钻井工程中井漏预防与堵漏技术的应用

发表时间:2020/6/12   来源:《基层建设》2020年第5期   作者:李德涛
[导读] 摘要:钻井工程中井漏产生的原因具有多样性,要充分考虑到当前钻井工程的实际情况,在井深的结构设计环节中要保证合理性,尽量降低钻井液激动压力与环空压耗,并将井漏防堵技术有效的应用其中,坚持理论联系实际的原则,使之适应当前钻井工程的实际需要。
        胜利石油工程公司黄河钻井总公司  山东东营  257000
        摘要:钻井工程中井漏产生的原因具有多样性,要充分考虑到当前钻井工程的实际情况,在井深的结构设计环节中要保证合理性,尽量降低钻井液激动压力与环空压耗,并将井漏防堵技术有效的应用其中,坚持理论联系实际的原则,使之适应当前钻井工程的实际需要。
        关键词:钻井工程;井漏预防;堵漏技术;应用
        一、钻井工程中井漏的成因
        1、钻井工程中井漏的条件
        (1)地层中有孔隙、裂缝或溶洞,使钻井液有通行的条件,在正压差的作用下,发生漏失;(2)地层破裂压力小于钻井液液柱压力和环空压耗或激动压力之和,把地层压裂,产生漏失。
        2、井漏的原因
        2.1人为因素
        在钻井工程中,与井底层破裂压力对比,井眼处压力比较小,所以容易形成压力差,导致井眼周围发生裂缝,会在一定程度上增加井漏的发生概率,对钻井工程顺利进行造成影响。另外在钻井工程中,在进行注水作业时就会加剧地层破裂压力发生变化,如果没有进行合理的防护措施,就可能发生井漏问题,对钻井工程进行造成影响。
        2.2自然因素
        形成漏失的原因,有些是天然的,即在沉积过程中、或地下水溶蚀过程中、或构造活动过程中形成的,同一构造的相同层位在横向分布上具有相近的性质。
        (1)渗透性漏失:多发生在粗颗粒未胶结或胶结很差的地层如粗砂岩、砾岩、含砾砂岩等,只要它的平均粒径大于钻井液中数量最多的大颗粒粒径的三倍时,在钻井液液柱压力大于地层孔隙压力时,就会发生漏失。
        (2)天然裂缝、溶洞性漏失:石灰岩、白云岩的裂缝、溶洞及不整合侵蚀面、断层、地应力破碎带、火成岩侵入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,而且漏失量大,漏失速度快。
        (3)孔隙-裂缝性漏失:即前两者因素都具备的综合性漏失。
        在石油开采中,由于地层中有硬脆性较大的岩层,而且岩层的空隙通透性比较好,在钻井液注入密度较大时,就容易发生渗漏问题,从而导致井漏问题的发生,对钻井工程的顺利进行造成很大影响。
        二、当前防漏堵漏工作中存在的主要问题
        在钻井工程中,防漏堵漏工作是非常重要一部分。在进行防漏堵漏工作中,由于受到技术的限制,不能很好地对漏失位置进行确认,这对防漏堵漏工作的顺利进行造成了很大影响。在防漏堵漏工作中,主要围绕钻井液进行,通过控制泵排量和下钻速度对裂缝进行处理,但是效果不理想。
        在防漏堵漏工作中,对井漏位置的确认是非常重要的一部分。对井漏位置确认有很多方式,如正反循环测试法、井漏前后泵压变化测试法、注低密度钻井液找漏层位置、循环时差法确定漏层位置等,但是在实际工程中,很多是靠自己的经验判断,如果判断结果不准确,就会对后期的堵漏工作造成很大影响,对钻井工程工作效率造成影响。另外在防漏堵漏工作中,用于堵漏的材料种类比较多。但是在实际工作中常用的是无机胶类材料,这些材料不能满足工作需求,堵漏效果比较差。
        三、钻井工程中井漏的预防工作
        1、加强钻井细节控制
        钻井工程在施工中会有较多的施工环节,如果施工人员在施工中不能够对相关细节进行控制,就可能会导致钻井井漏现象的发生。因此在后期的钻井工程井漏预防中,施工人员需要加强钻井细节控制,保证钻井质量。如工作人员在运用设备进行下钻工作时,需要通过控制装备降低钻井设备的下降速度,以避免钻井过程中对岩层的破坏。其次,施工人员在易漏层下钻和钻井中完作业下套管时也需要控制速度,这样可以避免管柱在下放过程中激动压力过大引发井漏。最后,施工人员为在钻井过程中预防井漏现象,在开泵时不仅仅需要注意放缓动作,而且还要按照开泵的相关要求以及开泵顺序进行,这样可以降低开泵时泵管所受到的冲击力,保证泵管作用的发挥。
        2、利用有效措施合理降低钻井的液动压力
        一般情况下钻井所发生的井漏现象,多是由于钻井本身井筒中的液体动压力过大,超过了地层当量密度的上限,所以在这样的情况下,操作人员一旦出现一点操作不当的现象,就会立即导致整个钻井出现井漏现象,因此为了避免和杜绝这一类现象的发生,钻井设计人员就要立即采取相关措施对于井筒内的液体动压力进行有效降低控制。此外在这样的情况下,钻井设计人员在设法降低控制液体动压力的时候,还要注意和区块地层当量密度相结合,来选择最合适该钻井的液动压力,以此来保证预防钻井井漏现象的发生。
        3、利用有效措施降低钻井液的环空压耗
        在钻井的日常运行当中,操作者也可以利用一些类似于减小钻井液环空压耗的方式,来控制井漏现象的发生,利用对钻井的相关参数设置,将钻井发展数据调整到最优化状态,来达到降低钻井液环空压耗的目的,最终实现降低井漏发生概率。在这个过程中,设计人员可以采取三种不同的措施来达到预期效果,第一,在携带钻屑的过程中,对钻井液的排量进行减少。第二,对钻井的设计结构进行合理规划,从而达到拓宽环空孔隙的目的。第三,在钻井施工的过程中可以通过调节钻井参数控制钻时,从而达到减小环空岩屑密度的目的。最后为了保证井漏的预防效果,无论采取哪种预防措施设计人员和施工者都应该精细化操作,尤其是下钻和下套管的过程中,要保持速度的平稳适中,从而达到有效预防井漏的目的。


        四、钻井工程中井漏的堵漏技术
        1、段塞堵漏技术的应用
        钻井工程中井漏堵漏技术中要将段塞堵漏技术有效的应用其中,根据施工现场的实际情况准确的对漏层进行确认,确定最佳堵漏配方,粒径选择很重要,在此环节中,借助自适应堵漏剂,将粘稠度控制在最佳区间,保证漏浆密度的合理性。在堵漏的环节中,将堵漏剂注入到漏失层中,使之符合漏层段的实际需要。需要控制好注入速度,对井筒的注入量进行监测,避免出现卡钻的问题,在控制环空压力的过程中要最好关井工作,环空压力要控制在5MPa以上,掌握好井下压力,在泄压前要保持30分钟左右,方可进行起钻工作,做好安全井段的加压处理,并维持在2小时左右。在处理井漏相对严重的井段时,要准确的定位钻头的位置,保证处于安全的井段,随即进行关井挤压。段塞在确定漏层容积之后附加8-10m³,段塞进入漏层后,保证井下堵漏浆内外持平,短起至段塞液面以上,进行关井挤堵或大排量循环观察。关井挤堵对环空压力合理控制,第一次挤入量较大,套压起压后观察压降,每间隔10-30min挤入一次,每次挤入量根据实际情况确定,挤入量最大不要超过附加量。
        (1)、桥浆承压堵漏
        对地层进行承压堵漏,堵漏浆推荐配方:井浆+3%随钻+3%细颗粒+6%中颗粒+4%粗颗粒+6%高效堵漏剂,
        承压堵漏施工步骤:
        ①地面根据堵漏浆推荐配方配制堵漏浆,保证其有效体积不低于20m3。
        ②配堵漏浆时下入光钻杆至井底,小排量循环下放钻具将井底冲洗干净,再将钻具提离井底20~30m 开始进行堵漏施工作业。
        ③堵漏施工时,采用钻井排量的1/3~1/2 泵注和泵替堵漏浆。
        ④堵漏浆顶替到位后,短起至预计堵漏浆位置以上100~200m后开始关井憋压,关井憋压压力以5~8MPa。
        ⑤实施挤注作业,挤注时应一次性将2/3 的堵漏浆挤入地层,候堵1~2h 后,再次开始挤注。若依然无起压现象,则继续候堵30min后再挤注,在挤注过程中,若发现起压,应适当提高挤注速度,以提高堵漏成功率。
        ⑥若稳定压力值低于5MPa,且堵漏浆已全部挤入地层,则应根据首次承压情况适时调整堵漏浆再次进行承压堵漏试验,若稳压在5MPa 以上,开井循环无漏失,则进入下步作业程序,其中在堵漏施工过程中要注意蹩压后应缓慢泄压。
        (2)、桥浆—水泥浆复合堵漏
        若采用承压堵漏措施堵漏两次无效,则应及时采用注水泥堵漏施工作业,采用注水泥堵漏作业时,钻具也应尽可能靠近漏层,以提高堵漏成功率。
        具体施工步骤如下:
        钻具提离井底→泵注桥浆(桥浆泵至钻具内容积1/2 时,关井)→泵注前隔离液→泵注水泥浆→泵后隔离液→用泥浆将钻具内的堵漏浆顶替出钻具→倒闸门,反挤(根据立管与套管压力确定反推量)→起钻至套管鞋→循环→关井反挤→关井憋压候堵。
        2、自适应防漏技术的应用
        自适应防漏技术主要是施工与封堵工作同步进行,并在不起钻的状态下进行操作,该技术具有成本低的优势,可以同时应用在多处井漏位置中。自适应技术的关键是要掌握好井漏的具体情况,做好钻井液的调配工作,实时对钻井的全过程进行监测,准确定位出现漏井的位置,并由专业的技术人员计算出漏失量,以此保证后续施工的顺利进行。同时,自适应防漏技术的关键是要对钻头水眼的规格进行检查,详细的对类型进行判断,实时掌握漏层的实际情况,准确计算出漏失速度。在封堵剂的选择上要保证合理性,对粒径的大小进行控制,随即进行搅拌处理,一般在40分钟左右,将其保存好以备后续使用。在井漏的封堵过程中,控制好漏层支架的距离,通常在50m,针对出现漏失的现象要借助钻井液对其进行补充。
        3、选择最佳的堵漏材料
        解决钻井工程中存在的井漏问题需要保证堵漏材料选择的准确性,要掌握好具体的井漏点,并借助堵漏材料将井漏通道进行封堵,防止井漏问题的发生。做好堵漏材料的选择工作,要尽量选择吸水膨胀能力较好的材料,一定程度上可以保证井壁的稳固性,避免产生井漏事故。当前的井漏材料具有多样性,不同材料的性能存在差异性,为了提升堵漏的效果,尽量选择新型的负荷材料,可以发挥适应性的优势,依托观察法对堵漏点的岩屑情况进行分析,在此环节中,需要准确的对堵漏点进行定位。
        4、化学堵漏技术的应用
        化学堵漏效果较为显著,实时对土壤中的成分进行观测,并与其发生化学反应,在堵漏剂流经管道中时,出现滞留以及稠化,封堵效果较好。在实际的封堵过程中,在填充材料的选择上,要选择具有高弹性的材料,在此环节中,借助胶束聚合物的优势,会在实际的封堵过程中形成一层封堵层,针对在封堵井漏的过程中出现的空隙利用加固剂进行加固处理,采用多种化学方式结合的形式进行封堵,有助于防止再次发生漏井问题。化学堵漏技术的应用一定程度上是对传统封堵方式的更新与完善,在钻井工程中的应用效果较好。
        结束语
        对于目前国民对于石油需求量越来越大的状况,国家对于钻井防渗漏工作还需要进行大力支持和发展,以保障钻井工作的正常开展。
        参考文献:
        [1]何作云,杨勇.油田修井作业中解卡方法研究[J].中国石油和化工标准与质量,2012(10).
        [2]范广振.油井修井作业中解卡方法分析[J].中国石油和化工标准与质量,2013(9).
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