[學(xué)習(xí)]復(fù)雜情況下鉆井液工藝、油層保護(hù)

1、第五章 復(fù)雜情況下的鉆井液工藝 及油層保護(hù),§5—1 井塌一、井壁不穩(wěn)定的現(xiàn)象二、井壁不穩(wěn)定地層類型及泥頁巖1. 井壁不穩(wěn)定地層類型發(fā)生井塌的地層：泥頁巖、 膠結(jié)不良礫巖、砂巖、塑性變型埋藏較深的巖鹽 發(fā)生井塌的主要地層是泥頁巖泥頁巖是沉積在海相盆地的沉積巖，主要由粘土和淤泥形成的巖層。,2. 泥頁巖的形成成巖過程：（含大量電解質(zhì)） 松軟

2、 硬脆 泥砂，生物遺體 2～5千米 一般>5千米當(dāng)沉積過程中有砂、鈣、鐵等物質(zhì)參與形成，就形成各種含質(zhì)的泥頁巖在壓實(shí)過程中，沉積物中的水分被擠壓，水分被上覆地層壓力擠出。當(dāng)鉆開井眼后，巖石的受壓情況變化（減?。┠囗搸r中粘土因表面吸附能的緣故，會重新吸附泥漿中的水，這就是所謂“表面水化”的原因。當(dāng)沉積物中的水分被上覆壓力擠出后，沉積物—泥頁巖的孔隙中的離子濃度升高，泥頁巖孔隙便會吸附泥漿中水進(jìn)入，

3、這就是所謂“滲透水化”即泥頁巖鉆開后會發(fā)生“表面水化”和滲透水化。,當(dāng)壓實(shí)過程中上部分是非滲透性的，則水分不能被擠走而被圈閉在下面，承受上覆巖層的壓力，就產(chǎn)生異常壓力泥頁巖。上覆壓力由地層巖石骨架支撐著，若地層強(qiáng)度不足以支撐上覆壓力，則一部分上覆壓力將由巖石孔隙中流體承受，這樣就會使地層流體呈異常高壓。 上覆壓力另外，由于地殼構(gòu)造運(yùn)動，會產(chǎn)生一些斷層破碎帶等力學(xué)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。,,,,,,

4、,,,,,,3.泥頁巖分類1.2類，主要蒙脫石多，稱為軟泥頁巖，以水化膨脹為主，在水中分散成糊狀。3.4.5含蒙脫石少，稱為硬頁巖，以裂解為主，分散成片狀，水不渾濁。,三、井壁不穩(wěn)定原因分析(一)地層方面原因1.異常壓力釋放正常壓力：地層孔隙與地面水源連通，它的壓力為正常壓力。壓力梯度Gn=0.100～0.106kg/cm2/m0.106為含鹽10萬PPm的鹽水柱壓力。Gn=0.107～0.237kg/cm2

5、/m即為大于鹽水柱列巖石柱壓力。實(shí)際上Gn>0.143kg/cm2/m為異常高壓Gn<0.100kg/cm2/m為異常低壓產(chǎn)生異常壓力的原因是孔隙流體圈閉，未與地面水源連通。,,（2）泥頁巖里面的砂巖透鏡體孔隙壓力異常在頁巖形成過程中頁巖內(nèi)的水被地層壓力擠入砂巖透鏡體，砂巖透鏡體的水被隔離封閉起來，孔隙內(nèi)充滿液體形成高壓，液柱壓力總是于孔隙流體壓力，在P孔-P液的壓差作用下，孔隙內(nèi)部液體會沿著阻力最小的砂巖與頁巖的交接

6、面把壓力釋放出來，造成頁巖被水沖垮，掉入井內(nèi)。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2.構(gòu)造應(yīng)力釋放在地殼構(gòu)造運(yùn)動中使部分地層巖石受擠壓，會產(chǎn)生很大內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)井眼鉆開后，構(gòu)造應(yīng)力釋放造成頁巖崩垮。構(gòu)造應(yīng)力使地層破碎，井眼鉆開后破碎巖石掉入井內(nèi)。,,,,,,,,,,,,,,,高壓,高壓,低壓,3.井壁巖石受力不均勻，產(chǎn)生較大側(cè)應(yīng)力。在上覆壓力作用

7、下，產(chǎn)生側(cè)壓力。,,強(qiáng)度低的巖層有：Ⅰ含水量較高的蒙脫石地層巖石膨脹后，膠結(jié)力變?nèi)酰卧龃驪側(cè)增大。當(dāng)P側(cè)的作用超過了巖石的屈服強(qiáng)度后，巖石便向井內(nèi)垮塌，顯然ξ的大小反映了巖石強(qiáng)度大小，所以為了克服側(cè)壓力引起的坍塌，可提高液柱壓力來平衡。Ⅱ深部地層巖鹽層，或含鹽量較高的頁巖層。以上原因是客觀存在的井壁不穩(wěn)定，屬于力學(xué)不穩(wěn)定，受力關(guān)系較復(fù)雜，一般對付措施：a.提rm平衡地層壓力b.對膠結(jié)不良的傾斜地層運(yùn)應(yīng)加封堵物質(zhì)，如瀝青,(

8、二)鉆井工藝方面原因1.泥漿沖刷泥漿返速較高，沖蝕井壁，易促使破碎地層和微裂縫發(fā)育的伊利石地層垮塌。2.井內(nèi)壓力激動過大起鉆的抽吸壓力易使受預(yù)應(yīng)力地層，異常地層垮塌。3.起鉆未灌滿泥漿4.井斜后，鉆具碰撞井壁,(三)物理化學(xué)方面原因 ---泥頁巖的水化效應(yīng)1.泥頁巖的兩種水化關(guān)系(1)表面水化P表=P覆-P孔——指向井壁(2)滲透水化地層中的離子濃度大于泥漿中的離子濃度，泥漿中水自動于移到地層---滲透水化

9、 ——指向井內(nèi)2.,,,3.膨脹壓力（Pb） ----向四周膨脹的壓力。方向由地層指向井內(nèi)。膨脹壓力由表面水化壓力和滲透水化壓力兩部分組成。給定含水量下的膨脹壓與同樣含水量下粘土蒸汽壓有關(guān)，遵從下面方程式式中-- 與巖石或粘土平衡狀態(tài)時水的相對蒸汽壓，近似等于試樣中水的活度：地層吸水愈利害，膨脹壓越大。地層越易變形垮塌，若兩種水化壓力作用方向一致，二者疊加會產(chǎn)生上百個大氣壓數(shù)量級

10、壓力，用提高泥漿比重克服水化膨脹壓起防塌作用難見效，而是想法降低Pb。,,,（4）影響水化膨脹的因素。Ⅰ.頁巖的性質(zhì)軟頁巖吸水強(qiáng)，Pb大，硬脆頁巖水化弱Pb小。Ⅱ.泥漿濾液性質(zhì)泥漿礦化度高，抑制泥頁巖膨脹Pb小，PH高，水化增強(qiáng)Pb↗Ⅲ.吸附水的時間膨脹壓要經(jīng)過一段時間后才會明顯上升，所以可以以快制塌。,(四)井壁坍塌應(yīng)力井眼形成后，地應(yīng)力在井壁上的二次分布所產(chǎn)生的指向井內(nèi)引起井壁巖石向井內(nèi)移動的應(yīng)力，稱為。P塌≥0。P

11、塌一旦產(chǎn)生（P塌＞0）井壁巖石必然逐漸掉（擠）入井中（垮塌）。鉆井過程中P塌可以（也只能）用井內(nèi)泥漿柱壓力有效平衡：P泥≥P塌則井壁保護(hù)穩(wěn)定。,四.防塌理論保持井壁穩(wěn)定，關(guān)鍵針對泥頁巖水化效應(yīng)，其實(shí)質(zhì)是防止水相遷移，泥頁巖吸水膨脹，泥頁巖脫水使其變脆，也易發(fā)生掉塊剝落坍塌，最好使井壁巖石與井眼內(nèi)沒有水遷移，這時井壁穩(wěn)定，根此提出活度平衡防塌。活度平衡防塌根據(jù)化學(xué)位原理 體系化學(xué)位 純水化學(xué)位,,,,,根據(jù)熱力

12、學(xué)函數(shù)及化學(xué)位概念，可得出結(jié)論，在等溫條件下，物質(zhì)從化學(xué)位高的向化學(xué)位低的轉(zhuǎn)移，到平衡時兩相化學(xué)位相等。由,活度平衡防塌要點(diǎn)：由于地層泥頁巖與鉆井液中水的礦化度不同，亦即活度不同，化學(xué)位不同，而導(dǎo)致水的轉(zhuǎn)移，使泥頁巖脫水或吸水產(chǎn)生井壁不穩(wěn)定，故必須使兩個化學(xué)位相等，亦即活度平衡。才能防止水相轉(zhuǎn)移而有效地保持井壁穩(wěn)定。體系活度平衡，滲透作用不存在。當(dāng) ，意味泥漿中電解質(zhì)濃度小于泥頁巖水中的電解質(zhì)濃度，泥漿中水分自

13、發(fā)向泥頁巖滲透，使泥頁巖吸水膨脹，反之泥頁巖脫水，故活度平衡為防塌最有效，在實(shí)際運(yùn)用時，要求泥漿的活度與其地層的最低活度平衡。,,例：計算用多少的CaCl2(kg/m3)應(yīng)加到油基泥漿的水中以抑制具有活度為0.74的泥頁巖的水化作用，設(shè)油基泥漿含有30%體積的水。解：根據(jù)活度平衡防塌理論,,(二)壓力平衡防塌要點(diǎn)：井內(nèi)泥漿與泥頁巖之間的水分移動方向是指向井內(nèi)泥漿，即泥頁巖吸水還是脫水，是由作用在這一深度的各種壓力的合力決定。要保

14、證井壁穩(wěn)定必須保證兩個平衡P液≥P孔 防止地層流體的壓力釋放P液+P表+P吸滲≤P孔+P脫滲水相不移動或指向井壁井筒，使其不吸水，以上五個參數(shù)，僅P液和P脫滲為可變因素，由控制泥漿密度和增加泥漿礦化度來實(shí)現(xiàn)以上條件。,1. 泥漿對P塌的影響 泥漿引起頁巖中粘土水化。此水化作用導(dǎo)致P塌增加：⑴ 引起水化作用的內(nèi)在因素（巖石方面）① 粘土水化產(chǎn)生膨脹壓（P膨）此膨脹直接轉(zhuǎn)化為P塌：粘土表面水化：P膨　40～4000大氣壓（

15、400MPa)粘土滲透水化：P膨　幾～100大氣壓(10MPa),（一）水敏性地層的井壁穩(wěn)定,② 粘土水化（特別是滲透水化）大大改變巖石力學(xué)性質(zhì)（剛性下降，塑性增加），使P塌上升。③ 粘土水化　大大降低頁巖強(qiáng)度，從而使P塌上升此影響受頁巖礦物組成、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)狀及地層水狀態(tài)的影響。其中主要是粘土礦物的種類、含量、存在狀態(tài)以及原始水化狀態(tài)（即粘土實(shí)際水化狀態(tài)、地層水礦化…）是決定P塌產(chǎn)生及大小的內(nèi)在因素。,⑵ 引起頁巖水化作用的泥漿因素

16、（外在因素、人力可控因素）：① 泥漿水相進(jìn)入頁巖地層：推動力：正壓差：P泥－P地＞0　泥漿水相（濾液）進(jìn)入地層；頁巖親水表面引起的毛管附加壓力P加＞0，泥漿水相進(jìn)入地層；化學(xué)勢（滲透壓）：泥漿中水的活度＞巖石中粘土水化水的活度。,② 進(jìn)入地層的泥漿水相引起粘土表面水化或滲透水化由于其水化程度大小由泥漿水化能力或抑制水化能力所決定。其水化程度可在0（完全不水化）～極大（完全水化分散）之間變化。因此而引起P塌的增加。相當(dāng)于密度

17、增加0～2（依地層組成、埋深等因素變化）。水化引起巖石力學(xué)性質(zhì)及強(qiáng)度的變化使P塌進(jìn)一步上升。,理論和實(shí)踐證明，在一般情況下（地應(yīng)力正常、地層傾角小、頁巖埋藏深度不太大、地層不破碎……），P塌通常為0。但經(jīng)泥漿作用后， P塌可以上升到1～2（當(dāng)量密度）,2. 水敏地層的防塌泥漿技術(shù)⑴ 技術(shù)要點(diǎn)① 全過程保持合理的泥漿密度，確保P泥＞P塌② 減少泥漿液相對地層的滲入：P泥接近等于或低于P地?P≤0改變巖石表面潤濕性：使P加→

18、0或P加＜0（油基泥漿或使用陽離子表活劑）泥漿礦化度高于地層水礦化度，使α泥≤α地改善泥漿造壁性：改善泥餅質(zhì)量，降低泥漿失水封堵、阻斷地層中泥漿水相流動通道,③ 提高泥漿水化抑制能力泥漿抑制能力：抑制水化能力　　　　　 抑制水化膨脹、分散能力抑制水化能力：加入處理劑（以電解質(zhì)為主）降低泥漿中水相活度a水至小于地層粘土的a水，從而消除或減少粘土表面水化和滲透水化。,⑵ 當(dāng)前存在的主要問題① P塌的確定不準(zhǔn)確由各種井壁

19、應(yīng)力分布模型和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測定方法可以確定出P塌。但若考慮到水化作用的各種影響而改變后的P塌至今沒有一個得到公認(rèn)的辦法。得不到具體一口井井下實(shí)際的P塌。,② 客觀準(zhǔn)確反映井壁穩(wěn)定技術(shù)的評價方法不過關(guān)目前常用的方法有巖心浸泡、滾動回收、SSI值測定……。都不能很好反映其實(shí)質(zhì)。而必須應(yīng)該有的 粘土水化（去水化）程度。水化（去水化）程度引起巖石力學(xué)性質(zhì)、巖石強(qiáng)度變化情況。泥漿及其組份水化抑制性強(qiáng)弱的評價方法至今尚未建立。因此現(xiàn)有防塌泥漿處理

20、劑及泥漿體系的防塌能力的評價仍不夠準(zhǔn)確。,③ 技術(shù)觀念要進(jìn)一步更新泥漿增加P塌。不同泥漿增加幅度不同。由現(xiàn)場井下實(shí)際情況總結(jié)出的P塌一般都偏大H.T.H.P失水低未必就是好的防塌泥漿這類地層的封堵是指封堵劑滲入頁巖微細(xì)孔道后對它的堵塞（不可能是泥漿中固相粒子造成）KCl、CaCl2、聚合物體系的抑制性達(dá)不到要求。,④ 高效抑制泥漿體系并未建立常用抑制劑(KCl、CaCl2、MMH、陽離子、高分子聚合物)抑制性不足泥漿抑制性

21、與泥漿性能之間的矛盾未能根本解決，其兼顧協(xié)調(diào)結(jié)果使抑制性被削弱?！?⑶ 防塌泥漿技術(shù)新進(jìn)展（在原有技術(shù)基礎(chǔ)上）：有針對性的評價方法。水化程度、水化程度　與巖石力學(xué)性質(zhì)、強(qiáng)度關(guān)系、泥漿抑制水化能力評價以及特殊封堵評價……等方法已在建立。 泥漿作用引起P塌增加的測定和計算方法已在建立室內(nèi)測試與理論計算數(shù)值模擬工程測井：測定井下頁巖實(shí)際P塌,③ 高效抑制泥漿體系可能解決有機(jī)酸鹽泥漿體系：用機(jī)機(jī)酸鹽（如 HCOOK、HCO

22、ONa)代替無機(jī)鹽（NaCl、CaCl…）。,HCOOK、HCOONa 等甲酸鹽溶解度大，可配成濃度很高活度很低的溶液。以它作水相建立的泥漿可有效抑制井下地層常見的各種水化。而且有機(jī)酸鹽對泥漿性能的破壞作用較大地低于同濃度的無機(jī)鹽。因此，建立泥漿體系、維持泥漿性能比較容易，對其抑制性的降低不大。從而使泥漿抑制性的整體水平有較大提高。若再配合其它辦法比如與乙二醇、聚合物配合使用，則有可能得到抑制性完全滿足鉆井需要的新泥漿體系。,④ 可

23、有效阻斷頁巖內(nèi)微細(xì)孔道　　 利用具有濁點(diǎn)的水溶性聚合物例如各類聚合醇（聚乙二醇、聚乙氧基短鏈醇、聚丙氧基短鏈醇…），它可提高泥漿抑制性，增強(qiáng)聚合物溫度穩(wěn)定性，提高處理劑效能，降低H.T.H.P失水，而最有效的是隨著溶液進(jìn)入地層微孔后溫度上升，達(dá)到或超過其濁點(diǎn)溫度而析出有效堵塞孔道。（用量較大3%—10%）,因此，以有機(jī)酸鹽＋聚乙二醇為水相建立的泥漿體系或在現(xiàn)有防塌體系中引入HCOOK、聚乙二醇等加以改造，就完全有可能獲得比現(xiàn)有防塌體系

24、好得多的泥漿體系。再配合現(xiàn)有成功的防塌技術(shù)和新建的評價方法則有可能使對付水敏性地層的井壁不穩(wěn)定問題的系列配套技術(shù)上一個新的臺階。,（二）破碎性地層的井壁穩(wěn)定,受構(gòu)造應(yīng)力原本破碎的地層（完全破碎、大量裂縫…）以及在井眼形成后在上覆壓力作用下產(chǎn)生破碎的地層（深部白云巖、硬碎性頁巖、煤層…等）為破碎性地層（大量微型裂縫存在）。P塌由地應(yīng)力、巖石本體力學(xué)性質(zhì)、巖石本體強(qiáng)度、巖體結(jié)構(gòu)面（弱面）的密度（包括裂縫密度）、弱面間摩擦力以及井眼狀態(tài)所決

25、定。泥漿要嚴(yán)重影響P塌的大小。,1. 泥漿對P塌的影響⑴ 泥漿對巖石的水化作用同樣影響P塌，其影響規(guī)律同于水敏性頁巖地層。但由于通常這類地層水化能力很弱，其影響占次要地位，不作專門討論。,⑵ 泥漿或泥漿濾液進(jìn)入地層裂縫引起P塌上升:① 進(jìn)入推動力：正壓差：P泥＞P地 引起泥漿或?yàn)V液進(jìn)入裂縫，特別是當(dāng)?泥↗，將裂縫壓開后更為嚴(yán)重。毛管附加壓力：地層表面親水，將自動吸水，阻止油的進(jìn)入地層表面親油，將自動吸油，阻止水的進(jìn)入

26、,② 作用機(jī)理泥漿或?yàn)V液進(jìn)入裂縫，使裂縫張開，同時大大降低縫面間摩擦力，使P塌大幅度上升。對于破碎性地層一般P塌>0，即必須用泥漿柱壓力P泥≥P塌來平衡才能保證穩(wěn)定。因此遇到井塌必須提高泥漿密度。但只有當(dāng)裂縫完全都是閉合時，P泥才能起到穩(wěn)定井壁（防塌）作用，若裂縫不能完全閉合，或提高密度而使裂縫開啟則會出現(xiàn)以下問題。,（A）泥漿或?yàn)V液滲入地層其推動壓力來源于P泥，則P泥中只有一部份（稱為有效壓力 P有效=P泥-P滲）用來平

27、衡P塌。因此 ，若不能阻止泥漿滲入裂縫， 提高P泥未必就對防塌有好處?？赡芤餚有效反而下降，對于嚴(yán)重破碎的地層甚至降為0。即此時提高泥漿密度可能適得其反。（B） 泥漿液相進(jìn)入地層脹開裂縫，降低弱面摩擦力使P塌上升。泥漿進(jìn)入愈多進(jìn)入愈深，P塌上升愈多。,③ 現(xiàn)象與規(guī)律若不能有效封堵住裂縫阻斷泥漿液相進(jìn)入裂縫，則不能防塌。與泥漿類型無關(guān)；油基泥漿、水基泥漿效果一樣。提高泥漿密度不起作用反而密度愈高，井塌愈兇，甚至形成惡性循環(huán)。

28、從鉆進(jìn)這類地層經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)的地層P塌一般偏高較多。若有水化作用，二者疊加，問題更為復(fù)雜。,2. 泥漿防塌技術(shù)⑴ 技術(shù)要點(diǎn) 在現(xiàn)有防塌技術(shù)的基礎(chǔ)上特別強(qiáng)調(diào)① 有效封堵 在井壁表層很淺(深度小于地層破碎塊的尺寸)的地方很快(形成井壁的同時)形成滲透率為0的封堵層。,A. 物理化學(xué)封堵 親水的地層用油基泥漿：毛管壓力阻止泥漿進(jìn)入裂縫。設(shè)：?ow=50dyncm-1，地層完全親水：,B. 泥漿封堵作用:

29、 (對地層的封堵不是泥漿泥餅)封堵機(jī)理：固相粒子裂縫上架橋，變縫為孔，孔上架橋逐級填充，最后變形粒子填死。關(guān)鍵因素：裂縫架橋粒子的形狀與級配(與裂縫匹配)變形粒子的粒度與軟化點(diǎn)。(無螢光),泥漿封堵能力的評價裝置、方法和標(biāo)準(zhǔn)目前正在建立封堵劑架橋粒子：纖維狀的各級粒子變形粒子：粒度中值，2-5?，不同軟化 點(diǎn)的塑性粒子（探井還需無螢光）。,合理泥漿密度 由三個因素決定：由地應(yīng)力和巖石力學(xué)因素與地

30、層流體壓力決定的P塌由地層粘土水化作用和泥漿抑制水化能力決定的P塌的增加由泥漿的封堵能力所決定的P塌,⑵ 破碎地層防塌泥漿體系現(xiàn)有的各類泥漿體系均有可能形成有效的防塌泥漿體系。用泥漿抑制水化能力和封堵能力的評價方法和評價標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)泥漿抑制劑、封堵劑的選擇。用已有的泥漿技術(shù)和成功經(jīng)驗(yàn)完成泥漿處理劑的選擇、各種性能調(diào)節(jié)、控制，最終建立起相應(yīng)的泥漿體系。,⑵ 破碎地層防塌泥漿體系現(xiàn)有的各類泥漿體系均有可能形成有效的防塌泥漿體系

31、。用泥漿抑制水化能力和封堵能力的評價方法和評價標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)泥漿抑制劑、封堵劑的選擇。用已有的泥漿技術(shù)和成功經(jīng)驗(yàn)完成泥漿處理劑的選擇、各種性能調(diào)節(jié)、控制，最終建立起相應(yīng)的泥漿體系。,（三）小結(jié),目前，防塌泥漿技術(shù)的發(fā)展是建立在現(xiàn)有防塌泥漿體系及防塌鉆井、泥漿應(yīng)用配套技術(shù)的基礎(chǔ)上：⑴ 定量評價泥漿抑制水化能力、封堵方式和封堵能力的基礎(chǔ)上合理確定泥漿密度（有利于防塌、有利于鉆井的其它作業(yè)）；,⑵ 以能反映井下實(shí)際情況的泥漿抑制水化能力評

32、價方法和標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，合理選擇抑制劑；有機(jī)酸鹽、聚乙二醇…等是近年來新發(fā)展的抑制劑。⑶ 以泥漿封堵能力(各類)的評價標(biāo)準(zhǔn)和評價方法指導(dǎo)泥漿封堵技術(shù)和封堵劑的選擇；(聚乙二醇對頁巖中微孔的堵塞是近年的一個突破…)。,⑷ 以現(xiàn)有泥漿理論和技術(shù)建立泥漿體系。與鉆井工程密切配合形成有效的鉆井、泥漿防塌技術(shù)。⑸ 油基泥漿：抑制性好，則封堵方式及封堵能力是重點(diǎn)。 水基泥漿：抑制性和封堵能力同樣重要。,六、井塌處理,1．提粘切，適當(dāng)比重?？?/p>

33、制失水，以小排量洗井或鉆井，用平板層流將坍塌快帶出。2．井塌嚴(yán)重，塌塊尺寸很大時，可配一定量清掃液洗井，如10m3左右，以上泥漿適當(dāng)增加環(huán)空返速然后轉(zhuǎn)換成防塌泥漿,§5—2 防漏與堵漏,井漏是最常見的又是最古老的問題，任何地層類型，深度都可能發(fā)生。一、井漏的危害1.發(fā)生率高大慶15.8% 中原油城25% 2.對鉆時影響四川 七十年代占8～10% 八十年代4～6% 3.對成本的影響大中原 文90-3井、

34、堵漏10次，費(fèi)時2個半月，漏泥漿1000余方，耗資600多萬，所以有人將漏失層稱為賊層。漏失不僅對眼前利益有影響，而且對今后采油還有影響,二、發(fā)生井漏的條件1.對地層的總壓力>地層本身總壓力2.有通道，且通道的開口大于泥漿固相尺寸3.地下有容納的空間4.流動阻力小于壓差發(fā)生井漏以上條件缺一不可，,1.滲透性漏失--由高滲透的砂巖地層或礫巖地層引起鉆井液漏失。特點(diǎn)：漏失速度不高（0.5～10m3/h）現(xiàn)象：液面緩慢

35、下降。2.裂縫性漏失--由裂縫地層引起的鉆井液漏失。（1）天然裂縫性漏失--指地殼或造山運(yùn)動引起的裂縫性漏失。,a.構(gòu)造選頂部發(fā)育有沿長軸方向延伸的裂縫b.當(dāng)軸線發(fā)生扭曲或急劇傾伏時，發(fā)育有與長軸垂直的裂縫。c.在斷層附近發(fā)育有裂縫,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,（2）人為裂縫性漏失-----地層被壓裂造成的漏失。主要發(fā)生在層面膠結(jié)力差的地層當(dāng)井內(nèi)壓力與地層壓力的壓差超過地層

36、的抗張強(qiáng)度和井筒周圍擠壓力時，地層會被壓出裂縫，一旦壓開，鉆井液漏失，裂縫擴(kuò)大，即使壓力下降。裂縫也不能閉合，泥漿密度高、粘切大，引起壓力激動易把地層壓漏和蹩漏。特點(diǎn)：漏失速度較快（10～100m3/h）現(xiàn)象：液面急劇下降,3.溶洞性漏失石膏層、鹽層、石灰石等地層受地下水溶蝕，而出現(xiàn)溶洞。特點(diǎn)：漏失速度大現(xiàn)象：泥漿有進(jìn)無出。（鉆具放空，循環(huán)失靈）如洞氣同層，很快發(fā)生井噴，四川近100口井統(tǒng)計，此類井噴占80%,四、防漏措施,

37、1.比重適當(dāng)比重差<0.052.控制較低的粘度和切力。3.避免產(chǎn)生大的壓力激動高失水、泥餅厚、易產(chǎn)生壓力激動、下鉆速度大產(chǎn)生較大壓力激動。在許多情況下完鉆具立即發(fā)生井漏就是這個原因。4.防止井徑擴(kuò)大和排量不夠環(huán)空鉆屑結(jié)果，環(huán)空泥漿比測的泥漿密度大。5.設(shè)計合理的井身結(jié)構(gòu)，遇漏層下套管,五、恢復(fù)循環(huán)的方法,〈一〉確定漏失1.若是天然裂縫和溶洞漏失，所鉆達(dá)井深處即為漏層。對于人為裂縫和高滲透地層漏失，漏層的判斷可用以下

38、方法。2.測井溫度先測一次井漿井溫曲線，之后再把泥漿池中的泥漿泵入井內(nèi)，再測一次井溫曲線，兩條井溫梯度曲線中的異常地方即為漏層位置。缺點(diǎn)：準(zhǔn)備一定量泥漿漏失,,,,,,,,井溫,井深,漏層,井溫曲線圖,3.放射性示蹤劑測量法先用ｒ射線測定一條比較用的標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后替入含有放射性物質(zhì)的泥漿。再測定在漏層出現(xiàn)更多放射性物質(zhì)，出現(xiàn)異常。4.轉(zhuǎn)子流量計法。,（二）井漏處理,1.靜止封堵工藝：鉆頭起至安全位置，靜止4～8小時后，再排量

39、循環(huán)。原理：井內(nèi)泥漿靜止一段時間，泥漿中固相正常失水和形成凝膠而沉淀在漏失內(nèi)，使裂縫自行彌合。適用范圍：滲透性漏失和深井誘導(dǎo)裂縫。2.改變泥漿性能一般降,,3.橋塞泥漿堵漏在泥漿中加入橋塞劑進(jìn)行的堵漏方法（1）橋塞劑--比漏孔越小，形狀不規(guī)則，進(jìn)的去，出不來，轉(zhuǎn)動卡住，架橋堵塞的物質(zhì)。,,b.各種材料混合比例6.橋塞劑濃度：50～80公斤/方（1）級配：1∶1（粗細(xì)）（2）橋塞泥漿量 單一漏層 15～2

40、0方 多段漏層 40～60方（3）工藝配置好的橋塞泥漿，用光鉆桿泵入井內(nèi)漏層，關(guān)井蹩泵。（0.5～2MP）提高堵漏的成功率的七字工藝“刨、注、替、擠、起、擠、穩(wěn)” （4）適用范圍：滲漏和裂縫性漏失,,4.高失水漿液堵漏（狄塞爾堵漏）配高失水漿液材料是Diacel 所以這種堵漏方法又稱為狄塞爾堵漏狄塞爾材料：以硅藻土為主的混合物工藝：用清水10～20方 狄塞爾材料濃度8～13% 加橋塞劑2

41、～4% 可加重1.6g/m3,5.各種軟—硬堵塞〈1〉軟堵塞堵塞不固化沒有強(qiáng)度（不能流動軟粘稠物質(zhì)）①.聚合物絮凝劑②.鉻凍膠Na2Cr2O7+Na2SO3→Cr+6絡(luò)合、水解、羥橋→多核羥橋流離子、PAM、鉻凍膠（3）柴油搬土柴油搬土+泥漿原理：柴油中的搬土不水化分散，在漏層與泥漿混合，水化分散形成很稠體系封固孔隙和裂縫。,〈2〉.硬堵塞堵塞能固化有強(qiáng)度①柴油搬土+水泥它們混合能高度膠化的物質(zhì)，能把

42、裂縫撬開，然后凝固在其中。②硅酸凝膠③酚醛樹脂④打水泥塞使用率：蘇聯(lián)70%、美國50%、國內(nèi)的60%、成功率30～40%,6.溶洞或有進(jìn)無出處理（1）尼龍袋堵漏（2）濃泡沫鉆井液（3）清水搶鉆〈三〉堵漏方法的選擇蹩漏，滲漏，輕度漏失。靜止封堵（或稠泥漿）中等漏失：橋堵、柴油搬土嚴(yán)重漏失：多種堵漏方法配合。,§5—3 卡鉆及防卡,鉆具既不能轉(zhuǎn)動又不能上下活動而被卡死的情況，稱為卡鉆 一、卡鉆類型及其泥漿

43、性能的關(guān)系（見書）二、卡鉆分析及解卡預(yù)防措施（一）泥餅粘附卡鉆---壓差卡鉆（占80%）指鉆井液液柱壓力與地層壓力差，使鉆具緊壓在井壁泥餅上導(dǎo)致的卡鉆。1.發(fā)生的原因及現(xiàn)象原因：鉆具靜止后靠貼泥餅上，壓差作用在鉆具未粘附部分，使鉆具壓緊井壁，發(fā)生卡鉆。,現(xiàn)象：鉆具靜止一段時間后，不能上提下放，轉(zhuǎn)動，但循環(huán)正常。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2.影響因素鉆具與泥漿之間的粘附力（解卡

44、所需提力）,,,由此得出結(jié)論：（1）A愈大，F(xiàn)愈大。（泥餅厚度，靜置時間）（2）u愈大，F(xiàn)愈大（3）愈大，F(xiàn)愈大此外，泥餅強(qiáng)度影響F，以及井壁與泥餅的連接力，若連接力小，解卡后，鉆具上粘附有泥餅。,3.預(yù)防及解卡措施預(yù)防：a.避免鉆具靜止 b.改善泥餅質(zhì)量要求：薄而致密、表面 潤滑性好。方法：Ⅰ.針對A，降固含、失水、減小靜置即卡鉆 時間 Ⅱ.

45、混油∶柴油、機(jī)油或輕質(zhì)原油（2∶1）加入3～15方，同時加乳化劑（水包油）如磺化要機(jī)油、月桂醇、司盤-80,Ⅲ.潤滑劑（表面活性劑） Ⅳ.潤滑性好的固體粉末，如石墨粉、MOS或MO的絡(luò)合物。Ⅴ.塑料及玻璃小球粒度10～30目，30～120目，用量0.5～3%這些小珠加入后一起形成泥餅，在其表面起支持鉆具，使遞壓力和微軸承滑動作用。,(2)解卡解除卡差卡鉆的主要途徑是：降低壓差減小粘附面積，及鉆具與泥餅之間摩擦力。Ⅰ.

46、卡點(diǎn)的確定,,此外不可用測卡儀測定,Ⅱ.方法a.減小泥漿密度（在允許情況下替入輕泥漿）b.浸泡i泡油：低粘油（柴油輕質(zhì)原油）配加適量表面活性劑，泵如被卡位置。油量：根據(jù)被泡井段長度及井段大小確定ii泡酸：碳酸鹽地層，溶解泥餅,C.配制解卡液及解卡泥漿其機(jī)理也是浸泡，且能加重，維持泥漿密度，其種類又分為加重和非加重。主要成分：柴油、氧化瀝青、有機(jī)土、表面活性劑作用：滲透、油潤、傳遞壓力、消除壓差、降低ｕ和A。,保護(hù)油氣層鉆

47、井液技術(shù),油層具有孔隙和裂縫，并構(gòu)成油氣儲藏及流動通道。油氣通過這些通道進(jìn)入油井井筒被采到地面。然而在油氣層完井過程中，各種流體進(jìn)入地層通道，不可避免地會造成不同程度的堵塞（即油層損害），從而對產(chǎn)能產(chǎn)生影響。油氣層損害的核心問題，是由于鉆井液、完井液、修井液等性能不好，使用不當(dāng)，使油氣層受到損害，改變巖石結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，甚至引起潤濕性和流體相態(tài)改變。這樣顯然會降低井筒附近滲透率，增加油氣流向井筒的阻力，使油氣井產(chǎn)能下降，地層中相當(dāng)一部

48、分油不能經(jīng)濟(jì)的采出，從而使一些油田面臨最終采收率降低的問題，當(dāng)損害嚴(yán)重時，油氣層被堵死，得不到油氣顯示，會造成測井資料失真，延誤勘探過程和油氣田的早日發(fā)現(xiàn)。,§5—4損害油層滲透率的機(jī)理,一、外來液體的侵入1.改變近井地帶的油水分布狀況，使油的有效滲透率下降。外來液體侵入油層孔道，降低了含油飽和度，從而引起油層有效滲透率下降。2．由于水的侵入，油、水兩相在油層毛細(xì)管內(nèi)流動時，產(chǎn)生賈敏效應(yīng)。3．形成乳狀液，使流體的流動阻

49、力增大。,4．使生產(chǎn)層中粘土膨脹，堵塞孔隙。 分散、運(yùn)移→堵塞孔道若含粘土量達(dá)5～20%。則油層性能較差，尤其水敏性粘土則完全可能把油層孔道堵塞。5．與地層流體不配伍，生成沉積物6．油層潤濕反轉(zhuǎn)，降低滲透率。水潤濕地層——→油潤濕地層一般可使油滲透率平均降低40%。,,,,二、固相粒子的侵入及堵塞。1．外來固體粒子的侵入而造成的堵塞。泥漿中的固體隨著泥漿的滲透進(jìn)入油、氣層孔隙，堵塞

50、油氣層孔道，固體粒子的入侵，使?jié)B透率下降大約100毫達(dá)西。若固體粒子在多孔介質(zhì)表面架橋形成泥餅，便可阻止固體粒子進(jìn)入地層內(nèi)部。固體粒子架橋其粒子至少或等于砂巖孔徑三分之一，才易架橋形成泥餅。為了防止固相顆粒侵入地層內(nèi)部，鉆井液中加入粒徑大于地層中孔徑三分之一的架橋粒子，其濃度不少于鉆井液中固體體積的5%。,2．油層所含細(xì)粒的分散運(yùn)移而造成堵塞在油層顆粒表面上，常有許多粘著不牢的粘土，云母、長石和其它礦物，它們在外力的作用下，從孔壁

51、上分離下來，然后隨著外來液體一起流動。在孔隙喉口處造成堵塞。,微粒堵塞泥層示意圖,三、氣體侵入1.空氣中的氧與原油發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生膠質(zhì)或其它氧化物2.二氧化碳溶于瀝青質(zhì)原油中。引起瀝青沉淀，溶于水中的CO2會使巖層中的碳酸鈣溶解，破壞砂層膠結(jié)和引起油井結(jié)垢。溶解的碳酸氫鈣、在井筒中因壓力降低分解出CaCO3 沉淀，造成油井結(jié)垢。3.以泡沫形式在油層中運(yùn)移，引起孔道中壓力擾動，促使地層微粒運(yùn)移。泡沫狀氣體產(chǎn)生“賈敏效應(yīng)”。,&#

52、167;5—5 防止或減輕油層損害的方法,根據(jù)以上原因分析，得到以下保護(hù)油氣層的思路：1.不該進(jìn)的物質(zhì)盡量少進(jìn)，免不了進(jìn)去的物質(zhì)是良性。2.進(jìn)去的東西可通過物理化學(xué)方法解堵。3.以預(yù)防為主，即少進(jìn)，淺進(jìn)，配伍，能解除，另考慮經(jīng)濟(jì)效益。,一、盡可能減少外來物侵入1.減少液體侵入量（1）控制壓差不發(fā)生井噴的前提下，盡可能降低壓力采用平衡壓力鉆進(jìn)。（2）縮短浸泡時間 T↗ Vt ↗提高鉆速，縮短

53、鉆井時間（3）控制濾矢量,,2.控制固相入侵（1）盡量減少鉆井液中的固相含量鉆井液因固相愈多，對地層損害愈嚴(yán)重，所以盡力除去固相。（2）快速形成濾餅侵入產(chǎn)層中的固相主要是在泥餅形成前進(jìn)入地層中，侵入產(chǎn)層的固相含量主要取決于鉆井液中的固相含量，地層孔隙大小和形成濾餅的速度。在鉆井液中加橋堵劑，這些橋堵劑的顆粒直徑至少等于或大于地層孔隙直徑的（1/3～1/2）其加入量不少于鉆井液所含固體體積的5%。這種橋堵深度淺可由射孔射穿。且

54、橋堵材料是可溶性的。,（3）選用合適的加重材料選用酸溶性加重劑，如碳酸鈣和碳酸鐵這些加重材料可酸化解堵。2.用好泥漿添加劑，維護(hù)好泥漿性能。1.避免使用堿可溶，酸不溶的高分子處理劑各種處理劑的酸溶性如下：基本不沉淀：PAC CMS（羧甲基淀粉） XC HEC CPAN少量沉淀：PHP SMP CPA TSK SMK 沉淀多的：LV—CMC HV—CMC SMC好的處理劑不僅要具有堿溶性，而且在低PH值

55、也有一定水溶性和油溶性。,,2.使用酸溶或油溶性固相物質(zhì)碳酸鈣、氧化鎂、鈦鐵礦等可酸溶，磺化和氧化瀝青，油溶性樹脂，可油溶。性能：AV：24.5～21.5 PV：15～13 YP：10.5～8.5,,3.充氣泥漿配方：OH—Ae SAS(磺化瀝青) CMC用量 0.5～1.0 0.5～1.0 0.8～1.0%性能：ρ 0.5～0.9 T 26～53.5

56、B 13～20ml K 0.5mm PH=7 PV 16～37mPa·S出井排氣入井進(jìn)氣。特點(diǎn)：I.成本比泡沫低（117元/m3 泡沫220元/m3） Ⅱ.鉆速提高 Ⅲ.采收率提高10～40%,二、水基類完井液由于要考慮井眼條件，經(jīng)濟(jì)效益等諸因素，目前在世界各地用以打開生產(chǎn)層的完井液主要是水基類為主，而主要使用的水基完井液有三種，改性鉆井液，無固相鹽水清潔液等。1.改性

57、鉆井液改性鉆井液是在原鉆井液的基礎(chǔ)上加以調(diào)整性能。使其基本上滿足鉆開完井液的基本性能要求：一低，二高，二適當(dāng)。改性：(1)加橋堵劑 (2)配伍性,四川：(1)在鉆開產(chǎn)層前50米，調(diào)節(jié)性能?？刂瓢岷?2)加SD-1或AS 0.2～0.4%降(3)加石灰石或鈦鐵礦10～20%性能：Ⅰ.合適的ρ和流變性 Ⅱ.HTHP B=13～15 Ⅲ.Kf=0.15～0.18 Ⅳ.泥餅酸溶率>35% Ⅴ.氣液表面

58、張力0.35～0.045N/m,2.無固相鹽水清潔液近幾年來，無固相鹽水清潔液廣泛地用于打開生產(chǎn)層，其主要原因是：這類液體不含固相，靠增加鹽的濃度來提高液體比重，所以不會發(fā)生外來固體侵入地層孔道的問題，還可抑制地層粘土的水化膨脹。,無固相鹽水液的種類及密度范圍,它們密度范圍為1.07～2.30g/cm3,基本上可滿足各類油氣井的需要，在鹽水清潔液中最常用的有NaCl KCl CaCl等。,任何侵入油層的外來液體，均引起地層的損害。液體