井下復雜情況PPT課件

.,1,井下復雜情況及其處理,.,2,井壁穩(wěn)定技術(shù)的研究,在鉆井或完井過程中，由于地質(zhì)因素和工程因素往往引起井壁不穩(wěn)，如井壁坍塌、縮徑、地層壓裂等，如果不及時給予控制會進一步引起大面積坍塌、卡鉆、井漏或井噴等，甚至會造成整口井的報廢，因此正確、及時的處理各種井下事故，是減少經(jīng)濟損失的重要措施。井壁穩(wěn)定問題是鉆井工程中經(jīng)常遇到的一個十分復雜的世界性難題，國內(nèi)外學者都進行了大量的研究工作，但由于問題的復雜性和研究手段的局限性，該問題一直沒能得到很好的解決。,.,3,井壁穩(wěn)定技術(shù)的研究,一、井壁不穩(wěn)定地層的類型鉆井過程中所鉆遇的地層，如泥頁巖、砂質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖、流巖、泥質(zhì)砂巖或粉砂巖、礫巖、煤層、巖漿巖、碳酸鹽巖均可能發(fā)生井壁不穩(wěn)定。易發(fā)生嚴重井塌的地層有：層理裂隙發(fā)育或破碎的各種巖性地層孔隙壓力異常的泥頁巖以及厚度大的泥巖層強地應(yīng)力作用地區(qū)生油層傾角大易發(fā)生井斜的地層但井塌90%發(fā)生在泥頁巖地層縮徑多數(shù)發(fā)生在蒙脫石含量高、含水量大的淺層泥巖、鹽膏巖、含鹽膏軟泥巖、高滲透性砂巖或粉砂巖、瀝青等類地層。壓裂則可發(fā)生在任何類型的地層中。壓裂則可發(fā)生在任何類型的地層中。,.,4,井壁穩(wěn)定技術(shù)的研究,二、鉆井過程中出現(xiàn)井壁不穩(wěn)定的表象井塌表象返出鉆屑尺寸增大，數(shù)量增多并混雜泵壓增高且不穩(wěn)定，嚴重時會出現(xiàn)憋泵現(xiàn)象甚至憋漏地層。扭矩增大，憋鉆嚴重，停轉(zhuǎn)盤打倒車。上提鉆具遇卡，下放鉆具遇阻；接單根、下鉆下不到井底，遇阻劃眼，嚴重時會發(fā)生卡鉆或無法劃至井底井徑擴大，出現(xiàn)糖葫蘆靜眼，測井遇阻卡。縮徑表象出現(xiàn)扭矩增大，憋鉆現(xiàn)象，嚴重時轉(zhuǎn)盤無法轉(zhuǎn)動；上提鉆具卡，下放鉆具遇阻。壓裂表象出現(xiàn)泵壓下降，井筒中液柱壓力下降。,.,5,井壁穩(wěn)定技術(shù)的研究,三、引起井壁不穩(wěn)定的因素井壁不穩(wěn)定的實質(zhì)是力學不穩(wěn)定。當井壁巖石所受的應(yīng)力超過其本身的強度就會發(fā)生井壁不穩(wěn)定。引起井壁不穩(wěn)定的主要因素可歸納為力學因素、物理化學因素、和工程技術(shù)措施等三個方面。后兩個因素最終均因影響井壁應(yīng)力分布和井壁巖石的力學性能而造成井壁不穩(wěn)定。1、力學因素位于地層深部的巖石，受上覆地層壓力、水平方向地應(yīng)力及地層孔隙壓力的作用，在井眼鉆開之前，各種應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，鉆開后，井內(nèi)鉆井液柱壓力取代了所鉆巖層對井壁的支撐，破壞了地層的原有應(yīng)力平衡，引起井眼周圍應(yīng)力的重新分布，其分布結(jié)果與井眼內(nèi)液柱壓力有直接關(guān)系。若井眼內(nèi)液柱壓力降低井眼圍巖徑向應(yīng)力減小，切向應(yīng)力增大，當切應(yīng)力超過巖石的抗剪強度時，就會發(fā)生剪切破壞，脆性地層發(fā)生坍塌，井徑擴大，而塑性地層發(fā)生塑性變形，井徑縮小。若井內(nèi)液柱壓力大到一定值后，井壁處的切應(yīng)力就會變成拉應(yīng)力，當拉伸應(yīng)力大于巖石的抗拉強度時，就會發(fā)生拉伸破壞，引起井漏。,.,6,井壁穩(wěn)定技術(shù)的研究,鉆井過程中保持井壁處于力學穩(wěn)定的必要條件是鉆井液液柱壓力必須大于地層坍塌壓力，低于地層破裂壓力。此時鉆井液的實際當量密度應(yīng)高于地層坍塌壓力對應(yīng)的當量密度，低于地層破裂壓力對應(yīng)的當量密度。鉆井過程中引起井壁力學不穩(wěn)定的因素有以下幾個方面：鉆進易坍塌地層時鉆井液密度低于地層坍塌壓力對應(yīng)的當量密度。起鉆時的抽吸作用，起鉆過程未及時灌注鉆井液，造成作用于井壁的鉆井液壓力低于地層坍塌壓力。井噴或井漏導至井內(nèi)液柱壓力低于地層坍塌壓力。鉆井液密度過低不能控制巖鹽層、含鹽膏軟泥巖和高含水軟泥巖的塑性變形。鉆井液密度過高，產(chǎn)生的液柱壓力超過臨界值，使破碎性地層徑向結(jié)合面逐漸由閉合狀態(tài)變?yōu)殚_啟狀態(tài)，與此同時切向接合面閉合。此時由于鉆井液進入，引起地層孔隙壓力增高，一部分裂隙網(wǎng)變得易被鉆井液侵入相應(yīng)接合面被增壓，碎塊變得更為松散，當受到鉆井液和鉆具組合沖擊時而坍塌。,.,7,井壁穩(wěn)定技術(shù)的研究,2、物理化學因素地層的巖性和組成對井壁穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的主要組分是地層中所含的粘土礦物。地層中的粘土礦物與水接觸發(fā)生水化膨脹導致井壁不穩(wěn)定。各種粘土礦物膨脹能力的順序為：蒙脫石伊蒙間層礦物伊利石高嶺石綠泥石。由泥巖吸水實驗證實含鹽泥巖的吸水量大大高于不含鹽泥巖。地層中含有石膏、氯化鈉和芒硝等無機鹽會促使地層發(fā)生吸水膨脹。地層中層理裂隙發(fā)育程度。地層的層理裂隙越發(fā)育，水越容易沿裂隙進入地層深處，使周圍地層中的粘土礦物發(fā)生水化，因而井壁也越容易坍塌。鉆井液的成膜作用鉆井液濾液在鉆井液與地層孔隙壓力差、化學勢差作用下進入地層，引起地層粘土礦物水化膨脹導致井壁不穩(wěn)定。而化學勢差取決于鉆井液與地層流體之間的活度差和巖層表面形成的半透膜效率。,.,8,井壁穩(wěn)定技術(shù)的研究,大量實驗證實，使用水基鉆井液時，低滲透泥巖表面存在著非理想的半透膜，但其膜效率低于1。其值高低取決于鉆井液的組成、地層滲透率和孔喉尺寸。鹽水的膜效率僅為1%10%，聚合醇類水基鉆井液具有較高的膜效率。鉆井液中化學處理劑鉀離子鉀離子與泥頁巖相互作用存在兩種方式，一是離子交換，二是晶格固定；泥頁巖類別不同鉀離子的作用方式也不相同。pH值增高和鈉、鈣等陽離子的混入，會阻礙泥頁巖對鉀離子的固定作用。有機硅類有機硅中的-Si-OH基易與粘土表面的-Si-OH基縮合脫水，形成-Si-O-Si鍵，與粘土表面形成一種很強的化學吸附作用。另外，有機硅中的有機基團有憎水作用，使粘土表面發(fā)生潤濕反轉(zhuǎn)，從而控制泥頁巖的水化作用。,.,9,井壁穩(wěn)定技術(shù)的研究,聚合物類高聚物利用其大量官能團吸附于粘土表面，從而產(chǎn)生一定的包被作用，聚合物類型、結(jié)構(gòu)、分子量以及官能團等因素對聚合物穩(wěn)定井壁效果都有一定影響瀝青類不同瀝青類產(chǎn)品穩(wěn)定井壁機理不同。瀝青粉的主要作用機理是在一定溫度壓力下產(chǎn)生變形，封堵地層層理、裂縫，在井壁處形成良好的內(nèi)外泥餅，從而在鉆井液與地層之間形成一層致密的保護膜，阻止水進入地層，起到保護井壁作用。磺化瀝青防塌機理既有化學作用，又有物理作用。綜上所述，鉆井液濾液進入地層后由于粘土礦物通過水化作用產(chǎn)生水化應(yīng)力引起井壁地層孔隙壓力升高，井壁巖石強度降低，當井壁巖石所受到的切向應(yīng)力超過巖石的屈服強度時，就會發(fā)生井壁不穩(wěn)定。,.,10,穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施,1、選用合理的鉆井液密度，保持井壁力學穩(wěn)定。對于破碎性地層一般坍塌壓力大于零，必須使泥漿液柱壓力大于或等于坍塌壓力，才能保證井壁穩(wěn)定。若提高密度使井壁裂縫開啟，泥漿或濾液滲入地層，從而降低巖石表面摩擦力反而使坍塌壓力上升。泥漿進入愈多進入愈深，坍塌壓力上升愈多。這種情況下提高泥漿密度可能適得其反。因此，若不能有效封堵住裂縫，阻斷泥漿液相進入裂縫，提高泥漿密度不起作用，反而密度愈高，井塌愈兇，甚至形成惡性循環(huán)。若有水化作用，二者疊加，問題更為復雜。,.,11,穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施,對于巖鹽層剛被鉆開時，作用于井壁的側(cè)壓力突然下降，巖鹽層以較高速率變形，造成縮徑。復合鹽較純鹽更易發(fā)生塑性變形，由此引起的縮徑往往更嚴重，使井下情況更加趨于復雜。巖鹽層隨著鉆井液密度的增加巖鹽層的變形速率下降從而減緩因巖鹽塑性變形引起的縮徑。所以對于深部厚鹽膏層和復合鹽膏泥巖層，必須提高鉆井液密度來控制巖鹽層塑性變形，同時應(yīng)使用過飽和鹽水鉆井液，以防止鹽溶而引起的各種復雜情況。,.,12,穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施,2、優(yōu)選防塌鉆井液類型與配方，采用物理化學方法阻止或抑制地層的水化作用。用物理化學方法阻止或抑制地層水化的主要措施有：提高鉆井液的抑制性；用物理化學方法封堵地層的層理和裂隙阻止鉆井液濾液進入地層；提高鉆井液對地層的膜效率降低鉆井液活度使其等于或小于地層水的活度；提高鉆井液濾液的粘度，降低鉆井液高溫高壓濾失量和泥餅滲透率。,.,13,穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施,上述措施可通過優(yōu)選鉆井液類型和配方來實現(xiàn)。我們公司常用的防塌鉆井液有：海水陽離子聚合物鉆井液，用于中下部井眼段、水敏性強的地層井的作業(yè)。海水PF-PLH聚合物鉆井液，用于中下部井眼段、地層水敏性強的復雜井作業(yè)。PEM鉆井液，用于中下部井眼段、強水敏性復雜地層、大斜度大位移井，環(huán)境敏感地區(qū)井的作業(yè)。PEC成膜鉆井液，本體系對砂巖儲層中的粘土礦物顆粒具有一定的抑制防膨作用，一般作為特殊鉆井液用于水敏性砂巖儲層井段鉆進。MB鉆井液（新型環(huán)保防塌鉆井液），MB鉆井液體系是針對中國南海區(qū)域潿西南油田群易垮塌段研制的新型水基環(huán)保防塌鉆井液體系。用于裂縫易垮塌破碎性地層，具有較強的抑制性和封堵性，同時具有較好的抗溫性和抗污染性。,.,14,穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施,SMB鉆井液，SMB鉆井液體系是硅酸鹽-MEG-ZP復配而成的低滲透強抑制強封堵型環(huán)保水基鉆井液，主要應(yīng)用于易垮塌、易滲透的裂縫破碎性地層，具有低濾失、強抑制、強封堵的特性，并具有較好的抗溫和抗污染能力。PEB鉆井液，PEB鉆井液體系是在原有PEM體系的基礎(chǔ)上加入封堵能力較強的PF-CMJ（XH-FM）、PF-GBL（XH-T）、PF-LSF（ZD-W）和潤滑性較好的PF-GJC（XH-S）配制而成，具有強封堵、強抑制、抗溫、潤滑性好的特點。主要用于易垮塌、易水化井段。,.,15,穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施,3、采用合理的工程技術(shù)措施這些措施包括：確定合理的井身結(jié)構(gòu)與井下鉆具結(jié)構(gòu)；選擇合理的泵排量，根據(jù)地層特點確定環(huán)空流型和返速；根據(jù)地層特點確定各井段起下鉆速度，起鉆過程及時灌液；堅持短起下，鉆頭在井下工作時間不超過24小時；盡量不在坍塌井段中途開泵循環(huán)，不用噴射鉆頭劃眼，起至坍塌井段，不用轉(zhuǎn)盤卸扣；鉆進軟地層、鹽層、煤層應(yīng)根據(jù)井眼尺寸和環(huán)空返速來控制鉆速；對中深井、深井段，應(yīng)盡可能提高鉆速，以降低鉆井液浸泡易坍塌井段的時間。,.,16,幾種防塌劑的作用機理,無機鹽抑制頁巖分散的機理。K+和NH4+抑制頁巖水化的機理:一是這兩種離子的水化能低于Na+、Ca2+、Mg2+等離子,而粘土對陽離子吸附優(yōu)先吸附水化能較低的陽離子。因而K+和NH4+比Na+、Ca2+優(yōu)先被粘土所吸附。二是水化后的K+和NH4+直徑仍小于伊利石的晶層間間隙因而能進入伊利石的層間,而其它離子因水化半徑大而不能進入。K+進入晶層間隙后被嵌入上下晶片兩個六角環(huán)之間的網(wǎng)格內(nèi)，通過K+與六角網(wǎng)格上下12個氧原子的鍵合，限制相鄰晶片的膨脹和分離。K+的這種作用叫K+的晶格固定作用。正是這種晶格固定作用使粘土礦物形成致密的結(jié)構(gòu)從而阻止了粘土的水化。而且K+也很難再被其它離子置換。K+在泥巖中發(fā)生的晶格固定作用隨其質(zhì)量分數(shù)增加而增強。當其質(zhì)量分數(shù)達到一定值后再增大質(zhì)量分數(shù)作用效果不再明顯變化，此量與粘土礦物類型有關(guān)。蒙脫石陽離子交換容量很大，K+要交換出大量的Na+、Ca2+才能見到效果。因此，為了使蒙脫土水化作用明顯減小，需要高得多的K+質(zhì)量分數(shù)。對于伊蒙間層的泥頁巖對K+的需求量介于伊利石和蒙脫石之間。,.,17,幾種防塌劑的作用機理,NaCl、CaCl2抑制頁巖水化主要是通過改變水相活度，阻止水進入頁巖顆粒內(nèi)而起作用，而不是通過與頁巖中粘土發(fā)生離子交換而起作用。由于CaCl2溶液飽和時的活度低于NaCl飽和溶液，因此CaCl2抑制頁巖分散的能力優(yōu)于NaCl。聚合物穩(wěn)定頁巖的作用機理。一般聚合物分子中含有兩類基團，一類是極性基團，具有親水性，一類是吸附基團。當聚合物加入水中，親水基團與水分子相作用發(fā)生水化，在水化基團之間的靜電斥力和水化膜斥力作用下分子鏈展開，使其呈線形溶解狀態(tài)。溶解后的高分子鏈通過吸附基團以氫鍵或配位鍵吸附到粘土顆粒上。若聚合物的分子量足夠大，并具有較強的線形展開能力和合適的分子結(jié)構(gòu)，則它可以在井壁巖石表面形成多點吸附，達到阻止頁巖分散穩(wěn)定井壁的作用。對于巖屑通過聚合物的包被作用阻止巖屑分散，使巖屑保持原狀，從而有利于被地面設(shè)備清除。用做頁巖穩(wěn)定劑的聚合物其主碳鏈應(yīng)通過氫鍵盡可能靠近頁巖表面，這樣碳鏈的憎水性可阻止頁巖表面對水的吸附。,.,18,幾種防塌劑的作用機理,陽離子聚合物抑制頁巖穩(wěn)定機理是：聚合物分子鏈上的有機陽離子基團與粘土之間通過靜電吸附，不易脫附，靜電吸附具有較低的吸附自由能和較高的吸附量，而且陽離子聚合物通過分子鏈上的正電荷可以中和粘土顆粒上的負電荷從而減小顆粒之間的靜電斥力。因此它有更強的抑制性。兩性離子聚合物它主要依靠陽離子基團吸附在帶負電的粘土顆粒表面。兩性離子聚合物分子中的陰離子基團水化后在粘土顆粒表面形成致密的包被膜，阻止水分子與粘土表面接觸，包被膜為粘土顆粒提供了更好的空間穩(wěn)定性，減弱絮凝實現(xiàn)了膠體穩(wěn)定。因此使用兩性離子聚合物處理劑，在增加抑制能力的同時其絮凝能力不增加。即不會影響鉆井液的流變性、濾失性。,.,19,幾種防塌劑的作用機理,瀝青類處理劑的防塌機理瀝青類產(chǎn)品當其使用溫度低于其軟化點時呈固態(tài)，而接近其軟化點時變軟。在壓差作用下，瀝青容易被擠入地層層理裂隙和孔喉中，在井壁附近形成封堵帶。由于瀝青具有疏水性，因此可以有效阻止鉆井液濾液進入地層，抑制地層的水化，阻止頁巖沿微裂縫及層面滑動和破碎，防止井壁坍塌。此外，瀝青覆蓋在井壁上會形成致密的薄膜，阻止鉆井液沖蝕井壁瀝青類產(chǎn)品必須在一定溫度和壓差下才能起封堵作用。使用時必須根據(jù)井溫選用具有合適軟化點的產(chǎn)品。,.,20,幾種防塌劑的作用機理,聚合醇穩(wěn)定泥頁巖的作用機理鉆井液用聚合醇大多是聚乙二醇、聚丙二醇、乙二醇/丙二醇共聚物、聚丙三醇。聚合醇既是一種聚合物又是一種非離子表面活性劑。常溫下易溶于水，但其溶解度隨溫度升高而降低，在達到某一溫度時，會形成濁狀液不再溶解，該溫度稱為聚合醇的濁點。這種現(xiàn)象是可逆的，當溫度降到濁點以下，聚合醇又完全溶解。當井底循環(huán)溫度高于聚合醇濁點時，聚合醇發(fā)生相分離，封堵泥頁巖孔喉，阻止鉆井液濾液進入地層，從而使鉆井液與泥頁巖之間被隔離，起到穩(wěn)定井壁的作用。此外，聚合醇吸附在泥頁巖表面，形成吸附層不僅阻止泥頁巖水化膨脹分散，而且具有很好的膜效率?，F(xiàn)場使用聚合醇時為了獲得較好的穩(wěn)定井壁的效果，要求聚合醇分子量不能過大，以使其能進入泥頁巖孔喉。而且其濁點應(yīng)與井底循環(huán)溫度一致。聚合醇濁點除了與其化學組成有關(guān)外，并隨其加量及鉆井液的含鹽量增加而降低。,.,21,井漏是指在鉆井、固井、測試等井下作業(yè)中，各種工作液在壓差作用下漏入地層的現(xiàn)象。一、易漏失地層的特征：1、砂礫巖地層。淺層及中深井段未膠結(jié)或膠結(jié)差的未成巖砂礫巖孔隙大，滲透率高，且連通性好易發(fā)生漏失?？紫缎透邼B透率砂礫巖，深井段低孔低滲透率砂礫巖其漏失通道主要為在構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的構(gòu)造裂縫。2、石灰?guī)r和白云巖是碳酸鹽巖的主要巖石類型其漏失通道主要是成巖過程和構(gòu)造運動形成的溶洞、溶孔、較大的裂縫以及碳酸鹽沉積顆粒形成的原生孔隙。3、火山巖由于巖漿噴發(fā)、溢流、結(jié)晶、構(gòu)造運動和風化作用，在熔巖內(nèi)形成發(fā)育的孔隙和裂縫構(gòu)成漏失通道。4、井內(nèi)液柱壓力高于地層壓裂壓力造成巖石破碎形成裂縫或使原有裂縫張開引起漏失。,防漏與堵漏,.,22,防漏與堵漏,二、發(fā)生井漏的原因第一種情況，當?shù)貙哟嬖谔烊宦┦ǖ?，井筒中鉆井液作用于井壁的動壓力超過地層的漏失壓力即發(fā)生井漏。鉆井液動壓力等于鉆井液靜液柱壓力、循環(huán)時的環(huán)空壓耗和所產(chǎn)生的激動壓力之和。漏失壓力是使鉆井液進入地層漏失通道所需的最低壓力，其值等于地層孔隙壓力與鉆井液在地層漏失通道中發(fā)生流動的壓力損耗之和。第二種情況是，當動壓力大于地層的破裂壓力時，先壓裂地層，形成新的漏失通道，然后發(fā)生漏失。三、漏失的分類發(fā)生漏失的直接表征是鉆井液的漏失速度。按漏失速度分類可將漏失分為五類：漏失級別12345漏速/m3.h-1101020205050全部失返程度描述微漏小漏中漏大漏嚴重漏失,.,23,防漏與堵漏,四、漏失層位的確定1、觀察鉆進情況當鉆開天然裂縫性巖層時，鉆井液通常會突然漏失，并伴隨有扭矩增大和蹩跳鉆現(xiàn)象。如上部地層沒有發(fā)生過漏失，則此現(xiàn)象便是漏層在井底的可靠顯示。2、儀器測試法測井溫法。首先確定正常的井溫梯度，然后再泵入一定量的泥漿并進行第二次井溫測量，兩條井溫梯度曲線中的異常地方就是漏層的位置。放射性測井法。先向井中下入射線儀測出一條標準曲線，然后替入含有“放射性材料的泥漿，再次下入儀器進行放射性測井，在井漏處因為漏入泥漿較多會顯示出放射性異常。這種方法能準確地測出井漏位置，但不經(jīng)濟。,.,24,防漏與堵漏,葉輪旋轉(zhuǎn)器測定法。使用一種帶螺旋葉片的井底流量計（見右圖），葉片上部有一圓盤和記錄裝置（照相式），下部有一導向器。當儀器處于漏層上部時，往下走的泥漿將使葉片扭轉(zhuǎn)一定角度，上部的圓盤也隨之轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動情況由照相裝置記錄下來，而當儀器位于漏層下部時，則因泥漿靜止，儀器的葉片也不會動。據(jù)此原理即可測出漏層位置。此外，還有熱敏電阻絲測定法、壓力換能器測定法等。但各種方法均不甚理想。目前，還沒有一種簡便、可靠而又經(jīng)濟的測漏層位置的方法。,螺旋流量計,1記錄裝置；2圓盤,3螺旋葉片；4鋼絲繩；5導向器,.,25,防漏與堵漏,五、井漏的預防1設(shè)計合理的井身結(jié)構(gòu)鉆井過程中遇到的地層孔隙壓力、漏失壓力、破裂壓力會有較大的差別。如果同一裸眼井段中地層存在多壓力層系，并且一組地層的孔隙壓力高于另一組地層的漏失壓力或破裂壓力，這時為了平衡高壓層的孔隙壓力，必須使用高密度鉆井液鉆進。但這樣處理的結(jié)果會在低漏失壓力或低破裂壓力地層處發(fā)生井漏。為了解決上述矛盾，既要防噴又要防漏，則必須設(shè)計合理的井身結(jié)構(gòu)，用套管封隔高壓層或漏失層，才能確保鉆井作業(yè)的順利進行。井身結(jié)構(gòu)設(shè)計必須以各種地層壓力剖面為依據(jù)。,.,26,防漏與堵漏,2降低井筒中鉆井液的動壓力過高的鉆井液動壓力是造成井漏的主要原因之一。一般可采取選用合理的鉆井液密度與類型，實現(xiàn)近平衡壓力鉆井；降低鉆井液的環(huán)空壓耗；降低開泵、下鉆和下套管過程中的激動壓力等降低鉆井液的動壓力。3提高地層的承壓能力地層的漏失壓力主要取決于地層特性，因此可以通過采用人工方法來封堵近井筒的漏失通道，增大鉆井液進入漏失層的阻力來提高地層承壓能力，以達到防漏的目的。通常采用以下三種方法：(1)調(diào)整鉆井液性能。鉆進孔隙型滲透性漏層前，適當增加泥漿中的膨潤土或增粘劑含量，提高泥漿的動切力、靜切力，提高體系承壓能力。(2)鉆進孔隙裂縫型漏失層段前，在鉆井液循環(huán)過程中預加堵漏材料隨鉆堵漏。(3)先期堵漏。在進入高壓層前對上部易漏地層進行先期堵漏。,.,27,防漏與堵漏,六、井漏的處理1.堵漏原理當鉆井和完井過程中發(fā)生井漏時，為了堵住漏層，必須加入各種堵漏材料(簡稱堵劑)，使之在距井筒很近范圍的漏失通道里建立一道堵塞隔墻，用以隔斷鉆井液的通道。各種堵漏材料按下述步驟在漏層建立堵塞隔墻：(1)當堵漏材料到達漏層時，其固相顆粒的形狀、尺寸、漿液的流變性能等都要適應(yīng)漏失通道的復雜形態(tài)，這樣才能按設(shè)計的數(shù)量進入漏層。(2)堵劑進入漏層后，不能讓其源源不斷進入地層深處。進入地層的堵劑必須能抵御各種流體充填物的干擾。在各種流動阻力的作用下，使之在近井筒漏失通道的某處發(fā)生滯流、堆集而充滿一定范圍的漏失通道空間。(3)充滿一定范圍漏失空間的堵劑，在高溫、壓差或化學反應(yīng)等作用下，以機械堆砌或化學生成物的堆集方式，建立具有一定機械強度的隔墻，并與漏失通道有比較牢固的粘結(jié)強度才能有效地封堵住漏層，不致于發(fā)生暫堵現(xiàn)象。,.,28,防漏與堵漏,2處理井漏的規(guī)程處理井漏時應(yīng)按以下規(guī)程進行：(1)分析井漏發(fā)生的原因，確定漏層位置、類型及漏失嚴重程度。(2)施工前要進行科學的施工設(shè)計，精心施工。(3)如果條件許可，應(yīng)盡可能強鉆一段，確保漏層完全被鉆穿，以免重復處理同樣的問題，增加處理時間。(4)施工時如果能起鉆，應(yīng)盡可能使用光鉆具，下至漏層頂部。(5)使用正確的堵劑注入方法，確保23的堵劑進人漏層近井筒處。(6)施工過程中要不斷地活動鉆具，避免卡鉆。(7)凡采用橋堵劑堵漏，要卸掉循環(huán)管線及泵中的濾清器和篩網(wǎng)等，以防止因堵塞憋泵傷人。(8)憋壓試漏時要緩慢進行，壓力一般不能超過3MPa，避免造成新的誘導裂縫。(9)施工完成后，各種資料必須收集整理齊全、準確。,.,29,防漏與堵漏,3堵漏方法常用的堵漏方法有以下幾種：(1)調(diào)整鉆井液性能與鉆井措施采用降低鉆井液密度、調(diào)整流變參數(shù)和泵量及改變開泵措施等方法，降低井筒液柱壓力，減小激動壓力和環(huán)空壓耗，改變鉆井液在漏失通道中的流動阻力，減少地層產(chǎn)生誘導裂縫的可能性。此方法一般用于封堵滲透性孔隙地層的漏失。(2)靜止堵漏靜止堵漏是在發(fā)生完全或部分漏失的情況下，將鉆具起出漏失井段或起至技術(shù)套管內(nèi)。靜止8h后，漏失現(xiàn)象即可消除。適用范圍：鉆進過程因操作不當，人為憋裂地層而發(fā)生誘導裂縫而引起的井漏。鉆井液密度過高，液柱壓力超過地層破裂壓力而產(chǎn)生的井漏。深井井段發(fā)生的井漏。鉆進過程中突然發(fā)生井漏。無論什么原因所發(fā)生的井漏，在組織堵漏實施準備階段均可采用靜止堵漏。,.,30,防漏與堵漏,(3)橋接材料堵漏法橋接堵漏是將不同形狀(顆粒狀、片狀、纖維狀)和不同尺寸(粗、中、細)的惰性材料，以不同的配方混合于鉆井液中，直接注入漏層的一種堵漏方法。采用橋接堵漏時應(yīng)根據(jù)漏層性質(zhì)，選擇堵漏材料的級配和質(zhì)量分數(shù)。橋接材料的級配一般為，粒狀：片狀：纖維狀=6：3：2，橋漿的質(zhì)量分數(shù)為5%20%，隨基漿密度增高而減少。施工時鉆具盡量下光鉆桿，鉆頭不帶噴嘴。鉆具下在漏層頂部，堵漏成功后，用震動篩篩除井漿中堵漏材料。(4)高濾失漿液堵漏法高濾失漿液堵漏法是使用高濾失堵漏劑，采用清水配制成漿液，將漿液泵入井內(nèi)進行堵漏的一種方法。在壓差的作用下，漿液迅速濾失，形成具有一定強度的濾餅，封堵漏失通道。此法可應(yīng)用于滲透性漏失、部分漏失及某些完全漏失的情況，但一般是在漏層位置比較確定的情況下使用。,.,31,防漏與堵漏,（5）暫堵法暫堵法是指應(yīng)用暫堵材料對油氣層進行封堵，油氣井投產(chǎn)后采用相應(yīng)的解堵劑進行解堵的一種堵漏方法。此法主要用于封堵滲透性和微裂縫地層漏失，并能有效地減少因井漏引起的油氣層損害。各油田目前已廣泛采用單向壓力封堵劑、易酸溶、油溶、水溶的堵劑進行堵漏。(6)化學堵漏法該法是將經(jīng)過篩選的化學堵劑注入漏層，形成凝膠，以封堵漏失通道。此堵漏漿液密度較低，凝固時間調(diào)節(jié)范圍大，漿液的滲濾能力較強，濾液亦能固化，可以封堵微孔縫漏失通道。該方法對于含水漏失層具有特殊效果。但此法所用的化學堵劑價格較高，廣泛使用受到一定限制。,.,32,防漏與堵漏,(7)無機膠凝物質(zhì)堵漏法無機膠凝堵漏物質(zhì)主要以水泥漿及各種水泥混合稠漿為基礎(chǔ)，此法一般用于較為嚴重的漏失。采用水泥漿堵漏一般均要求漏層位置比較確定，大多用來封堵裂縫性和破碎性碳酸鹽巖及礫石層的漏失。堵漏時必須搞清漏失層位置和漏失壓力，使用“平衡”法原理進行準確計算，才能確保施工質(zhì)量和安全。施工時一般在井筒中留一段水泥塞，水泥塞體積約等于水泥漿總體積的1/3，為避免鉆井液中混入水泥漿，施工前應(yīng)先注入一段隔離液。堵漏的施工方法有以下幾種：平衡堵漏法降塞法擠水泥漿法,.,33,防漏與堵漏,（8）復合堵漏法由于漏失類型十分復雜，采用單一的堵漏方法往往成效不大，而采用復合堵漏可提高堵漏的成功率。下表是處理嚴重漏失的復合堵漏方法.,.,34,防漏與堵漏,(9)強行鉆進下套管封隔漏層嚴重井漏而采用以上各種堵漏方法均未能堵住。為了對付這種漏失，可采用清水或輕質(zhì)鉆井液強行鉆進，等完全通過漏層后，再下套管封隔。強行鉆進包括清水強鉆和輕質(zhì)鉆井液強鉆。采用清水強鉆必須具備以下五個條件：不是地質(zhì)的目的層；井眼穩(wěn)定，能經(jīng)受清水長時間浸泡而不塌；無油氣水進入井內(nèi)；鉆頭所破碎的巖屑能帶人漏層；準備足夠量的稠漿，每次起下鉆前泵人1030m3，用以提高井壁穩(wěn)定,.,35,井噴的預防與處理,井噴(WellBlowout)是指地層流體失去控制，噴到地面，或是竄至其它地層的現(xiàn)象。它是鉆井工程中的惡性事故。輕則使油氣層受到破壞，影響鉆井工期；重則使油氣井報廢，延誤油氣田的勘探開發(fā)工作。,.,36,井噴的預防與處理,一、井噴發(fā)生的原因發(fā)生井噴的基本條件是井內(nèi)液柱壓力小于地層壓力。井噴發(fā)生的主要原因可以歸納為以下幾個方面：地層壓力掌握得不夠確切，采用的鉆井液密度偏低；井筒中鉆井液液柱下降；鉆井液密度因地層流體的進入而下降；起下鉆具時抽吸壓力或激動壓力過高；鉆遇特高壓油、氣、水層等。1鉆進過程中井噴發(fā)生的原因(1)鉆到油、氣、水層時，鉆井液當量密度低于地層的壓力系數(shù)就會發(fā)生井噴。(2)在油氣層中鉆進時，鉆屑里的天然氣、油混入到鉆井液中，鉆井液受到油、氣侵。(3)如果鉆進過程中發(fā)生井漏，井筒內(nèi)鉆井液液面下降，液柱壓力降低。當液柱的靜液壓力降至低于高壓油、氣、水層壓力時，就會引起井噴。,.,37,井噴的預防與處理,2起鉆過程中井噴發(fā)生的原因起鉆過程中，有下述原因可引起井筒中鉆井液作用在油氣水層的壓力下降。當壓力一旦降至低于地層孔隙壓力時就會引起井噴。（1）起鉆時未及時灌鉆井液，造成井內(nèi)液柱壓力下降。（2）起鉆時鉆井液停止循環(huán)，失去循環(huán)壓力，使鉆井液作用在地層的壓力下降。（3）起鉆過程中，因鉆頭或鉆鋌泥包、地層縮徑、鉆井液粘度和切力過大、起鉆速度過快等原因，使上提鉆具時產(chǎn)生很高的抽吸壓力，因而造成井內(nèi)液柱壓力下降。,.,38,井噴的預防與處理,3下鉆過程中井噴發(fā)生的原因鉆井過程中如鉆井液切力過大，下鉆時下放速度過快，就會形成過大的激動壓力。如裸眼井段存在易漏地層，當井筒液柱壓力加上激動壓力超過地層漏失壓力或破裂壓力時，就會發(fā)生井漏。井漏的發(fā)生導致鉆井液液面下降引起井噴。此外，油氣層被鉆穿后，如起鉆后鉆井液在井中靜止時間過長，地層中氣體不斷擴散至井中，油氣上竄，引起液柱壓力下降，當下鉆過程中此壓力降到低于地層壓力時，也會引起井噴。,.,39,井噴的預防與處理,4下鉆后循環(huán)過程中井噴發(fā)生的原因油、氣、水層被鉆穿后，由于起鉆上提鉆具所發(fā)生的抽吸作用，會將地層中的油氣抽至井中，再加上起鉆后鉆井液在井中靜止，地層中的氣體會通過井壁擴散到井筒內(nèi)，因而下鉆至油、氣、水層等部位循環(huán)鉆井液時，隨著鉆井液不斷上返，鉆井液中的氣體便不斷膨脹。當氣體膨脹所產(chǎn)生的壓力大于上部液柱壓力時，鉆井液就會溢出井口，井內(nèi)液柱壓力不斷下降。如果壓力降至低于油氣層壓力時，油氣就會大量侵入井中造成井噴。,.,40,井噴的預防與處理,二、地層流體進入井內(nèi)的征兆1鉆進過程中出現(xiàn)的征兆(1)在油、氣、水層鉆進時，機械鉆速突然升高或出現(xiàn)放空現(xiàn)象；鉆井液中出現(xiàn)油氣顯示；鉆屑中發(fā)現(xiàn)油砂或水砂，或出現(xiàn)熒光顯示，氣測值增大。(2)鉆井液性能發(fā)生比較突然的變化。如鉆遇油氣層時，鉆井液因受氣侵而造成密度降低，粘度和切力增高，溫度升高；鉆遇鹽水層時，鉆井液密度下降，粘度和切力一開始增高，隨后又下降，濾失量增大，pH值下降，鉆井液濾液中氯離子含量增加，溫度升高等；鉆遇淡水層時，鉆井液密度下降，粘度和切力亦下降等。,.,41,井噴的預防與處理,(3)泵壓下降，從環(huán)空返出的鉆井液量不正常。從出口管所返出的鉆井液流速加快，井筒中返出鉆井液的量大于泵入鉆井液的量，泥漿罐和泥漿槽液面上升，泥漿池鉆井液體積增加；停泵后，鉆井液出口管仍有鉆井液返出等。2起鉆過程中出現(xiàn)的征兆起鉆灌鉆井液不正常，灌人鉆井液體積小于所計算的起出鉆具的體積；起完鉆之后，鉆井液出口管仍有鉆井液返出，泥漿池中鉆井液體積增加。3下鉆過程中出現(xiàn)的征兆下鉆返出的鉆井液量不正常，從井中返出鉆井液的量超過下人鉆具計算的體積；泥漿池液面增高等。,.,42,井噴的預防與處理,三、預防井噴的鉆井液技術(shù)措施1選用合理的鉆井液密度依據(jù)三個地層壓力剖面，設(shè)計合理的鉆井液密度，使其所形成的液柱壓力高于裸眼井段最高地層孔隙壓力，低于地層漏失壓力和裸眼井段最低的地層破裂壓力。對于油層或水層，鉆井液密度一般應(yīng)附加0.050.10gcm3，對于氣層則應(yīng)附加0.070.15gcm3。對于探井應(yīng)依據(jù)隨鉆地層壓力監(jiān)測的結(jié)果，及時調(diào)整鉆井液密度，始終保持井筒中液柱壓力高于裸眼井段最高地層孔隙壓力。2進入油、氣、水層前，調(diào)整好鉆井液性能除調(diào)整鉆井液密度，使其達到設(shè)計要求之外，在保證鉆屑正常攜帶的前題下，應(yīng)盡可能采用較低的鉆井液粘度與切力，特別是終切力隨時間變化幅度不宜過大，以降低起下鉆過程中的抽吸壓力或激動壓力。,.,43,井噴的預防與處理,3嚴防井漏鉆進過程需要加重時，應(yīng)控制加重速度，防止因加重速度過快而壓漏地層；控制開泵泵壓，防止憋漏地層；裸眼井段若下部地層壓力系數(shù)高于上部漏失壓力系數(shù)或破裂壓力系數(shù)時，應(yīng)在進入高壓層之前進行堵漏，防止因井漏誘發(fā)井噴。4及時排除氣侵氣體鉆遇高壓油氣層時應(yīng)隨時監(jiān)測鉆井液密度，發(fā)現(xiàn)氣侵應(yīng)立即開動除氣器，并使用消泡劑除氣，及時恢復鉆井液密度。,.,44,井噴的預防與處理,5注意觀測鉆井液的體積鉆開油氣水層后應(yīng)隨時觀測泥漿池鉆井液體積變化，以及起鉆時灌入泥漿量和下鉆時反出泥漿量。6儲備一定數(shù)量的加重鉆井液7分段循環(huán)鉆井液油氣活躍的井，下鉆時要分段循環(huán)鉆井液，以避免因大量氣體上返時膨脹形成井涌。,.,45,井噴的預防與處理,四、處理井噴過程中對壓井鉆井液的要求溢流往往是井噴的第一信號。因而一旦發(fā)現(xiàn)溢流，必須立即關(guān)閉防噴器，用一定密度的加重鉆井液進行壓井，以迅速恢復液柱壓力，重新建立壓力平衡，制止溢流。正確選用壓井鉆井液是縮短溢流、井噴的處理時間，防止處理過程中再出現(xiàn)井漏、卡鉆等井下復雜情況的重要措施之一。1確定壓井鉆井液密度,.,46,井噴的預防與處理,2壓井鉆井液的類型、配方及性能壓井鉆井液的類型和配方應(yīng)與發(fā)生溢流前的井漿相同，性能也應(yīng)與原井漿相似。且24h的穩(wěn)定性應(yīng)小于0.05g/cm3以防止因重晶石沉淀發(fā)生壓差卡鉆。,.,47,井噴的預防與處理,3.壓井用加重鉆井液的量及配置要求用于壓井的加重鉆井液，其體積量通常為井內(nèi)和地面循環(huán)系統(tǒng)中鉆井液體積總和的1.52倍。配置加重鉆井液時，必須預先調(diào)整好基漿的性能，膨潤土含量不宜過高，加入重晶石速度要均勻，一般一個循環(huán)周鉆井液密度提高值控制在0.050.1g/cm3,.,48,卡鉆的預防與解除,鉆井過程中，鉆具在井下既不能轉(zhuǎn)動又不能上下活動而被卡死的現(xiàn)象稱為卡鉆(PipeSticking)。如果對前面所介紹的井塌、井漏和井噴等各種井下復雜情況和事故處理不當，最后都可能導致卡鉆。在正常鉆進過程中，若采用的工程或鉆井液措施不當也會發(fā)生卡鉆。鉆井過程中常見的卡鉆方式有以下幾種：壓差卡鉆、沉砂卡鉆、并塌卡鉆、砂橋卡鉆、掉塊卡鉆、縮徑卡鉆、泥包卡鉆和鍵槽卡鉆等。其中大多數(shù)卡鉆的發(fā)生與鉆井液有關(guān)。,.,49,卡鉆的預防與解除,一、壓差卡鉆壓差卡鉆又稱泥餅粘附卡鉆。此類卡鉆在鉆井所發(fā)生的卡鉆