提高井眼地層承壓能力的鉆井泥漿技術(shù)探討

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提高井眼地層承壓能力的鉆井泥漿技術(shù)探討

(關(guān)于解決我國(guó)鉆井技術(shù)難題的探討之一)

羅平亞西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)與開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

2013年8月勝利2

目錄(一).序言(二).提高地層承壓能力的技術(shù)思路(三).提高地層承壓能力的封縫即堵技術(shù)(裂縫即時(shí)有效封堵技術(shù))(四).窄安全密度窗口的安全鉆井技術(shù)

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在復(fù)雜地層深井長(zhǎng)裸眼鉆井中經(jīng)常遇到一種很難解決的惡性漏失:

全井段表現(xiàn)出隨鉆隨漏、遇漏必堵(不堵則漏失越來越大，容易堵住);堵完再鉆、再鉆再漏、再漏再堵；堵完又鉆、又鉆再漏、又漏再堵;再鉆又漏……一直循環(huán)往復(fù)直致結(jié)束。全井段（整個(gè)地層）漏點(diǎn)多、漏點(diǎn)隨鉆頭不斷下移、反復(fù)出現(xiàn)、位置不定、時(shí)間不定、漏失頻繁；而完鉆后固井還可能漏……

這稱為地層承壓能力低，或地層復(fù)雜壓力系統(tǒng)引發(fā)的嚴(yán)重漏失。

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它是當(dāng)前鉆井(特別是深井鉆井)常迂到的頭疼問題。特別是當(dāng):

深井裸眼中(重泥漿)高壓鹽水層與低承壓地層同時(shí)存在時(shí)困難重重;

使深井(重泥漿)低承壓地層與高壓氣層(特別是高壓、高產(chǎn)、高含H2S氣層)同存或同層時(shí)的失風(fēng)可堵險(xiǎn)大大增加?，F(xiàn)在承壓堵漏是我國(guó)提高地層承壓能力常用的辦法,有一定的效果,但只能用于對(duì)付已鉆地層(仃鉆),且成功把握不大(一次成功率低，可蹩壓但循環(huán)失效，承壓能力不夠)…。成為當(dāng)前制約我國(guó)鉆井發(fā)展的一個(gè)重大技術(shù)難題。5地層承壓能力高低是一個(gè)相對(duì)的概念。提高地層承壓能力一般有以下幾種情況:

在裸眼井段:

1、上部地層只能承受低密度泥漿才不漏,而下部將鉆進(jìn)高壓地層或高坍塌壓力地層。必須提高上部(己鉆)地層的承壓能力(或下套管或膨漲管封住上部地層)。

2、鉆進(jìn)上部地層必須用高密度而下部地層不承壓。必須提高下部(待鉆)地層的承壓能力(或下套管或膨漲管封住上部地層)。

3、噴—漏同層…

而提高地層承壓能力的操作可以隨鉆進(jìn)行,也可仃鉆進(jìn)行(包括鉆井正常而固井漏)。顯然這是屬于窄、負(fù)安全密度窗口才有的問題。其中噴—漏(氣層)同層最為復(fù)雜。6㈠、提高地層承壓能力的技術(shù)思路

我們鉆井所遇到的承壓能力低的地層大多數(shù)是裂縫發(fā)育及微裂縫發(fā)育的地層

.我們衡量地層是否承壓的標(biāo)準(zhǔn)是在泥漿壓力(靜＋動(dòng))作用下地層是否發(fā)生漏失。

所以這種情況下地層承壓能力P承與P破、P漏是一致的。提高地層承壓能力P承就是提高P破或P漏。地層承壓能力高低與巖石本體組成與力學(xué)性質(zhì)無(wú)必然的聯(lián)系。主要與地應(yīng)力和地層裂縫及微裂縫發(fā)育狀況密切相關(guān)。

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必須認(rèn)真搞清礎(chǔ)地層承壓能力低的機(jī)理從而提出提高地層承壓能力的原理和思路。近十年來國(guó)外對(duì)提高地層承壓能力作了大量研究工作提出多種的井壁強(qiáng)化機(jī)理(提高地層承壓能力)（1）防漏顆粒護(hù)壁的強(qiáng)化井壁理論（2）裂縫填塞模型（3）控制裂縫漏失的閉合壓力理論

(4)“應(yīng)力籠”（Stresscage）概念

但無(wú)公認(rèn)的定論,也未形成成熟技術(shù)

國(guó)內(nèi)對(duì)”承壓堵漏“也進(jìn)行大量研究和實(shí)踐,取得不少成果,但并無(wú)把握，也未對(duì)其深入研究。近幾年提高地層承壓能力的理論與實(shí)踐研究取得了重大進(jìn)展!81.裂縫性地層承壓能力低的機(jī)理(原因)

綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究思路和成果,進(jìn)行分析和研究形成相應(yīng)的認(rèn)識(shí)、原理、思路和方法:⑴．地層破裂（壓力）與地層承壓能力鉆井工程中常把地層破裂壓力(地層裂縫開啟壓力)作為地層承壓能力的標(biāo)志。即是泥漿柱壓力（靜＋動(dòng)）把地層壓裂而造成漏失的壓力。它是以漏失與否來衡量。因此，地層承壓能力是指鉆井、完井中井眼地層防止（承受）泥漿柱水力壓裂的能力。9

⑵．地層被壓裂（承壓能力低）發(fā)生的機(jī)理

根據(jù)斷裂力學(xué)和地層水力壓裂的原理，地層被泥漿柱壓裂的機(jī)理為：①.井壁地層巖石表面存在有“缺陷”、“瑕疵”，包括地層巖石的解理、層面、裂隙。而地層中的天然存在和鉆井所形成的各種微裂縫，細(xì)微裂縫則是影響突出“缺陷”、“瑕疵”

,而閉合的各類天然裂縫更是如此。。它們能引導(dǎo)工作液液相進(jìn)入地層②.P泥（靜＋動(dòng)）＞P地.且P泥（靜＋動(dòng)）大于地層巖石的抗張強(qiáng)度（對(duì)于以脆性為主的巖石抗張強(qiáng)度并不大）。

10③.由于對(duì)地層的正壓差使泥漿或泥漿濾液沿裂縫進(jìn)入地層。

若泥漿液相進(jìn)入裂縫的速度＞泥漿液相沿裂縫縫面濾失速度，裂縫中液相體積不斷迅速增加并垂直沿裂縫面方向?qū)Φ貙赢a(chǎn)生張應(yīng)力（其大小由P泥和縫面大小決定），并在裂縫尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)此應(yīng)力大于地層抗張強(qiáng)度，則發(fā)生水力尖劈作用。裂縫尖端不斷向地層深部發(fā)展漫延，形成誘導(dǎo)裂縫而壓開地層，并不斷擴(kuò)張、增大開度，達(dá)到致漏寬度；增加長(zhǎng)度向內(nèi)部延伸，最終溝通地層內(nèi)部漏失通道，產(chǎn)生漏失。表現(xiàn)出地層被壓裂，和地層不承壓。

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若泥漿液相進(jìn)入裂縫的速度＞泥漿液相沿裂縫縫面濾失速度，裂縫中液相體積不斷迅速增加并垂直沿裂縫面方向?qū)Φ貙赢a(chǎn)生張應(yīng)力（其大小由P泥和縫面大小決定），并在裂縫尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)此應(yīng)力大于地層抗張強(qiáng)度，則發(fā)生水力尖劈作用。裂縫尖端不斷向地層深部發(fā)展漫延，形成誘導(dǎo)裂縫而壓開地層，并不斷擴(kuò)張、增大開度，達(dá)到能導(dǎo)致漏失的寬度；增加長(zhǎng)度向內(nèi)部延伸，最終溝通地層內(nèi)部漏失通道，產(chǎn)生漏失(若未溝通，則卸壓后泥漿反吐)。表現(xiàn)出地層被壓裂和地層不承壓。

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因此地層被壓裂或承壓能力低(不承壓)的原因(機(jī)理)為:

A、地層有“缺陷”、“瑕疵”，特別是有各種微裂縫，細(xì)微裂縫(或閉合的天然裂縫)影響更為突出。

B、泥漿柱對(duì)地層正壓差。驅(qū)使泥漿液相進(jìn)入細(xì)微裂縫

C、泥漿液相進(jìn)入裂縫的速度＞沿裂縫面濾失速度。

D、P泥大于巖石抗張強(qiáng)度。

因此地層被壓裂或承壓能力低(不承壓)的根本原因:

泥漿柱壓力對(duì)地層已有各類裂隙、裂縫產(chǎn)生水力壓裂作用;或泥漿柱的壓力大于裂縫開啟(閉合)壓力產(chǎn)生水力壓裂作用13④.實(shí)際上鉆井實(shí)際中表現(xiàn)出的地層不承壓包括兩種情況：

大多數(shù)承壓能力不夠的地層都是裂縫發(fā)育的地層。其中存在兩類裂縫:

A.地層各處分布有寬度大于0.1—0.2mm可直接引起泥漿漏失的天然垂直裂縫（稱為〝天然致漏裂縫〞）。當(dāng)鉆遇這部份裂縫,且又是正壓差時(shí)：

則立即發(fā)生漏失，P地可視為漏失壓力,漏速由縫寬、縫長(zhǎng)和漏失面積、正壓差、泥漿流變性、泥漿泵壓、排量等因素決定；若降低泥漿密度(或降低排量)漏失停止，表現(xiàn)為該地層不承壓(實(shí)為天然裂縫的漏失)。理論和實(shí)踐表明:0.5mm的裂縫只要總長(zhǎng)度達(dá)到幾m,就可能造成明顯的漏失。

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當(dāng)漏失通暢、泥漿柱的壓力高;正壓差大，泥漿柱的高壓力傳遞到裂縫中,且足夠大到導(dǎo)致此裂縫進(jìn)一步開啟擴(kuò)大,則漏速加大而惡化(即天然致漏裂縫因誘導(dǎo)而擴(kuò)大;一方面漏失，同時(shí)一方面因漏失而進(jìn)一步擴(kuò)大裂縫而加大漏失,由小漏↗大漏…)。所以對(duì)這種漏失必須及時(shí)進(jìn)行堵漏。

因此即時(shí)有效的堵住這部份天然致漏裂縫，解決由它引起的漏失問題是鉆進(jìn)這類地層的首要住務(wù)。在鉆井實(shí)際中它是地層不承壓的重(首)要內(nèi)容(雖然不是壓裂地層所至).15

B.地層各處分布有大量小于0.1mm的天然垂直微裂縫和細(xì)微裂縫(微米級(jí)),或完全閉合裂縫。雖然在鉆遇它們時(shí)不能直接引發(fā)漏失(“特稱為非致漏天然裂縫”)，但在正壓差作用下泥漿液相進(jìn)入地層，在泥漿柱高壓力的作用下對(duì)地層產(chǎn)生水力尖劈作用而使裂縫產(chǎn)生、開啟、擴(kuò)大……到“致漏寬度”,從而產(chǎn)生漏失…(誘導(dǎo)裂縫漏失)；同理泥漿柱過高的正壓力的繼續(xù)作用可能導(dǎo)致此裂縫的進(jìn)一步開啟擴(kuò)大，則此漏速可能因此而不斷增大,惡化……。即由不漏→小漏→大漏….。

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其中A為P泥>P漏(或P地)裂縫的漏失;

B屬于P泥>P破(P承…)引發(fā)的“誘發(fā)性”漏失問題,或P泥>裂縫開啟壓力(即地層不承壓)。

但二者常常同時(shí)存在。即地層承壓能力低的問題常常是二者綜合的作用結(jié)果。

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C.由泥漿柱壓力引發(fā)的水力尖劈作用而產(chǎn)生的誘導(dǎo)漏失對(duì)天然致漏裂縫起作用，對(duì)天然非致漏裂縫也起作用，對(duì)已堵的裂縫仍然可能存在。

而這種作用在已鉆井段井壁上的任一處，在鉆迂時(shí)和鉆過后的任一時(shí)間里可能發(fā)生,從而使漏失產(chǎn)生并惡化,表現(xiàn)為全井段不承壓。

這也是全井段多點(diǎn)漏失，反復(fù)漏失，堵了一處后又可能引發(fā)它處，且漏點(diǎn)位置出現(xiàn)沒什么規(guī)律(隨機(jī)性)的根本原因。18

綜合而言:這是全井段表現(xiàn)出隨鉆隨漏、遇漏必堵;堵完再鉆、再鉆再漏、再漏再堵；堵完又鉆、又鉆再漏、又漏再堵;再鉆又漏……一直循環(huán)往復(fù)直致結(jié)束。全井段（整個(gè)地層）漏點(diǎn)多、位置不定、漏失頻繁；且漏點(diǎn)隨鉆頭不斷下移的原因。因此是提高地層承壓能力必須解決的主要難點(diǎn)和重點(diǎn)。19

國(guó)外的研究資料表明:

在裂縫發(fā)育的地層中天然裂縫中絕大多數(shù)造成“有進(jìn)無(wú)出”嚴(yán)重漏失的裂縫開始時(shí)寬度都為0(閉合)。全世界只發(fā)現(xiàn)了很少天然張開的，可使泥漿流動(dòng)進(jìn)入的裂縫(屬于致漏天然裂縫)，主要在非常堅(jiān)硬的巖石中。在大多數(shù)情況下，天然裂縫在地應(yīng)力作用下都是閉合的(屬于非致漏天然裂縫)，漏失并不會(huì)發(fā)生。因此當(dāng)泥漿柱壓力大于地層裂縫閉合壓力時(shí),使其裂縫張開到一定(致漏)程度從而引發(fā)漏失(表現(xiàn)為地層不承壓)。所以說在這種情況下地層破裂壓力、漏失壓力、承壓能力此時(shí)是一個(gè)意思。20

2.提高這類地層承壓能力（P破、P承）的途徑

包含以下幾項(xiàng)必要的內(nèi)容。⑴.防止誘導(dǎo)裂縫產(chǎn)生、擴(kuò)張:

①.提高泥漿抑制性，降低地層水化程度，提高井下地層抗張強(qiáng)度，從而提高地層破裂壓力（承壓能力）。據(jù)研究資料表明：設(shè)在井深3000米井段的泥頁(yè)巖；若頁(yè)巖不水化→水化，則：P破=2.53↘

1.46

②.提高泥漿對(duì)細(xì)微裂縫的即時(shí)（瞬間）、有效（K＝0）封堵，阻止泥漿液相進(jìn)入地層“非致漏裂縫”通道：阻止水力尖劈作用的發(fā)生。(微米級(jí)、納米級(jí)的有效封堵)

地層不被壓裂,則承壓能力提高(目前作不到)。

21⑵.對(duì)鉆遇的致漏裂縫:

在漏失中立即成功封堵:即立即堵住漏失,且保證其不再被誘導(dǎo)壓裂而再次漏失。漏失時(shí)泥漿中的固相粒子隨泥漿同時(shí)進(jìn)入裂縫,若泥漿中含有能“卡”在裂縫狹窄處(架橋)的固相粒子,且含有大量能夠發(fā)生“充填”的各級(jí)粒子,則必然在狹窄處發(fā)生“架橋、充填”作用而形成一“堵塞段“(漏失不通暢)。

若“堵塞段”承壓強(qiáng)度大于P泥－P地，且其孔隙小到不允許固相顆粒通過,則只發(fā)生液相滲流,漏失仃止。

若“堵塞段”滲透率k減小到泥漿濾液進(jìn)入裂縫的速度小于沿縫面濾失速度，則不發(fā)生水力尖劈作用,不會(huì)再壓漏地層。22

⑶.若泥漿壓力把“非致漏裂縫”裂縫壓裂誘導(dǎo)開啟到“致漏程度”

(壓漏地層)而發(fā)生漏失:

發(fā)生漏失的同時(shí)立即成功封堵(即立即堵住漏失,且保證其不再被誘導(dǎo)壓裂而再次漏失)。漏失時(shí)泥漿中的固相粒子隨泥漿同時(shí)進(jìn)入誘導(dǎo)裂縫,若泥漿中含有能“卡”在裂縫狹窄處(架橋)的固相粒子,且含有大量能夠發(fā)生“充填”的各級(jí)粒子,則必然容易在入口不遠(yuǎn)處發(fā)生“架橋、充填”作用而形成一“堵塞段“,若“堵塞段”承壓強(qiáng)度大于P泥－P地，且其孔隙小到不允許固相顆粒通過,則只發(fā)生液相滲流,漏失仃止。若“堵塞段滲透率k小到泥漿濾液進(jìn)入裂縫的速度小于沿縫面濾失速度，則不發(fā)生水力尖劈作用,不會(huì)再壓漏地層。23

⑷.若“堵塞段滲透率k小到泥漿濾液進(jìn)入裂縫的速度小于沿縫面濾失速度，使其“堵塞段“前端裂縫內(nèi)流體因?yàn)V失而使其壓力＝地層壓力,則:;

滲濾仃止,水力尖劈作用停止，裂縫不再擴(kuò)張、延伸，且裂縫閉合,則閉合壓力作用在“堵塞段”上?！岸氯巍北仨毧棺×芽p閉合壓力的擠壓作用,否則由于“堵塞段”壓毀而使堵漏失敗。

因此,有效封堵天然致漏裂縫漏失與有效封堵誘導(dǎo)致漏裂裂漏失的要求有很大的不同!對(duì)封堵材料的要求也有很大的不同!……

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⑸.綜合分析：

①.其中⑴是防止和減少誘導(dǎo)裂縫產(chǎn)生，⑵是對(duì)各類致漏裂縫封堵完成后的更高要求（封堵段抗壓強(qiáng)度大于裂縫閉合壓力和ΔP,滲透率盡量小，最好為0）。

②.然而要作到⑴、難度很大，現(xiàn)在技術(shù)還不過關(guān)，還須進(jìn)一步攻關(guān)研究。而要作到⑵相對(duì)容易。

③.分析發(fā)現(xiàn)：若⑴作不到,則誘導(dǎo)裂縫必然產(chǎn)生和擴(kuò)大，最后發(fā)展到致漏程度。即必然轉(zhuǎn)化為⑵。若⑵能解決則整個(gè)問題就可能解決。25⑹.”填塞段”嵌入裂縫中保持裂縫開度,好比向井眼周邊打入一個(gè)楔子一樣從而增加井眼周向應(yīng)力,因此而增大地層裂縫開啟壓力(承壓能力)。(應(yīng)力籠理論):填塞段26式中：△P—增大的裂縫開啟壓力(承壓能力增加值)；

W—是裂縫寬度；

R—裂縫半徑；

E—地層的楊氏模量；

V—地層的泊松比；通過計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)：裂縫寬度增大到1mm，半徑在1m，對(duì)于深部(比較堅(jiān)硬)地層可以提高井眼承壓能力△P=6.895MPa。(問題是.”填塞段”如何形成？)27

因此，綜合以上分折,解決這類問題的思路：

A.對(duì)天然致漏裂縫的及時(shí)成功封堵;

B.對(duì)誘導(dǎo)產(chǎn)生和擴(kuò)張到致漏寬度的誘導(dǎo)裂縫進(jìn)行及時(shí)成功封堵;

C.防止已堵裂縫的再次擴(kuò)張和進(jìn)一步擴(kuò)大.

即漏失進(jìn)行的同時(shí),立即在裂縫中形成堵塞段,迅速堵住各類(天然和誘導(dǎo))致漏裂縫而有效堵漏;同時(shí)使裂縫中的堵塞段的強(qiáng)度抗住裂縫閉合壓力的擠壓作用,且大于P泥—P地,且其滲透率↘0(不必為0)。

D.這不是真正提高了地層承壓能力(不被壓裂)，而是在地層被壓漏的“瞬間”(漏失很少)就堵住了它，且保證比處不再被壓開，一方面保證了正常鉆井和固井，從而在實(shí)際上解決了這類難題;另一方面也使地層承壓能力因之而有所提高。這些任務(wù)可以在鉆井循環(huán)過程中解決(即隨鉆封堵防漏)，也可在解決不了時(shí)仃鉆堵漏。2828

㈡.提高地層承壓能力的封縫即堵技術(shù)(裂縫即時(shí)有效封堵技術(shù))

291.裂縫即時(shí)有效封堵技術(shù)及要求:

⑴.鉆遇任一己知寬度的致漏裂縫和當(dāng)誘導(dǎo)裂縫產(chǎn)生、逐漸擴(kuò)大到致漏寬度而發(fā)生漏失時(shí),都能作到在漏失很短的時(shí)間內(nèi)(幾分鐘)、漏失量很小(1-2方)的情況下封堵住此裂縫。且其堵塞段抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到幾十兆帕(縱向)和大于

P泥—P地

(徑向),其滲透率↘0(不必為0)。特稱它為對(duì)裂縫的封縫即堵技術(shù)。⑵.被封堵的裂縫不會(huì)再被壓開，而且它附近井周的地層承壓能力也因之而有所提高。

則地層承壓能力因此而提高到所需程度。它可以隨鉆進(jìn)行,也可仃鉆進(jìn)行。30

2．裂縫即時(shí)有效封堵技術(shù)要點(diǎn)：技術(shù)本質(zhì):

對(duì)裂縫的及時(shí)充填封堵，即各類橋塞粒子必須進(jìn)入裂縫并在其中架橋后逐級(jí)充填直致將此裂縫完全“填死”，所形成的“填塞段”具有很高的抗壓強(qiáng)度和很低的(↘0)滲透率。而研究表明:只要選擇好與地層各級(jí)致漏裂縫相匹配的剛性架橋粒子系列和與之相匹配的填充粒子系列，并具有必要的濃度，保持必要的正壓差，防止壓力激動(dòng)，控制泥漿擠入速度，注意攪拌泥漿…。就可能實(shí)現(xiàn)“封縫即堵技術(shù)”。

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根據(jù)裂縫封堵機(jī)理,經(jīng)研究證實(shí)：對(duì)任一致漏裂縫可由一逐級(jí)分布的系列顆粒完成即時(shí)有效封堵(“單粒架橋、逐級(jí)填充“)：

⑴單粒架橋→變縫為孔→逐級(jí)填充→最后填“死”⑵架橋（橋塞）粒子形狀—

不規(guī)則,粒狀最好；尺寸－小于裂縫尺寸且與裂縫尺寸匹配；1/2-2/3規(guī)則?？箟簭?qiáng)度—

決定堵塞段承壓強(qiáng)度（剛性為宜，果殼粒子的承壓能力不夠,大理石、方解石…顆粒為宜）濃度—

粒子個(gè)數(shù)/M3,可由實(shí)驗(yàn)確定；密度—

適當(dāng)

32⑶.填充粒子:

用以填充橋塞粒子架橋后留下的逐級(jí)空隙。為一“粒級(jí)小于架橋粒子的級(jí)配按逐次遞減分布的粒子(品質(zhì)要求同前)系列”(多級(jí)分散粒子的粒度分布曲線連續(xù)、平滑)。總用量2—3%。事實(shí)上往往針對(duì)地層大小各級(jí)裂縫的架橋粒子系列本身又是填充粒子系列。

33表剛性顆粒等級(jí)和尺寸(二)等級(jí)0ABCD目數(shù)6～1010～2020～4040～6060～120大?。╩m）3.2～2.02.0～0.90.9～0.450.45～0.30.30～0.125表剛性顆粒等級(jí)和尺寸㈠等級(jí)0ABCDEFG目數(shù)6～1010～2020～4040～6060～8080～100100～120>120大?。╩m）3.2～2.02.0～0.90.9～0.450.45～0.30.3～0.20.2～0.150.15～0.125<0.125可用于3.00—5.00mm以下裂縫的即時(shí)有效封堵。34⑷.配合部份片狀,纖維狀及可變形粒子…。⑸.動(dòng)態(tài)進(jìn)行比靜態(tài)進(jìn)行的封堵效果好得多。⑹.針對(duì)不同地層利用上述原理及材料通過實(shí)驗(yàn)可以評(píng)價(jià)確定出其具體配方(即各級(jí)粒子數(shù)量和比例).

必須有一剛性、不規(guī)則顆粒狀的專用材料系列,按地層情況進(jìn)行進(jìn)行選擇使用，必須配合可以變形的微細(xì)顆粒和纖維狀、片狀的細(xì)顆粒。根據(jù)井下漏失情與井漿現(xiàn)狀通過實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)研究?jī)?yōu)選其具體配方,優(yōu)化工藝就可能實(shí)現(xiàn)“封縫即堵技術(shù)”,從而提高了地層的承壓能力擴(kuò)大353.“隨鉆封縫即堵提高地層承壓能力”技術(shù):

在前述研究成果的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一種隨鉆提高地層承壓能力(或漏失壓力或破裂壓力),實(shí)現(xiàn)隨鉆防漏的一種新思路(作法)：主要目的是針對(duì)性的及時(shí)封住各類裂縫。在鉆遇漏層的致漏裂縫(天然或誘導(dǎo))發(fā)生漏失時(shí),泥漿立即(在很短時(shí)間(1—2分鐘)內(nèi))，漏失很少量（1一2方）時(shí)迅速)堵住天然致漏裂縫有效的堵住漏失并使“堵塞段”抗壓強(qiáng)度大于裂縫的閉合壓力(縱向)及P泥—P地(徑向)且其滲透率很低(接近為0),能制止其進(jìn)一步擴(kuò)大,稱為“隨鉆封縫即堵技術(shù)”；如果其整個(gè)過程很快,且漏失很小，則可看成為隨鉆防漏。前面的研究己經(jīng)證明這完全能實(shí)現(xiàn)；36

其作用過程可簡(jiǎn)示如下：當(dāng)鉆遇致漏天然裂縫，泥漿在漏失中發(fā)生即堵,立即堵住漏失并防止它進(jìn)一步擴(kuò)大和惡化；當(dāng)鉆遇非致漏天然裂縫或微裂縫時(shí)，在裂縫沒有被誘導(dǎo)發(fā)生(開啟)和擴(kuò)展到致漏寬度前不發(fā)生漏失，則此時(shí)泥漿堵漏和防漏作用不表現(xiàn)。一旦誘導(dǎo)裂縫寬度發(fā)展達(dá)到致漏程度時(shí)泥漿即堵效能則立即發(fā)揮而起到防漏作用。

特點(diǎn):必須要漏;在漏失發(fā)生的同時(shí)立即完成。

37⑴.隨鉆封縫即堵技術(shù):

①.全井使用:

可隨鉆向全井泥漿中加入一定級(jí)配的顆粒系列來完成,主要針對(duì)誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生(對(duì)誘導(dǎo)致漏裂縫實(shí)行封縫即堵),顆粒級(jí)配一般0.10—0.50mm(C、D級(jí)剛性粒子),加量約3—5%。注意泥漿性能的調(diào)控及振動(dòng)篩的應(yīng)用;

38②.應(yīng)用“封堵段塞”予測(cè)井漏井段,予先加入一定量的含有高濃度各種級(jí)配粒子的泥漿段塞或發(fā)現(xiàn)漏失時(shí)立即加入一定量的含有高濃度各種級(jí)配粒子的泥漿段塞;此泥漿段塞為幾方—十幾方含有各種級(jí)配粒子的井漿,保證泥漿段塞對(duì)漏失井段作用10—20分鐘來完成,主要針對(duì)“致漏裂縫”與誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生,顆粒級(jí)配一般0.10—3.00mm(A、B、C、D、E、F級(jí)剛性粒子),,加量可大于10%。而無(wú)需仃鉆。用后循環(huán)篩出。39③、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例A.塔里木某井井隨鉆段塞堵漏實(shí)施情況序號(hào)日期井深（m）漏失發(fā)生時(shí)間段塞體積注入段塞時(shí)間理論段塞出鉆頭時(shí)間漏失停止時(shí)間12009/6/64920810:27-10：5012:10-12:3522009/6/6492412:471013:19-13：3615:00-15:3015:1032009/6/74959.516:20816:50-17：1118:10-18:4018:1042009/6/74962.9519:45820:20-20：4021:50-22:2021:5052009/6/104990.111:50610:30-10：4512:05-12:3512:1562009/6/10499113:50812:22-12:3514:05-14:3514:05*40B.該技術(shù)在準(zhǔn)噶爾盆地各區(qū)塊的探井及開發(fā)井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，通過現(xiàn)場(chǎng)已完成的10口井的應(yīng)用效果表明采用該技術(shù)可有效提高地層承壓能力及堵漏成功率。現(xiàn)己在國(guó)內(nèi)多個(gè)地區(qū)推廣應(yīng)用。序號(hào)井號(hào)地層深度m當(dāng)量密度g/cm3提高后的當(dāng)量密度g/cm3當(dāng)量密度提高g/cm31盆8白堿灘組以上地層54792.102.250.152烏355風(fēng)城組地層30941.371.670.303T87530八道灣組以上地層7981.331.410.084DXHW183梧桐溝組以上地層中完1.251.370.125DXHW182梧桐溝組以上地層中完1.261.370.116檢烏52下烏爾禾組以上地層31001.381.480.107紅053八道灣組以上地層22301.301.390.098白26風(fēng)城組地層38181.191.260.079DX1806梧桐溝組以上地層34861.251.350.1010DX1812梧桐溝組以上地層34631.251.350.1041

井深：4910m

鉆井液密度：2.00g/cm3循環(huán)則井漏，希望地層承壓能力達(dá)2.20g/cm3左右(固井需要)。措施：在鉆井液中加入1.5%GFD-C(0.45～0.30mm)和1.5%GFD-D(0.3～0.125mm)后循環(huán)鉆井液，并逐步加重到2.16g/cm3，(地層承壓能力＞2.20g/cm3)鉆井液未發(fā)生漏失，下套管后，固井時(shí)水泥漿未發(fā)生漏失。

目前,剛性堵漏材料及提高承壓能力的隨鉆封縫即堵防漏堵漏技術(shù),固井前提高地層承壓技術(shù)在元壩地區(qū)推廣使用；C.元壩6井二開鉆井中完提高地層承壓能力現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用42漏點(diǎn)深度(米)最大漏速方/秒堵漏方式施工情況泥漿損耗(方)損失時(shí)間(小時(shí))1371.691388.231428.841463.471504.001526.5690164036103.3仃鉆堵漏仃鉆堵漏仃鉆堵漏仃鉆堵漏仃鉆堵漏仃鉆堵漏多次才成功多次才成功多次才成功多次才成功多次才成功多次才成功484462502048平均45.3方11221643311.5平均16.25小時(shí)1613.251627.981628.781632.612210.214.836.6段塞堵漏段塞堵漏段塞堵漏段塞堵漏隨鉆一次成功隨鉆一次成功隨鉆一次成功隨鉆一次成功4.61298.4平均8.5方0.20.180.230.23平均0.21小時(shí)④、彰武3-3井提高地層承壓能力(堵漏)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。(共三口井每井每次一次成功)堵漏漿“段塞”體積5方,含B,C,D級(jí)粒子濃度10%43

所用顆粒系列:架橋粒子及填充粒子的粒度大小與級(jí)配及、用量可按前述原理通過試驗(yàn)確定。在重泥漿中更容易實(shí)現(xiàn)。若天然致漏裂縫偏大(2-5mm)，一鉆遇就表現(xiàn)出有進(jìn)無(wú)出的惡性漏失，若“段塞“無(wú)效則應(yīng)轉(zhuǎn)入以此原理(依次增大架橋粒子的粒徑)為依據(jù)的停鉆承壓堵漏。若致漏裂縫過大(＞5--10mm)則轉(zhuǎn)入裂縫性地層惡性漏失的堵漏:比如采用特種凝膠系列堵漏技術(shù)。444..仃鉆“封縫即堵提高地層承壓能力”技術(shù)包括，完鉆后固井前及鉆遇過大的天然致漏裂縫發(fā)生漏失而轉(zhuǎn)入的停鉆堵漏和完鉆后(固井前)提高地層承壓能力。

⑴.根據(jù)漏失情況,估計(jì)出最大裂縫的寬度,按架橋原理由實(shí)驗(yàn)確定最大架橋粒子粒級(jí)及濃度。并在前述隨鉆堵漏粒子體系的基礎(chǔ)上建立封縫即堵粒子系列。以剛性粒子為基礎(chǔ)加上其它級(jí)配合適的果殼類粒子構(gòu)成,其濃度足夠即可。過多反而有害:片狀,纖維狀顆粒不宜為主,也不宜多用?；蛟诂F(xiàn)在承壓堵漏通用配方基礎(chǔ)上，加入3-5％的剛性封堵粒子系列

⑵.起鉆至套管鞋（或安全井段），注入堵漏漿到裸眼井段，注意觀察井口液面，若有漏失，必須及時(shí)灌泥漿保持井口液面。

45

⑶.按現(xiàn)有的辦法擠泥漿，當(dāng)套壓升至1.5-2.0MPa，停止擠入，穩(wěn)壓10-20分鐘后，卸壓，旋轉(zhuǎn)下鉆到底后，以設(shè)備和井下條件允許的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具10-20分鐘。⑷.起鉆至套管鞋（或安全井段），再按以上步驟擠泥漿，使立壓，套壓大于NMPa后憋壓候堵。（依現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況可再次下鉆到底攪拌井內(nèi)泥漿、起鉆至套管鞋、擠泥漿，使立壓，套壓大于NMPa后憋壓候堵……。）⑸.下鉆，循環(huán)出堵漏漿，再做承壓實(shí)驗(yàn)，達(dá)到NMPa即合格。⑹.若擠泥漿蹩不起壓力,則是粘子級(jí)配不對(duì),應(yīng)按規(guī)律調(diào)整級(jí)配一般是增加大粒子。;若靜止能堵漏且又能蹩上壓力并能保持住,但循環(huán)出堵漿后承壓能力能不夠。則應(yīng)調(diào)整粒子級(jí)配。一般是減少大粒子,特別是減小片狀,纖維狀大顆?！?。并采用上述辦法。

⑺.以上方案也可用于鉆進(jìn)過程中的停鉆堵漏。46現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例

莫深1井四開段提高地層承壓能力以擴(kuò)大安全密度窗口保證固井安全順利進(jìn)行

①.漏層基本情況及分析井深7118.48m，下鉆劃眼多次發(fā)生漏失(泥漿密度：1.91),同時(shí)出鹽水，漏層位置：6812-7118.48m，有可能為7055-7118.48m。裸眼段水層壓力＞1.92g/cm3，漏失壓力1.96-2.01g/cm3；安全密度窗口為0.04-0.09.

漏失速度最大可達(dá)到鉆進(jìn)排量（28L/s）失返或更大（嚴(yán)重漏失時(shí)井口液面看不見）。屬于裂縫性承壓能力低的問題：漏失主要是天然致漏裂縫造成，其天然致漏裂縫寬度最大可達(dá)2mm左右。在液柱壓力作用下有擴(kuò)張趨勢(shì)。47

多次采用現(xiàn)有橋塞堵漏有效(橋堵劑主要為：蛭石、云母、橡膠粒，仃鉆集中堵漏濃度8-18%；隨鉆濃度7.5%)，但提高地層承壓能力不夠。地層承壓能力由1.96g/cm3提高到2.01g/cm3；要繼續(xù)提高很難達(dá)到要求。而不能安全鉆進(jìn)，更無(wú)法正常固井(據(jù)計(jì)算要保證安全固井安全密度窗口必須擴(kuò)大6Mpa以上,即地層承壓的當(dāng)量密度由1.96g/cm3提高到2.045以上,再提高0.09以上)。48①第一套承壓試驗(yàn)配方為，在現(xiàn)堵漏井漿中加入：天然瀝青和ZD系列堵漏材料：天然瀝青3%、ZD-T1(10~20目)2%、ZD-T2(20~30目)1.5%、A級(jí)1.5%、B級(jí)1.5%、C級(jí)1.5%、D級(jí)1.5%②第二套承壓試驗(yàn)?zāi)酀{配方，在現(xiàn)堵漏井漿中加入：天然瀝青3%、ZD-T3(10~20目)2%、ZD-T2(20~30目)2%、核桃殼粗、中、細(xì)各3%、A級(jí)2%、B級(jí)2%、C級(jí)2%、D級(jí)2%③第三套承壓試驗(yàn)?zāi)酀{配方：將井漿中堵漏材料篩除，待對(duì)核桃殼、劇末進(jìn)行抗溫能力評(píng)價(jià)后再定是否加入，ZD系列堵漏材料按第二配方加入。

2008年1月按第二方案根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)調(diào)整進(jìn)行施工，將承壓能力(安全密度窗口)提高9MPa(2.09)，達(dá)到預(yù)期目的，保證該井后續(xù)作業(yè)的正常進(jìn)行。495.與現(xiàn)用“橋塞承壓堵漏”的不同:

A、機(jī)理不同、要求不同:快速、裂縫內(nèi)淺部形成抗壓強(qiáng)度能抗住裂縫閉合壓力的擠壓作用且大于P泥—P地的堵塞段,且其K↘0(不必為0).

承壓堵漏技術(shù)基本上以經(jīng)驗(yàn)為主,還無(wú)公認(rèn)的有指導(dǎo)意義的作用機(jī)理及理論依據(jù)…;B、架橋與逐級(jí)填充顆粒:剛性抗壓、不規(guī)則粒狀為主,片狀、纖維狀、可變形微粒為輔;

C、進(jìn)入裂縫縫起作用,而不能封堵裂縫表面,慎用片狀、纖維狀大顆粒。動(dòng)態(tài)堵比靜態(tài)效果好。

D、對(duì)己鉆地層,正鉆地層…都有效,隨鉆仃鉆都能進(jìn)行;承壓堵漏只對(duì)己鉆過地層有效,只能仃鉆進(jìn)行.

F.改進(jìn)、提高、發(fā)展現(xiàn)有橋塞堵漏劑。

…………50

(三)

、窄安全密度窗口的安全鉆井技術(shù)511、深部高壓高產(chǎn)氣層-低承壓漏層同層窄壓力窗口（安全窗口接近為0）的安全鉆井技術(shù)；目前我國(guó)深部高壓、高產(chǎn)氣層（高含H2S）若為裂縫性氣藏時(shí)(比如深部海相碳酸鹽巖氣藏)，則可能出現(xiàn)“產(chǎn)—漏”同層，此時(shí),形成安全密度窗口,其中氣層壓力為其上限,氣層漏失壓力(承壓能力)為其下限。由于同一氣層的氣層壓力與其漏失壓力幾乎相等,則此安全窗口必然接近為0(甚致為負(fù)),是難度最大、最具典型性和代表性的窄(零)安全密度窗口問題之一。

52

它可用控壓鉆井技術(shù)解決安全鉆進(jìn)問題,但難以解決0或負(fù)安全窗口的問題,且完鉆后固井前必須較大的提高地層承壓能力才能保證固井的正常進(jìn)行。但若大幅度提高地層承壓能力來擴(kuò)大其安全密度窗口就可有效解決這個(gè)問題……。采用“隨鉆和仃鉆封縫即堵提高地層承壓能力”技術(shù)有可能實(shí)現(xiàn)…。53現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例迪那區(qū)塊下第三系嚴(yán)重漏失：

屬于深井（4500—5500M）、重泥漿（2.20—2.50）全(長(zhǎng))井段溢、漏同時(shí)存在的低承壓地層的多點(diǎn)漏失。而且上部氣層壓力高于下部地層。

綜合分析可以認(rèn)為：該氣層各處分布有寬度大于1mm可直接引起泥漿漏失的天然垂直裂縫（致漏裂縫）、但為數(shù)不多，這部份漏失不嚴(yán)重。地層各處分布有大量小于0.1mm的天然裂縫，雖然在鉆迂它們時(shí)不能直接引發(fā)漏失，但在正壓差作用下泥漿液相進(jìn)入地層，在泥漿柱高壓力的作用下對(duì)地層產(chǎn)生水力尖劈作用而使裂縫開啟、擴(kuò)大……到致漏程度而產(chǎn)生漏失；此高壓、高產(chǎn)氣層本身就是典型的“不承壓地層”,并由此構(gòu)成為典型的高壓0安全密度窗口.54常用作法：A.根據(jù)井下情況不斷提高、降低泥漿密度：其結(jié)果鉆進(jìn)一直在“漏—溢”之間折騰，漏、溢交替出現(xiàn)。結(jié)果大量漏失泥漿，同時(shí)不斷進(jìn)行井控作業(yè)。

(例如迪那2-2井該井段約400米井漏、溢流22次，損失泥漿1813方),流費(fèi)大量人力、物力和時(shí)間,而且高風(fēng)險(xiǎn)。B.保持泥漿密度≥氣層壓力，進(jìn)行鉆井，遇漏就堵，堵完后再打……。結(jié)果是：漏失不斷出現(xiàn)，停鉆堵漏頻繁，泥漿大量漏失，花費(fèi)很多時(shí)間，且要隨時(shí)防止三高氣層的氣浸造成的井控風(fēng)險(xiǎn)。

成為我國(guó)目前深部三高氣層常常遇見的重大技術(shù)難題和重大安全隱患，長(zhǎng)期以來是國(guó)內(nèi)外都未很好解決的重大技術(shù)難題,現(xiàn)研究用控壓鉆井解決它。55

要處理此問題，(除CPD技術(shù)外)必須在循環(huán)中擴(kuò)大安全密度窗口，由于地層壓力系數(shù)不可變，因而要擴(kuò)大安全密度窗口，則需要尋找技術(shù)手段來提高地層的承壓能力。通過對(duì)地層的承壓能力影響因素研究，找到提高地層承壓能力的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大安全密度窗口，解決這個(gè)重大技術(shù)難題。

采用我們所研究的“封縫即堵提高地層承壓能力”技術(shù)有可能為解決這個(gè)問題提供一種有效的辦法。56現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例:

以上述提高地層承壓能力的機(jī)理、方法、材料與技術(shù)2008-2009年在塔里木地區(qū)山前迪那構(gòu)造現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)了3口井，實(shí)驗(yàn)井為:DN2-4井，DN2-7井，DN2-24井四開(井深5000米左右)高壓(約100MPa)、高產(chǎn)(>百萬(wàn)方/日)裂縫性噴—漏同層（安全窗口接近為0）井段.試驗(yàn)設(shè)計(jì)隨鉆防漏，停鉆堵