钻井液漏失的预防及堵漏方法(油田化学调研作业)

油田化学钻井液漏失的预防及堵漏方法

学院：石油工程

班级：石工******班

任课老师：******

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钻井液漏失的预防及堵漏方法

随着油气勘探开发的深入,钻井过程中遇到的地层越来越复杂,在钻进压力衰竭地层、破碎或弱胶结地层、裂缝发育地层及多套压力层系等时,井漏问题非常突出。由井漏诱发的井壁失稳、坍塌、井喷等问题是长期以来油气勘探开发过程中的世界性难题,是制约勘探开发速度的主要技术瓶颈;同时井漏造成钻井液损失巨大,而在储层发生的漏失对储层的伤害更是难以估量。

1.钻井液的漏失

在钻进过程中，井眼内钻井液大量流入地层的现象称为钻井液的漏失。

井漏是钻井过程中常见的井下复杂情况之一,它耗费钻井时间,损失泥浆,可能引起卡钻、井喷、井塌等一系列复杂情况,甚至导致井眼报废,造成重大经济损失。

1.1井漏的原因

井漏主要是由于钻井液液柱压力大于地层孔隙压力或破裂压力造成的。其主要原因有：

1.地层因素：天然裂缝、溶洞、高渗透低压地层；

2.钻井工艺措施不当引起的漏失：钻井工艺措施不当发生的漏失，主要发

生在上部地层环空堵塞，造成环空憋压引起漏失；开泵过猛、下钻速度

过快、加重过猛造成井漏；

3.井身结构不合理，中间套管下深不够。或不下中间套管致使高低压地层

处于同一裸眼井段，造成井漏。

1.2井漏的分类

根据漏失地层的特点，钻井液的漏失分为三类：

1.渗透性漏失

有高渗透的砂岩底层或砾岩地层引起的钻井液的漏失称为渗透性漏失（见图1-1a）。

特点：漏失速率不高，表现为钻井液池的液面缓慢下降；

2.裂缝性漏失

由裂缝性地层引起钻井液的漏失称为裂缝性漏失（见图2-1b）。引起钻井液漏失的裂缝包括灰岩和砂岩地层中天然存在的裂缝和由钻井液压力将灰岩和砂岩地层压开所形成的裂缝。

特点：漏失速率较快，表现为钻井液池的液面迅速下降；

3.溶洞性漏失

由溶洞性地层引起钻井液的漏失称为溶洞性漏失（见图3-1c）。

特点：一般只出现在灰岩地层，漏失速度很快，钻井液有进无出。

另外，根据钻井液漏失速度还可分为：微漏、小漏、中漏、大漏、严重漏失五种类型；如果按漏失地层通道分类则可分为：自然漏失通道和人为漏失通道。

1.3井漏的危害

井漏对油气勘探、钻井和开发作业所带来的危害,可以归纳为:

1.井漏延误钻井作业时间,延长钻井周期;

2.井漏直接造成巨大的物资损失;

3.储层漏失会损害产能;

4. 干扰地质录井工作;

5. 井漏干扰泥浆性能的正常维护处理;

6. 井漏会引起井下复杂情况等。

2.钻井液漏失的预防

在钻井过程中对付井漏应坚持预防为主的原则，主要包括合理的井身结构设计、降低井筒内钻井液激动压力、提高地层承压能力。从钻井液技术上采取的措施：

1.选用合理的钻井液密度与类型，实现近平衡钻井

1) 对于孔隙压力较低的井，首先考虑选用低固相聚合物钻井液、水包油钻

井液、油包水钻井液、充气钻井液、泡沫钻井液或空气钻井。在选择钻井液类型时，除了考虑钻井液密度能满足所钻井段防止井漏的最小安全密度外，还要考虑其流变性。对于压力低、大井眼井段，应适当提高钻井液的粘切；而对于深井压力较高的小井眼井段，应降低钻井液的粘切。

2) 当井身结构确定后，为防止井漏的发生，应使钻井液液柱压力低于裸眼

井段地层的破裂压力或漏失压力，而且能平衡地层孔隙压力。

2.降低钻井液环空压耗

钻井过程中钻井液可采取以下措施来降低环空压耗。

1) 在保证携带钻屑的前提下，尽可能降低钻井液粘度。

2) 降低钻井液中的无用固相含量和含砂量。

3) 降低钻井液滤失量，提高泥饼质量，防止因井壁泥饼较厚引起环空间隙

较小，导致环空压耗增大。

4) 钻井液加重时，应控制加重速度，并且加量均匀。要求每循环周钻井液

密度提高幅度不超过0.02g/cm3。

3.减小压力激动，避免造成人为裂缝漏失

1) 开泵要平稳，要遵守先单泵后双泵的原则；

2) 当钻井液粘度、切力较大或井深时，为了减小开泵泵压，可以考虑分段

循环钻井液，开泵前要注意先旋转钻具；

3) 下钻速度要平稳，尤其是下钻末尾，速度要慢。

4.提高地层承压能力

地层的漏失主要取决于地层的特性，通过人为的方法提高地层的承压能力，

封堵漏失孔道，从而达到防漏的目的。通常采用以下三种方法来提高地层承压能

图4-1钻井液漏失的类型

（a ）渗透性漏失；（b ）裂缝性漏失；（c ）溶洞性漏失

力。

1)调整钻井液性能：对于轻微渗透性漏失，进入漏层前，适当提高钻井液

粘度、切力防漏可收到一定的效果。

2)在钻井液中加入堵漏材料随钻堵漏：对于孔隙型或孔隙—裂缝性漏失，

进入漏层前，在钻井液中加入堵漏材料，在压差作用下，堵漏剂进入漏

失通道，提高地层的承压能力，达到防漏的目的。根据漏失性质、漏层

孔吼直径、裂缝开口尺寸选用堵漏剂的种类和加量。

3)先期堵漏：当井身结构无法改变，而下部地层孔隙压力超过上部地层破

裂压力时，进入高压层前，必须按下部高压层的孔隙压力确定的钻井液

密度，这样导致上部地层漏失，为了防止上部地层漏失而引起的井涌、

井喷等复杂情况发生，在进人高压层之前，应进行先期堵漏，提高上部

地层承压能力。

先期堵漏程序:

①钻进下部高压层前试压，求出上部漏失层破裂压力。

②若地层破裂压力低于钻进下部高压层的当量循环密度，必须进行堵漏，

堵漏方法及材料应根据地层特性加以选择。堵漏钻井液注入井中后，井

口加压将堵漏浆挤入地层中。静止48h，然后下钻分段循环到井底。

③起钻至漏层以上安全位置或套管内，采用井口加压的方式试漏，检查堵

漏效果，当试漏钻井液当量密度大于下部地层钻井液用密度时，方可加

重钻开下部高压层。

3.钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术

近年来国内外进行了大量钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术方面的研究工作,并取得了较好的应用。

3.1堵漏材料

地层堵漏使用的材料称为堵漏材料。目前采用的堵漏材料类型有：

1.桥接堵漏材料：桥接堵漏材料包括各类形状不同、大小各异的单一惰性

材料及级配而成的复合材料,具有操作简单、取材方便、不影响钻井液流

变性等特点,可减少由孔隙和裂缝造成的部分漏失和失返漏失。在国内以

果壳、云母、纤维及它们复配的形式为主,各种廉价化工副产品、废弃化

工原料也作桥堵材料。其作用原理包括挂阻架桥、堵塞和嵌入、渗滤、

拉筋、膨胀堵塞、卡喉等作用。

2.高滤失堵漏材料：该材料由渗滤性材料、纤维状材料、硅藻土、多孔惰

性材料、助滤剂、增强剂等复合而成,适用于处理渗漏、部分漏失及少量

漏失。该材料进入漏失层后,在压差作用下迅速滤失,固相聚集变稠形成

滤饼,继而压实堵塞漏失通道,形成高渗透性微孔结构堵塞,钻井液在堵

塞面上迅速滤失形成光滑平整的泥饼,严密封堵漏失通道。

3.柔弹性堵漏材料：柔弹性材料具有较好的弹性、一定的可变形性、韧性

和化学稳定性。在扩张填充和内部挤紧压实双重作用下,自适应封堵不同

形状和尺寸的孔隙或裂缝。

4.聚合物凝胶堵漏材料：聚合物凝胶堵漏材料有以下特点:能防止裂缝的压

力传播和诱导扩展;固相含量低,不受漏失通道限制,通过挤压变形进入

孔隙或裂缝;有强黏滞阻力和抗剪切稀释能力;与惰性桥堵剂复配效果好;

交联凝胶形成后表现出很好的黏弹性、柔软性和韧性。凝胶材料分为交

联的聚合物和不需交联的具有特殊结构的聚合物材料,也可与其它材料

混合使用。

5.水泥浆堵漏材料：该材料包括水泥、石膏、石灰、硅酸盐类等混合浆液,

以水泥为主,通过添加各种水泥浆处理剂和改善灌注工艺来提高封堵效

果,其承压能力强,用来对付严重漏失层效果显著,但容易被水稀释冲走。

水泥浆泵送至井下漏层中一定时间后,水泥浆稠化凝固形成具有相当强

度的固状体而与地层胶结为一体,达到封堵漏层的目的。

6.膨胀性堵漏材料：国外如Poly Block 为特定颗粒材料与不同尺寸结晶

状聚合物的混合体,水化后大幅膨胀,几小时内就能封堵非常严重的大漏

失。国内有如溶胀性丙烯酰胺丙烯腈共聚树脂、丙烯酸2丙烯酸钠共聚

高分子吸水膨胀树脂等膨胀性堵漏材料。

3.2钻井液防漏堵漏技术

1.超低渗透(无渗透)钻井液技术：超低渗透钻井液技术利用表面化学原理,

在岩石表面形成具有一定强度的超低渗透膜,这些膜在滤饼和岩石表面

浓集形成胶束,该胶束在弱地层孔隙或天然裂缝处形成屏障,膨胀变大限

制渗透,在漏失处锁住堵漏材料,通过压力作用从颗粒中挤出滤液。由于

堵漏材料的去水化作用,在漏失层封堵更好。

2.微泡钻井液技术：微泡钻井液能形成具有高能量的微泡网结构。它进入

漏层后能聚结成蜂窝状的泡沫凝胶,多级分散的微泡沫球体能在钻井液

中作为架桥粒子及变形填充粒子,起到堵漏作用。

3.无固相钻井液技术：该类钻井液加入了独特的乳化剂和独特改性脂肪酸

以维持非水基钻井液的悬浮能力及黏度。各组分之间相互作用可形成强

劲但脆弱的凝胶结构,能有效减少钻井液漏失,优越于传统逆乳化钻井液。

4.随钻防漏堵漏技术：最新有种物理法随钻防漏堵漏技术,其对钻井液没有

很高要求,而是利用专用井下工具将泵入的钻井液流量分流小部分,用旋

转射流直接作用于漏失井壁,配合合适的钻井液在井壁上形成一层致密

的、渗透率接近零的滤饼,即“人造井壁”的屏蔽环,可提高井壁正反方

向的承压能力。

5.井眼强化“应力笼”效应：国外在井眼强化技术中提出了“应力笼”这

一新的概念。即通过适当对井壁施压形成小裂缝,钻井液中加入的合适固

相材料迅速进入裂缝并在裂缝开口附近形成桥塞,桥塞渗透率必须足够

低,以便阻隔液柱压力的传递,产生能够封堵裂缝、阻止裂缝进一步扩大、

防止压力传递到裂缝末端、提高井眼周向应力的“应力笼”效应来达到

强化井眼的目的,起到防漏堵漏的效果。

4.地层的堵漏

对漏失地层的封堵称为地层的堵漏。不同漏失地层需使用不同的堵漏材料。

4.1渗透性漏失的堵漏

渗透性漏失的堵漏可用下列堵漏材料：

1.硅酸凝胶：这种堵漏材料是现将水玻璃加到盐酸中配成硅酸凝胶，再将

硅酸溶胶注入地层，经过一段时间后即形成硅酸凝胶，将漏失地层堵住。

2.铬冻胶：这种堵漏材料是将HPAM溶于水中，再加入重铬酸钾和亚硫酸钠

配成的。将配得的堵漏材料注入漏失地层后，堵漏材料中的亚硫酸钠将

重铬酸钠中的Cr6+还原为Cr3+，然后组成铬的多核羟桥络离子，将水中的

HPAM交联成铬冻胶，将漏失地层堵住。

3.酚醛树脂：这种堵漏材料是由苯酚与甲醛预缩聚配成的。若在预缩聚时

保持甲醛过量，则这种堵漏材料注入地层后可继续缩聚形成不溶、不熔

的酚醛树脂，将漏失地层堵住。

4.2裂缝性地层或溶洞性地层的堵漏

裂缝性地层或溶洞性地层的堵漏可用下列堵漏材料：

1.纤维性材料：可用植物纤维或矿物纤维封堵裂缝性地层或溶洞性地层。

这些纤维性材料可悬浮在携带介质如水、稠化水或钠土的悬浮体中注入

漏失地层，它们可在裂缝的窄部或溶洞的进口堆叠成滤饼，将漏失地层

堵住。

2.颗粒性材料：将植物性材料和矿物性材料粉碎至一定粒度后的堵漏材料。

其中，水泥是一种特殊的矿物性材料，它在漏失地层形成滤饼后，即通

过一系列的水化反应固结起来，对漏失地层产生高强度的堵塞。