鉆井過程中防漏堵漏技術與應用研究

薛友強

摘要：井漏是鉆井中較為常見的一種施工安全隱患和技術難題。井漏發生后，鉆井液、完井液、泥漿等工作液會漏失到地層中。由于地質條件、鉆井液及鉆井工程設計等等原因，井漏是無法完全避免的。井漏不僅延誤鉆井時間、延長鉆井周期，還會損失鉆井液，引起卡鉆、井噴、井塌等事故，嚴重時會導致井眼報廢。為保證鉆井工程的安全施工，必須積極實施有效的防漏堵漏技術措施。

關鍵詞：鉆井液;堵漏材料;卡鉆井噴;鉆井工程;安全施工

目前國內井漏堵漏理論研究相對滯后，關于井漏漏失機理、堵漏機理等方面的研究很少;對漏層判斷較為困難，導致堵漏存在一定的盲目性;堵漏一次成功率低，存在重復性堵漏，堵漏施工工藝不完善等問題。本文概述了近年來鉆井液堵漏材料及防漏堵漏技術的研究進展，分析了井漏的預防，探討了堵漏技術的應用。當前物理堵漏劑適用于嚴重井漏的并不多，一般只用作鉆井液體系的堵漏添加劑，而自適應防漏堵漏劑克服了傳統堵漏技術的缺陷，具有廣闊的發展空間。

1 井漏的預防分析

一般而言，井漏應采取預防為主的措施。井漏的預防措施主要有預測漏層位置、設計合理的井身結構、降低井筒鉆井液動壓力以及提高地層承壓壓力等方面。

1.1 預測漏層位置

1.1.1 井溫測量法

鉆井液在井內受到地層溫度影響后會出現一定的溫度梯度，如遇井漏，就會出現具有一定溫度的鉆井液進入漏層，與下部鉆井液形成一定的溫差。可以根據溫度差異的大小大致判斷井漏發生的位置（如圖1所示）。在測井中，溫度測井儀器可以保證井溫測量誤差<0.5℃，熱慣性<3 s。為了使測量更加方便，可以在井溫測量儀探頭中使用電阻橋臂，使得探頭放入任何不變溫度時，各臂電阻值都相等，即電橋兩點之間電位差△UMN=0。

當井溫探頭從溫度為T1的環境移動到溫度為T2的環境中，就會產生電位差△UMN，△UMN取值可按下式計算：

式中：Rc -不變溫度T0時的橋臂電阻;α -制造橋臂電阻絲隨溫度變化的系數（如銅為

α=4.5×10-2/1℃）

井溫探頭所測的溫度差△T=T2 - T1越大，△UMN線性增大越大，電位差的正負取決于井中探頭所放入的介質是較熱還是較冷，顯然T2>T1時，△UMN取值為正，T2

1.1.2 逐步逼近法計算漏層位置

在鉆井過程中，鉆頭通常連接著不同尺寸的鉆桿，且實際漏層可能出現在任一處地層，因此必須采用逐步逼近法計算漏層位置。隨著井漏漏失量的逐漸增大，當大于泵排量時，鉆井液動液面會低于井口位置，之后隨著動液面降低，流失量不斷減小，隨后會處于一穩定

位置且大致等于泵排量。在一定的壓強作用下，漏層位置會隨著鉆井液動液面的加深而加深，在實際操作過程中，井漏失返的同時會出現泵壓為零，此時可以計算出漏層位置的極限井深。

1.2 設計合理的井身結構

套管層次、下入深度、井眼尺寸、鉆頭尺寸、套管尺寸等共同構成了井身結構，在復雜的鉆井環境地層中，井身結構是否合理直接決定了井漏發生的概率。為了最大限度地防止井漏發生，必須合理設計套管層次、下入深度，避免可引起井噴的鉆井液液柱壓力的出現，果斷地將低破裂壓力地層與高破裂壓力地層進行隔離。

1.3 降低井筒鉆井液動壓力

為了降低井漏發生的概率，必須降低鉆井液動壓力。常采用以下方法：（1）選用密度合理的泥漿，保持鉆井壓力近平衡發生井漏時，鉆井液會以較小的流動阻力進入地層，通過選用密度合理的泥漿，同時嚴格控制鉆井液密度、性能和泵量，使其產生接近地層壓力的動壓力，實現近平衡壓力鉆井。（2）降低鉆井液環空壓耗通過降低泵量和泥漿塑性，選擇有助于增大

環空間隙的鉆具結構，通過減少鉆井液中無用固相含量的方式改善鉆井液凈化條件等降低其環空壓耗，以降低井漏發生的可能。

2 堵漏技術

2.1 物理堵漏

常用的堵漏劑類型有熱凝橡膠堵漏劑（以廢舊汽車輪胎或電瓶殼為原料的熱凝橡膠顆粒）、膨脹團粒橋堵漏劑（采用含黏土、頁巖或片石等礦物經壓碎后放入密閉加熱爐中煅燒再進行篩分制成的多孔團粒材料）、剪切稠化液堵漏劑（靠水眼剪切作用使之稠化而用于漏層封堵的混合物堵劑）、封包石灰堵漏劑（采用噴涂、冷凝、溶涂等方式將石灰加工成封包石灰微粒進行堵漏）、吸油固體材料堵漏劑、各類聚合物堵漏劑、堵漏堵水兩用堵漏劑等。以上物理堵漏劑適用于嚴重井漏的并不多，一般只用作鉆井液體系的堵漏添加劑。

2.2 化學堵漏—自適應防漏堵漏劑

化學堵漏劑進入漏失通道后，可以與地層溫度、壓力、組分等因素之間發生化學反應，首先在漏失管道中發生滯流反應，而后發生稠化、交結等反應，達到封漏堵漏的作用。

為了拓寬封堵范圍、增強封堵效果，自適應防漏堵漏劑必須采用新型封堵機理，在材料選擇

方面必須擺脫傳統的充填理論，選擇彈性較大、膠束聚合物及加固填充料等作為自適應防漏堵漏材料。在防漏堵漏過程中，彈性材料中尺寸較大的顆粒對孔隙或裂縫先進行封堵，膠束聚合物在封堵基礎上形成新的封堵層，再采用加固劑進一步填充仍存在的微孔隙，通過上述三個過程的協同作用完成鉆井管道的防漏堵漏，而且封堵井漏之后會形成有效的封堵層，鉆井液不再繼續侵入。

總之，上述自適應防漏堵漏劑具有很強的自適應性能，可以適應各種形狀與尺寸的井漏裂縫，彌補了傳統的堵漏劑的缺陷。外加劑可以加速堵漏劑的水解固化反應速率，并提高固結體強度，而且這種作用強度隨外加劑種類的不同而有所不同。經驗證，CaCl2和三乙醇胺兩種外加劑都有助于增強固結體抗壓強度，而且CaCl2增強固結體抗壓強度的能力優于三

乙醇胺。外加劑通過加速化學堵漏劑水化速率，在固定時間內產生更多的固結體，提高其抗壓強度，而且CaCl2材料較為經濟實用。

3 結語

綜上所述，我國在鉆井液堵漏材料及防漏堵漏技術方面的理論和實踐都較為落后，為此應特別注重聚合物凝膠、水泥漿堵漏材料、自適應防漏堵漏技術等鉆井液防漏堵漏技術的開發和利用。在開發設計過程中，要注重加強能提高地層承壓能力材料的研發，注重各種堵漏材料與不同等級剛性材料的復配協同作用機理的研究以及能夠用于處理惡性井漏情況的防漏堵漏技術的開發。

參考文獻

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（作者單位：中石化勝利石油工程公司黃河鉆井總公司外部市場鉆井工程部）