利用地面鉆井參數(shù)識別漏層方法研究

◇長江大學石油工程學院 金楷方 潘秀秀 彭 聰 陳海洋 先文強

井漏問題是鉆井過程中十分常見的鉆井事故，井漏同時也是一項十分難以處理的井下事故，主要體現(xiàn)在難以堵漏上。我們國家近些年主要致力于新型堵漏材料的研發(fā)和堵漏體系的建設(shè)，忽視了鉆井現(xiàn)場實際操作的可行性。本文根據(jù)國內(nèi)外井漏方面的研究和項目組自己的研究成果，總結(jié)了井漏的危害，判斷井漏的方法，堵漏材料和技術(shù)的選用以及利用地面鉆進參數(shù)識別漏層的要點和主要意義。鉆井現(xiàn)場發(fā)生井漏時可以參考本文快速確定漏失類型，選用合適的堵漏材料和技術(shù)實施堵漏作業(yè)，為鉆井施工提供幫助。

在實際鉆井操作過程中，經(jīng)常性的發(fā)生井壁滲漏，導致井筒中鉆井液無限制的流入地層中的事故。當鉆遇孔隙，裂縫，溶洞等地層時若沒有提前的預防井漏的措施就很容易發(fā)生井筒中流體漏失的情況。井漏鉆井發(fā)生爆炸后會直接導致深層鉆井液的大量水分流失，增加鉆井液成本，增大鉆井的花費。發(fā)生井漏會引發(fā)井噴，井塌等事故影響鉆進的效率。嚴重的井漏還會破壞油氣產(chǎn)層，降低油層質(zhì)量。井噴還會威脅到地面鉆井平臺的安全，造成人員傷亡和鉆井設(shè)備的損壞。尤其對于我國海上水下鉆井運行平臺來說，井漏事件引發(fā)的井噴還可能會直接嚴重摧毀我國海上水下鉆井運行平臺，造成巨大的社會經(jīng)濟損失。井漏同時也一直是作為制約地質(zhì)勘探項目開發(fā)推進速度的重要一個影響質(zhì)量因素，在井場發(fā)生重大井層滲漏后由于現(xiàn)在的井層堵漏鉆井效率太低，難以迅速有效的完全封堵上滲漏層，導致井漏鉆井持續(xù)時間大大幅度延長，嚴重減慢了地質(zhì)勘探項目開發(fā)的推進速度。我們項目組通過識別地面鉆井參數(shù)來判斷井下的情況，為后續(xù)堵漏工作提供參考依據(jù)。

1 堵漏的技術(shù)與方法

鉆井過程中發(fā)生井漏，堵漏方法的基本原理主要是通過調(diào)整改變鉆井液的性能（黏度，密度，觸變性，剪切性等），改善鉆井方式，加入堵漏材料。

1.1 滲透性漏失（小漏）

（1）停鉆，將鉆頭起至安全井段靜止，利用鉆井液的觸變性來封堵裂縫。

（2）調(diào)整鉆井液性能。對于壓差導致的井溫，應(yīng)降低鉆井液的密度：對于自然縫洞導致的井洞應(yīng)提高鉆井液黏度、切力等。

（3）加入細彈性纖維物質(zhì)顆粒及其他彈性固體纖維質(zhì)顆粒中的暫時堵漏活性固體物質(zhì)，如常用鹽酸活性云母片、石灰粉、暫時堵漏阻堵劑等[1]。

（4）若遇到可允許繼續(xù)鉆進的漏失，可利用鉆屑堵漏。若仍無法堵漏，則可采取靜止堵失。

對于直徑較小的裂縫，可直接利用裂縫的尺寸大小，配制固體顆粒直徑大于裂縫直徑的鉆井液直接對裂縫進行封堵。

1.2 多孔隙、微裂縫漏失

（1）自動泵人采用含橋梁封堵劑的稠液型鉆井液，起出自動鉆具，實施自動靜止鉆具堵漏。

（2）將光鉆具（鋌）下至漏層以上循環(huán)，如仍有溫失，可調(diào)節(jié)鉆井液密度，提高鉆井液切力、黏度及加入橋堵劑堵泄。

（3）用高失水漿液、化學凝膠等方法堵漏。高失水漿液進人漏失層，水分迅速滲人地層固相顆粒則留在孔腺內(nèi)，形成堵塞物從而實現(xiàn)堵漏[1]。此外，還有其他方法進行此類堵漏。

1.3 大裂縫、大溶洞漏失

（1）停鉆起鉆的同時通鉆井液（無鉆井液灌清水），將鉆具強行起出。

（2）清水強鉆，下套管封隔。

（3）泵入含橋接材料的稠鉆井液堵漏。

（4）用中性化學凝結(jié)粘膠劑或膠質(zhì)泥漿水泥或速凍冷凝水漿對泥漿進行堵測。

（5）項目采用新型復合橋梁堵漏處理方法堵湖，如用水凝膠+油性水泥混砂漿橋梁連接采用鉆井液和第十二層水性混泥漿、堵劑+凝膠水泥漿等[1]。

（6）用水溶性密封袋堵漏。

（7）用封堵工具堵漏，如用網(wǎng)套式封堵工具、管式封堵工具進行堵漏。

2 堵漏材料

堵漏材料根據(jù)作用機理的不同，大體可以分為橋塞堵漏材料、凝膠類堵漏材料、高失水類堵漏材料、吸水/吸油聚合物堵漏材料以及智能堵漏材料等[2-3]。

橋塞堵漏材料常由不同大小及形狀的惰性材料組成，如木質(zhì)纖維，云母等。由于其為惰性材料，所以不會對鉆井液的流變性產(chǎn)生影響，但其與地層匹配程度較小，在大的漏失通道中易被沖走。

凝膠類堵漏材料通常由引發(fā)劑、交聯(lián)劑、聚合物單體通過交聯(lián)反應(yīng)形成。形成凝膠后有很強的抗剪切能力及粘彈性能夠有效地封堵大裂縫及溶洞，雖能有效匹配漏失層，但成膠時間不易控制，抗溫、抗壓能力差，難以滿足深部地層的堵漏需求。姜雪清等[4]研制的凝膠堵劑KDW具有良好的變形能力，耐溫可達160℃，且在高溫下可再次反應(yīng)增加體系強度，老化后能與漏失地層膠結(jié)為一體。

高失水類堵漏劑通常是在堵漏漿中加入高失水性材料，體系進入漏失層后加入的高失水性材料能在壓差作用下失水聚集形成泥餅，從而達到封堵的效果。但其同樣對漏失地層匹配性差。馬志忠等[5]以S型堵漏劑為基礎(chǔ)配置了新型堵漏漿，該體系形成的泥餅初始強度為4MPa，泥餅的強度隨時間的增長而提高。

吸水/吸油聚合物堵漏材料通常是通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計在聚合物分子中加入親水/親油基團，從而達到遇水或油溶脹但不溶解的效果。該類材料具有良好的膨脹和變形能力，能夠很好地匹配漏失層，達到良好的封堵效果。但其膨脹速度不可控，且在高溫地層中易變質(zhì)，所以難以達到良好的延時封堵的效果。

智能堵漏材料能夠感知地層環(huán)境刺激從而自主判斷發(fā)生變化后進行封堵的材料，因而可以在各種復雜地層中應(yīng)用。現(xiàn)有的智能堵漏材料有智能記憶合金材料、智能凝膠等，但這些都尚處于起步階段，需要進一步完善和發(fā)展[6]。

3 判斷井漏的方法

3.1 觀察鉆井液參數(shù)的變化

（1）滲透性漏失：鉆井液池液面緩慢下降，隨著鉆井液中固相顆粒封堵而趨于穩(wěn)定。鉆井液進出口流量差初始時緩慢增加，后隨著封堵而緩慢下降，直到回復正常。

（2）天然裂縫性漏失：鉆井液池液面初始突然下降，隨著裂縫封堵而緩慢降低。鉆井液進出口流量差初始時突然增加，而后緩慢降低。

（3）誘導裂縫性漏失：鉆井液池液面緩慢下降，隨著封堵成功而趨于正常。鉆井液進出口流量差初始時突然增加，而后急劇下降，最后恢復到初始值。

（4）大型裂縫溶洞漏失：鉆井液池液面突然下降，且無減慢趨勢。鉆井液進出口流量差突然增加，隨著漏失的發(fā)生保持不變。

3.2 用電阻率判斷漏層

發(fā)生井漏后，重泥漿傾入井眼附近地層，會改變傾入帶的電阻率。該方法是利用鉆井液漏失對深、中、淺三條電阻率曲線的影響對漏失層位進行識別。中、淺兩條電阻率曲線分別對應(yīng)過渡帶和沖洗帶，而深層電阻率曲線反應(yīng)原狀地層電阻率。發(fā)生漏失后，中、淺探測的電阻率會有明顯的降低，而深探測的電阻率不會有明顯的變化。這一點在鉆井時由于泥漿密度過大而壓裂地層形成的裂縫表現(xiàn)尤為明顯。

3.3 用自然電位判斷漏層

地面的電極和位于井中的電極之間存在電位差，隨著地層的不同該電位差也會變化，并且變化的規(guī)律性很強。由于鉆井時多使用淡水泥漿（泥漿濾液的礦化度小于地層水的礦化度），在沒有發(fā)生井漏時表現(xiàn)為自然電位負異常，在發(fā)生井漏后泥漿傾入地層，沒有造成自然電場點動勢產(chǎn)生，則沒有自然電位異常出現(xiàn)。

4 利用地面鉆井參數(shù)識別漏層的要點與意義

相似的情況我國一半以上的石油天然氣田都存在著各種不同程度的鉆井問題，堵漏所花費的時間大約為總鉆井耗時的6%。隨著我國石油資源消耗和石油勘探工作的進一步加深，我們在進行鉆井作業(yè)過程中會遇到的土壤和其他地層也就變得更加復雜了。由于礦山井漏等問題引起的誘發(fā)礦山井壁失穩(wěn)、崩潰、礦山地表噴水等問題被普遍認為在接下來很長的一段時間內(nèi)會逐漸成為我國在油氣資源的勘探與開發(fā)過程中的一個全球化困境和重大難題，因此國內(nèi)外已經(jīng)進行了許多關(guān)于防滲漏堵漏相關(guān)技術(shù)的研究工作。目前對于井漏的一般處理方法包括靜止堵漏、使用高度失水性漿液堵漏、臨時堵法、無機凝膠物質(zhì)堵漏、復合堵漏技術(shù)、強行鉆井套管堵漏封隔技術(shù)等；常見的堵漏材料主要包括橋解式堵漏材料，暫阻式堵漏材料，化學性堵漏材料，無機砼堵漏材料。目前動態(tài)堵漏監(jiān)視儀和誘發(fā)裂縫監(jiān)視技術(shù)在我國應(yīng)用較快，并且“強粘結(jié)性”概念的提出也為新型堵漏監(jiān)視儀理論的研究發(fā)展提供了重要支持。

5 參數(shù)顯示值變化與判斷

5.1 鉆具刺漏或水眼套脫落的判斷

泥漿泵壓顯示值下降，首先要排除泥漿泵上水不良和地面管匯刺漏引起的泵壓下降。若井內(nèi)原因引起泥漿壓力下降，可能為鉆具刺穿。一般泥漿泵壓下降0.5MPa，為鉆具有裂縫；下降0.8至1MPa，鉆具有孔洞；下降2MPa，為鉆具斷裂或鉆頭水眼套脫落。水眼套脫落為突然下降，鉆具斷裂、泵壓下降變化較緩慢。

5.2 溜鉆事故的前兆判斷

溜鉆事故的前兆，在鉆井參數(shù)儀表顯示為懸重升高，轉(zhuǎn)盤扭矩值變小，速度快，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速加快，進尺加快。應(yīng)考慮要發(fā)生溜翁，相反，為溜鉆結(jié)束。

5.3 井漏的顯示與判斷

鉆井過程中，泥漿排量指示值變小或低限報警，為鉆進中井漏，這時泵壓指示值略有下降，指重表懸重增加，進尺加快，要防止溜鉆事故。

下鉆具時速度過快，沖擊力過大，沖垮漏層井段，如果連下幾組鉆具，泥漿出口排量表無顯示，應(yīng)考慮下鉆過快而脹垮漏層引起井漏。

5.4 井噴的顯示與判斷

鉆進過程中，若遇泥漿出口排量表顯示值增大并報警，泵壓表指示值有所上升。泥漿粘度變小，泥漿密度減小，為井噴前兆。應(yīng)立即采取措施控制井噴。鉆井參數(shù)儀表的井噴報警，比氣測儀的井噴報警，在3000米井段，要提前5分鐘。

在上提鉆具時，泥漿出口排量指示值應(yīng)為零，若這時有泥漿出口流量表顯示或報警，應(yīng)考慮提起鉆具發(fā)生井噴。除迅速補給泥漿外，應(yīng)立即采取措施控制井噴。