井漏处理措施及案例分析.ppt
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1、井漏钻井过程中经常发生井漏,轻微的漏失钻井过程中经常发生井漏,轻微的漏失会使钻井工作中断,严重的漏失要耽误大量会使钻井工作中断,严重的漏失要耽误大量的生产时间,耗费大量的人力物力和财力,的生产时间,耗费大量的人力物力和财力,如井漏得不到及时处理,还会引起井塌、井如井漏得不到及时处理,还会引起井塌、井喷和卡钻事故,导致部分井段或全井段的报喷和卡钻事故,导致部分井段或全井段的报废,所以及时的处理井漏恢复正常钻进是非废,所以及时的处理井漏恢复正常钻进是非常重要的工作。常重要的工作。第一节第一节井漏的原因和机理井漏的原因和机理凡是发生钻井液漏失的地层,必须具备下列条件:凡是发生钻井液漏失的地层,必须具
2、备下列条件:地地层层中中有有孔孔隙隙、裂裂缝缝或或溶溶洞洞,使使钻钻井井液液有有通通行行的的条条件;件;地地层层孔孔隙隙中中的的流流体体压压力力小小于于钻钻井井液液液液柱柱压压力力,在在正正压差的作用下,才能发生漏失;压差的作用下,才能发生漏失;地地层层破破裂裂压压力力小小于于钻钻井井液液液液柱柱压压力力和和环环空空压压耗耗或或激激动压力之和,把地层压裂,产生漏失。动压力之和,把地层压裂,产生漏失。形形成成这这些些漏漏失失的的原原因因,有有些些是是天天然然的的,即即在在沉沉积积过过程程中中、或或地地下下水水溶溶蚀蚀过过程程中中、或或构构造造活活动动过过程程中中形形成成的的,同同一一构构造造的的
3、相相同同层层位位在在横横向向分分布布上上具具有有相相近近的的性性质质,这这种种漏漏失有两种类型。失有两种类型。渗渗透透性性漏漏失失。这这种种漏漏失失多多发发生生在在粗粗颗颗粒粒未未胶胶结结或或胶胶结结很很差差的的地地层层,如如粗粗砂砂岩岩、砾砾岩岩、含含砾砾砂砂岩岩等等地地层层。只只要要它它的的渗渗透透率率超超过过14x10-3um2,或或者者它它的的平平均均粒粒径径大大于于钻钻井井液液中中数数量量最最多多的的大大颗颗粒粒粒粒径径的的三三倍倍时时,在在钻钻井井液液液液柱柱压压力力大大于于地地层层孔孔隙隙压压力力时时,就就会发生漏失。会发生漏失。天然裂缝、溶洞漏失。如石灰岩、白云天然裂缝、溶洞漏
4、失。如石灰岩、白云岩的裂缝、溶洞及岩的裂缝、溶洞及不整合侵蚀面、断层、地应力破碎带、火成岩侵人体等都有大量不整合侵蚀面、断层、地应力破碎带、火成岩侵人体等都有大量的裂缝和孔洞,在钻井液液柱压力大于地层压力时会发生漏失,的裂缝和孔洞,在钻井液液柱压力大于地层压力时会发生漏失,而且漏失量大,漏失速度快。而且漏失量大,漏失速度快。有些井漏的因素却是后天造成的,即人有些井漏的因素却是后天造成的,即人为为的因素,的因素,这这些因素些因素有以下几种。有以下几种。因因为为油油田田注注水水开开发发之之后后,地地层层孔孔隙隙压压力力的的分分布布与与原原始始状状态态完完全全不不同同,出出现现了了纵纵向向上上压压力
5、力系系统统的的紊紊乱乱,上上下下相相邻邻两两个个油油层层的的孔孔隙隙压压力力可可能能相相差差很很大大,而而且且是是高高压压、常常压压、欠欠压压层层相相间间存存在在,出出现现了了多多压压力力层层系系。在在平平面面分分布布上上,地地层层压压力力也也起起了了很很大大变变化化,同同一一层层位位在在不不同同区区域域的的地地层层压压力力不不同同,没没有有规规律律可可循循。造造成成这这些些地地层压层压力高低力高低变变化的原因是:化的原因是:(a)(a)有的有的层层只采不注或采多注少,能量只采不注或采多注少,能量补补充不上,形成低充不上,形成低压压;(b)有有断断层层遮遮挡挡或或是是地地层层尖尖灭灭,注注水水
6、井井和和采采油油井井连连通通不不起起来来,注注入区形成高压,生产区形成低压;入区形成高压,生产区形成低压;(c)不不同同层层位位的的渗渗透透性性差差别别很很大大,在在注注水水过过程程中中,渗渗透透性性好好的的地地层吸水量大,渗透性差的地层吸水量少,形成了不同的地层压力;层吸水量大,渗透性差的地层吸水量少,形成了不同的地层压力;(d)有有的的层层注注多多采采少少,或或只只注注不不采采,形形成成高高压压,而而常常压压层层则则相相对对成为低压层;成为低压层;(e)由于固井质量不好,管外串通,或封隔器不严,管内串通,由于固井质量不好,管外串通,或封隔器不严,管内串通,或者油层套管发生了问题如断裂、破裂
7、、漏失,不可能按人们的愿或者油层套管发生了问题如断裂、破裂、漏失,不可能按人们的愿望达到分层配注的目的,该多注的注少了,该少注的注多了,该注望达到分层配注的目的,该多注的注少了,该少注的注多了,该注的层位没有注进水,不该注的层位却注进了不少的水,于是人为的的层位没有注进水,不该注的层位却注进了不少的水,于是人为的制造了不少的高压层,在此种区块钻调整井,为了防止井喷,不能制造了不少的高压层,在此种区块钻调整井,为了防止井喷,不能不用高密度钻井液钻井,于是那些本来是常压的地层,也相对的变不用高密度钻井液钻井,于是那些本来是常压的地层,也相对的变成低压层了,漏失的可能性增加了,而且这些井的漏失往往是
8、多点成低压层了,漏失的可能性增加了,而且这些井的漏失往往是多点的长井段的漏失,的长井段的漏失,还还可能是可能是喷喷、漏交替、漏交替发发生。生。由于注水开由于注水开发发,地,地层层破裂破裂压压力也力也发发生了生了变变化,从上而下各化,从上而下各层层的最低破裂的最低破裂压压力梯度不同,其大小与埋藏深度无关,高低力梯度不同,其大小与埋藏深度无关,高低压压相相间间存存在。在同一在。在同一层层位,上中下各部位破裂位,上中下各部位破裂压压力不同。在平面分布上,同力不同。在平面分布上,同一一层层位在平面上的不同位置破裂位在平面上的不同位置破裂压压力梯度也不同。造成地力梯度也不同。造成地层层破裂破裂压压力梯度
9、下降的原因是:力梯度下降的原因是:(a)(a)压裂、酸化等增产措施使地层裂缝增加;压裂、酸化等增产措施使地层裂缝增加;(b)(b)由由于于注注水水清清洗洗的的结结果果,使使地地层层胶胶结结程程度度变变差差,孔孔隙隙度度变变大大,不合理的注水又诱发了微细裂缝的产生;不合理的注水又诱发了微细裂缝的产生;(c)(c)由于生产油气使地层孔隙压力下降;由于生产油气使地层孔隙压力下降;(d)(d)由由于于各各区区块块各各层层位位的的注注采采程程度度并并不不均均衡衡,导导致致地地应应力力的的发发生生、聚集与释放,产生了许多垂直裂纹。聚集与释放,产生了许多垂直裂纹。施工措施不当,造成了漏失。漏失与不漏失是相对
10、而言的,有施工措施不当,造成了漏失。漏失与不漏失是相对而言的,有些地层有一定的承压能力,在正常情况下可能不漏,但因施工措施些地层有一定的承压能力,在正常情况下可能不漏,但因施工措施不当,使井底压力与地层压力的差值超过地层的抗张强度和井筒周不当,使井底压力与地层压力的差值超过地层的抗张强度和井筒周围的挤压应力时,地层就会被压出裂缝,发生漏失,造成这种现象围的挤压应力时,地层就会被压出裂缝,发生漏失,造成这种现象的原因有:的原因有:(a)(a)在在加加重重钻钻井井液液时时,控控制制不不好好,使使密密度度过过高高,压压漏漏了了裸裸眼眼井井段段中中抗抗压压强强度度最最薄薄弱弱的的地地层层,经经验验证证
11、明明,最最易易压压漏漏的的地地层层是是技技术术套套管管鞋以下的第一个砂层;鞋以下的第一个砂层;(b)(b)下下钻钻或或接接单单根根时时,下下放放速速度度过过快快,造造成成过过高高的的激激动动压压力力,压压漏钻头以下的地层,漏钻头以下的地层,(c)(c)钻钻井井液液粘粘度度、切切力力太太高高,开开泵泵过过猛猛,造造成成开开泵泵时时过过高高的的激激动动压力,压漏钻头附近的地层;压力,压漏钻头附近的地层;(d)(d)快快速速钻钻进进时时,排排量量跟跟不不上上,岩岩屑屑浓浓度度太太大大,钻钻铤铤外外环环空空有有大大量岩屑沉淀,开泵过猛,压力过高,将钻头附近地层压漏;量岩屑沉淀,开泵过猛,压力过高,将钻
12、头附近地层压漏;(e)(e)钻钻头头或或扶扶正正器器泥泥包包,不不能能及及时时清清除除,以以致致泵泵压压升升高高,憋憋漏漏地地层;层;(f)(f)因因各各种种原原因因,井井内内钻钻井井液液静静止止时时间间过过长长,触触变变性性很很大大,下下钻钻时时又又不不分分段段循循环环,破破坏坏钻钻井井液液的的结结构构力力,而而是是一一通通到到底底,开开泵泵时时憋憋漏地层;漏地层;(g)(g)井中有砂桥,下钻时钻头进入砂桥,由于环空循环不畅,井中有砂桥,下钻时钻头进入砂桥,由于环空循环不畅,即即使用小排量开使用小排量开泵泵,也会,也会压压漏地漏地层层,漏失,漏失层层就在就在钻头钻头所在位置;所在位置;(h)
13、(h)井井壁坍塌,堵塞外至,憋壁坍塌,堵塞外至,憋漏漏地地层层;井井漏漏是是很很容容易易发发现现的的,凡凡是是因因液液柱柱压压力力不不平平衡衡而而造造成成的的井井漏漏,往往往往是是泵泵压压下下降降,钻钻井井液液进进多多出出少少,或或只只进进不不返返,甚甚至至环环空空液液面面下下降降。凡凡是是因因操操作作不不当当而而造造成成的的井井漏漏,往往往往是是泵泵压压上上升升,钻钻井井液液进进多多出出少少,或或只只进进不不返返,但但环环空空液液面面不不下下降降,停停泵泵后后钻钻柱柱内内有有回回压压,但但活活动钻动钻具具时时除正常摩擦阻力外,没有除正常摩擦阻力外,没有额额外的阻力。外的阻力。凡凡是是因因井井
14、塌塌或或砂砂桥桥堵堵塞塞环环空空而而造造成成的的井井漏漏,则则泵泵压压上上升升,钻钻井井液液进进多多出出少少,或或只只进进不不返返,停停泵泵时时有有回回压压,活活动动钻钻具具时时有有阻阻力力而而且且阻阻力力随着漏失量的增大而增加。随着漏失量的增大而增加。第二节第二节 漏失层位的判断漏失层位的判断 井井漏漏后后往往往往采采取取堵堵漏漏的的办办法法以以恢恢复复生生产产,但但要要堵堵漏漏必必须须首首先先了了解解漏漏层层的的位位置置,才才能能有有的的放放矢矢,否否则则,便便是是盲盲人人骑骑瞎瞎马马,夜夜半半临临深深池。究竟如何判断漏失层位呢池。究竟如何判断漏失层位呢?以下给出一些判断的方法。以下给出一
15、些判断的方法。一、钻井液密度没有增加时产生的漏失一、钻井液密度没有增加时产生的漏失 如如果果钻钻井井液液性性能能没没有有发发生生什什么么变变化化,在在正正常常钻钻进进中中发发生生了了井井漏,则漏失层即钻头刚钻达的位置。漏,则漏失层即钻头刚钻达的位置。如如果果钻钻进进中中有有放放空空现现象象,放放空空后后即即发发生生井井漏漏,则则漏漏失失层层即即放放空井段。空井段。下下钻钻时时如如果果钻钻头头进进入入砂砂桥桥,或或进进入入坍坍塌塌井井段段,开开泵泵时时泵泵压压上上升,地升,地层层憋漏,憋漏,则则漏漏层层即在砂即在砂桥桥或坍塌井段。或坍塌井段。下下钻钻时时观观察察钻钻井井液液返返出出动动态态,每每
16、下下一一立立柱柱,井井内内应应返返出出与与一一柱柱钻钻具具体体积积相相同同的的钻钻井井液液量量,但但钻钻井井液液的的返返出出与与钻钻具具的的下下人人并并不不同同时时出出现现,有有一一个个滞滞后后时时间间,可可能能钻钻柱柱下下完完了了,钻钻井井液液才才开开始始从从井井口口返返出出,钻钻具具下下人人越越深深,这这个个滞滞后后时时间间越越长长,如如果果没没有有漏漏层层,钻钻井井液液总总是是会会返返出出来来的的。当当钻钻具具下下人人后后,井井口口没没有有钻钻井井液液返返出出时时,说说明明钻钻头头已到达或穿已到达或穿过过漏漏层层,以此可以推算漏,以此可以推算漏层层的深度。的深度。在在原原始始状状态态下下
17、,漏漏层层位位置置在在平平面面上上的的分分布布往往往往是是具具有有相相似似性性,所所以以应应分分析析邻邻井井过过去去的的钻钻井井资资料料,横横向向对对比比该该层层在在本本井井的的深深度度,则则此点发生漏失的可能性最大。此点发生漏失的可能性最大。如如果果在在钻钻井井过过程程中中某某层层曾曾发发生生过过漏漏失失,以以后后在在钻钻井井过过程程中中又又发生了漏失,则该层应是首先考虑的敏感区。发生了漏失,则该层应是首先考虑的敏感区。二、钻井液密度增加时产生的漏失二、钻井液密度增加时产生的漏失 如如在在钻钻进进时时不不发发生生漏漏失失,而而在在加加重重钻钻井井液液时时或或替替加加重重钻钻井井液液过过程程中
18、中发发生生了了漏漏失失,应应分分析析本本井井已已钻钻的的地地层层剖剖面面,那那里里有有断断层层,那那里里有有不不整整合合面面,那那里里有有生生物物灰灰岩岩和和火火成成岩岩侵侵人人体体,那那里里有有高高渗渗透透的的厚厚砂砂岩岩。一一般般来来说说,开开放放性性的的断断层层和和不不整整合合面面在在钻钻进进时时就就易易发发生生漏漏失失,待待滤滤饼饼形形成成后后,漏漏失失的的可可能能性性减减小小了了。而而高高渗渗透透性性的的厚厚砂砂岩岩、生生物物灰灰岩岩、火火成成岩岩侵侵人人体体发发生生漏漏失失的的可可能能性性最最大大,埋埋藏藏越越浅浅,漏漏失失的的可可能能性性越越大大。当当然然也也有有特特殊殊情情况况
19、,上上部部不不漏漏下下部部漏漏,松松软软地地层层不不漏漏而而中中硬硬地地层层漏漏这这是是因因为为脆脆性性地地层层在在地地应应力力作作用用下下容容易易形形成成裂裂缝缝,而而这这些些裂裂缝缝中中的的矿矿物物充充填填程程度度或或油油气气水水充充填填程程度度不不饱饱满满而而容容易易形形成成漏漏失失,而而压压实实程程度度较较小小的的具具有有塑塑性性的的地地层层反反而而不不容容易易形形成成裂裂缝缝。如如果果在在提提高高钻钻井井液液密密度度的的过过程程中中发发生生井井漏漏,则则漏漏失失层层可可能能在在裸裸眼眼井井段段中中的的任任意井段,但最有可能的是技意井段,但最有可能的是技术术套管鞋以下的第一个砂岩套管鞋
20、以下的第一个砂岩层层。,如如果果一一时时确确定定不不了了,还还可可以以采采用用其其他他方方法法进进行行测测定定。由由于于其其所所用工具和工艺流程比较复杂,在这里仅做简单介绍:用工具和工艺流程比较复杂,在这里仅做简单介绍:1 1螺旋流量计法;螺旋流量计法;2 2井温井温测测定法定法;3 3放射性放射性测测井法井法;4 4RFTRFT测测井法井法;5 5综综合分析法合分析法;6 6钻钻井液井液电电阻阻测测定法定法;7 7声波声波测试测试法法;8 8传传感器感器测试测试法法;9 9自自动测动测漏装置漏装置;1010封隔器封隔器测试测试法法;1111计计算法算法;第三第三节节 漏漏层压层压力的力的计计
21、算算一、利用静液面的深度一、利用静液面的深度进进行行计计算算已知漏已知漏层层井深井深H Hl l(m)(m),如井漏,如井漏时时液面在井口,液面在井口,则则漏漏层压层压力力P P1 1(MPa)(MPa)P P1 1=0.01H=0.01H1 1 (66)(66)如如漏漏失失后后液液面面不不在在井井口口,则则应应用用回回声声仪仪或或钻钻具具测测出出静静液液面面至至井井口口的距离的距离Hs(m)Hs(m),则则漏漏层压层压力力P P1 1(MPa)(MPa)P P1 1=0.01(H=0.01(Hl lHs)(67)Hs)(67)式中式中钻钻井液密度,井液密度,g gcrncrn3 3。二、利用
22、井漏前后二、利用井漏前后钻钻具具悬悬重的重的变变化化进进行行计计算算设设钻钻头头井井深深为为H(m)H(m),井井漏漏后后漏漏层层深深度度为为H H1 1(m)(m),静静液液面面深深度度为为H H2 2(m)(m),钻钻具具在在空空气气中中每每米米重重量量为为G Gm m(kg(kgm)m),钻钻具具在在钻钻井井液液中中的的浮浮力系数力系数为为K Kf f,则则井漏以前,井漏以前,钻钻具具悬悬重重G G1 1(kN)(kN)为为:G G1 1=0.01K=0.01Kf fGmHGmH井漏后,钻具悬重井漏后,钻具悬重G G2 2(kN)(kN)为:为:G G2 2=0.01K=0.01Kf f
23、Gm(HGm(H1 1-H-H2 2)十十GmHGmH2 2 悬重变化为悬重变化为GG,G G二二G G2 2-G-Gl l=0.01(1K=0.01(1Kf f)GmH)GmH2 2 因为,因为,K Kf f=(=(S S-M M)/s)/s,N 1K N 1Kf f=m=mss 所以,所以,H H2 2=lOOsG=lOOsG(m Gm)(m Gm)如果漏层深度已知,则漏层压力如果漏层深度已知,则漏层压力(MPa)(MPa)应为:应为:P Pl l=0.01m(H=0.01m(Hl l-H-H2 2)(68)(68)式中:式中:m m井内钻井液密度,井内钻井液密度,g gcmcm3 3;P
24、s Ps钻具钢材密度,钻具钢材密度,7 785g85gcmcm3 3。三、利用不同排量循环时的压差计算漏层压力三、利用不同排量循环时的压差计算漏层压力用用两两种种不不同同的的排排量量O Ol l和和Q Q2 2(Q(Ql lQQ2 2)进进行行循循环环,测测量量出出口口流流量量分分别别为为Q Q3 3和和Q Q4 4,设设:P Ph h漏漏层层以上以上环环空液柱空液柱压压力,力,MPaMPa;P Pafaf排量排量为为Q Ql l时时的的环环空摩阻,空摩阻,MPaMPa;P Pafaf排量排量为为Q Q:时时的的环环空摩阻,空摩阻,MPaMPa;P Pffff-排量为排量为Q Ql l时的漏层
25、摩阻,时的漏层摩阻,MPaMPa;p pffff-排量为排量为Q Q2 2时的漏层摩阻,时的漏层摩阻,MPaMPa;P P1 1漏层压力漏层压力MPaMPa;K Kafaf环空摩阻系数;环空摩阻系数;K Kffff漏层摩阻系数。漏层摩阻系数。漏层压力为:漏层压力为:P P1 1=P=Ph h+P+Pafaf-P-Pffff P P1 1=P=Ph h+P+Pafaf-P-Pffff其中:其中:P Pffff=K=Kffff (Q Q1 1 Q Q3 3)2 2 P Pffff=K=Kffff (Q Q3 3 Q Q4 4)2 2 K Kffff=P=PafafH H1 1(Q(Q1 12 2-
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