井下復(fù)雜情況的鉆井液技術(shù)概要

1、章井下復(fù)雜情況的鉆井液技術(shù)隨著深井、超深井、叢式井及水平井等特殊井的增加和欠平衡鉆井等新技術(shù)的應(yīng)用，鉆井中遇到的井壁失穩(wěn)、井漏、井噴及卡鉆等井下復(fù)雜情況越來越突出，已經(jīng)成為影響安全優(yōu)質(zhì)快速鉆井和經(jīng)濟(jì)效益的主要因素之一。因此，做好復(fù)雜情況下的鉆井液工作尤為重要。第一節(jié)井壁不穩(wěn)定機(jī)理及鉆井液技術(shù)（見圖井壁不穩(wěn)定是指鉆井或完井過程中的井壁坍塌、縮徑、地層壓裂等三種基本類型11-1）。前兩者造成井徑擴(kuò)大或縮小，后者易造成井漏。井壁失穩(wěn)是鉆井工程中經(jīng)常遇到的 井下復(fù)雜情況之一，嚴(yán)重影響鉆井速度、質(zhì)量及成本，甚至延誤勘探與開發(fā)的速度。為了保 持井壁穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)安全鉆進(jìn)， 必須搞清井壁失穩(wěn)地層的結(jié)構(gòu)特征，

2、井壁失穩(wěn)發(fā)生的原因機(jī)理及相應(yīng)的以及相關(guān)的鉆井工程與鉆井液技術(shù)措施。本節(jié)主要介紹前兩種井壁失穩(wěn)類型、鉆井液技術(shù)。f井徑擴(kuò)大井徑縮小:25圖11-1井壁失穩(wěn)的類型、井壁不穩(wěn)定地層類型與井壁不穩(wěn)定現(xiàn)象1.井壁不穩(wěn)定地層的類型流砂、砂巖、泥質(zhì)砂巖或粉砂巖、在鉆井過程中，如果鉆遇泥頁巖、砂質(zhì)或粉砂質(zhì)泥巖、礫巖、煤層、巖漿巖、碳酸鹽巖等地層，就可能發(fā)生井壁不穩(wěn)定問題。井塌可能發(fā)生在各種不同巖性、不同粘土礦物種類及含量的地層中，但約占90%以上的井塌發(fā)生在 泥頁巖地層中，而嚴(yán)重井塌往往發(fā)生在層理裂縫發(fā)育或破碎的各種巖性地層、孔隙壓力異常的泥頁巖層、處于強(qiáng)地應(yīng)力作用的層位、厚度大的泥巖層、生油層和傾角大易發(fā)生

3、井斜的地層；縮徑大多發(fā)生在蒙脫石含量高、含水量大的淺層泥巖、鹽膏層、含鹽膏軟泥巖、高滲透性砂巖或粉砂 巖、瀝青等類地層中；壓裂可發(fā)生 在任何一類地層中。2 .井壁不穩(wěn)定現(xiàn)象1）井塌的現(xiàn)象(1) 返出鉆屑尺寸增大，數(shù)量增多并混雜。(2) 鉆井液的粘度、切力、密度、含砂量明顯增高。泵壓增高且不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出 現(xiàn)憋泵現(xiàn)象，并可憋漏地層。(3) 扭矩增大，蹩鉆嚴(yán)重，停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤打倒車。(4) 上提鉆具遇卡，下放鉆具遇阻；接單根、下鉆下不到井底；劃眼遇阻，嚴(yán)重時(shí)會(huì) 發(fā)生卡鉆或無法劃至井底。(5) 井徑擴(kuò)大，出現(xiàn)糖葫蘆井眼，測井遇阻卡。2) 縮徑的現(xiàn)象當(dāng)鉆井過程中發(fā)生縮徑時(shí)，由于井徑小于鉆頭直徑，會(huì)出現(xiàn)扭矩

4、增大、蹩鉆等現(xiàn)象， 嚴(yán)重時(shí)轉(zhuǎn)盤無法轉(zhuǎn)動(dòng)，甚至被卡死；上提鉆具或起鉆遇卡，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生卡鉆；下放鉆具或下 鉆遇阻，如地層縮徑嚴(yán)重，可使井眼閉合。3) 壓裂現(xiàn)象當(dāng)鉆井液的循環(huán)壓力大于地層破裂壓力時(shí)，就會(huì)壓裂地層，使地層出現(xiàn)裂縫，從而導(dǎo)致泵壓的下降。如果液柱壓力降到易塌地層的坍塌壓力或孔隙壓力之下，就可能發(fā)生井塌或井噴等復(fù)雜情況。二、井壁不穩(wěn)定的原因井壁不穩(wěn)定的實(shí)質(zhì)是力學(xué)不穩(wěn)定。當(dāng)井壁巖石所受的應(yīng)力超過其本身的強(qiáng)度時(shí)就會(huì)發(fā)生 井壁不穩(wěn)定。其原因十分復(fù)雜，就其主要原因可歸納為力學(xué)因素、物理化學(xué)因素和工程技術(shù)措施等三個(gè)方面，但后兩個(gè)因素最終均因影響井壁應(yīng)力分布和井壁巖石的力學(xué)性能而造成井 壁不穩(wěn)定。1 .

5、力學(xué)因素1) 原地應(yīng)力狀態(tài)原地應(yīng)力狀態(tài)是指在發(fā)生工程擾動(dòng)之前就已經(jīng)存在于地層內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，簡稱為地應(yīng)力。一般認(rèn)為它的三個(gè)主應(yīng)力分量是鉛垂應(yīng)力分量、最大水平主應(yīng)力分量和最小水平主應(yīng)力八曰.分量。地應(yīng)力的鉛垂應(yīng)力分量通常稱為上覆巖層壓力，主要由上部地層的重力產(chǎn)生的。國內(nèi)外研究表明，水平地應(yīng)力的大小受上覆巖層壓力、地層巖性、埋藏深度、成巖歷史、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)情況等諸多因素的影響。其中上覆巖層壓力的泊松效應(yīng)和構(gòu)造應(yīng)力是主要影響因 素。根據(jù)地質(zhì)力學(xué)的 口”X、O”y。則總的水平由于多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的結(jié)果， 在巖石內(nèi)部形成了十分復(fù)雜的構(gòu)造應(yīng)力場。 觀點(diǎn)，構(gòu)造應(yīng)力大多以水平方向?yàn)橹鳎O(shè)兩個(gè)主構(gòu)造應(yīng)力分量分別為 主應(yīng)

6、力分量為上覆巖層壓力泊松效應(yīng)產(chǎn)生的壓應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力之和。為均勻水平地應(yīng)力狀因此，在一般情若沒有構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，水平地應(yīng)力僅由上覆巖層壓力的泊松效應(yīng)引起， 態(tài)。一般情況下存在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，且兩個(gè)水平主方向上構(gòu)造應(yīng)力的大小不等。況下，地應(yīng)力的三個(gè)主應(yīng)力分量的大小是不相等的。由聲發(fā)射法、差應(yīng)變法等室內(nèi)實(shí)驗(yàn)方法和應(yīng)力釋放法、水力壓裂法等現(xiàn)場試驗(yàn)方法可以確定出地應(yīng)力的大小和方向。2) 地層被鉆開后所引起的井眼圍巖應(yīng)力狀態(tài)的變化地層被鉆開之前， 地下的巖石受到上覆壓力、 水平方向地應(yīng)力和孔隙壓力的作用， 井壁 處的應(yīng)力狀態(tài)即為原地應(yīng)力狀態(tài)，且處于平衡狀態(tài)。孔隙壓力指地下巖石孔隙內(nèi)流體壓力。 在正常沉積環(huán)境中， 地層

7、處于正常的壓實(shí)狀態(tài)， 孔隙壓力保持為靜液柱壓力， 即為正常地層 壓力，壓力系數(shù)為 1.0 。在異常的壓實(shí)環(huán)境中，當(dāng)孔隙壓力大于正常地層壓力時(shí)稱為異常高 壓地層，壓力系數(shù)大于 1.0 。當(dāng)井眼被鉆開后，地應(yīng)力被釋放，井內(nèi)鉆井液作用于井壁的壓 力取代了所鉆巖層原先對(duì)井壁巖石的支撐， 破壞了地層和原有應(yīng)力的平衡， 引起井壁周圍應(yīng) 力的重新分布。 進(jìn)一步的研究表明， 井眼圍巖的應(yīng)力水平與井眼液柱壓力有關(guān)。 若鉆井液密 度降低， 井眼圍巖差應(yīng)力 （徑向應(yīng)力減小， 切向應(yīng)力增大 ） 水平就升高。 當(dāng)應(yīng)力超過巖石的抗 剪強(qiáng)度時(shí)，就要發(fā)生剪切破壞 （ 對(duì)于脆性地層就會(huì)發(fā)生坍塌，井徑擴(kuò)大，而對(duì)于塑性地層， 則發(fā)

8、生塑性變形，造成縮徑 ） 。相反，當(dāng)鉆井液密度升至一定值后，井壁處的切向應(yīng)力就會(huì) 變成拉應(yīng)力，當(dāng)拉伸應(yīng)力大于巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就要發(fā)生拉伸破壞 （表現(xiàn)為井漏 ） 。3）造成井壁力學(xué)不穩(wěn)定的原因 鉆井過程中保持井壁力學(xué)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， 且 鉆井液的實(shí)際當(dāng)量密度低于與地層破裂壓力對(duì)應(yīng)的當(dāng)量鉆井液密度。坍塌壓力是指井壁發(fā)生剪切破壞的臨界井眼壓力， 此時(shí)的鉆井液密度稱為坍塌壓力的當(dāng)量鉆井液密度。 鉆井過程中 造成井壁力學(xué)不穩(wěn)定的原因可歸納為以下幾個(gè)方面：（ 1）液柱壓力小于地層坍塌壓力 孔隙壓力異常不僅發(fā)生在儲(chǔ)層中，而且在我國大量鉆遇的泥頁巖地層中也較普遍地存 在。

9、在地應(yīng)力作用地區(qū)，非均質(zhì)的地應(yīng)力對(duì)井壁穩(wěn)定會(huì)產(chǎn)生很大的影響。長期以來，設(shè)計(jì)鉆 井液密度均依據(jù)所鉆遇油氣水層的壓力系數(shù)， 而沒考慮易坍塌地層可能存在異常孔隙壓力與 地應(yīng)力， 以及所造成的高地層坍塌壓力對(duì)井壁穩(wěn)定的影響。 在實(shí)際鉆井過程中， 同一裸眼井 段部分地層的坍塌壓力往往大于油氣水層的孔隙壓力。因此，依據(jù)這樣確定的鉆井液密度在高坍塌壓力地層鉆進(jìn)時(shí)，井筒中鉆井液液柱壓力就不足以平衡地層坍塌壓力（ 對(duì)鹽膏層和含鹽膏泥巖則是發(fā)生塑性變形的壓力 ） ，就會(huì)造成所鉆地層處于力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，引起井壁坍 塌。鉆井液塑性粘度和動(dòng)切力過高以及起鉆速度過 這種抽吸作用使鉆井液作用于井壁的壓力下降， 當(dāng)其低于地層

10、 此外，在裸眼井段， 如果所鉆的上部地層中存在大段含蒙脫石或 而在鉆進(jìn)下部地層時(shí)， 如鉆頭在井下工作時(shí)間過長， 泥巖就會(huì)吸水膨起鉆至此井段則發(fā)生“拔活塞”， 環(huán)空灌不進(jìn)鉆井液， 從而產(chǎn)生很大的 嚴(yán)重時(shí)便會(huì)抽塌下部地層。 例如吉林油田乾安構(gòu)造在鉆探初期， 絕 3、4、5層段泥巖縮徑 （井徑平均縮小 6 % 8 % ） ，起鉆時(shí)發(fā)生嚴(yán)重 2、1 等層段的泥巖層，平均井徑擴(kuò)大率高達(dá)32 %84%。（2）起鉆時(shí)的抽吸作用降低了液柱壓力 在起鉆過程中， 由于未及時(shí)灌注鉆井液、 快等均會(huì)產(chǎn)生高的抽吸壓力。 坍塌壓力時(shí)就會(huì)發(fā)生井塌。 伊蒙無序間層的泥巖， 脹而造成井徑縮小， 抽吸壓力而形成負(fù)壓差， 大部分井

11、均由于上部嫩 抽吸，從而抽塌下部嫩當(dāng)此壓力小于地層坍塌（ 3）井噴或井漏導(dǎo)致井筒中液柱壓力低于地層坍塌壓力 鉆井過程中如發(fā)生井噴或井漏， 均會(huì)造成井筒中液柱壓力下降。 壓力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)井塌。當(dāng)其埋若（4）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 由于巖鹽層、 含鹽膏軟泥巖和 高含水的軟泥巖 等地層均是具有塑性特點(diǎn)的地層， 藏較深而被鉆穿后， 它們的高度延展性能幾乎可以傳遞上覆地層的全部覆蓋負(fù)荷的重量。此時(shí)的鉆井液液柱壓力不足以控制住這種作用，就會(huì)引起塑性變形，使井徑縮小，這就是上述巖層所具有的蠕變特性。所謂蠕變是指材料在恒應(yīng)力狀態(tài)下，變形隨時(shí)間而逐漸增大的一種特性。通

12、常巖石的彈性變形也會(huì)引起縮徑，但彈性變形的時(shí)間較短，且變形量小。巖鹽在 深部高溫高壓下，由于具有蠕變特性， 即使井壁上的應(yīng)力仍處于彈性范圍，也會(huì)導(dǎo)致井眼隨時(shí)間而逐漸縮小。根據(jù)國內(nèi)外對(duì)巖鹽蠕變的研究，可將其分為以下三個(gè)階段（見圖11- 2 ）。此A .初始蠕變（又稱過渡蠕變）。 階段在應(yīng)變時(shí)間曲線上，巖石初始蠕變 速率很高，隨后速率變緩，其原因是應(yīng) 變硬化速度大于材料中晶粒的位錯(cuò)運(yùn) 動(dòng)速度。B .次級(jí)蠕變（又稱穩(wěn)態(tài)蠕變）。 階段硬化速度和位錯(cuò)速度達(dá)到平衡。對(duì) 于巖鹽層，井眼的收縮是最重要的蠕變 階段。時(shí)闔一A*圖11-2巖石的廣義蠕變曲線C第三階段蠕變（又稱不穩(wěn)定蠕 變）。當(dāng)應(yīng)力足夠大時(shí)，會(huì)在晶

13、粒界面 及礦物顆粒界面發(fā)生滑動(dòng)，這一變形的 結(jié)果使蠕變曲線向較大變形的一側(cè)彎 曲，進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，最后導(dǎo)致破裂。一般認(rèn)為，巖鹽層的塑性變形在低溫狀態(tài)是以晶層滑動(dòng)為主，而在高溫下則在滑動(dòng)面出現(xiàn)多邊形結(jié)構(gòu)和再結(jié)晶。 由于巖鹽層的塑性變形（蠕變）引起井眼縮徑，常導(dǎo)致起下鉆遇阻卡、 卡鉆。例如中原油田文-218井使用密度為1.79g/cm 3鉆井液，鉆進(jìn)巖鹽層至 3912m時(shí)，從電 測得知在38563899m井段井徑縮小18%23 % （比鉆頭直徑小4050 mm。繼續(xù)電測時(shí)又 發(fā)生遇阻，下鉆劃眼至 3912m,后上提遇卡。因此，巖鹽層的蠕變或塑性變形是鉆進(jìn)該類地 層時(shí)造成井下復(fù)雜情況的一個(gè)重要原因。

14、此外，鹽膏層中的泥巖即使在上覆蓋層壓力與井溫作用下，粘土表面所吸附的水會(huì)逐漸被擠出成為孔隙水。由于泥巖表面吸附水的密度可高達(dá)1.401.70 g/cm3，故當(dāng)這些層間水變?yōu)榭紫端畷r(shí)，體積約增大40%70%。若泥巖被鹽層所封閉，而鹽層不具備滲透性能，水無處可排，因而會(huì)導(dǎo)致在兩個(gè)鹽層之間的泥巖孔隙中形成異常壓力帶。鉆開此類地層時(shí)， 如果鉆井液液柱壓力低于此類泥巖發(fā)生塑性變形的壓力，泥巖就會(huì)縮徑，導(dǎo)致井下復(fù)雜情況。由于此類泥巖含鹽， 鹽在高溫高壓下所發(fā)生的塑性變形亦會(huì)對(duì)含鹽泥巖帶來影響。因此，鹽膏層塑性變形不僅發(fā)生在巖鹽中，而且還會(huì)發(fā)生在含鹽泥巖中。（5 ）鉆井液密度過高鉆井過程中，如所采用的鉆井液

15、密度過高，大大超過地層孔隙壓力，就會(huì)對(duì)井壁形成較大的壓差，從而會(huì)有更多的鉆井液濾液進(jìn)入地層，加劇地層中粘土礦物水化，引起地層孔隙壓力增加及圍巖強(qiáng)度降低，最終導(dǎo)致地層坍塌壓力增大。當(dāng)坍塌壓力的當(dāng)量密度超過鉆井液 密度。井壁就會(huì)發(fā)生力學(xué)不穩(wěn)定，造成井塌。2物理化學(xué)因素井壁不穩(wěn)定可以發(fā)生在各種巖性的地層中。一般來講，巖石均由非粘土礦物（如石英、長石、方解石、白云石、黃鐵礦等）、晶態(tài)粘土礦物（如蒙脫石、伊利石、伊蒙間層、綠泥石、 綠蒙間層、高嶺石等 ）和非晶態(tài)粘土礦物 （ 如蛋白石等 ）所組成，但不同巖性地層所含的礦物 類型和含量不完全相同。對(duì)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。當(dāng)?shù)貙?/p>

16、被鉆開后， 在井筒中鉆井液與地層孔隙流體之間的壓差、 化學(xué)勢差和地層毛細(xì)管 力的驅(qū)動(dòng)下，鉆井液濾液進(jìn)入地層，引起地層中粘土礦物水化膨脹，導(dǎo)致井壁不穩(wěn)定。地層中的粘土礦物與水接觸發(fā)生水化膨脹， 其影響因素是多方面的。 地層中所含粘土 礦物不同，其水化膨脹程度不同，粘土礦物膨脹能力的順序?yàn)槊擅撌撩砷g層礦物伊利 石高嶺石綠泥石；地層中含有石膏、 氯化鈉和芒硝等無機(jī)鹽時(shí)，則會(huì)促使地層發(fā)生吸水膨脹。比如，當(dāng)?shù)貙又泻袩o水石膏時(shí)，通過吸水無水CaSO轉(zhuǎn)變?yōu)镃aSO 2f0,其體積增加約26%，因而含膏泥巖的膨脹性與其中無水石膏含量有密切關(guān)系；地層中存在著層 理裂縫， 部分微細(xì)裂縫在井下高有效應(yīng)力作用下會(huì)

17、發(fā)生閉合， 但當(dāng)與水接觸時(shí)， 水仍然會(huì)沿 著這些微縫進(jìn)入， 引起地層水化膨脹； 地層溫度和壓力對(duì)泥頁巖的水化膨脹會(huì)產(chǎn)生一定影 響。 隨著溫度升高， 粘土的水化膨脹速率和膨脹量都明顯增高。 而壓力增高可抑制粘土水化 膨脹； 粘土水化膨脹隨地層中的粘土礦物與鉆井液濾液接觸時(shí)間的增長而加劇；鉆井液中所含有機(jī)處理劑和可溶性鹽的類型及含量、濾液的pH值等均會(huì)影響粘土的水化膨脹。綜上所述， 由于地層中所含的粘土礦物吸水發(fā)生水化膨脹， 產(chǎn)生水化應(yīng)力， 改變了井筒 周圍地層的孔隙壓力與應(yīng)力分布， 從而引起井壁巖石強(qiáng)度降低， 地層坍塌壓力發(fā)生變化。 當(dāng) 井壁巖石所受到的周向應(yīng)力超過巖石的屈服強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生井壁

18、不穩(wěn)定。 因此， 井壁不穩(wěn)定是物理化學(xué)因素與力學(xué)因素共同作用所導(dǎo)致的結(jié)果。3 鉆井工程措施 鉆井工程措施也是影響井壁穩(wěn)定性一個(gè)重要因素。鉆井過程中，如果起下鉆速度過快、 鉆井液靜切力過大、開泵過猛、鉆頭泥包等原因，均可能發(fā)生強(qiáng)的抽吸作用，產(chǎn)生過高的抽 吸壓力，從而降低鉆井液作用于井壁的壓力，造成井塌；鉆井過程中如果發(fā)生井噴、井漏或 起鉆沒灌滿鉆井液， 會(huì)造成井內(nèi)液柱壓力大幅度下降， 造成井壁巖石受力失去平衡而導(dǎo)致井 塌； 當(dāng)鉆進(jìn)破碎性地層或?qū)永砹严栋l(fā)育的地層時(shí)， 如果鉆井液環(huán)空返速過高， 在環(huán)空形成紊 流， 則對(duì)井壁的沖刷力有可能超過被鉆井液浸泡后的巖石強(qiáng)度，這時(shí)就會(huì)造成井壁坍塌； 井身質(zhì)量不

19、好，如井眼方位變化大，狗腿度過大，易造成應(yīng)力集中，加劇井塌的發(fā)生；對(duì)井壁 過于嚴(yán)重的機(jī)械碰擊。鉆易塌地層時(shí)，如轉(zhuǎn)速過高、起鉆用轉(zhuǎn)盤卸扣，由于鉆具劇烈碰擊井 壁，從而加速井塌?？傊?在鉆井過程中， 如果影響井壁穩(wěn)定性的一些工程措施不當(dāng)， 有可能降低鉆井液作 用在井壁上的壓力和巖石強(qiáng)度，導(dǎo)致井壁不穩(wěn)定。三、穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施及其確定方法1.穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施 根據(jù)上面對(duì)井壁不穩(wěn)定原因的分析，目前已在實(shí)踐中總結(jié)出各種穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施。這些措施可歸納為以下方面；（1）選用合理的鉆井液密度保持為了保持井壁穩(wěn)定， 必須依據(jù)所鉆地層的坍塌壓力與破裂壓力來確定鉆井液密度， 井壁處于力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，防止井壁發(fā)

20、生坍塌或塑性變形。對(duì)于脆性地層（包括泥頁巖、巖漿巖、灰?guī)r等 ），黃榮樽等依據(jù)庫侖-摩爾強(qiáng)度準(zhǔn)則推導(dǎo) 出保持井壁穩(wěn)定所需鉆井液密度的計(jì)算式為：Pm = n (3 q! bh2)-2CK + aPp(K 2-1)/(K 2 + n )h>c100(11-1 )K =cta n(45。-弓)式中 H 井深，m；P m 鉆井液密度， C 巖石的粘聚力，g/cm3；MPan-應(yīng)力非線性修正系數(shù)； 61最大水平地應(yīng)力， 仔2最小水平地應(yīng)力， Pp孔隙壓力，MPa a有效應(yīng)力系數(shù)； cp內(nèi)摩擦角。上式中地層的力學(xué)參數(shù) CMPMP護(hù)值可用聲波、密度和伽瑪測井資料進(jìn)行計(jì)算，亦可用巖心的三 軸應(yīng)力試驗(yàn)進(jìn)行測

21、定；地應(yīng)力可用現(xiàn)場水力壓裂 試驗(yàn)或室內(nèi)利用巖心進(jìn)行加載觀察聲發(fā)射的凱 塞效應(yīng)法來求得。利用上式，可以計(jì)算出地層坍 塌壓力，并繪制出地層的坍塌壓力剖面。圖11-3給出港海3-1井的三個(gè)壓力剖面，鉆井過程中 依據(jù)此剖面的數(shù)據(jù)來控制鉆井液密度，井下情況 正常，易坍塌的玄武巖井段的平均井徑擴(kuò)大率僅 為 2. 5%。鉆井液密度的確定，還可以通過針對(duì)巖鹽地 層進(jìn)行高溫高壓下的三軸蠕變實(shí)驗(yàn)，得出處于彈 性范圍的巖鹽粘彈性流變模式。依據(jù)粘彈性本構(gòu) 方程，繪制巖鹽層在控制收縮率情況下的鉆井液 密度圖版，鉆鹽膏層時(shí)，可參照?qǐng)D版，依據(jù)井深、 井底溫度來確定鉆井液的密度。（2）優(yōu)選防塌鉆井液類型與配方 采用物理化學(xué)方

22、法來阻止或抑制地層的水 化作用的主要技術(shù)措施有：提高鉆井液的抑制 性；用物理化學(xué)方法封堵地層的層理和裂隙， 阻止鉆井液濾液進(jìn)入地層；提高鉆井液對(duì)地層 的膜效率（在井壁上形成有效的頁巖穩(wěn)定膜即半 透膜，阻止水及鉆井液進(jìn)入地層），降低鉆井液 活度使其等于或小于地層的水活度；提高鉆井液的粘度,餅滲透率，盡量減少鉆井液進(jìn)入地層的量等。為好«也力當(dāng)A姑密序玄; 為實(shí)薛鉆井樣密寶（t圖11-3 港海3-1井三個(gè)壓力剖面,降低鉆井液高溫高壓濾失量和濾上述措施可通過優(yōu)選鉆井液類型和配方來實(shí)現(xiàn)。 國內(nèi)外常用的防塌鉆井液有以下幾種類 型：油基（或油包水）鉆井液、飽和鹽水鉆井液、 KCI（或KCI聚合物）

23、鉆井液、鈣處理鉆井液、 聚合物 （包括聚丙烯酰胺、 鉀銨基聚合物、 兩性離子聚合物、 陽離于聚合物、 聚磺等）鉆井液、 硅基（或稀硅酸鹽 ）鉆井液和聚合醇 （或多元醇 ）鉆井液等。 多數(shù)鉆井液在前面有過介紹， 這里 只介紹含K+、NH4+鉆井液和硅酸鹽鉆井液的防塌機(jī)理。 含K+、NH+鉆井液防塌機(jī)理X和NH+在抑制頁巖水化方面有著特別的效果，含X的鉀基鉆井液作為防塌鉆井液已經(jīng)自成體系。K+、NH+抑制頁巖水化的主要機(jī)理有以下兩點(diǎn)：一是這兩種離子的水化能低。取NH+水化能分別為393kJ /mol和364kJ/ mo1,均低于其他常見的陽離子。由于粘土對(duì)陽離子吸附具有選擇性，它優(yōu)先吸附水化能較低

24、的陽離子， 因而K、NH+往往比Na或CaT優(yōu)先被粘土所吸附。 此外，當(dāng)其被粘土吸附后， 由于水化能低， 會(huì)促使晶層間脫水，使晶層受到壓縮，形成緊密的構(gòu)造，從而能夠有效地抑制粘土水化。二是K、NH+的直徑分別為 2. 66?和2.86?,其大小差不多剛好可以進(jìn)入氧六角環(huán)，形 成鑲嵌式吸附，很難交換下來。同時(shí)由于水化后的K、NH+離子半徑仍小于伊利石的層間間隙（10. 6?），因而能進(jìn)入伊利石的層間，由于形成鍵合，從而限制了相鄰硅酸鹽晶片的膨脹 和分離。這種作用稱為晶格固定作用。正是由于這種作用，使K+有可能盡量靠近相鄰晶層的 負(fù)電荷中心，因而所形成的致密構(gòu)造不會(huì)在水中再發(fā)生較強(qiáng)的水化。這種構(gòu)造

25、已經(jīng)過脫水、 壓縮，所以，K+很難再被置換。聚合物中的陽離子類別對(duì)聚合物的抑制效果有較大的影響。由于K+、NH+能有效地抑制泥頁巖水化， 因而鉀、 胺基聚合物抑制地層膨脹與分散的效果也優(yōu)于其它的聚合物。各油田采用KCl-聚合物鉆井液鉆易坍塌地層都取得了很好的效果。其典型配方為：1.5%3%夢潤KCI中K的防塌機(jī)理有機(jī)地結(jié)合在一土 +0.1%0.3% PAM（或其衍生物）+3%8%KCI+適量的降濾失劑+少量的除氧劑等。這種鉆井 液體系通常稱為鉀鹽聚合物鉆井液，是目前國內(nèi)外公認(rèn)的最理想的水基防塌鉆井液體系之 一。其特點(diǎn)是， 將有機(jī)聚合物的防塌機(jī)理與無機(jī)處理劑 起，具有雙重效用，對(duì)各類泥頁巖地層均

26、有較強(qiáng)的抑制作用。90 年代后，隨著對(duì)環(huán)保要求越來 美、英等國的鉆井液公司開始 硅酸鹽鉆井液的防塌機(jī)理 硅酸鹽鉆井液也是防塌效果很好的鉆井液體系，進(jìn)入越嚴(yán)格，油基鉆井液的使用受到限制。為了對(duì)付井壁不穩(wěn)定，重新研究硅酸鹽鉆井液。我國近年來也開始研究稀硅酸鹽鉆井液，并已在多口井中應(yīng)用。鎂離子發(fā)生反應(yīng)， 生成的硅酸鈣沉淀覆蓋在巖石 pH值小于9的地層水時(shí)，會(huì)立即變成凝膠，形當(dāng)溫度超過80C （在105 C以上更明顯）時(shí)，硅酸 產(chǎn)生膠結(jié)性物質(zhì)， 將粘土等礦物顆粒結(jié)合成 鎂離硅酸鹽穩(wěn)定井壁的作用機(jī)理可歸納為以下幾點(diǎn)： 硅酸鹽在水中可以形成不同尺寸的膠體 的和高分子的納米級(jí)粒子。 這些粒子通過吸附、 擴(kuò)散

27、或在壓差作用下進(jìn)入井壁的微小孔隙中， 其硅酸根離子與巖石表面或地層水中的鈣、 表面起封堵作用；當(dāng)進(jìn)入地層的硅酸根遇到 成三維凝膠網(wǎng)絡(luò)， 封堵地層的孔喉與裂縫； 鹽的硅醇基與粘土礦物的鋁醇基發(fā)生縮合反應(yīng)，硅酸鹽與地層所發(fā) 從而牢固的整體， 從而封固井壁； 硅酸鹽穩(wěn)定含鹽膏地層主要是通過硅酸根與地層中的鈣、 子生成沉淀， 從而在含膏地層表面形成堅(jiān)韌、 致密的封固殼來加固井壁。 生的上述作用， 完全能夠阻止鉆井液濾液進(jìn)入地層及鉆井液壓力向井壁地層中的傳遞， 大大降低了泥頁巖地層的水化趨勢。11-1近年來國外所使用的硅酸鹽鉆井液的典型配方見表表11-1硅酸鹽鉆井液的典型配方處理劑及其加量 /g ?1-

28、1地區(qū)硅酸鈉KCIPACXC淀粉聚乙二醇燒堿純堿HbS清除劑重晶石挪威13484.253.71.712.66.634挪威16784.53.91.413.22.08.8560北海507.132.8514.11.430.71硅酸鹽鉆井液盡管有較好的穩(wěn)定井壁作用，但當(dāng)鉆井液中膨潤土含量較高，或鉆遇含較多蒙脫石或伊蒙間層造漿性強(qiáng)的泥巖地層時(shí)，其流變性能難以控制，今后應(yīng)在這方面繼續(xù)進(jìn)行深入研究，使該類鉆井液得到更為廣泛的應(yīng)用。2 .穩(wěn)定井壁技術(shù)措施的確定方法根據(jù)所鉆地層特點(diǎn)確定穩(wěn)定井壁技術(shù)措施的一般程序和方法如下：(1) 作為基礎(chǔ)工作，首先應(yīng)對(duì)所設(shè)計(jì)區(qū)塊易發(fā)生井壁不穩(wěn)定地層的礦物組分、理化和組 構(gòu)特征、

29、地層孔隙壓力、坍塌壓力、破裂壓力和漏失壓力等進(jìn)行比較系統(tǒng)的測試和分析。(2) 在深人調(diào)研該地區(qū)所發(fā)生過的各種井下復(fù)雜情況或事故、鉆井技術(shù)措施和鉆井液使 用情況的基礎(chǔ)上，綜合分析該地層可能出現(xiàn)井壁不穩(wěn)定的原因及應(yīng)采取的對(duì)策。(3) 利用坍塌層的巖心或巖屑進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)鉆井液對(duì)井壁不穩(wěn)定地層的膨脹性、分散性、強(qiáng)度、封堵性能、HTHP濾失量和濾餅滲透率等性能的影響，在以上試驗(yàn)基礎(chǔ)上優(yōu)選穩(wěn)定井壁的鉆井液類型、配方和性能，綜合評(píng)價(jià)鉆井液穩(wěn)定井壁的效果。(4) 確定穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施。首先依據(jù)坍塌壓力、破裂壓力和地應(yīng)力等三個(gè)壓力剖面確定合理的鉆井液密度，以保持地層處于力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)；然后再根據(jù)地層礦物組

30、分、組構(gòu)特征、已鉆井情況、室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果等來確定與易坍塌地層特性相配伍的鉆井液類型、配方和相應(yīng)的工程技術(shù)措施。必須將優(yōu)選鉆井液類型、配方、性能與優(yōu)選裸眼鉆進(jìn)時(shí)間、套管程序、 鉆井參數(shù)、工藝技術(shù)措施等因素結(jié)合起來綜合考慮。此外，還需考慮所選擇的技術(shù)措施的可行性、經(jīng)濟(jì)合理性以及是否符合環(huán)保要求等。第二節(jié)其他復(fù)雜情況下的鉆液技術(shù)一、防漏與堵漏井漏是在鉆井、固井、測試等作業(yè)中，各種工作液(包括鉆井液、水泥漿、完井液及其它流體等)在壓差作用下漏入地層的現(xiàn)象。鉆井液漏失是鉆井作業(yè)中的一種常見的井下復(fù)雜 情況。井漏在各個(gè)層段、 各類巖性的地層中都可以發(fā)生。一旦發(fā)生漏失，不僅延誤鉆井時(shí)間,損失鉆井液，損害油氣層

31、，干擾地質(zhì)錄井工作，而且還可能引起井塌、卡鉆、井噴等一系列 復(fù)雜情況與事故，甚至導(dǎo)致井眼報(bào)廢，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在鉆井過程中應(yīng)盡量避 免井漏發(fā)生。1 .井漏的原因及分類1）井漏的原因井漏發(fā)生的基本條件，一是地層中存在能使鉆井液流動(dòng)的漏失通道，如孔隙、裂縫或 溶洞。漏失通道要有足夠大的開口尺寸，其開口尺寸至少應(yīng)大于鉆井液中的固相顆粒直徑, 才能使鉆井液在漏失通道中發(fā)生流動(dòng)。二是井筒與地層之間存在能使鉆井液在漏失通道中 發(fā)生流動(dòng)的正壓差。井筒與地層之間存在正壓差時(shí)還不一定產(chǎn)生井漏，只有當(dāng)該壓差大到 足以克服鉆井液在漏失通道中的流動(dòng)阻力時(shí)才會(huì)發(fā)生井漏。在鉆井過程中采用措施不當(dāng)，比如鉆井液密度

32、過高、下鉆速度過快、在易漏層開泵過 猛等，都會(huì)使地層中原本不會(huì)產(chǎn)生井漏的漏失通道的開口尺寸擴(kuò)張、相互連通而發(fā)生井漏, 或使原本無漏失通道的地層壓裂而引發(fā)井漏。如果地層破裂壓力小于鉆井液液柱壓力和環(huán) 空壓耗或激動(dòng)壓力之和時(shí)，地層被壓裂，產(chǎn)生井漏。如果漏失通道中含有非?；钴S的天然 氣，井漏后容易發(fā)生井噴。除鉆井液密度對(duì)井漏有影響外，鉆井液粘度、切力及流變性、 泥餅質(zhì)量，直接影響井漏的發(fā)生和井漏的嚴(yán)重程度。2）井漏的分類按漏失速度分類井漏按漏速分為以下五類 （見目前現(xiàn)場對(duì)井漏分類最常用的方法是按照漏失速度分類。表 11-2 ）。表11-2按漏速的井漏分類漏速（rm/h ）< 55-1515-3

33、030-60> 60井漏類型微漏小漏中漏大漏嚴(yán)重漏失按漏失通道形狀分類按漏失通道形狀，往往把井漏分為以下四類（表 11-3 ）。表11-3 按漏失通道形狀的井漏分類漏失通道狀孔隙裂縫孔隙一裂縫溶洞井漏類型孔隙性漏失裂縫性漏失孔隙一裂縫性漏失溶洞性漏失按引起井漏的原因分類按引起井漏的原因，往往把井漏分為壓差性漏失、誘導(dǎo)性漏失和壓裂性漏失三類（見表 11-4 ）。表11-4按井漏原因的井漏分類井漏類型壓差性漏失誘導(dǎo)性漏失壓裂性漏失井漏的原因及特點(diǎn)鉆遇天然孔 隙或裂縫時(shí)引起 的井漏，在有限壓 力作用下，漏失通 道的開口尺寸及 連通性不發(fā)生變 化。在井筒鉆井液動(dòng)壓力 的作用下，地層中不足以引 起

34、井漏的通道相互連通， 并 向地層深部延伸，形成更大 的通道而引起井漏，漏失通 道的開口尺寸及連通性隨 外部壓力變化。地層中本身不存 在漏失通道，只有當(dāng)井 筒中作用于井壁的動(dòng) 壓力大于地層的破裂 壓力時(shí)，造成地層被壓 裂，形成新的漏失通道 而引起井漏。3）井漏的現(xiàn)象（1）正常循環(huán)情況下，井口返出的鉆井液的數(shù)量少，嚴(yán)重時(shí)井口不返鉆井液。鉆井液池液面下降。(2) 有時(shí)會(huì)發(fā)生鉆速突然變快或鉆具突然放空現(xiàn)象。(3) 泵壓明顯下降。漏失越嚴(yán)重，泵壓降低越多。2 .井漏的預(yù)防對(duì)付井漏應(yīng)堅(jiān)持預(yù)防為主的原則，預(yù)防井漏主要有以下幾種方法：1) 設(shè)計(jì)合理的井深結(jié)構(gòu)如果同一裸眼井段存在多個(gè)壓力系統(tǒng)，鉆井液性能無法同時(shí)

35、滿足防噴、防塌和防漏要 求時(shí)，必須設(shè)計(jì)合理的井身結(jié)構(gòu)，用套管封隔低破裂壓力地層、高壓層和漏失層，才能保 證鉆井作業(yè)的順利進(jìn)行。井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須以各種地層壓力剖面為依據(jù)。2) 確定合理的鉆井液性能在確定裸眼井段鉆井液性能時(shí)，尤其是鉆井液密度，應(yīng)使作用于井壁上的總壓力小于 地層的最小破裂壓力和漏失壓力，大于地層坍塌壓力和孔隙壓力。對(duì)于孔隙、裂縫、溶洞十分發(fā)育的地層和易破碎地層，為防止井漏的發(fā)生，所選用的 鉆井液密度產(chǎn)生的液柱壓力盡可能地接近或約低于地層孔隙壓力，實(shí)現(xiàn)近平衡或欠平衡鉆 井。鉆井液粘度和切力也是影響漏失的因素之一。鉆井液密度確定后，依據(jù)井下具體情況 確定合理的鉆井液流變性，同樣可有效地

36、預(yù)防井漏的發(fā)生。對(duì)于地層松軟、壓力低的淺井 段，采用大直徑鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)選用低密度高粘切鉆井液，以增大漏失阻力，防止井漏； 而對(duì)于深井的高壓小井眼井段或深井壓力敏感層段，應(yīng)選用低粘切鉆井液，以盡可能降低 環(huán)空循環(huán)壓耗，防止井漏。3) 采用合適的鉆井工程措施 確定合理的鉆井參數(shù)與鉆具結(jié)構(gòu) 在易漏層段鉆進(jìn)時(shí)，尤其是深井小井眼，應(yīng)確定合理的鉆井參數(shù)與鉆具結(jié)構(gòu)，以達(dá)到 降低環(huán)空循環(huán)壓耗的目的，防止井漏的發(fā)生，主要有以下措施： 在滿足攜帶鉆屑的前提下，盡可能降低鉆井液排量； 選用合理的鉆具結(jié)構(gòu)，一方面增大環(huán)空間隙，另一方面防止起下鉆時(shí)破壞井壁濾餅； 在高滲透易漏層段鉆進(jìn)時(shí)，降低鉆井液濾失量，改善濾餅質(zhì)量

37、，防止形成厚濾餅而 引起環(huán)空間隙縮??； 在軟的易漏層段鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)控制鉆壓，適當(dāng)降低機(jī)械鉆速，力求環(huán)空鉆屑濃度小于 5%，降低實(shí)際環(huán)空鉆井液密度。鉆井工程措施研究表明，起下鉆波動(dòng)壓力為鉆井液靜液柱壓力的20%-100%地層在這種交變載荷的作用下，會(huì)造成井壁的破裂而發(fā)生井漏。因此，減小波動(dòng)壓力可有效地預(yù)防井漏。在深井、 小井眼或鉆井液粘切較高時(shí)，尤其要重視波動(dòng)壓力引起井漏的問題。在鉆井中，為防止因 波動(dòng)壓力過高引起井漏，應(yīng)采取如下措施： 下鉆、接單根或下套管時(shí)控制下放速度，尤其是在易漏裸眼井段更是如此； 開泵循環(huán)時(shí)，應(yīng)采用“先轉(zhuǎn)動(dòng)后開泵、小排量、緩慢開泵”的原則； 因井塌或砂橋等原因引起下鉆遇阻時(shí)

38、，須小排量緩慢開泵，并控制劃眼速度； 在軟地層、易縮徑地層、高滲透地層鉆進(jìn)時(shí)，要注意提高鉆井液的抑制性，降低鉆 井液濾失量，改善濾餅質(zhì)量。防止出現(xiàn)鉆頭泥包、縮徑或形成厚濾餅等情況引起環(huán)空間隙 減小或蹩泵； 加重鉆井液時(shí)，要控制加重速度，防止加重不均或加重過快造成井內(nèi)液柱壓力過高 而引起井漏； 在符合欠平衡鉆井條件要求時(shí)，采用欠平衡鉆井鉆進(jìn)也是防止井漏的有效措施。4)先期堵漏 鉆井中，有時(shí)受條件限制，無法采用下套管的辦法將上部低壓層與下部高壓層分開， 為了防止井漏，可按所需最高當(dāng)量鉆井液密度進(jìn)行漏失試驗(yàn)，若上部地層不能承受所需要 的當(dāng)量鉆井液密度，可在進(jìn)入高壓層之前，對(duì)上部地層進(jìn)行先期堵漏，直至

39、符合要求為止。在一些探井鉆井中， 由于地層壓力預(yù)測不準(zhǔn)確或因其它原因發(fā)生溢流或井噴，需要提高鉆井液密度壓井時(shí)， 也可在壓井鉆井液中加入堵漏材料， 防止壓井過程中上部地層發(fā)生漏失。例如，華西 -2 井自開鉆以來，多次發(fā)生井漏，采用橋接、水泥等方法進(jìn)行堵漏，鉆至2352m香二組砂巖層，發(fā)生井涌。采用密度為1.35 g/cm3的鉆井液壓井，又發(fā)生井漏，經(jīng)分析漏層在多次發(fā)生過井漏的 15691651m井段。按設(shè)計(jì)要求，進(jìn)入香二組后鉆井液密度必須 提高至1.381.438g/cm3。為了提高地層的承壓能力，防止噴、漏再次同時(shí)發(fā)生，決定實(shí)施 先期堵漏。下光鉆桿至 1705m,打懸空水泥塞，探得水泥塞而在1

40、476m鉆水泥塞至1558m又發(fā)生井漏，鉆井液失返；多次用水泥堵漏未成功。根據(jù)分析認(rèn)為，此漏層屬于壓差壓裂 型漏失，決定采用“間隙擠堵、綜合治漏”的方法來堵漏，提高地層的承壓能力。堵漏后， 該井順利鉆穿高壓氣層。其施工步驟如下： 配制密度為1.39g/cm3、粘度40 s的橋接堵漏漿30m，橋接材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 15%; 下鉆至I 570 m，注橋漿18.4m3，頂替鉆井液4.4m3,開始有鉆井液返出； 關(guān)井?dāng)D鉆井液1m,套壓由0上升至1.25MPa； 在套壓下降至3MPa時(shí).再擠鉆井液0.1m3,套壓又升至5MPa套壓下降至 4.3MPa 時(shí),泄壓起鉆至 1298m； 關(guān)井?dāng)D鉆井液0.5m3，

41、套壓由0上升至5MPa 觀察套壓變化情況。按照變壓每降至3MPa擠一次鉆井液、保持套壓在 5MPa的原則，共觀察8h，其間共間隙擠鉆井液 6次；1.43g/cm 3，恢復(fù)正常鉆進(jìn)。 開井泄壓，鉆水泥塞時(shí)不漏。加重鉆井液至密度3 .井漏的處理1) 漏失的判斷主要有以下幾種方法：井漏發(fā)生后, 確定漏層的位置是堵漏措施中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié),(1) 觀察鉆井情況鉆進(jìn)過程中發(fā)生井漏, 要觀察分析鉆進(jìn)情況。 在鉆開天然裂縫性巖石段時(shí), 鉆井液通常 會(huì)突然快速漏失, 并伴隨有鉆速加快、 扭矩增大和蹩跳鉆等現(xiàn)象, 若上部井段未曾遇到過井 漏問題,表明漏層位置在井底。(2) 觀察巖心和鉆屑情況 觀察巖心可以了解

42、地層的傾角、接觸關(guān)系、孔隙、裂縫、溶洞及斷層等發(fā)育情況；觀察鉆屑可以了解地層的破碎程度。 綜合分析觀察結(jié)果, 可以了解漏失通道情況, 可判斷漏層層 位。(3) 觀察鉆井液性能的變化情況 鉆井液性能的變化能反應(yīng)井底巖石的性質(zhì),以此來判斷漏層的位置。(4) 綜合分析鉆井過程中的各種資料綜合分析鉆井過程中的鉆井參數(shù)、鉆井液性能、地質(zhì)資料、鄰井資料等，判斷漏失層 位。要分析原來曾發(fā)生過井漏的層段重新漏失的可能性；根據(jù)地層壓力和破裂壓力的資料 對(duì)比，最低壓力點(diǎn)是首先要考慮的地方，特別是已鉆過的油、氣、水層及套管鞋附近；根 據(jù)地質(zhì)剖面圖和巖性對(duì)比，漏層往往在裂縫發(fā)育的地方；與鄰井相同井段進(jìn)行對(duì)照分析來 確

43、定發(fā)生漏層的位置。(5) 水動(dòng)力學(xué)測試采用反循環(huán)測試、從鉆桿內(nèi)外同時(shí)泵入鉆井液測試、井漏前后泵壓變化測試最優(yōu)分割 和兩分法、立管壓力測試、注輕鉆井液等方法來確定漏失的準(zhǔn)確位置。(6) 儀器測試法使用專門儀器，通過測試井溫、聲波、電阻、流量、放射性示蹤原子等來判斷漏失層 位置。11-5。同時(shí)，還要對(duì)漏失通道性質(zhì)進(jìn)行大致判斷，漏失通道的性質(zhì)及判斷規(guī)則見表表11-5 漏失通道性質(zhì)及判斷規(guī)則判斷規(guī)則漏失通道的性質(zhì)砂泥巖地層井漏，漏速每小時(shí)達(dá)到幾立方米 至失返孔隙性漏失泥巖地層井漏，漏速一般小于30m/h孔隙或微小裂縫性漏失，裂縫開度：V1mm碳酸鹽巖地層井漏，漏速小于30m/h微小裂縫性漏失，裂縫開度

44、：V1mm碳酸鹽巖地層井漏，漏速3060 m /h中等裂縫性漏失，裂縫開度：25mm在碳酸鹽巖地層鉆進(jìn)過程中，出現(xiàn)鉆時(shí)加 快，鉆具蹩跳，發(fā)生井漏且井口很快失返。大裂縫性漏失，裂縫開度： 5mm在碳酸鹽巖地層鉆進(jìn)中，出現(xiàn)鉆具放空，井 口突然失返溶洞性井漏2) 處理井漏的常規(guī)方法與措施處理井漏就是當(dāng)鉆井和完井過程中發(fā)生井漏時(shí)，為了堵住漏層，必須加入各種堵漏材 料即堵漏劑，使之在距井筒很近范圍內(nèi)的漏失通道內(nèi)建立一道堵漏隔墻，用以隔斷鉆井液 的漏失通道。處理井漏的方法與措施，要根據(jù)井漏的性質(zhì)而定，其目的是簡單、有效、經(jīng)濟(jì)、合理、 安全，盡可能最大限度降低井漏造成的損失。調(diào)整鉆井液性能與鉆井措施調(diào)整鉆井

45、液性能與鉆井工程措施主要包括降低鉆井液密度、改變鉆井液粘度和切力、 降低鉆井液排量、簡化鉆具結(jié)構(gòu)、控制鉆進(jìn)速度等，其目的是降低井內(nèi)液柱壓力、環(huán)空壓 耗、波動(dòng)壓力，增加鉆井液在漏失通道中的流動(dòng)阻力，降低或消除井漏壓差，達(dá)到處理井 漏的目的。需要注意的是降低鉆井液密度時(shí)要分階段緩慢進(jìn)行，同時(shí)又要使鉆井液的其它性能不 要有太大波動(dòng)，防止因鉆井液密度的降低而引起井噴、井塌等井下復(fù)雜情況的發(fā)生。(2) 橋接堵漏和水泥漿堵漏橋接堵漏是利用不同形狀、尺寸的橋接材料，根據(jù)不同的井漏性質(zhì)，以不同的配方混 合于鉆井液中配成堵漏漿液直接注入漏層的一種堵漏方法。由于該方法使用方便、施工安 全，對(duì)孔隙和裂縫造成的部分漏

46、失或失返漏失一般具有較好的堵漏效果，目前已被現(xiàn)場普 遍采用。水泥漿在凝固狀態(tài)前呈流態(tài)狀，可以適應(yīng)各種漏失通道的需要。對(duì)于大裂縫或溶洞等引起的嚴(yán)重井漏、破碎性地層引起的誘導(dǎo)性井漏，首先考慮水泥漿堵漏。(3) 強(qiáng)行鉆進(jìn)與隨鉆堵漏鉆井過程中，有時(shí)會(huì)鉆遇長段天然孔洞、裂縫，造成嚴(yán)重井漏，如果采用堵漏作業(yè)往 往事倍功半。對(duì)于這樣的井漏，在條件允許的情況下，采用強(qiáng)行鉆進(jìn)，完全通過漏層以后， 再下入套管封隔漏層會(huì)收到好的效果。隨鉆堵漏是把橋接堵漏材料加入到鉆井液中進(jìn)行邊鉆進(jìn)邊堵漏， 與停鉆堵漏相比， 可以 節(jié)省較多的處理井漏的時(shí)間。 對(duì)于微小裂縫和孔隙性地層引起的部分漏失或鉆遇長段易漏破 碎帶時(shí)，若漏速小于

47、 30m3/h ，一般可采用隨鉆堵漏。例如： 2005 年，遼河油田高 21塊鉆井 4口，有 3口井發(fā)生漏失。 漏失的主要原因是高 21塊沙河街組地層巖性以礫石為主 ,砂粒粗 , 滲透性高，其漏失層位均為 1500 1800m以滲透性漏失為主，適合實(shí)施隨鉆防漏堵漏鉆井 液技術(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在聚合物分散鉆井液中加 1.5%防漏堵漏劑到完井，取得明顯效果， 鉆井7口均未發(fā)生漏失。(4) 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)， 靜止一段后，漏失現(xiàn)象即可消失。靜止堵漏的適用范圍包括： 鉆井過程中因操作不當(dāng)，人為蹩裂地層而發(fā)生誘導(dǎo)裂縫引起的井漏； 鉆井液密

48、度過高，液柱壓力超過地層破裂壓力而引起的井漏； 深井井段發(fā)生井漏； 鉆井過程中突然發(fā)生井漏； 無論什么原因發(fā)生的井漏，在堵漏的準(zhǔn)備階段均可采用靜止堵漏。 靜止堵漏的施工要點(diǎn)如下： 發(fā)生堵漏時(shí)應(yīng)立即停止鉆進(jìn)和循環(huán)鉆井液，將鉆具起至安全井段，靜止一段時(shí)間。一般為824時(shí)。 如果起至技術(shù)套管內(nèi)靜止，靜止時(shí)間內(nèi)可以不循環(huán)鉆井液。如果在裸眼井段靜止， 應(yīng)定時(shí)灌鉆井液，保持鉆井液地套管內(nèi)，防止再次發(fā)生漏失。 在發(fā)生部分漏失的情況下，如果循環(huán)堵漏無效，最好在起鉆前先替入堵漏鉆井液然 后再起鉆，以增強(qiáng)靜止堵漏效果。 再次下鉆時(shí)，應(yīng)控制下鉆速度，盡量避免在漏失層開泵循環(huán)。 恢復(fù)鉆進(jìn)后，鉆井液的密度、粘度和切力不

49、宜立即做大幅度調(diào)整，防止再次發(fā)生井漏。(5) 暫堵法堵漏 暫堵法堵漏是指應(yīng)用堵漏材料對(duì)油氣層進(jìn)行封堵，油氣井投產(chǎn)后采用相應(yīng)的解堵劑進(jìn) 行解堵的一種方法。此法主要用于滲透性和微裂縫性地層漏失，并能有效地減小因漏引起 的油氣層損害。各油田已廣泛使用的封堵劑有單向壓力封堵劑或易酸溶、油溶、水溶的堵 漏劑進(jìn)行堵漏。堵漏的方法很多，除上述所述外還有化學(xué)堵漏、復(fù)合堵漏及高濾失漿液堵漏等，另外， 各油田針對(duì)其漏失特點(diǎn)也研究了不少有效的堵漏方法?？傊?，堵漏漏方法要的具體情況而 定。3) 不同性質(zhì)井漏處理方法優(yōu)選(1) 砂巖、泥巖孔隙性漏失的處理方法 繼續(xù)鉆進(jìn)或降低排量繼續(xù)鉆進(jìn)，讓鉆井液中的固相顆粒在漏失通道及

50、井壁上堆積， 形成濾餅后自身封堵。 起鉆靜止堵漏。 若這類井漏發(fā)生在上部大井眼井段，可提高鉆井液粘切或向漏層中擠入一定量的高 粘鉆井液進(jìn)行處理。 使用好固控設(shè)備，在平衡地層壓力的前提下，降低鉆井液密度。 若為長井段孔隙性漏失，可在鉆井液中加入堵漏材料進(jìn)行隨鉆堵漏。 若地層縫隙十分發(fā)育，井漏相對(duì)比較嚴(yán)重，可配制橋漿進(jìn)行停鉆堵漏。(2) 裂縫性井漏的處理方法 表層井段嚴(yán)重漏失，用清水強(qiáng)行鉆過后下套管封隔。 天然孔隙、裂縫引起的壓差性漏失，漏失程度不同，處理方法不同?？刹扇〗档团?量鉆進(jìn)、降低密度和粘切、隨鉆堵漏、橋接堵漏、水泥漿堵漏等方法。 因波動(dòng)壓力引起的壓裂性漏失，則起鉆靜止處理。 因井眼中當(dāng)

51、量鉆井液密度過高引起的壓裂性漏失，可采用降密度、降排量、降粘切 處理。 誘導(dǎo)性或壓力敏感性地層漏失，可采用降密度、降排量、降粘切處理或用水泥漿堵漏。 長井段易破碎地層漏失，可采用隨鉆堵漏后下套管封隔或水泥漿逐段堵漏。(3)復(fù)雜惡性井漏的處理方法 溶洞惡性井漏，若為表層，則采用清水強(qiáng)鉆下套管封隔或速凝水泥漿堵漏；若為中 深部地層，可采用水泥漿堵漏、橋漿與水泥漿復(fù)合堵漏，先投入石子充填后，再注橋漿和 水泥漿堵漏。 壓力敏感性水層漏失，則采用化學(xué)凝膠與水泥漿復(fù)合堵漏。 對(duì)于又噴又漏，一般可在壓井液中加入橋接堵漏材料，采用環(huán)空壓井堵漏同步作業(yè) 的方法處理。4堵漏劑 堵漏劑是為了處理井漏使用的材料，通常

52、有三種類型。( 1)纖維狀堵漏劑 常用的纖維狀堵漏劑有棉纖維、木質(zhì)纖維、甘蔗渣和鋸末等。這些材料的剛度較小，容 易被擠入發(fā)生漏失的地層孔洞中， 從而起到封堵作用。 但如果裂縫太小， 纖維狀堵漏劑無法 進(jìn)入，只能在井壁上形成假泥餅。一旦重新循環(huán)鉆井液，就會(huì)被沖掉，起不到堵漏作用。因 此，必須根據(jù)裂縫大小選擇合適的纖維狀堵漏劑的尺寸。( 2)簿片狀堵漏劑 薄片狀堵漏劑有塑料碎片、賽璐路粉、云母片和木片等。這些材料可能平鋪在地層表面，從 而堵塞裂縫。若其強(qiáng)度足以承受鉆井液的壓力，就能形成致密的泥餅。若強(qiáng)度不足，則被擠 入裂縫，在這種精況下，其封堵作用則與纖維狀材料相似。( 3)顆粒狀堵漏劑 顆拉狀堵

53、漏劑主要指堅(jiān)果殼 ( 即核桃殼 )和具有較高強(qiáng)度的碳酸鹽巖石顆粒。 這類材料大 多是通過擠入孔隙而起到堵漏作用的。堵漏劑種類繁多。與其它類型處理劑不同的是，大多數(shù)堵漏劑不是專門生產(chǎn)的規(guī)范產(chǎn)品，而是根據(jù)就地取材的原則選用的。堵漏劑的堵漏能力一般取決于它的種類、尺寸和加量。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，不同堵漏劑的堵漏能力如表11 9所示，可供參考。表11 9各種堵漏劑的堵漏能力堵漏劑名稱形狀尺寸質(zhì)量濃度/kg m 3最大堵塞縫隙/mm堅(jiān)果殼顆粒狀5mm “10號(hào)篩目占50%575.20堅(jiān)果殼顆粒狀1016號(hào)篩目占50%573.18塑料碎片顆粒狀30 “100號(hào)篩目占50%575.20石灰石粉顆粒狀10JI00號(hào)

54、篩目占50%1143.18硫礦粉顆粒狀10/00號(hào)篩目占50%9803.18多孔珍珠巖顆粒狀5mm “16號(hào)篩目占50%1722.69賽璐路粉薄片狀19mm薄片232.69鋸末纖維狀6mm大小292.69樹皮纖維狀13mm大小292.69干草纖維狀12.5大小292.69棉子皮顆粒狀粉末291.53賽璐路粉薄片狀13mm大小231.42木屑纖維狀6mm大小230.91鋸末纖維狀1.6mm大小570.43一般來講，地層縫隙越大、漏速越大時(shí)，堵漏劑的加量亦應(yīng)越大。纖維狀和薄片狀堵漏 劑的加量一般不應(yīng)超過 5%為了提高堵塞能力，往往將各種類型和尺寸的堵漏劑混合加入， 但各種材料的比例要掌握適當(dāng)。二、

55、井噴的預(yù)防與處理它是鉆井工程較為延誤油氣田井噴是指地層流體失去控制，噴到地面或是竄至其它地層里的現(xiàn)象。 常見的惡性事故。輕則使油氣層受到破壞，影響鉆井工期；重則使油氣井報(bào)廢， 的勘探開發(fā)工作。1 .井噴發(fā)生的原因而引起井底壓力減在鉆井過程中，井底壓力小于地層壓力是導(dǎo)致井噴發(fā)生的根本原因。 小的原因則是多方面的。1 ）對(duì)地層壓力掌握不準(zhǔn)確在鉆開異常高壓層時(shí)， 由于對(duì)地層壓力掌握不準(zhǔn)確，造成鉆井液密度設(shè)計(jì)偏低，不能平衡地層壓力，導(dǎo)致井噴。這種情況在地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)和新探區(qū)容易發(fā)生，應(yīng)引起警惕，并 盡力做好地層壓力的預(yù)報(bào)工作。2 ）井內(nèi)鉆井液柱高度下降由起鉆時(shí)灌入的鉆井液量不夠或漏失引起井內(nèi)鉆井液液柱高度下降，靜液壓力減小，是引起溢流發(fā)生或井噴的一個(gè)重要原因。鉆井液液柱高度下降對(duì)淺井井底壓力的影響比深井 大。因此，在鉆開淺油、氣層時(shí)應(yīng)更加重視。3）鉆井液密度下降在鉆進(jìn)過程中引起鉆井液密度下降的主要原因是： 鉆開異常高壓層時(shí)， 地層中的流體侵 入而引起密度下降，靜液壓力減小。當(dāng)?shù)貙恿黧w侵入鉆井液后，如不及時(shí)采取措施，將受侵 污的鉆井液再泵入井內(nèi)， 地層流體的侵入就會(huì)更加嚴(yán)重， 鉆井液密度則進(jìn)一步下降， 形成惡 性循環(huán)