鉆井液漏失的預(yù)防與堵漏

鉆井液漏失的預(yù)防與堵漏

鉆井液漏失（即井漏），是指在鉆井過程中，井筒內(nèi)鉆井液或其他介

質(zhì)(固井水泥漿等)漏入地層孔隙、裂縫等空間的現(xiàn)象。

井漏在鉆井過程中是一個(gè)非常普遍的現(xiàn)象，多數(shù)井眼都有不同程度的井

漏。嚴(yán)重的井漏會(huì)導(dǎo)致井壁穩(wěn)定性下降，影響鉆井的速度，發(fā)生井噴甚至威

脅到作業(yè)人員的人身安全，給油氣勘探與油氣田的保護(hù)帶來很大的麻煩。所

以，我們應(yīng)采取一系列措施來控制井漏的發(fā)生。

一、井漏產(chǎn)生的原因

井漏的原因可分為五種：①鉆井液液柱的壓力大于地層的孔隙壓力或者

破裂壓力。②地層中可容納液體的孔隙大（如裂隙、溶洞等），存在漏失通

道，滲透性好。③漏失通道的口徑大于鉆井液中固體顆粒的大小。④鉆井工

藝措施不當(dāng)引起漏失，如在上方地層還空堵塞，造成還空憋壓引起漏失；或

者開泵過猛，下鉆速度太快也可造成井漏。⑤井本身的結(jié)構(gòu)不合理。

按照井漏的程度可分為四類：滲透性漏失、裂縫性漏失、溶洞性漏失、

破裂性漏失。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，自然裂縫漏失與孔洞漏失約占井漏的70%，

誘生裂縫占20%，其他占10%。

滲透性漏失：多發(fā)生在高滲透的砂巖地層或礫巖地層，主要原因是因

為地層的高滲透性，但漏失速度不高。

裂縫性漏失：由裂縫引起，裂縫包括天然裂縫和人工裂縫。漏失速度

較快。

溶洞性漏失：由地層中形成的溶洞引起，一般只出現(xiàn)在灰?guī)r地層，漏

失速度很快。

破裂性漏失：由地層破裂引起，漏失速度變化大。

二、井漏的預(yù)防

治理井漏，應(yīng)以預(yù)防為主，堵漏為輔。通過分析井漏產(chǎn)生的原因，總結(jié)

出以下幾種預(yù)防措施。

1、提升地層壓力

可以通過人為方法實(shí)現(xiàn)，對(duì)漏失孔道提前封堵。

①提高鉆井液性能，主要針對(duì)輕微的地層漏失，可以適當(dāng)提高鉆井液

的剪切粘度。

②在鉆井液中加入堵漏材料。

③先期堵漏：鉆進(jìn)下部高壓層前先試壓，計(jì)算出上部地層的破裂壓力；

如果破裂壓力低于鉆進(jìn)下部高壓層的當(dāng)量循環(huán)密度，必須進(jìn)行堵漏；起鉆至

漏層以上安全位置或套管內(nèi)，采用井口加壓的方式試漏，檢查堵漏效果，當(dāng)

試漏鉆井液當(dāng)量密度大于下部地層鉆井液用密度時(shí)，方可加重鉆開下部高壓

層。

2、調(diào)整鉆井液的密度和類型

首先計(jì)算出大致的地層壓力，設(shè)計(jì)合理的鉆井液密度，并根據(jù)參數(shù)變化

進(jìn)行校正，盡可能使鉆井液液柱壓力低于地層壓力。

同時(shí)控制鉆井液的流變性，對(duì)于壓力低、大井眼井段，應(yīng)適當(dāng)提高鉆井

液的粘切；而對(duì)于深井壓力較高的小井眼井段，應(yīng)降低鉆井液的粘切。鉆井

液進(jìn)入地層時(shí)，應(yīng)保持連續(xù)、均勻、穩(wěn)定，防止某些部位的密度過大致使壓

力過大。

最后，要降低鉆井液環(huán)空壓耗和激動(dòng)壓力，可通過如下方法①在保證攜

帶鉆屑的前提下，盡可能降低鉆井液粘度。②降低鉆井液中的無用固相含量

和含砂量。③降低鉆井液濾失量，提高泥餅質(zhì)量，防止因井壁泥餅較厚起環(huán)

空間隙較小，導(dǎo)致環(huán)空壓耗增大。④鉆井液加重時(shí)，應(yīng)控制加重速度，并且

加量均勻。

3、設(shè)計(jì)合理的井身結(jié)構(gòu)

每個(gè)地區(qū)的地理位置，地層類型各有不同，在鉆井時(shí)，應(yīng)根據(jù)地層狀況

設(shè)計(jì)井身，需要考慮地層壓力系數(shù)變化和滲透性，設(shè)計(jì)出合理的套管程序，

以免過多地封隔溶洞型地層和氣水層，否則鉆井時(shí)會(huì)產(chǎn)生過高壓力差造成井

漏甚至井噴。而且需要注意不要在裸眼井段試壓。

三、井漏的堵漏

如果發(fā)現(xiàn)井漏現(xiàn)象，首先應(yīng)確定漏層的位置，然后選定合適的堵漏劑，

最后實(shí)施正確的堵漏方法。

1、確定漏層位置

井漏的發(fā)生是一個(gè)慢慢演化發(fā)展的過程，可由潛在漏失和人為誘發(fā)組

成。隨著時(shí)間的推移，可劃分為潛伏期、誘發(fā)期、發(fā)展期和惡化期四個(gè)階段。

當(dāng)鉆井過程中有明顯的工程參數(shù)變化時(shí)，則可以說為發(fā)生征兆的井漏。石油

工程師們可根據(jù)這些參數(shù)的變化以及搜集的資料來分析井漏的原因，預(yù)測(cè)其

發(fā)展趨勢(shì)，并針對(duì)這些參數(shù)變化，及時(shí)地采取措施，為井漏控制提出解決方

案。

判斷漏層的方法有很多。主要包括：觀察鉆進(jìn)反應(yīng)判斷法、電測(cè)發(fā)法、

回聲儀法、分段循環(huán)法、浮筒探液面法、環(huán)空摩阻法、動(dòng)液壓法、放射性示

蹤劑測(cè)量法、井溫測(cè)量法、轉(zhuǎn)子流量計(jì)法、熱電阻法、傳感器法和綜合判斷

法等。

2、堵漏的方法

由于不同井的地理位置、巖石性質(zhì)、井的結(jié)構(gòu)有很大差別，所以針對(duì)不

同井眼，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取不同的措施。堵漏的方法研究分為兩大方向，

一是對(duì)堵漏材料的研究與應(yīng)用，二是提升堵漏技術(shù)與工藝。

（1）堵漏材料

堵漏材料是在處理井漏事故中必不可少的物質(zhì)，依照不同的原理分為以下

幾種：

1）橋接堵漏材料

橋接堵漏材料有不同大小、形狀的惰性材料組成，可以按照不同比例混

入鉆井液中，注入井下。形狀分為顆粒、纖維和片狀三種。它的主要作用有：

①架橋作用：顆粒狀的材料在進(jìn)入漏失通道時(shí)，可以掛在狹窄部位。②堵塞

作用：可對(duì)小的地層孔隙或裂縫進(jìn)行堵塞。③滲濾作用：可形成較厚的濾餅，

進(jìn)入地層裂縫，起到堵塞作用。④濾餅拉伸作用。⑤堵塞膨脹作用：材料受

液體的浸泡，發(fā)生膨脹，提高堵漏能力。⑥卡喉作用：材料后到部位發(fā)生機(jī)

械堵塞，消除井漏。

由于橋接堵漏材料使用方便，成本較低，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)安全系數(shù)高，國(guó)內(nèi)

外應(yīng)用的很多。但是橋接堵漏材料只能對(duì)部分漏層或較小面積井漏進(jìn)行堵

漏，而且如果堵漏材料與地層孔隙大小不匹配，就不能起到好的堵漏效果，

降低堵漏成功率。

2）高失水堵漏材料

高失水堵漏材料是一種新型堵漏材料，它的作用機(jī)理是：堵漏劑進(jìn)入漏

失地段后，受到鉆井液液柱和地層壓力失水，漿液形成濾餅，填塞漏失通道，

該濾餅可以透氣透水，但是鉆井液無法滲入其中，導(dǎo)致鉆井液失水，進(jìn)而形

成泥餅，增強(qiáng)了堵塞效果。在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中，高失水堵漏材料使用方便，見效

快，成功率高，應(yīng)用范圍廣，越來越受到歡迎。

3）暫堵材料

在油氣勘探中，若發(fā)生井漏，則鉆井液進(jìn)入地層造成污染，加大損失，

暫堵材料在堵漏劑進(jìn)入地層的基礎(chǔ)上，形成屏蔽環(huán)，防止油氣層進(jìn)一步污

染，起到保護(hù)地層作用。

4）化學(xué)堵漏材料

化學(xué)堵漏材料主要成分為聚合物，利用它的分子間作用力、化學(xué)鍵等力

的作用，使其在界面處發(fā)生粘結(jié)，在漏層中形成堵漏材料，它的優(yōu)點(diǎn)是可以

調(diào)整凝固時(shí)間，漿液滲濾能力強(qiáng)，可以固化，對(duì)鉆井液無不良影響，性能較

穩(wěn)定。

但是這種材料只適用于部分漏失和全部不反漏失的高滲透砂巖層和裂

縫發(fā)育砂巖及灰?guī)r地層。

5）無機(jī)膠凝堵劑

這種材料的主要成分是水泥，水泥在堵漏中是一種較常用的材料，

因?yàn)樗诜舛侣雍螅梢猿惺茌^大壓力。

6）軟（硬）塞堵漏材料

這種材料在進(jìn)入漏失地層后，形成粘稠、不可流動(dòng)的流體，它不會(huì)固結(jié)，

可以根據(jù)裂縫的大小發(fā)生變形。所以這種材料適用范圍廣，尤其適用于較大

的地層裂縫。但由于其不固定性，需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配。

7）復(fù)合堵漏材料

當(dāng)漏失情況復(fù)雜時(shí)，這種材料的優(yōu)勢(shì)就能體現(xiàn)出來，它可適用于水層

漏失、氣層漏失、長(zhǎng)段裸眼井漏失及大裂縫大溶洞漏失。

8）高膨脹成網(wǎng)固化劑

高膨脹成網(wǎng)固化劑由有機(jī)復(fù)合膠凝材料加入活性有機(jī)增韌劑和活性無

機(jī)膨脹增強(qiáng)劑配制而成，它是網(wǎng)架充填型的堵漏劑。它的作用機(jī)理為通過纖

維狀結(jié)構(gòu)搭建網(wǎng)架，在井壁形成三維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。顆粒片狀充填材料充填漏失

通道，并在網(wǎng)架上聚凝沉積成富集體，大大提高了堵漏的效率，抑制了堵漏

漿向深部地層漏失。這種固化劑的優(yōu)點(diǎn)有：在漏層駐留性強(qiáng)，短時(shí)間內(nèi)封堵

層承壓能力好，流動(dòng)性好，耐高溫且凝固后強(qiáng)度低，不存在鉆塞的問題。

（2）堵漏技術(shù)

除了選擇合適的堵漏材料外，采取合理的堵漏技術(shù)也是堵漏成功的關(guān)

鍵。目前，國(guó)內(nèi)外有很多堵漏技術(shù)，且日趨完善。下面分別闡述各種堵漏方

法的機(jī)理及適用條件。

1)靜止堵漏法

發(fā)生井漏后，可將鉆具升起至套管內(nèi)，到達(dá)安全區(qū)域后靜止20至24小

時(shí)，然后分段下鉆直至正常循環(huán)。若地層為中、低滲透性漏失，可以在分段

下鉆的過程中添加一定量的堵漏劑，效果更好。這種方法適用于上部地層滲

透性漏失或者產(chǎn)層漏失。

2)靜置堵漏法

該方法與靜止堵漏有相似之處，但不同的是需要先停止鉆進(jìn)與循環(huán)，提

升鉆頭，一段時(shí)間后地層壓力消除，地層的裂隙。

3)狄塞爾堵漏法

當(dāng)前兩種方法無效時(shí)，可以使用狄塞爾堵漏法。現(xiàn)將原來的鉆具起出，

下置一個(gè)帶刮刀鉆頭的光鉆桿至漏層頂部，在堵漏劑出鉆具是采取開井、關(guān)

井?dāng)D堵的措施，替完后起鉆靜止24小時(shí)。

4)MTC堵漏法

首先配置MTC漿液：在鉆井液中加入研磨好的高爐礦渣，并加入一定

量的激活劑和分散劑，形成膠質(zhì)的礦渣漿。它的粘度低，所以流動(dòng)性好，而

且可以調(diào)節(jié)稠化時(shí)間。在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)使用方便，污染較少。MTC漿液的密

度一般在1.30g/cm3—1.70g/cm3，有利于低壓地層的施工，而且可以對(duì)它酸

化起到保護(hù)油氣層的作用。

5)高膨脹成網(wǎng)固化型堵漏技術(shù)

高膨脹成網(wǎng)固化型堵漏技術(shù)主要是利用高膨脹成網(wǎng)固化劑，它的作用機(jī)

理在前面提出。這種方法在套管側(cè)鉆井的套管損壞產(chǎn)生的漏失中應(yīng)用比較廣

泛。

6)橋接材料堵漏法

此方法主要應(yīng)用橋接材料，這種方法施工安全，經(jīng)濟(jì)效益高。主要用

于孔隙和裂縫造成的部分漏失和失返漏失。但是施工過程中，有很多要注意

的地方：①必須準(zhǔn)確確定漏層位置，鉆具下在漏失頂部②在試壓時(shí)若出現(xiàn)井

漏，且漏段較長(zhǎng)后應(yīng)配置大量橋漿，覆蓋整個(gè)裸眼井筒③盡量下光鉆桿，鉆

頭應(yīng)去掉噴嘴，否則配置的漿液需與噴嘴的尺寸相同，不好掌控④堵漏成功

后清理在鉆井漿液中的橋接材料。

7)正電膠防漏堵漏技術(shù)

正電膠鉆井液有一定的流變性，即有外力存在時(shí)液體粘度變小發(fā)生流

動(dòng)，而靜止時(shí)固化的特性。利用這一點(diǎn)，可以用調(diào)節(jié)正電膠鉆井液的方法應(yīng)

付輕微的地層漏失。

8）橋漿間歇關(guān)擠堵劑

如果遇到大段破碎性的地層或者高低壓力系統(tǒng)交錯(cuò)層段發(fā)生井漏，使

用常規(guī)橋漿堵漏難以取得很好的效果。可應(yīng)用橋漿間歇關(guān)擠堵劑的方法，即

將橋漿注入漏失層段后，關(guān)防噴器，通過控制井口壓力，小排量反復(fù)多次關(guān)

擠，這樣可以提高地層的承壓能力，是橋接堵塞物變得緊密，從而提高堵漏

的成功率。

除了以上介紹的幾種堵漏方法外，還有暫堵法、高失水漿液堵漏法、

可酸溶解堵的儲(chǔ)層堵漏技術(shù)、環(huán)控吊罐清水搶鉆套管封隔、壓力敏感性裂縫

堵漏技術(shù)、多壓力層系的調(diào)整井隨鉆防漏堵漏技術(shù)等技術(shù)，均根據(jù)漏失程度

以及地層的特征取得了良好的效果。

四、防漏堵漏鉆井液新進(jìn)展

近幾年來，隨著科技的發(fā)展，世界各石油公司對(duì)堵漏劑以及堵漏技術(shù)做

了很多研究，研制出了很多新型的堵漏劑，比如石墨碳堵漏劑、新型花生殼

堵漏劑、自適應(yīng)性鉆井液、用于堵大裂縫和溶洞等儲(chǔ)層漏失的化學(xué)交聯(lián)球等。

五、結(jié)論

綜上所述，堵漏劑和堵漏技術(shù)都是建立在以下幾個(gè)原則上進(jìn)行研發(fā)的。

對(duì)堵漏劑①堵漏劑為酸性，可以保護(hù)地層②與巖石有較強(qiáng)親和力③有很好的

流變性和延展性④堵漏劑中顆粒大小應(yīng)與裂縫相匹配。對(duì)于鉆井技術(shù)，則需

滿足：①鉆井起下鉆柱和下套管時(shí)，封閉堵塞必須經(jīng)受負(fù)壓和正壓的應(yīng)力沖

擊②作業(yè)時(shí)凝固時(shí)間要夠。

在以后的鉆井作業(yè)中，只要做好預(yù)防措施，在井漏發(fā)生時(shí)及時(shí)采取合理

的措施解決問題，就可以大大減少井漏帶來的危害，提高經(jīng)濟(jì)效益和安全系

數(shù)。