裂缝性地层钻井技术研究

来源：SCI期刊网分类：建筑论文时间：2022-05-12 14:20 热度：

　　摘要：天然裂缝性地层的安全钻进一直是钻井工程师需要面临的技术难题。在钻井过程中，井底的钻井液液柱压力通常高于地层孔隙压力，从而导致钻井液容易发生漏失。尤其是钻遇裂缝性地层时，大量的钻井液漏失在增加钻井液成本的同时，还将带来一系列井下复杂事故。因此，需要对裂缝性地层的钻井技术进行研究，从而避免或减少漏失问题的出现。

裂缝性地层钻井技术研究

　　关键词：裂缝性地层;钻井液;堵漏材料;井眼加固;欠平衡

　　钻井过程中经常有井下漏失现象发生。从历史数据可以得知，大量的钻井液漏失到地层中(漏失循环)会大幅度提高钻井液施工成本并造成井下复杂问题。此外，漏失发生后采取的堵漏措施也容易对储层造成损害。研究发现，漏失成本占总成本的10%~20%，而其中的90%的漏失都是发生在裂缝性地层中。钻井液漏失的主要原因是天然裂缝或诱导性裂缝造成[1-2] 。如果在钻进过程中持续钻遇大量天然裂缝，则可能会发生失返性漏失。

　　从油气开采的角度来说，天然裂缝的存在可以大大提高储层岩石的有效渗透率，从而提高产量，但从钻井施工角度来说，天然裂缝的存在会使钻井和固井作业以变得极为复杂[3-4] 。因此，需要对裂缝性地层的钻井技术进行优化改进，从而避免漏失问题的出现。

　　1 钻井漏失的预防技术

　　预防性技术主要指提前通过计划来减少或避免漏失的发生。当在天然性裂缝地层或在高渗透率地层进行钻进时，不可能完全防止漏失，但是可以采取某些预防措施来减少漏失的发生，特别是那些可以避免诱发裂缝的预防措施。防止漏失的最有效方法是保持井底压力等于或接近于地层压力[5-6] 。目前比较成熟的预防性钻井措施主要有欠平衡钻井技术、控压钻井技术和套管钻井技术。

　　1.1 欠平衡钻井技术

　　在常规钻井过程中，井眼中钻井液液柱压力高于地层孔隙压力。在某些情况下，尤其是钻遇含有自然裂缝、孔洞和高渗透性地层的过程中，由于孔隙压力低，可能导致钻井液漏失。如果钻井液液柱压力低于孔隙压力(欠平衡钻井)则可以避免漏失现象的发生，为了实现当量循环密度小于地层孔隙压力，需要采用较轻的钻井流体，如油基钻井液、空气、雾化、泡沫或充气钻井液。在某些情况下，欠平衡钻井是唯一可用的钻井技术，并且由于存在多相流体流，它比常规钻井或控压钻井更为复杂。过平衡钻井中的压力窗口介于孔隙压力和裂缝压力梯度之间，而欠平衡钻井(UBD)中的压力窗口介于井壁稳定压力和孔隙压力之间，因此，密度窗户的大小将决定采用的钻井技术。欠平衡钻井的一个显著优点是可以钻穿破裂或衰竭储层，并最大程度地减少钻井液循环漏失，欠平衡钻井所使用的钻井液成本通常高于常规钻井液，但在提高机械钻速和钻头使用寿命的同时，还提高了钻井成功率，总体而言，还是较为经济的一种钻井方案。

　　1.2 控压钻井技术

　　某些地层的孔隙压力和破裂压力之间的差异很小，对该类地层进行钻井施工容易发生井漏或井喷等井下安全问题。通常在该类地层，可以采用增加套管层级的方法来进行施工作业，但过多的套管层级会大幅度增加钻井成本。因此控压钻井技术作为一种有效控制环空压力的技术，成为开发该类地层的主要选择之一。

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　　为了确保在狭窄的密度窗口范围内安全钻进，必须使钻井液在静态和动态的条件下均保持适当的压力。控压力钻井技术是一种可精确控制环空压力的钻井技术，通过精确控制可维持整个井眼中的压力曲线在预期范围内。通过配备旋转控制设备(RCD)、止回阀(NRV)、连续循环系统(CCS)、连续循环阀(CCV)和回压泵等控压装备，来实现对压力的精确控制。

　　1.3 套管钻井

　　套管钻井也是一种相对新颖的钻井技术，该技术使用套管代替钻柱。因为可以同时完成钻井作业和下套管作业，所以这种类型的钻井方式成本较低、效率较高，近年来成为研究和应用的热点。套管钻井减少了钻杆相关的施工成本，避免了在钻进过程中可能发生的井下漏失、井壁失稳和井控问题。套管钻井可以实现钻井液的连续循环，可以大幅度减少因钻井液静止带来的井壁稳定和井下漏失问题，节约大量的非钻井时间。套管钻井使用的套管直径比常规钻探中使用的钻杆直径大，这导致钻井液在环空中流动的面积相对较小。在有限的环形间隙中，钻屑会被压碎，从而在套管和井壁之间形成更细的颗粒，使得套管钻井比常规钻井产生了更大的粒度分布，较高的泥浆颗粒浓度和较为宽泛的固相粒度分布，有助于通过“抹灰”作用桥接和封堵裂缝。因为大直径套管与井壁的机械接触将较小粒径的钻屑涂抹到井壁表面，有助于产生了薄而致密的泥饼，这层泥饼可以进一步防止钻井液的流失。因此，在套管钻井技术有利于提高井壁稳定性。

　　2 堵漏技术

　　在钻探裂缝性和孔隙性碳酸盐岩时，即使采用了先进的工艺技术往往也不能解决全部漏失问题。为此，相关科研机构从堵漏角度出发，通过使用触变水泥浆、泡沫水泥塞、水泥—膨润土—柴油浆、纤维桥联材料、可膨胀材料和纤维材料等来封堵天然裂缝和诱发裂缝。封堵材料大小、类型和浓度的选择对封堵效果起决定性作用。所用的封堵材料必须进入到岩石的孔隙或裂缝中才能发挥作用，而不是仅仅残留在井壁表面上。

　　此外，在大多数情况下，堵漏成功率还在很大程度上取决于使用封堵材料时所制定的配套堵漏方案。在制定方案前，需要进行井眼稳定性分析、当量循环密度建模、确定漏失通道的几何构型和钻井液类型对堵漏材料的影响[7] 。

　　堵漏前需要对每种堵漏材料的封堵效果进行测试。通常的方式是使用不同尺寸的缝板(1~5mm)，将配制的堵漏浆在一定压力下通过，测量30min的漏失体积。但传统的堵漏材料很难封堵大于5mm的裂缝，此时需要使用聚合物凝胶或水泥塞才能起到预期的封堵效果。

　　3 结论和建议

　　(1)钻井液漏失主要是天然裂缝或诱导性裂缝造成，井下漏失严重影响钻井安全并提高了钻井成本。

　　(2)从油气开采的角度来说，天然裂缝的存在可以大大提高储层岩石的有效渗透率，从而提高了产量，但从钻井施工角度来说，天然裂缝的存在会使钻井和固井作业变得极为复杂。

　　(3)防止漏失的有效方法之一是保持井底压力等于或接近地层压力。目前比较成熟的预防性钻井措施主要有欠平衡钻井技术、控压钻井技术、套管钻井技术。

　　(4)目前常用的堵漏技术有触变水泥浆、泡沫水泥塞、水泥—膨润土—柴油浆、桥联堵漏材料、可膨胀材料和纤维材料。封堵材料的大小、类型和浓度的选择对封堵效果起决定性作用。——论文作者：朱瑞春

　　参考文献：

　　[1] 徐同台,刘玉杰,申威,等.钻井工程防漏堵漏技术[M].北京:石油工业出版社,1997.

　　[2] 王燕,王平全,熊继有,等.物理法随钻防漏堵漏技术与钻井液研究现状[J].断块油气田,2008,15(1):93-94.

　　[3] 马超.一种新型高渗透层钻井堵漏剂[J].断气块油气田,2009, 16(2):114-116.

　　[4] 韩玉玺,李云贵.孔隙、裂缝性漏失层防漏堵漏技术[J].油田化学,2010,27(3):239-241.