钻井工程防漏堵漏技术.ppt

钻井工程防漏堵漏技术,内容提要,第一部分：井漏的基本概念第二部分：井漏的性质与分类第三部分：预防预处理井漏的基本思路与程序第四部分：常用堵漏材料与工具第五部分：井漏的预防第六部分：处理井漏的常规方法与措施第七部分：储层井漏的处理第八部分：复杂井漏的处理第九部分：处理井漏的原则第十部分：气体型流体钻井治漏技术第十一部分:近年来国外堵漏技术新进展第十二部分:渤海油田井漏简况,第一部分：井漏的基本概念,一、井漏的定义二、井漏的危害三、发生井漏的基本条件四、钻井中发生井漏的几种常见情况,井漏是指在石油、天然气勘探开发的钻井、修井等作业过程中，井内工作流体(钻井液、修井液、固井水泥浆等)漏入地层的一种现象。我们在这里所指的“井漏”是：在油气钻井作业过程中，钻井液漏入地层的一种井下复杂情况。,一、井漏的定义,二、井漏的危害,1.井漏损失大量的钻井液，使钻进无法维持;2.井漏损失大量的钻井时间;3.井漏消耗大量的堵漏材料;4.井漏可能使地质录井工作不能正常进行，从而不可能获取合格的地质资料;5.井漏可能造成井塌、卡钻、井喷等其它井下复杂情况和重大事故，给钻井工程造成重大损失;6.如果储集层发生井漏，大量的钻井液和堵漏材料进入储集层空间，造成严重储集层伤害。,三、发生井漏的基本条件,井漏的产生必须具备三个必要条件：一是：地层中存在能使钻井液流动的漏失通道，如孔隙、裂缝或溶洞；二是：井筒与地层之间存在能使钻井液在漏失通道中发生流动的正压差；三是：地层中存在能容纳一定钻井液体积的空间。以上三个条件缺一不可，必须同时具备时才产生井漏。,四、钻井中发生井漏的 几种常见情况,1、钻进过程中井漏；2、提高钻井液密度过程中井漏；3、关井过程中井漏；4、压井过程中井漏；5、下钻或开泵时井漏。,第二部分：井漏性质与分类,一、漏层性质,弄清楚漏层性质，是提高处理井漏成功率的关键。漏层性质的确定比较困难，尤其是漏失通道性质的确定更是如此。现场主要是通过综合分析的方法来判断漏层性质：井漏发生后，首先是分析漏层位置，在漏层位置确定的基础上，根据漏层岩性、漏层位置井深、钻时、漏失井段长短、井漏严重度等来判断漏失通道性质。,漏速：指单位时间内的漏失量，用m3/h表示：漏层吸收系数：用单位压差下的漏速来衡量漏层的漏失能力，称为漏层吸收系数：,二、井漏严重度,三、漏失压差,除漏失通道自身性质外，漏失压差是决定井漏及漏失严重度的关键因素。漏失压差：作用于漏层上的动压力：漏失压力：,四、影响井漏的因素,影响井漏的因素很多，也比较复杂，但概括起来讲，主要有两个方面：1、漏失通道性质对井漏的影响2、漏失压差对井漏的影响：凡是对漏失压差产生影响的因素均对漏失产生影响。,漏失通道性质对井漏的影响非常复杂，一般有这样的规律：(1)漏失通道的开口几何尺寸越大，井漏越严重；(2)漏失通道之间的连通性越好，井漏越严重；(3)漏失通道倾角越大，井漏越严重；(4)如果漏失通道中含有活动地层水，会给堵漏带来很大困难；(5)如果漏失通道中含有非常活跃的天然气，井漏后极容易产生井喷。,1、漏失通道性对井漏的影响,2、压差对井漏的影响,(1)钻井液密度：钻井液密度越高，液柱压力越大，漏速越大；(2)钻井液粘切：粘切越大，循环压耗越大，漏速越大；粘切越大，漏失通道中的流动阻力越大，漏速越小；(3)排量：排量越大，循环压耗越大，漏速越大。,五、井漏的分类,国内外对井漏的分类方法很多，它们分别从不同的侧面反映了井漏的性质和规律。这里我们介绍几种现场常用的分类方法。,1、按漏速分类,2、按漏失通道形状分类,3、按引起井漏的原因分类,第三部分：预防与处理井漏的 基本思路和程序,本节主要围绕井漏发生的条件和影响因素，介绍预防和处理井漏的基本思路及程序。,一、基本思路,由产生井漏的三个基本条件可知，要预防井漏的产生或要消除已发生的井漏，不外乎有三条基本思路(途径)：1、封堵漏失通道，即我们通常所说的堵漏 2、减小或消除井筒与地层之间的正压差 3、增大钻井液在漏失通道中的流动阻力,二、处理井漏的基本程序,1、漏层位置的确定方法,(1)综合分析法a)钻进中井漏：钻开新地层时，井底漏；b)分析原来曾发生过井漏的层段重新漏失的可能性c)根据地层压力和破裂压力的资料对比，最低压力点是首先要考虑的地方，特别是已钻过的油、气、水层及套管鞋附近；d)根据地震、地质剖面图和岩性对比，漏层往往在孔隙、裂隙发育的地方；e)和邻井相同井段进行对照分析。,(2)正反循环法,原理：漏速相等时，漏失压差相等要点：正循环的漏速V正返循环的漏速V反适用性：有返井漏计算公式：,D、D1、D2钻具内径、钻具外径、井眼直径，m；Vf1、Vf2、Vf3正循环时环空流速、反循环时环空与钻具内流速，m/s。,(3)漏前、漏后立压变化法,原理：井漏后漏层以上环空压耗减小要点：井漏发生后，排量不变计算公式：有返出时：无返出时：,(4)替换轻泥浆法,原理：漏层压力不变要点：漏层以上泥浆全部替换为轻泥浆，这时静液面发生变化，根据静液面的变化计算注意：替换后静液面在井口以下，密度均匀计算公式：,(5)注轻泥浆法,原理：在用轻泥浆顶替重泥浆的过程中，泵压发生变化，当轻泥浆到达漏层时，泵压的变化出现拐点。要点：在整个顶替过程中，排量不变。,(6)周循环时间差法,原理：井漏发生后，由于漏层以上钻井液上返速度降低，导致循环时间延长。计算公式：,其中：,Q排量，m3/min；Q返出量，m3/min；D2，D1分别为井眼直径和钻具外径，mm；T井漏后的实测周循环时间；V井眼容积(扣除钻具本体体积)，m3。,(7)盲堵找漏层法,条件：有两个或以上的可疑漏层；非溶洞或大裂缝漏失；采用桥浆堵漏的方法。原理：利用堵漏剂及顶替泥浆量的差来确定漏层位置。做法：1.确定静液面和可能性最大怀疑漏层；2.下钻位置靠近可能性大的漏层；3.准确计算注入堵漏剂和顶替泥浆到达各可 疑漏层的量和填满静液面以上空间的量；4.根据实际注入量确定漏层位置。,2、漏层压力的确定方法,漏层压力是指漏失停止后，漏层所能承受的静液柱压力。漏失停止后，井筒中的钻井液液面就静止在某一位置，根据静液面井深，漏层压力计算如下：现场确定静液面的方法主要有仪器测试、下钻探测、悬重变化计算等方法。,3、漏失通道性质的确定,4、漏层对压力敏感性的分析,漏层对压力的敏感程度主要有两个方面的含义：(1)指漏速对漏失压差的敏感程度；(2)是指漏失通道对井筒动压力的敏感程度。,5、井漏严重程度及复杂性的判断,在确定漏层位置、漏失通道性质、漏层所含油气水情况以及漏层对压力敏感程度的基础上，并结合其它井下情况，如井塌、卡钻、井喷等，综合分析判断井漏的严重度及复杂性，即充分地认识井漏性质和可能发生的其它井下复杂，只有这样才可能制定出处理井漏的合理方案，及时有效地消除井漏，最大限度降低井漏造成的损失。,6、制定处理井漏的 具体方法与施工方案,在充分认识井漏性质的基础上，同时结合现场实际情况，确定处理井漏的具体方法和施工方案。若采用堵漏的方法(处理井漏的主要手段)，主要考虑：堵漏浆液的配制、钻具下入井深、堵漏浆液的注入工艺、顶(挤)替量及其工艺、确保堵漏施工的安全技术措施、堵漏施工中可能出现的其它意外情况及其应急方案等问题。,第四部分：常用堵漏材料与工具,堵漏是处理井漏最普遍最常用的一种方法。堵漏不能缺少堵漏材料和堵漏工具，堵漏材料和堵漏工具是钻井工程防漏堵漏的物质基础，这一部分主要介绍现场常用的堵漏材料与工具。,一、堵漏水泥浆,水泥是常用的一种无机胶凝堵漏材料，其堵漏原理是把水泥配成水泥浆，泵送至漏层中，一段时间后，水泥浆从稠化到固化，形成具有一定抗压强度的凝固体而填塞漏失通道，并把近井壁周围的地层胶结为一体，达到封堵漏层的目的。（平衡原理）水泥具有原料来源广、价格便宜、堵漏工艺简单、固化前能适合任意漏失通道形状、固化后具有很高的抗压强度和承压能力等特点，因而水泥浆堵漏一直是现场应用最广泛的一种堵漏方法之一。,平衡原理的解读,所谓平衡原理指的是在水泥堵漏过程中所建立的两个平衡，即钻具内外的压力平衡和井筒内液柱压力与地层压力之间的平衡。钻具内外的压力平衡：尽可能保证钻具内外的水泥面高度一致，最大限度的减少混浆。井筒内液柱压力与地层压力之间的平衡：平衡实现的时候，形成井筒内与地层之间的水泥连续相，这是水泥堵漏成功与否的关键，也是水泥浆堵漏的精髓！怎样保证井筒与地层之间形成水泥浆的连续相？,1、普通水泥浆,(1)水泥原浆：G级油井水泥:水1:0.450.6，主要用于浅井中深井段的堵漏；(2)缓凝水泥浆：G级油井水泥:水1:0.450.6，并在水泥浆中加入缓凝剂，主要用于中深井深井段的堵漏；(3)速凝水泥浆：G级油井水泥:水1:0.450.6，并在水泥浆中加入催凝剂，主要用于浅井段的堵漏。最常用的催凝剂为CaCL2和水玻璃，配制时将催凝剂溶解在配浆水中，其加量根据需要而定，一般情况下，CaCL2在配浆水中的加量为815，水玻璃的加量为610。,2、胶质水泥浆,胶质堵漏水泥浆是在水泥浆中加入膨润土，以提高浆液的抗稀释能力，同时可降低水泥石的强度，防止软地层堵漏后，钻水泥塞时钻出新井眼的目的。胶质堵漏水泥浆通常采用以下两种方法配制：(1)把膨润土粉与水泥干灰混合，混合比例一般为：水泥:膨润土100:1030，按0.60.8的水灰比配成密度为1.501.70g/cm3的胶质水泥浆。(2)把水泥加入到13的预水化膨润土中，配成密度为1.651.80g/cm3的胶质水泥浆。此方法获得的胶质水泥浆比第一种方法抗稀释能力更强。,SHANUL-4井26in钻头表层43m发生井漏，无静液面，采用20%高浓度桥塞无效，干堵漏剂直接倒入井中，灌泥浆返出，划眼到底即漏，如此反复堵漏多次无效。采用胶质水泥：6%膨润土浆:水泥浆1:1，双管井口混合注入，各11m3。候凝12h钻塞不漏，继续钻进不漏，36in扩眼不漏，下30in套管固井不漏。,经典案例（SHANUL-4井）,3、柴油膨润土水泥浆,(1)原理：柴油膨润土堵漏水泥浆是将一定比例的水泥、膨润土和柴油混合，配成一种比较稳定的悬浮液，由钻杆内注入漏层，并和管外注入的钻井液混合，油被钻井液中的水替换并游离出来，水泥和膨润土吸水后形成粒度不等的小球，这些小球在漏失通道架桥堵塞，并相互粘结，最终形成膨润土水泥石而彻底封堵漏层。(2)特点：具有桥浆和水泥浆堵漏的双重作用。(3)配方：膨润土:水泥:柴油1:1:1.5(重量比)，配成密度为1.49g/cm3的浆液，该浆液与钻井液按不同比例混合，可获得从软到极硬的堵塞强度。,二、桥接堵漏材料,1.对桥接堵漏材料的要求(1)与携带液(泥浆)无明显的化学作用，对泥浆性能无破坏性影响，具有一定的抗温能力；(2)起“架桥”作用的硬果壳类材料必须具有一定的强度，棱角分明，且在水中和碱液中浸泡一段时间，强度无明显降低；(3)材料便于加工和管理，不易腐烂变质；(4)来源广，价格便宜，便于大批量采购。,2、种类,桥接堵漏材料按其形状可分为三大类:(1)颗粒状材料。常用的有核桃壳、橡胶粒、焦炭粒、碎塑料粒、硅藻土、珍珠岩、生贝壳、熟贝壳、生石灰、石灰石、沥青等，它们在堵漏过程中卡住漏失通道的“喉道”，起“架桥”作用，因此又被称为“架桥剂”。它们必须有适当的几何尺寸和机械性能，以便能承受作用于桥塞上的压差。一般认为，若是流体中含有一定浓度的、其粒径为漏失通道宽度约三分之一的硬颗粒，那么漏失通道便容易被堵住。换句话说，就是在堵漏过程中，颗粒状材料的最佳尺寸是地层中漏失通道开口尺寸的三分之一，此时方能形成稳定的桥堵。在稳定的桥堵形成过程中，颗粒状材料必须具有足够的抗压、抗张和抗剪切的强度才能承受由压差引起的弯曲应力和纵向应力。同时，颗粒状材料还必须具有足够的硬度，以防止颗粒应力形变而改变其几何形状而降低堵漏效果。,2、种类,(2)纤维状材料。来源于植物、动物、矿物，以及一系列合成纤维，如锯末、各种树木粉末、棉纤维、皮革粉、亚麻纤维、花生壳、玉米心、纸纤维、甘蔗渣、棉籽壳、石棉粉、废棕绳等，它们在堵漏浆液中起悬浮作用，在形成的堵塞中它们纵横交错，相互拉扯，因此又被称为“悬浮拉筋剂”。,2、种类,(3)片状材料 云母片、稻壳、赛璐珞、玻璃纸、鱼鳞等属于这类材料，它们在堵漏过程中主要起填塞作用，因此又称作“填塞剂”。它们必须有能力在堵桥上形成密封，以降低堵塞渗透率。就纤维状和片状材料而言，它们必须有能力在堵桥上形成密封，以降低堵塞渗透率。也就是说，它们必须具有足够的强度，才能桥接填塞住颗粒状材料中的间隙，而且还必须具有足够的弹性和塑性，才能变形封堵大部分缝隙的有效流动面积。,3、规格,桥接堵漏剂没有统的规格，美国通常将颗粒状材料分为粗、中、细三级，粗粒介于410目之间，中粒介于1220目之间，细粒小于20目。在我国一般分为5种规格：45目、57目、79目、912目、小于12目。片状材料一般应通过4目筛，以防堵塞钻头水眼，柔性片状材料的尺寸可达25.4mm。片状材料要求具有一定的抗水性，水泡24h后其强度不得降低一半，在原处反复折叠不断裂。柔性大者其厚度可为0.25mm，柔性差者厚度为0.0130.1mm。表51列举了四川石油管理局所采用的云母片的筛析结果。纤维状堵漏剂通常分为四种：47目、712目、1240目、40目以下。,4、桥接堵漏材料的物理化学特性,（1）结构特征 从生物显微镜的照片上可以清晰地看到各类桥接堵漏材料的结构特征。核桃壳颗粒分明、棱角突出，是堵漏架桥的理想材料；云母片光滑明亮、片理清楚；棉籽壳含有细长纤维，并夹有片状壳体；花生壳以片状为主，片状间以纤维相连，兼有纤维状与片状材料的双重特征；甘蔗渣纤维致密、韧性良好；石棉材质松散，纤维长而坚韧，并具有耐高温的特性。,4、桥接堵漏材料的物理化学特性,（2）机械性能,核桃壳、贝壳、云母、蛭石等都是较理想的堵漏材料，而石英砂由于材质过于坚硬，加工比较困难，因此一般不作为堵漏材料。,4、桥接堵漏材料的物理化学特性,（3）温度影响 绝大多数桥接堵漏材料在120以下性能基本不变，120以上时部分材料性能有所改变，当温度高达180时，云母、蛭石、贝壳及石棉等材料性能基本不变，而核桃壳、甘蔗渣、谷壳等强度有所下降，锯末、纸屑和棉籽壳等部分烧焦。说明对于一般性质的井漏，上述材料均能适用，但对于超深井或高温井,上面的一些材料就不合适了。,4、桥接堵漏材料的物理化学特性,（4）浸泡试验 除锯末、花生壳、纸屑、棉籽壳、甘蔗渣等纤维物质在浸泡中略有吸水或吸油变软外，其它材料性能基本不变，变化程度以油或油基泥浆比水或普通泥浆要好。作为架桥材料的核桃壳、橡胶粒等，其性能受液体的影响极小，核桃壳经油浸后，颜色光亮、韧性好，强度也略有增高。说明上述材料均适用于水基和油基泥浆。,4、桥接堵漏材料的物理化学特性,（5）桥接堵漏材料对泥浆性能的影响 在泥浆中加入核桃壳、云母等材料，对泥浆性能影响不大。而锯末、棉籽壳、甘蔗渣、石棉等材料都对泥浆有着不同的增粘作用，其中以棉籽壳、甘蔗渣、石棉等对泥浆的增粘尤为显著；多数材料的加入，都使泥浆的失水有所增加，但影响不大。,5、原理,桥接堵漏剂封堵漏失通道的过程属机械堵塞:(1)“架桥”作用（架桥原理）(2)充填和嵌入作用(3)渗滤作用(4)“拉筋”作用(5)膨胀作用(6)“卡喉”作用,(1)“架桥”作用（架桥原理）,作为“架桥剂”的颗粒状桥接堵漏材料，在通过地层中漏失通道时，能在其凹凸不平的粗糙表面及狭窄部位产生挂阻并“架桥”。所谓“架桥”，不仅仅指的是颗粒材料“单板”式的“架桥”，多数情况下是多颗粒材料相互支撑、相互依托的堆砌式“架桥”。由于颗粒状材料材质硬、力臂短、应力分散，因此一旦“架桥”，就具有相当强的抗压能力，在其它材料的配合作用下，能有效地封堵漏层。,(1)“架桥”作用（架桥原理）,对于颗粒状桥接堵漏材料的架桥机理，国外有关学者进行了更为深入的研究。美国桑迪拉实验室针对裂缝性漏失地层，建立了单颗粒材料和多颗粒材料的桥堵模式。模式的研究表明，宽广的颗粒尺寸分布，有利于获得大量组合颗粒尺寸来桥堵大范围的裂缝宽度，但是只有一定尺寸的颗粒才能产生稳定的桥堵，而且双颗粒稳定桥堵形成的可能性会随颗粒尺寸的增加而降低，形成桥堵的强度则增加。颗粒状材料的浓度不会明显影响桥堵的承压能力，但会增加桥堵形成的可能性。,(1)“架桥”作用（架桥原理）,日本学者针对渗透性漏失，提出三颗粒相接和四颗粒相接的架桥模型理论，模型中以球代表颗粒。研究球形相接模型的目的，是为了更好地选择堵漏材料粒径的配比，特别是有效粒径对堵漏的效果至关重要。研究表明，上述两种理论模型在实际中都是存在的，但三球相接模型占多数。对于三颗粒相接架桥理论来说，形成最佳桥堵的粒径比为1：0.15。四颗粒相接架桥理论模型的研究表明，从第一颗粒到第四颗粒的粒径比是1：04：0.1：0.05，也就是说，按照上述粒径比组合复配而成的堵漏剂，能有效快速地封堵漏层。,(2)堵塞和嵌入作用,上述“架桥”作用形成以后，仅仅形成了封堵漏失通道的基本骨架，漏失通道由大变小，由小变微，但还没有彻底消除漏失通道的相互连通。这时，堵漏浆液中的纤维状材料、片状材料和细颗粒材料，在压差的作用下对“桥架”中的微小孔道和地层中的原有小裂缝进行嵌入和堵塞，从而完全消除井漏，达到堵漏的目的。,(3)渗滤作用,堵漏浆液中的桥接材料，具有增大浆液高压失水的作用，形成较厚的滤饼。这些滤饼在压差的作用下，被挤入地层裂缝，形成楔塞，增强堵漏效果。,(4)在滤饼中的“拉筋”作用,堵漏浆液在压差的作用下失水形成滤饼填塞时，各类堵漏材料，尤其是纤维状和片状材料被夹在滤饼之中起到了强有力的“拉筋”作用，同时大大加强了楔塞的机械强度。这样，由基本“桥架”和填塞物以及含“拉筋”材料的滤饼共同在漏失通道中形成塞状的封堵垫层，这种塞状的垫层在漏层中的移动十分困难，故能达到堵漏的目的。,(5)膨胀堵塞作用,桥接堵漏材料大部分属于木质纤维类物质，这些材料在水或水基泥浆的浸泡下，具有一定的吸水膨胀性。因此，当桥接堵漏材料被挤进地层裂缝形成“桥堵垫层”后，受到地层中液体的浸泡膨胀，可增加“桥堵垫层”的封堵能力。,(6)“卡喉”作用,地层中存在有许多形状不一的裂缝、孔隙，它们互相交错、延伸。对一条漏失通道来说，始终有其最窄小的部位，这就是“喉道”，在此“架桥”就是我们所说的“卡喉”作用。桥接堵漏材料就是针对这些“喉道”部位发挥架桥、填塞、嵌入等作用来形成机械堵塞，从而达到消除井漏的目的。,从桥接堵漏材料的基本作用原理，可以总结出对桥接堵漏材料的主要功能要求。就颗粒状材料而言，它们必须有适当的几何尺寸和机械性能，以便能承受作用于桥塞上的压差。一般认为，若是流体中含有一定浓度的、其粒径为漏失通道宽度约三分之一的硬颗粒，那么漏失通道便容易被堵住。换句话说，就是在堵漏过程中，颗粒状材料的最佳尺寸是地层中漏失通道开口尺寸的三分之一，此时方能形成稳定的桥堵。在稳定的桥堵形成过程中，颗粒状材料必须具有足够的抗压、抗张和抗剪切的强度才能承受由压差引起的弯曲应力和纵向应力。同时，颗粒状材料还必须具有足够的硬度，以防止颗粒应力形变而改变其几何形状而降低堵漏效果。就纤维状和片状材料而言，它们必须有能力在堵桥上形成密封，以降低堵塞渗透率。也就是说，它们必须具有足够的强度，才能桥接填塞住颗粒状材料中的间隙，而且还必须具有足够的弹性和塑性，才能变形封堵大部分缝隙的有效流动面积。对这一类材料功能的要求，显然不同于对颗粒状材料功能的要求，原因是几乎没有一种材料能完全同时具备上述两类材料的功能。因此，坚硬的颗粒状材料与易弯曲的纤维状和片状材料的复合物才能提供最佳的裂缝封堵特性。,5.桥接堵漏材料的封堵特性,单一的桥接堵漏材料能封堵的裂缝大小与材料加入的浓度和粒度有关。一般而言，单一材料可封堵住比其自身粒度直径大23倍的裂缝，而单一材料的最佳浓度则因材料的不同而存在差别。单一材料的封堵能力往往是很有限的，由于不同材料的组合能相互增效，因此桥接堵漏材料的复配使用，能大大提高其封堵能力。,5.桥接堵漏材料的封堵特性,颗粒状桥接堵漏材料一般分为粗、中、细三种规格。各组分间的重量比约为1：1：1，可根据实际情况灵活掌握。颗粒粒径大小也应视裂缝大小而定，但最粗的材料粒径一般在裂缝尺寸的三分之一较为合适。颗粒状、片状和纤维状堵漏材料之比一般为5：2：1，其中片状和纤维状材料在堵漏浆液中加量一般不得超过5，否则将大量吸水而使泥浆变稠，导致泵送困难。其它材料加量也应控制在7以内，因为单一规格材料的加量在5时，已能较大限度的发挥其堵塞能力，加多了会造成施工困难和造成堵剂的浪费。,5.桥接堵漏材料的封堵特性,在钻井液中加入不同粒径、不同形状的桥接堵漏剂配成的具有一定浓度的堵漏浆液 注意事项：(1)级配(2)浓度(3)浆液量,6.复合桥接堵漏材料,随着人们对桥接堵漏材料认识的深入，在应用上早已完成了从单一材料向复配使用方向上的转化。但是，长期以来盲目的混合使用，掩盖了复配的实质，影响了复合堵剂的发展。近年来，人们更加深入地研究了桥堵材料之间、粒径大小之间的关系，开发出了各种具有较高实用价值的复合桥接堵漏材料，使桥接堵漏材料的应用得到了进一步发展。,6.复合桥接堵漏材料,(1)橡胶粒复合堵漏剂 橡胶粒复合堵漏剂是一种新型的桥接堵漏剂。这种堵漏剂比单一的堵漏剂好，它可以充分发挥各种物质的合力作用，具有较好的弹性和挂阻特征。进入裂缝后能产生较高的桥塞强度，所以能达到快速、安全堵漏的目的。其堵塞机理是靠橡胶粒在裂缝内形成桥塞骨架，在充填剂作用下达到密封，通过静止形成内泥饼而达到堵漏的目的。,(1)橡胶粒复合堵漏剂,橡胶粒复合堵漏剂的组成 橡胶粒35，核桃壳20，贝壳粉15，锯末10，棉籽壳12，花生壳5，稻草3。,(1)橡胶粒复合堵漏剂,橡胶粒在复合堵剂中的作用 胶粒可用废旧的橡胶，如轮胎胶等加工而成。它具有一定的强度和很好的弹性。室温下测得胶粒的破碎压力在50MPa以上，弹性模量为80MPa，弹性系数为045。胶粒在压力的作用下产生形变。反之，胶粒发生形变后就会产生相应的反弹力。这种反弹力如果作用在胶粒相接触的层面间，必定会增大接触面间的摩擦阻力。根据这一理论，如果用胶粒堵漏，设法使其进入裂缝内，产生一定程度的形变，就会使胶粒和缝壁之间产生很大摩擦力，借此摩擦阻力，在撤去外力后，胶粒就会获得一定的稳定性而形成桥塞骨架。,橡胶粒在复合堵剂中的作用,这种骨架能否形成取决于胶粒的粒度，如果我们选择的胶粒粒度合适，再配合其它一些填充和固化性材料，必定能达到堵漏目的。胶粒的密度在1.1721.270gcm3之间，能够均匀地分散于泥浆当中，并能吸附泥浆中的粘土等物质形成一层吸附膜，具有一定的粘结能力，胶粒呈不规则多面体，能与缝壁产生较大摩擦力。这些特性表明，胶粒是一种很好的堵漏材料。,橡胶粒在复合堵剂中的作用,胶粒是一种柔性桥堵材料，选择胶粒的粒度，应首先研究胶粒在裂缝内的行为，即胶粒以何种方式产生桥堵。作为桥堵剂不仅应易于产生桥堵，而且应具有一定的强度。很多研究者认为，桥堵材料的颗粒应为裂缝宽度的至之间，才能获得比较稳定的桥堵。这种理论对于坚 硬材料而言是合理的。因为硬颗粒的弹性形变极小，象核桃壳之类，颗粒尺寸若大于裂口宽度，只能在缝口桥堵，这种桥堵很不稳定，在泥浆流动和钻具运动时都会很快被解堵；1至裂缝宽度的颗粒不可能产生两个颗粒桥堵，而恰好相当裂口宽度的颗粒事实上是很难选择的；小于的颗粒粒度太细，产生桥堵的机率太低，也是不可取的。,橡胶粒在复合堵剂中的作用,对于胶粒而言，它在裂缝内的行为和核桃壳就有许多不同之处，它可以选择大于裂口宽度的胶粒，在外力的作用下进入裂缝内，而形成单桥(图513)。这种单桥有一定的强度，且有100的成堵机率。胶粒在裂缝内形成两个以上的桥堵是不易的(图514)，虽然也能产生瞬间桥堵，但在压差的作用下，胶粒将变形，到一定程度桥堵就会破坏。无论是平行裂缝还是楔形裂缝，只有两个以上胶粒的桥堵都不易形成而且强度很低。单个胶粒桥堵不论在平行裂缝还是楔形裂缝内都易于形成，其强度随变形程度的增大而增大，通过粗略计算，得出不同裂缝、不同压力可选择的大于裂口宽度的胶粒尺寸。,橡胶粒在复合堵剂中的作用,进一步研究表明，单个胶粒桥堵的致密程度是很差的。胶粒之间有一定的孔隙，还须进一步封堵，这就需要配合一定量的小于裂口宽度的胶粒，这些胶粒的选择同样应根据它们的大小而定，它们的作用是在大胶粒形成桥堵之后进一步进行堆积桥堵，因此1到1/7以下的胶粒都是必要的。但是，不同粒度的胶粒相互匹配应有一定的比例，通过实验测得大小颗粒的比例为：大于裂口宽度的胶粒占4050，11/2的胶粒占1020，小于的1/2胶粒占3040，不仅有一定的强度，而且比较致密。,2.FDJ复合堵漏剂,FDJ复合堵漏剂是以惰性硬堵材料为主要原料，以无机盐为增强剂，以聚合物为助效剂，通过优选各类硬性堵漏材料的配比、单一硬性堵漏材料的粒级分布、增强剂、助效剂等，研制出的复合堵漏剂。该堵漏剂包括适应小漏速(10m3/h)堵漏的FDJ一1，适应中等漏速(10 30m3/h)堵漏的FDJ一2和适应大漏速(3050m3/h)堵漏的FDJ一3。FDJ在一般情况下的推荐用量（以FDJ在堵漏液中的浓度计）如下：FDJ1为2%5%；FDJ2为3%8%。长段漏层、漏层不清，抢钻后堵漏时可提高至10%12%；FDJ3为5%10%。严重漏失时可提高至10%15%。,3.HD桥接复合堵漏剂,HD桥接复合堵漏剂是通过堵漏模拟试验台架对10种桥堵剂进行正交试验优选出的最佳配方。HD桥堵剂由核桃壳、云母、橡胶、棕丝、蛭石、棉籽壳、锯末复配而成，其配比为3：2：3：0.1：2，1：1。HD复合桥接堵漏剂，当其颗粒以大于5目的粗颗粒为主时，可在3MPa压差下堵住宽度9mm以上的裂缝；当其以中、细颗粒(520目)为主时，可堵住宽度9mm以下的裂缝。如果在HD复合桥接堵漏剂所配浆液中增加2单向压力封闭剂，则可进一步提高堵漏效果，所堵裂缝宽度可增加12mm。,4.915、917复合桥接堵漏材料,915、917复合桥接堵漏材料是辽河石油勘探局泥浆公司研制的。915由30核桃壳、45棉籽壳与锯末、25蛭石与云母片组配而成；917由20核桃壳、15橡胶粒、15棉籽壳、20锯末、15蛭石、15云母片组配而成。,5.棉籽壳丸堵漏剂,棉籽壳丸堵漏剂是由棉籽壳、棉籽粉、膨润土以及棉绒和表面活性剂等制成的丸。钻遇漏层，将此剂加入泥浆，挤入漏层经一段时间后开始吸收大量的水，引起膨胀和分裂，封堵漏层。,1、原理：高失水堵漏浆液进入漏失井段后，在井下压差的作用下迅速失水，浆液里的固相组分在漏失通道中聚集、变稠，形成堵塞滤饼，继而压实，填充漏失通道，达到堵漏的目的。（架桥原理）2、特点：高失水堵漏剂以其使用方便、见效快、适应范围广等特点。如：Z-DTR、PCC、HHH、HALS等等。,三、高失水堵漏剂,1、PCC暂堵剂：是一种可酸溶的高失水堵漏剂，滤饼酸溶率达85以上，堵漏原理与高失水堵漏剂同。2、SLD-1：是由纤维状和颗粒状材料组成的桥接堵漏剂，酸溶率达75，堵漏原理与桥接堵漏剂同。3、酸溶性固化材料ASC-1：是一种无机固化堵漏剂。堵漏浆液注入漏层后，在井下温度的作用下固化，形成具有一定抗压强度的凝固体，酸溶率达96以上，是油气层堵漏的一种较为理想的堵漏剂。堵漏工艺与水泥浆同。常温下24小时不凝固，可用地面泥浆罐配制。与之性能相近的还有高承压堵漏剂ZC6-6。,四、酸溶性堵漏剂,五、化学凝胶类堵漏剂,1、化学凝胶 聚合物在胶联剂的作用下发生化学反应，生成一种具有较高强度的体形结构凝胶粘弹体。优点：能适应各种形状的漏失通道，并具有相当好的抗水污染能力。缺点：不易形成产品，现场工艺较为复杂，不易掌握。（堵漏原理？）,2、化学膨体 所谓化学膨体，就是一种膨胀性化学材料，经过特殊颗粒化和外隔膜处理以后，使这种材料在遇水一段时间以后开始膨胀，在自由环境中一般可膨胀原体积的50倍。用这种材料封堵漏层时，不需要严格要求其颗粒大小与漏失通道的匹配，利用这些颗粒在漏层中的膨胀特性来达到堵漏的目的。（堵漏原理？）,代表性成果,PMN化学凝胶：利用高分子材料和交联剂发生化学反应，形成具有一定弹性、与岩石有较强黏附作用的凝胶体。完成于八十年代末，未形成产品。智能凝胶：是利用高分子交联技术制得的、具有三维网络立体结构的功能性高分子凝胶，是由三维网络结构的高分子化合物与溶剂组成、并可被溶剂渗透的特殊体系。新型抗高压堵漏剂：含有高分子材料和交联剂，具有高分子材料的粘弹性，是一种聚合物交联体系。,经典案例（罗家2井）,2006年3月3日，罗家2井进行飞仙关层位的试油施工，循环时发生井漏；3月21日3:45井下情况恶化，井筒内液面涨至防溢管，关井、关下旋塞，套压由23.78.517MPa，并逐步演化为地下井漏渗气复杂情况，处于紧急抢险状态。在三次使用“高粘重泥浆水泥浆重泥浆”进行堵漏施工无效情况下，采取“高粘重泥浆智能凝胶水泥浆重泥浆”堵漏压井技术，经过四次连续巩固性施工，成功封堵罗家2井井漏渗气地层，结束抢险。,堵漏效果,堵漏工具，可大致归纳为四大类1、堵漏浆液输送工具:(1)钻具；(2)钻杆特制凡尔浆液筒2、堵漏浆液井下混合工具:筛管钻杆3、堵漏浆液挤注工具:可钻短接安全接头封隔器4、漏层封隔工具:(1)波纹管；(2)袋式工具,六、堵漏工具,(1)波纹管,波纹管堵漏.MPG,典型案例（云安21井）,云安21井海拔805m，用311.2mm（12 1/4in）钻头钻至377m，正钻层位凉高山，岩性页岩夹煤，清水钻进中井漏，出口失返，并且有放空现象，放空1.70m，井内无液面。井漏发生后，用桥浆、速凝水泥共堵漏13次无效。通过电测井径、扩眼、地面焊接波纹管串、下波纹管、投球后井口注入清水胀管、投球加压丢手、下胀管器胀管、磨铣等完成全部试验工序。波纹管总承长度16.7m，下入井段为：342.38m359.08m 完成了波纹管预定的全部施工作业工序，但在注水胀管过程中波纹管破裂，未能实现堵漏的目的。,(2)袋式工具,典型案例（威寒1井）,威寒1井12-1/4in(311.2mm井眼)用密度0.83g/cm3的微泡沫钻井液钻至井深93.56m出现井漏，漏速6m3/h，钻至井深94m，钻具放空至95.42m(放空1.42m)，钻遇溶洞性恶性井漏，井口失返。用浓度为18%的桥浆强钻至井深96.96m(井口失返)。起采用井口投注泥球和混凝土4m3，堵漏无效。用清水强钻井深115m，井口无返，由于漏失通道与地表连通，堵漏材料及强钻浆液漏入山下，强钻无法实施。针对井下漏失情况，采用了袋式堵漏工具进行堵漏试验。,(1)工具入井：在地面连接好工具后，整体吊上钻台送入井下；(2)工具丢手(摆脱)；(3)注水泥浆；(4)起钻。工具起出至钻台，发现工具释放剪销没有剪断，支撑筛管上端螺纹退刀槽处折断。尽管堵漏工具中心筛管断裂，释放接头销钉未能剪断，钻完全部水泥塞及堵漏工具于井深104m不漏，溶洞堵漏成功。,第五部分：井漏的预防,井漏是井下发生的一种复杂情况，有的井漏是客观存在的、不可避免的，但有的井漏是可以通过改变、调整外部因素(条件)避免的，也就是说是可以预防的。,一、设计合理的井身结构,井身结构设计是否合理，直接影响钻井过程中井漏的发生，是预防井漏的基础 设计井身结构的依据：地层压力剖面 考虑的因素：(1)孔隙压力(2)破裂压力(3)坍塌压力(4)漏失压力,使同一裸眼井段所需钻井液当量密度同时满足防喷、防塌、防漏的要求。由于受套管层次的限制，当上述条件无法同时满足时，则应下套管将低破裂压力地层与高压层分开，使得同一裸眼井段所需钻井液最高当量密度小于地层破裂压力，防止压裂性井漏的发生。,一、设计合理的井身结构,二、确定合理的钻井液密度,当井身结构确定后，为防止井漏、井喷和井塌，在确定钻井液密度时，应使作用于井壁上的压力小于该井段地层的最小破裂压力和漏失压力，大于地层坍塌压力和孔隙压力。,1、对于孔隙、裂缝、溶洞十分发育的地层，由于钻井液进入地层的阻力很小，地层的漏失压力与孔隙压力十分接近；2、对于易破碎地层，地层的破裂压力、漏失压力、孔隙压力三者十分接近。因此，在上述地层钻进中，为防止井漏的发生，所选用的钻井液密度所产生的液柱压力尽可能接近地层的孔隙压力，实现近平衡钻井。,二、确定合理的钻井液密度,典型案例（TBK-2井）,TBK-2井是伊朗19+2项目中方钻探的第一口井，用正电胶膨润土泥浆开钻，26in钻头钻至井深47m时发生井漏，漏速24m3/h，堵漏后继续钻至井深48m，双泵有进无出，多次堵漏无效，累计漏失泥浆317m3。在采用常规桥浆堵漏效果不显著的情况下，将正电胶膨润土泥浆转化为可循环泡沫泥浆，漏失现象消失，顺利钻至174m，36in扩眼器顺利扩眼至169m。良好的流变性能提供了良好的大井眼携岩能力，保证了井底的清洁。微泡沫的“气锁”效应起到了很好的封堵作用，固井时水泥浆顺利返至地面。在TABNAK气田和SHANUL气田随后的22口井的表层钻进中，均采用了可循环泡沫泥浆体系，绝大部分井没有出现漏失或出现轻微漏失现象，取得了很好的防漏堵漏效果，很好的解决了该构造的表层漏失问题。,微泡沫钻井液技术,三、确定合理的钻井液粘度和切力,钻井液密度确定后，根据井下具体情况，确定合理的钻井液粘切同样可有效地预防井漏的发生。,1、对于地层松软、压力低的浅井段，采用大直径钻头钻进时，应选用低密度高粘切钻井液，以增大漏失阻力，防止井漏。2、对于深井的高压小井眼井段或深井压力敏感层段，应选用低粘切钻井液，以尽可能降低环空循环压耗，防止井漏。,三、确定合理的钻井液粘度和切力,四、确定合理的钻井参数与钻具结构,在易漏层段钻进时，尤其是深井小井眼，应确定合理的钻井参数与钻具结构，以达到降低环空循环压耗的目的，防止井漏的发生。主要有以下措施：,1、在满足钻屑携带的前提下，尽可能降低钻井液排量；2、选用合理的钻具结构，一方面增大环空间隙，另一方面防止起下钻时破坏井壁滤饼；,四、确定合理的钻井参数与钻具结构,3、在高渗透易漏层段钻进时，降低钻井液滤失量，改善滤饼质量，防止形成厚滤饼而引起环空间隙缩小；4、在软的易漏层段钻进时，应控制钻压，适当降低机械钻速，力求环空钻屑浓度小于5，降低实际环空钻井液密度。,四、确定合理的钻井参数与钻具结构,五、其它钻井工程措施,1、下钻、接单根或下套管时控制下放速度，尤其是在易漏裸眼井段更是如此；2、开泵循环时，应采用“先转动后开泵、小排量、缓慢开泵”的原则；3、当因井塌或砂桥等引起下钻遇阻时，应小排量缓慢开泵，并控制划眼速度；,五、其它钻井工程措施,4、在软地层、易缩径地层、高渗透地层等钻进时，应提高钻井液的抑制能力，降低钻井液滤失量，改善滤饼质量，防止钻头泥包、形成厚滤饼等引起环空间隙或蹩泵，引起井漏；,五、其它钻井工程措施,5、在加重钻井液时，应均匀加重，并严格控制加重速度，防止加重不均或加重过快造成井内液柱压力过高而引起井漏，尤其是在高密度条件下，当钻井液产生的动压力接近地层的漏失压力或破裂压力时更要引起重视。,六、承压试验与先期堵漏,1、在进入高压层提高钻井液密度前，可按下部所需最高当量钻井液密度进行试漏实验，若上部地层不能承受所要求的当量钻井液密度，可对上部地层进行先期堵漏，直致符合要求为止。2、先期堵漏的基本程序：破试；堵漏；试漏。3、由于地层压力预测不准确或因其它原因发生溢流或井涌，需要提高钻井液密度压井时，也可在压井液中加入堵漏材料，对压井液进行预处理，防止压力过程中井漏。,经典案例（新-8井）,新8井，用311.2mm(12-1/4in)的钻头，密度1.37g/cm3的泥浆钻至2729.28m、Tc地层时发生气侵，加重至1.44g/cm3时出现失返漏失，根据邻近新7井的钻井资料，需要2.06g/cm3的泥浆，才能平稳钻穿高压层段下244.5mm(9-5/8in)套管。因此，在密度l.44g/cm3的泥浆就会发生井漏的基础上，要把泥浆密度提高到2.06g/cm3难度很大，何况裸眼已长达2249m。经过23次水泥与桥浆堵漏施工以后，井内仍有进无出。分析原因，提出了采用大型堵漏的方