钻井施工过程中井漏的原因探析

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  [摘 要]钻井中井漏的发生不仅会给钻井工程带来不便和损失,如耗费钻井时间、损失钻井液、堵漏材料、引起卡钻、井喷、井塌等一系列复杂情况,甚至导致井眼报废等,而且还会对产层造成损害。及时发现井漏并通过合理的施工措施封堵漏失可以避免各类不必要的损失。
  [关键词]钻井;井漏;井漏预防;井漏处理
  中图分类号:C912 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2019)11-0043-01
  井漏是钻井中严重而又普遍的井下复杂情况之一,是指在钻井、固井、完井、测试或修井等各种井下作业过程中,各种工作液在压差的作用下,流进地层的一种井下复杂情况,其危害甚大。轻微的漏失会使正常施工中断,严重的漏失会耽误大量的生产时间、耗费大量的人力物力和财力,如井漏得不到及时处理,还会引起井塌、井喷和卡钻事故,导致部分井段或全井段的报废还会对产层造成损害,所以及时的处理井漏恢复正常作业是非常重要的工作。国外早在上世纪四十年代就已重视防漏堵漏机理的研究,而我国地质探矿和石油钻井中的井漏问题也较为突出,许多油田都不同程度的存在井漏问题,造成了巨大的经济损失。
  1. 井漏的条件及原因
  井漏的条件:地层中有孔隙、裂缝或溶洞,使钻井液有漏失通道及较大的足够容纳液体的空间;地层孔隙中的流体压力小于钻井液液柱压力,井筒内存在正压差;井筒中漏失通道的开口尺寸大于钻井液中固相颗粒的尺寸。井漏的类型主要有三种类型:渗透型漏失,裂缝型漏失和孔洞型漏失。
  按漏失通道形成的原因可分为两大类:一类是人为造成的漏失,是由于井眼压力高于地层破裂压力时,在井眼周围地层中诱发出裂缝导致井漏:油田注水开发后,形成的地层孔隙压力的分布与原始状态不同,出现纵向上的压力系统紊乱;由于注水开发,地层破裂压力发生变化,高低压相间存在;施工措施不当:在加重钻井液时控制不好,使密度过高,压漏了裸眼井段中抗压强度最薄弱地层(一般是套管鞋以下第一个砂层);下钻或接单根时,下放速度过快,造成过高激动压力,压漏钻头以下的地层;钻井液粘切过高、开泵过猛;快速钻进时排量跟不上,岩屑浓度过大使钻头附近地层漏失;井中有砂桥、井壁坍塌堵塞环空压漏地层。另一类是自然通道,即在沉积过程中、地下水溶蚀过程中、构造活动过程中形成的。一般来说,泥页岩发生漏失的可能性较小,但其中一些较硬脆古老地层的泥页岩,受地壳运动而形成裂缝、风化作用形成溶孔或其它层间疏松而形成漏失通道也会发生井漏;对于浅部未胶结或胶结差的未成岩的砂砾岩,由于未胶结或胶结差,孔隙度大,孔隙连通性好,钻进这类地层极易发生漏失,对于中、高渗透砂砾岩,孔隙是其主要漏失通道,在钻井液密度高时即可能发生漏失;而对于深部井段经成岩作用的低孔、低渗砂砾岩来讲,一般不易发生井漏;碳酸盐岩主要是由方解石和白云石等碳酸盐矿物组成的沉积岩,石灰岩和白云岩是碳酸盐岩的主要岩石类型,其内部由于成岩作用、构造运动作用和风化所形成的溶孔、溶洞、裂缝构成了碳酸盐岩的主要漏失通道,其井漏发生的次数大大高于孔隙砂砾岩地层,而且漏失量大,漏失速度快。
  2. 钻井施工中井漏的发现与判断
  及时发现井漏最直接有效的办法就是坐岗观察,通过对循环罐液面的定时监测,随时掌握钻井液量的变化。除此之外井漏同时会产生一些其它的现象,可以通过这些现象来帮助判断漏失原因,如因液柱压力不平衡而造成的井漏,往往是泵压下降,钻井液进多出少,或只进不返,甚至环空液面下降;因操作不当造成的,往往是泵压上升钻井液进多出少,或只进不返,但环空液面不下降,停泵后钻柱内有回压,活动钻具时除正常摩擦阻力外,没有额外的阻力;因井塌或砂桥堵塞环空而造成的井漏,则泵压上升,钻井液进多出少或只进不返,停泵时有回压,活动钻具时有阻力而且阻力随着漏失的增大而增加。
  3. 钻井施工中的井漏预防
  对于钻井施工中的井漏,应加大预付力度,收集全面、准确的地质资料,加强管理避免人为因素造成的不良影响,以此来预测井漏几率大的井段和地层,并科学、合理地制定应急预案。
  钻井遇到疏松表層时要应用钻井液。在表层套管下入深度达到合理值时,需确保固井质量来提升钻井施工的成功率。孔隙压力梯度和破裂压力梯度是设计套管和井身结构的重要依据,在设计前就需要准确了解此类数据,与此同时,要避免喷漏并存可能的地层出现在相同裸眼井段内。如果没有高压层,可将钻井液密度调低,加强钻井液固孔工作,防止钻井液浓度出现自然增长;为将漏失可能降到最低,在钻遇高渗透地层时,可将钻井液的黏度和切力提升来降低漏失量,提升造壁作用。高压地层钻进的过程中要保证不漏不喷,就需要将钻井液密度调整到合理值来实现前进过程中的近平衡。如果是易漏地层的钻进,要合理、适当的控制接单根和起下时的下放速度、钻速、泵压以及排量等参数,防止因过高的激动压力导致地层压漏。如果钻进过程中出现轻微漏失,则应及时将排量和泵压调低,并要同时关注钻头泥包想象,要两者兼顾。
  4. 井漏事故的处理
  渗透型漏失事故通常并不会失去循环且为较小的漏速,可采取以下方法:静止堵漏,将钻头提升到安全位置,等候一定时间,如果井口液面能维持稳定则能继续钻进;在较小漏失量的情况下可保持钻进动作,将漏层钻透后通过钻屑实现堵漏;对钻井液密度进行调整,通过低密度、高黏度、高切力来应对漏失;可将云母、石灰粉等纤维质物质以及小颗粒加入钻井液来堵漏。裂缝性漏失会因为实际情况的不同而有着不同的漏速,且差距很大,对此类型漏失处理时要从钻井实际出发制定合理的方法和措施,常用的措施包括以下几个方面:
  静止堵漏;将谷壳、锯末等材料加入到钻井液中来堵漏;将高浓度堵漏材料加入钻井液后进行断塞处理,实现堵漏;如果在油气层产生裂缝型漏失,可通过石灰乳钻井液来短暂封堵油油气层裂缝。在大裂缝和大溶洞的空洞型漏失情况下,堵漏主要是选取合适类别和尺寸的充填物,配合堵漏剂来实现堵漏,将稻草树枝、粗砂、碎石以及水泥球等物投入到井底,得到超过溶洞顶部或高于裂缝的巨大骨架,在将堵漏剂注入其中,是骨架得到填充而形成新地层,以此实现堵漏。
  随着钻井技术的不断发展,堵漏技术也在不断的发展,然而任何井的防漏堵漏工作的成功不仅仅取决于堵漏技术,很大程度上取决于人对地层的了解程度、对漏层的准确判断以及对堵漏技术的准确应用。这是由于井下地质情况的复杂性、不确定性决定的,任何一种堵漏技术都不是万能的,都有其适用范围。此堵漏工作的关键是要收集好施工井的区域地质资料、准确判断漏失层及漏失性质,同时选择合理的堵漏技术,制定出详实可行的施工工艺,只有这样才能确保堵漏作业的成功实施。
  参考文献
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