钻井液漏失及漏失控制研究现状

钻井液漏失及漏失控制研究现状姓名：学号：专业：摘要：本文就井漏的地层类型、地质因素、漏层位置确定方法、堵漏室内模拟实验装置及评价方法、井漏处理技术以及国内外堵漏材料的研究进展作了综述。

明确了漏失发生的三要素，总结了常见的堵漏技术，并认为随着新型功能材料和智能材料的发展，智能材料在各领域中得到越来越多的应用，而多种堵漏材料协同作用于堵漏的思想也将是未来的发展趋势。

关键词：堵漏材料、地层类型、堵漏技术、智能材料、综述1 前言近些年来，随着石油资源对我们生活产生的重要性日益加深，我们对石油储藏资源的勘探也进一步加深，这样一来，井漏问题变得越来越突出，所谓井漏主要的漏失液体就是包括钻井液，水泥浆和完井液以及其他工作流体等，井漏是钻井过程中常见的井内出现的复杂情况，在平常大多数钻井过程中都存在着不同程度的漏失[1]。

严重的井漏会导致井内压力失衡，影响正常钻井工作进行、引起井壁失稳、诱发地层流体涌入井筒并发生井喷现象，而且可能造成井塌、卡钻、井喷等其他井下复杂情况和重大事故，对钻井工作危害极大，甚至会导致井眼报废，造成巨大的经济损失。

据统计，全世界井漏发生率占钻井总数的20%-25%[2]，而井漏的处理是石油钻井中的难点，特别是复杂井漏问题尤为棘手。

恶性井漏损失占井漏总损失的50%以上，且堵漏很难成功，因此亟需加强恶性井漏的防治研究[3]。

所以说堵漏问题是井下钻井作业人员需要解决的首要问题，也是钻井技术遇到的一大挑战。

随着石油科技技术的不断发展，人们在钻井过程中对于堵漏的要求和标准也是逐渐升高，但是在实际的钻井工作中，多样性和未勘测的地层也是无形之中给钻井堵漏带来了难度性很强的工作，所以如何找到切实可行的办法，是解决这个问题的关键点。

在堵漏过程中如果选择了一种性能非常良好的，并且非常适应漏失地层的堵漏材料，那对处理堵漏问题的作用是非常大的[1]。

但是现在井漏中应用到的堵漏材料性能都不是很好，首要的因素就是堵漏材料没有很好的膨胀能力，在没有人工作用的时候是不能稳定地停留在漏失地层中；其次，没有良好的堵漏材料变形性，较大的堵漏材料颗粒不能轻易的进入的相对狭小的空间中，所以颗粒无法深入漏层，只能堆积在楼层表面。

由于这此缺陷的存在，在进行堵漏工作时往往效果不是很理想，在很多时候进行堵漏后，还是会严重影响钻井生产的顺利进行，无法满足堵漏钻井作业的要求。

所以，在加速发展钻井新技术的同时，高度重视各类漏失问题，多学科领域结合，完善预防措施，研发智能型堵漏剂，将钻井新技术的优势最大程度的发挥出来，竭尽全力的剔除不安因素，在钻井技术方面起着非常重要的作用。

2 井漏的地层类型2.1 粘土岩在泥岩、页岩和浅层粘土中，一般来讲，泥页岩发生漏失现象可能性是比较小的，但其中如果存在一些比较硬脆且古老的地层的泥页岩时，当地壳发生运动而形成了裂缝和风化作用会形成许多溶孔或其他层间疏松进而形成了漏失通道，发生井漏现象。

但在中深部，页岩中存在的裂隙尺度一般比较小，一些较特殊的裂缝强烈发育地层除外，一般情况下不易造成井漏[4]。

由于地表和海底粘土的孔隙度较高、成岩率很差、颗粒之间粘结合力差、强度低而容易发生漏失。

2.2 砂、砾岩对于在浅部未成胶结或胶结能力差的、未能成岩的砂、砾岩[4]，由于不能胶结或胶结能力差，孔隙度较大，孔隙之间的连通性很好，当钻进这种类型的地层时非常容易发生漏失现象；对于中和高渗透的砂、砾岩来说，颗粒间的孔隙是他们主要的漏失通道，当钻井液的密度很高时，极易可能发生漏失；但在深部井段已经成岩作用形成了低孔、低渗的砂砾岩，在一般情况下是很不容易发生井漏的。

2.3 盐岩碳酸盐岩大部分是由方解石和白云石等这样的碳酸盐矿物质组成的沉积岩[4]。

所以碳酸盐岩主要的岩石类型就是石灰岩和白云岩，它内部构成碳酸盐岩的主要漏失通道便是由于在成岩作用时所形成的溶孔和溶洞、地层裂缝。

2.4 火成岩和变质岩在经受构造运动和风化等作用，在熔岩的内部形成了刚刚发育的裂缝，构成了主要的漏失通道。

漏失现象主要发生在孔隙和洞穴发育的地层之中[4]。

而在构造轴部和高点、断层附近、断层的上盘等等相对裂缝发育，更易容易发生井漏现象。

在碳酸盐岩和各种地层的风化壳等地层，由于孔、裂缝发育，发生井漏的频率会极大的高于油孔隙的砂砾岩地层。

综上可以看出，井漏发生时的三个必要条件分别是：（1）在井筒中的工作液压力应大于地层的孔隙和裂缝中流体的压力；（2）地层中应存在漏失的通道和比较大的并且足够容纳一定量液体的空间；（3）其外来的工作液固相颗粒大小应小于漏失通道的开口尺寸。

3 井漏的地质因素地质矿产很多分布在褶皱构造和断裂构造上，这类构造的地层情况复杂，钻探过程中很容易遇到疏松岩层、溶蚀孔、断裂裂缝、洞穴孔。

3.1 疏松岩层疏松岩层矿物组分可以分两部分，即砾石和充填物，孔喉结构如图1所示。

砾石以石英质岩为主，结构致密坚硬。

充填物以砂质和泥质为主，砂质的矿物成分为石英、长石及岩屑。

疏松岩层中砾石颗粒一般在30～50mm，最大达200mm多，砾石间的接触关系有3 种方式：线接触、点接触及游离状接触。

相应充填物的充填类型也有3种：接触式充填、孔隙式充填及杂乱充填。

接触式充填物相对较少，砾石间以少量砂质充填，且可能出现少量的空洞。

疏松岩层的孔隙结构如图1，地矿钻探表层时常遇到疏松岩层。

3.2 溶蚀孔该地层中有机质脱羧基作用产生CO2和蒙脱石释放的层间水或渗透水进入孔隙形成酸性水，破坏了原孔隙水矿物之间的比学平衡。

对砂、砾岩层颗粒和填隙物的易溶组分进行溶解、溶蚀作用，形成次生溶蚀孔。

3.3 断层裂缝在地壳构造运动作用下，地层产生倾斜、褶皱、断裂和岩浆活动，使古老岩石形成构造裂缝，形状可以是曲线形或波浪形的，表面一般比较粗糙，内部有时具有一定的填充物。

成岩作用与构造运动是交叉进行的，促进了孔、洞、缝漏失通道的形成、发育，增加了其复杂性，形成裂缝溶孔、裂缝溶洞。

3.4 洞穴孔洞穴在地矿钻探中并不多见，一般的洞穴高度为零点几米到几米，常分为廊道型、厅堂型、倾斜型、迷宫型等。

根据探矿地层漏失的特点，可分为渗透性漏失、中微裂缝性漏失、大裂缝溶洞性漏失和破裂性裂缝漏失[5]。

4 漏层位置确定方法首先确定漏层的位置是处理井漏的关键。

目前，国内外文献介绍的确定漏层位置方法[6]大致归纳为三类：（1）直接观察分析法；（2）水动力学测试法；（3）仪器测定法。

4.1 观察法判断漏层位置凭经验观察钻进时的反应，可以准确判断天然裂缝、孔隙或洞穴地层一类漏层的位置。

例如：在钻开天然裂缝岩层段时，钻井液通常会突然快速漏失，并伴有扭矩增大和蹩跳现象。

若以前未曾发生过井漏，此现象便是井漏出现在井底的可靠显示。

岩芯资料是最直观的反映地下岩层特征的第一手资料，通过对岩芯的分析研究，可以了解地层的倾角、接触关系、孔隙、裂缝、溶洞及断层的发育情况[7]。

在现场钻井液的密度、粘度、含砂量等变化通常也能反映井底的岩石性质。

4.2 水动力学测试方法前苏联叶利科耶夫推出的正、反循环测试法是利用正循环过程中测量泥浆流出量和相应漏失程度，然后反循环测试，直至达到正循环的漏失程度，测量相应的出井流量，再用公式计算。

井漏前后泵压变化测试法确定漏层位置必须准确测量漏失前泥浆排量、泵压和泥浆性能，井漏发生后保持泥浆性能不变，并以相同的排量循环，测出相应的泵压，然后通过相关计算得到。

而立压变化测试法利用井漏时立管压力变化来确定漏失层位置[8]。

4.3 仪器测试法放射性示踪剂测量法是利用含与不含放射性示踪剂的钻井液测出伽玛射线曲线变化，来找出漏层[9]。

井温测量法的原理是钻井液在井内受地层温度的影响形成一定的温度梯度。

若钻遇漏失层，漏层上方井内具有一定温度的钻井液漏入漏层，而下部钻井液保持较高的温度。

当地面温度较低的钻井液打入井内后，立即进行井温测量，其钻井液液柱的地温梯度曲线就会在漏失处出现异常[10]。

流量计法是利用钻井液在漏层处的漏失使转子转速加快，通过流量计的流量增大。

小型转子流量计用单根电缆下入井内，测出各井深位置的流量变化，流量突然变大处即为漏失处。

电阻测量法测量时先将热电阻仪下入井内的预计漏失点，记录电阻值，再把新钻井液泵入井内，泵入后电阻值若有变化，则漏失层在仪器之下；若电阻值不变，则漏层在仪器之上部位。

传感器测量法是利用压力换能原理，用传感器测量井内泥浆流速压头变化来判断漏层位置的方法。

5 堵漏室内模拟实验装置及评价方法随着防漏堵漏工艺技术的进一步发展，室内实验装置作为一种研究和评价的科学手段，越来越受重视。

国外早在上世纪60年代初即已研制出适用的堵漏评价实验装置，随着年代的变迁不断改进、完善和普及。

国外防漏堵漏室内评价模拟装置较为先进，可以在模拟井底温度及压力等条件下，全尺寸动态模拟防漏堵漏作用效果。

到80年代末，已有众多类型和不同功用的堵漏试验设备广泛运用于理论研究和堵漏作业效果评价。

我国许多油田及地矿部有关单位从80年代中期开始也相继研制或参照国外经验改进了一批堵漏评价试验装置，运用于实践取得了可喜的成绩。

1993年我国发布实施的SY/T5840-93《钻井液用桥接堵漏材料室内实验方法》，对堵漏剂的堵漏性能作了比较系统的规定。

API堵漏试验装置是最基本的堵漏试验装置。

目前国内常见的堵漏模拟试验大多都是狭缝、弹子床或滚珠、砂床模拟的动态静态堵漏试验，除此之外，部分仪器还能够进行夹持岩芯进行的堵漏试验和堵漏过程模拟试验。

各种试验装置不同之处在于温度、压力的控制以及自动化控制程度。

例如DL-1、DL-2 型堵漏实验装置、JLX-2动态模拟堵漏装置和HTHP动态模拟堵漏装置等防漏堵漏评价实验装置。

目前虽然在堵漏试验装置研究取得了一定的成果，但是使用钢珠、砂床以及缝隙板模拟模拟试验，其在岩石物性、孔隙度大小和漏失通道大小等方面存在很大差异，实验误差大、重复性差，而且一些仪器操作相对过于复杂。

由于实验装置的多样性和没有相应的标准，各种仪器针对堵漏材料的在不同条件下所作的堵漏模拟试验就没有很好的可比性，无法做出适当的评价。

因此，研制用于评价不同堵漏材料及钻井液防漏堵漏效果的仪器很有必要。

进而确立统一的评价标准和方法具有重要意义[11]。

6 井漏的处理技术6.1 漏失测试漏失测试包括漏层的位置，压力通道的张开度和漏失严重程度的确定。

漏层位置的确定方法[9]有观察法、综合分析法、水动力学分析法，相应的测试仪器主要有温度测试、流量计法等。

漏层压力确定的方法主要有水动力学测试法和仪器测试法，仪器主要是回声仪。

通道张开度的测试方法主要有水动力学法、井下照相法、井下声波电视装置检测仪等。

漏失严重程度的确定一般用水动力学法计算，仪器测试主要有各种液面计和井下压力计。

6.2 常规井漏处理方法井漏主要有渗透型漏失、裂缝型漏失和孔洞型漏失这三种类型[12]。