻头扶正器泥包或缩径，造成起钻遇卡拔活塞；下钻时，操作要平稳，控制下钻速度，减少压力激动，分段开泵打通水眼；4.提高地层承压能力调整钻井液性能、预先加封堵材料（如加入正电胶MMH或承压封堵剂JYW-II），先期堵漏。5.1井漏预防措施井漏预防技术主要包括：井漏预防.30五、防漏堵漏技术5.降低钻井液当量循环密度钻井循环时，为减小流动阻力，保持钻井液良好的流动性，应适当提高粘度，钻漏层时，降低排量，保持较低的钻井液上返速度，在松软、渗透好的易漏地层钻进应控制钻进速度，避免在环空返速低的情况下岩屑过多，致使环空不畅通，蹩压造成井漏。5.1井漏预防措施井漏预防.31五、防漏堵漏技术6.控制好钻井液性能，提高体系抗温性与封堵造壁性加入磺化类降失水剂以及抑制防塌剂，防止因粘切过蹩漏地层，需要提高钻井液密度时，按循环周加入，每周密度增加不大于0.02g/cm3。为满足钻井工艺要求及适应易漏地层特性，在易漏区块尽量使用钻井液开钻，钻大段砂岩地层前要划眼，防止因形成砂桥开泵时蹩漏地层。同时设计钻井液体系与配方及现场维护工艺应满足防漏施工需求。5.1井漏预防措施井漏预防.32五、防漏堵漏技术7.先期堵漏技术当钻遇下部存在高压地层，其孔隙压力