鉆井液完井液化學(xué)4

1、第九章第九章 對(duì)付井下復(fù)雜情況的對(duì)付井下復(fù)雜情況的鉆井液技術(shù)鉆井液技術(shù)學(xué)習(xí)意義學(xué)習(xí)意義 井漏、井塌、井噴、卡鉆是鉆井工程中井漏、井塌、井噴、卡鉆是鉆井工程中常見(jiàn)的井下復(fù)雜情況常見(jiàn)的井下復(fù)雜情況 其發(fā)生直接或間接地與鉆井液工藝技術(shù)其發(fā)生直接或間接地與鉆井液工藝技術(shù)有關(guān)有關(guān) 一般需通過(guò)鉆井液工藝技術(shù)解決這些井一般需通過(guò)鉆井液工藝技術(shù)解決這些井下復(fù)雜情況下復(fù)雜情況 如何預(yù)防和處理這些井下復(fù)雜體現(xiàn)了鉆如何預(yù)防和處理這些井下復(fù)雜體現(xiàn)了鉆井液工藝技術(shù)水平井液工藝技術(shù)水平第一節(jié)、井漏第一節(jié)、井漏- lose of circulation 井漏定義及危害井漏定義及危害 概念概念 各種井下作業(yè)（鉆井、各種井下作

2、業(yè)（鉆井、固井、測(cè)試或修井等）固井、測(cè)試或修井等）時(shí)，各種工作液（包時(shí)，各種工作液（包括泥漿、水泥漿、完括泥漿、水泥漿、完井液及其它液體等）井液及其它液體等）在壓差作用下漏進(jìn)地在壓差作用下漏進(jìn)地層的一種井下復(fù)雜情層的一種井下復(fù)雜情況。況。 危害危害 損失鉆井時(shí)間，延長(zhǎng)鉆井損失鉆井時(shí)間，延長(zhǎng)鉆井周期周期 損失大量鉆井液原材料損失大量鉆井液原材料 產(chǎn)層漏失會(huì)嚴(yán)重?fù)p害產(chǎn)層產(chǎn)層漏失會(huì)嚴(yán)重?fù)p害產(chǎn)層 誘發(fā)其它井下事故誘發(fā)其它井下事故 干擾鉆井液性能的正常維干擾鉆井液性能的正常維護(hù)處理護(hù)處理 干擾地質(zhì)錄井工作干擾地質(zhì)錄井工作我國(guó)防漏堵漏技術(shù)的發(fā)展我國(guó)防漏堵漏技術(shù)的發(fā)展 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 大力發(fā)展堵漏劑和相應(yīng)大力

3、發(fā)展堵漏劑和相應(yīng)的工藝技術(shù)（幾大類數(shù)的工藝技術(shù)（幾大類數(shù)十種堵漏材料）；十種堵漏材料）； 開(kāi)始重視對(duì)井漏的預(yù)防；開(kāi)始重視對(duì)井漏的預(yù)防； 漏層地質(zhì)特性、漏失機(jī)漏層地質(zhì)特性、漏失機(jī)理和漏層測(cè)試手段的研理和漏層測(cè)試手段的研究開(kāi)始起步；究開(kāi)始起步； 堵漏試驗(yàn)設(shè)備及工具的堵漏試驗(yàn)設(shè)備及工具的研究已經(jīng)展開(kāi)。研究已經(jīng)展開(kāi)。 發(fā)展歷程發(fā)展歷程 見(jiàn)漏就堵、以堵為主，見(jiàn)漏就堵、以堵為主，堵漏效率較低的初始階堵漏效率較低的初始階段；段； 以堵為主、堵防結(jié)合，以堵為主、堵防結(jié)合，防漏堵漏技術(shù)的發(fā)展階防漏堵漏技術(shù)的發(fā)展階段；段； 以防為主、堵防結(jié)合，以防為主、堵防結(jié)合，防漏堵漏工作進(jìn)入科學(xué)防漏堵漏工作進(jìn)入科學(xué)發(fā)展階段。

4、發(fā)展階段。發(fā)生井漏的基本條件發(fā)生井漏的基本條件 存在正壓差存在正壓差 存在漏失通道及較大的足夠容納液體的空間存在漏失通道及較大的足夠容納液體的空間 通道的開(kāi)口尺寸大于外來(lái)工作液中固相的粒徑通道的開(kāi)口尺寸大于外來(lái)工作液中固相的粒徑-均可由于人為原因而產(chǎn)生均可由于人為原因而產(chǎn)生自然漏失通道自然漏失通道 粘土巖粘土巖 砂礫巖砂礫巖 淺層、中深井段未膠結(jié)或膠結(jié)差的未成巖的砂礫層淺層、中深井段未膠結(jié)或膠結(jié)差的未成巖的砂礫層 中、高滲透砂礫巖層中、高滲透砂礫巖層 中深井段、深井段經(jīng)成巖作用低孔、低滲的砂礫巖層中深井段、深井段經(jīng)成巖作用低孔、低滲的砂礫巖層 碳酸鹽巖碳酸鹽巖 火成巖火成巖 變質(zhì)巖變質(zhì)巖 燒變

5、巖（煤層）燒變巖（煤層）人為漏失通道人為漏失通道 外力大于地層巖石破裂壓力造成巖石破外力大于地層巖石破裂壓力造成巖石破碎所形成的誘導(dǎo)裂縫碎所形成的誘導(dǎo)裂縫 外力造成閉合裂縫的開(kāi)啟所形成的誘導(dǎo)外力造成閉合裂縫的開(kāi)啟所形成的誘導(dǎo)裂縫裂縫裂縫可分為垂直裂縫（裂縫可分為垂直裂縫（70-90o）、斜交裂縫（）、斜交裂縫（20-70o）、水平裂縫（）、水平裂縫（0-20o）、網(wǎng)狀裂縫）、網(wǎng)狀裂縫.井漏分類井漏分類（按漏失通道形態(tài)分）（按漏失通道形態(tài)分） 滲透性漏失，漏速滲透性漏失，漏速0.54方方/小時(shí)，一般在小時(shí)，一般在強(qiáng)滲透及膠結(jié)差的地層強(qiáng)滲透及膠結(jié)差的地層 裂縫性漏失，漏速幾裂縫性漏失，漏速幾幾百方

6、幾百方/小時(shí)，一小時(shí)，一般在天然或人為裂縫地層般在天然或人為裂縫地層 溶洞漏失，常有進(jìn)無(wú)出，多發(fā)生在多洞溶洞漏失，常有進(jìn)無(wú)出，多發(fā)生在多洞穴石灰?guī)r白云巖地層穴石灰?guī)r白云巖地層漏失類型漏失類型井漏的予防井漏的予防 合理泥漿密度合理泥漿密度 合理套管程序合理套管程序 盡可能使用低密度，低切力，低粘度泥漿盡可能使用低密度，低切力，低粘度泥漿 備堵漏材料備堵漏材料 減少壓力激動(dòng)（慢開(kāi)泵，下鉆慢，分段循環(huán)等）減少壓力激動(dòng)（慢開(kāi)泵，下鉆慢，分段循環(huán)等） 低返速帶砂低返速帶砂 防止環(huán)空堵塞和縮徑防止環(huán)空堵塞和縮徑 提高地層承壓能力提高地層承壓能力漏層性質(zhì)綜合判斷框圖漏層性質(zhì)綜合判斷框圖井漏井漏P坍坍 則則

7、P破破 P泥泥 P地地 若若P坍坍 P地地 則則 P破破 P泥泥 P坍坍 若若P P循環(huán)壓耗循環(huán)壓耗，則無(wú)法正常鉆井，則無(wú)法正常鉆井 泥漿作用泥漿作用：使：使P坍坍上升，上升， P地地 上升、上升、P破破下降，下降， P減小減小 對(duì)水敏地層（泥頁(yè)巖）對(duì)水敏地層（泥頁(yè)巖）水化：水化：產(chǎn)生膨脹壓，改變井產(chǎn)生膨脹壓，改變井周應(yīng)力分布周應(yīng)力分布增加地層塑性，增加地層塑性，強(qiáng)度降低強(qiáng)度降低膠結(jié)物溶解膠結(jié)物溶解地層孔隙壓力增大地層孔隙壓力增大對(duì)破碎性地層對(duì)破碎性地層（穩(wěn)定性取決于本體力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性取決于本體力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)面或弱面的多少及性質(zhì)、井斜、方位等面或弱面的多少及性質(zhì)、井斜、方位等）用

8、用P泥泥平衡平衡P坍坍時(shí)：時(shí)： 若結(jié)構(gòu)面閉合，若結(jié)構(gòu)面閉合， P泥泥對(duì)防塌有利；對(duì)防塌有利； 若結(jié)構(gòu)面不閉合，若結(jié)構(gòu)面不閉合， P泥泥使鉆井液進(jìn)入結(jié)構(gòu)使鉆井液進(jìn)入結(jié)構(gòu)面，導(dǎo)致：面，導(dǎo)致： a) P泥泥有效作用下降，甚至為零有效作用下降，甚至為零 b) 使使P坍坍上升，形成惡性循環(huán)，且上升，形成惡性循環(huán)，且P泥泥愈大，愈大， P坍坍愈大，以致使愈大，以致使P泥泥作用完全失效作用完全失效必須使用合理配套的鉆井液技術(shù)，以達(dá)到必須使用合理配套的鉆井液技術(shù)，以達(dá)到以下要求：以下要求： 將地層水化抑制，使將地層水化抑制，使P坍坍不上升不上升 （1）頁(yè)巖水化（抑制水化）程度的測(cè)定技術(shù)）頁(yè)巖水化（抑制水化）程

9、度的測(cè)定技術(shù) （2）頁(yè)巖水化及抑制水化的泥漿技術(shù)）頁(yè)巖水化及抑制水化的泥漿技術(shù) 完全封堵井壁地層（近井壁滲透率為完全封堵井壁地層（近井壁滲透率為零），使零），使P坍、坍、P地地不上升，不上升，P泥泥完全有效，完全有效，并使并使P破破不下降不下降 安全壓力窗口不變窄安全壓力窗口不變窄第三節(jié)、井噴第三節(jié)、井噴 井噴的原因井噴的原因 鉆井液密度偏低（鉆井過(guò)程中井噴）鉆井液密度偏低（鉆井過(guò)程中井噴） 起鉆抽吸、泥包、井漏、起鉆未及時(shí)灌泥漿起鉆抽吸、泥包、井漏、起鉆未及時(shí)灌泥漿等引起壓力降低、油氣侵入、油氣上竄時(shí)體等引起壓力降低、油氣侵入、油氣上竄時(shí)體積膨脹（起鉆過(guò)程、下鉆過(guò)程、下鉆后循環(huán)積膨脹（起鉆過(guò)

10、程、下鉆過(guò)程、下鉆后循環(huán)時(shí)井噴）時(shí)井噴）進(jìn)入高壓油氣層的顯示進(jìn)入高壓油氣層的顯示 機(jī)械鉆速升高或鉆具放空機(jī)械鉆速升高或鉆具放空 泥巖巖屑變大，棱角分明，泥頁(yè)巖密度下降泥巖巖屑變大，棱角分明，泥頁(yè)巖密度下降 熒光顯示好或發(fā)現(xiàn)油砂熒光顯示好或發(fā)現(xiàn)油砂 鉆井液密度下降鉆井液密度下降 泵壓下降且泵壓不穩(wěn)泵壓下降且泵壓不穩(wěn) 鉆井液含氣量上升，嚴(yán)重時(shí)鉆井液液面有氣泡鉆井液含氣量上升，嚴(yán)重時(shí)鉆井液液面有氣泡 泥漿池液面升高泥漿池液面升高 井涌井涌油氣上竄引起井噴示意圖油氣上竄引起井噴示意圖井噴示意圖井噴示意圖壓井用重泥漿密度確定壓井用重泥漿密度確定P地地=0.1 原原H+P立立0.1 重重H=P地地+P附附

11、 重重= 原原+10(p立立+p附附)/H第四節(jié)、卡鉆第四節(jié)、卡鉆 概念：概念： 在鉆井過(guò)程在鉆井過(guò)程中，鉆具在井下中，鉆具在井下不能轉(zhuǎn)動(dòng)又不能不能轉(zhuǎn)動(dòng)又不能自由地上下活動(dòng)自由地上下活動(dòng)而被卡死的井下而被卡死的井下事故。事故。與泥漿有關(guān)的卡鉆類型：與泥漿有關(guān)的卡鉆類型： 泥餅卡鉆泥餅卡鉆 沉砂卡鉆沉砂卡鉆通過(guò)增強(qiáng)攜帶能力解決通過(guò)增強(qiáng)攜帶能力解決 砂橋卡鉆砂橋卡鉆通過(guò)增強(qiáng)攜帶能力解決通過(guò)增強(qiáng)攜帶能力解決 井塌卡鉆井塌卡鉆使用防塌鉆井液使用防塌鉆井液 泥包卡鉆泥包卡鉆增強(qiáng)抑制性增強(qiáng)抑制性 縮徑卡鉆縮徑卡鉆提密度、增強(qiáng)抑制性提密度、增強(qiáng)抑制性泥餅粘附卡鉆（壓差卡鉆）泥餅粘附卡鉆（壓差卡鉆） 概念：概

12、念： 在井下壓差作用下，在井下壓差作用下，鉆具粘附在井壁泥鉆具粘附在井壁泥餅上，既不能上提餅上，既不能上提下放又不能轉(zhuǎn)動(dòng)的下放又不能轉(zhuǎn)動(dòng)的井下復(fù)雜事故。井下復(fù)雜事故。 原因：原因： 滲透性強(qiáng)的地層，滲透性強(qiáng)的地層，形成泥餅厚形成泥餅厚 鉆具在井下靜置時(shí)鉆具在井下靜置時(shí)間長(zhǎng)間長(zhǎng) 壓差大壓差大泥餅粘附卡鉆示意圖泥餅粘附卡鉆示意圖予防措施予防措施工程方面：工程方面： 用較小直徑，較短用較小直徑，較短的方形或螺旋形鉆的方形或螺旋形鉆鋌鋌 加扶正器加扶正器 控制井斜及方位變控制井斜及方位變化化泥漿方面：泥漿方面： 盡可能用低密度泥漿盡可能用低密度泥漿 維持低濾失量維持低濾失量 加潤(rùn)滑劑加潤(rùn)滑劑 勤活動(dòng)鉆具勤活動(dòng)鉆具 加強(qiáng)固控加強(qiáng)固控解卡所需上提力計(jì)算解卡所需上提力計(jì)算F=R L(P液柱液柱-P地層地層) R-鉆柱半徑鉆柱半徑