煤田钻探防漏堵漏知识手册.docx
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1、广义上讲,漏失是指各种井下作业(钻探、固井、修井) 时各种工作液(泥浆、水泥浆、完井液及其他液体等)在压差 作用下漏进地层的一种井下复杂情况。狭义而言,漏失专 指钻探过程中的泥浆漏失。漏失的危害主要有:(1)延长钻 探周期;(2)损失大量泥浆材料;(3)诱发其他孔内事故。为了解决钻孔漏失问题,必须研究分析钻孔产生复杂 情况的原因及其规律,从而找出有效堵漏的科学依据,以指导防漏堵漏的实践。本书以“一问一答”的方式介绍煤田钻探钻孔漏失产生 的原因、钻孔漏失的预防和治理的一般方法,着重介绍针对不同漏失地层的防漏堵漏技术方案。本书的编写得到了国家自然科学基金项目“可降解钻 井液在松软煤层瓦斯抽采孔钻进
2、中的护孔和储层保护机理 研究”和宁夏地矿局科研项目“固原市彭阳地区煤田钻探防漏堵漏技术研究”的资助,在此表示感谢。由于时间和编者水平有限,错误疏漏在所难免。衷心欢迎各位专家和同仁提出宝贵意见,以便再版时修订。编 者 2016 年 8 月Contents目 录1. 什么叫钻孔漏失? 12. 漏失产生的原因是什么? 13. 什么是渗透性漏失? 14. 什么是裂缝性漏失? 25. 什么是溶洞性漏失? 26. 什么是人为因素造成的漏失? 37. 漏失位置如何判断? 38. 如何预防钻孔漏失? 49. 钻孔漏失的常用治理方法有哪些? 610. 非固结硬化堵漏浆液的种类有哪些? 711. 惰性充填材料有哪
3、些? 812. 对能固结硬化的堵漏浆液有哪些要求? 1113. 什么是水泥浆液? 1114. 什么是合成树脂浆液? 1815. 渗透性漏失地层的防漏泥浆配方主要有哪些?成本是多少? 1816. 桥接剂堵漏如何确定? 1917. 针对不同大小的漏失速度,桥接剂应如何搭配? 1918. 裂缝性漏失地层的桥接堵漏配方主要有哪些?成本是多少? 2119. 裂缝性地层桥接剂堵漏工艺的注意事项有哪些? 2220. 使用常规的水泥浆有哪些弊端? 2221. 特种纤维水泥浆的技术思路是什么? 2322. 特种纤维水泥浆的作用原理是什么? 2323. 聚丙烯纤维的特点和用途有哪些? 2424. 使用聚丙烯纤维的
4、注意事项有哪些? 2525. 特种纤维水泥浆的配方主要有哪些?成本是多少? 2626. 特种纤维的加入会影响水泥浆的流动性吗? 2727. 特种纤维水泥浆堵漏的注意事项是什么? 2728. 水泥土法的基本性能、作用原理是什么? 2829. 黏土用量对浆液性能有哪些影响? 3030. 水泥黏土类浆液的特点有哪些? 3131. 什么是网袋灌注水泥浆法? 3132. 什么是脲醛树脂水泥球法?脲醛树脂水泥球的作用原理是什么? 3133. 什么是脲醛树脂? 3334. 脲醛树脂水泥球法的实施工艺是怎样的? 3335. 常规水泥浆法实施工艺是怎样的? 3436. 钻井护壁堵漏水泥有什么特性? 3437.
5、纯水泥浆的基本性能是什么? 3538. 什么是水泥的速凝剂? 3639. 什么是水泥的速凝早强剂? 3740. 什么是水泥的分散剂和悬浮剂? 3841. 水泥浆中都有哪些主要的外加剂? 3842. 宁夏南部山区煤田钻探防漏泥浆要点都有什么? 3943. 泥浆性能参数的设计方法是什么? 401.什么叫钻孔漏失?答:钻孔漏失是指钻孔内冲洗液从孔内向周围岩石产生明显的泄漏。2. 漏失产生的原因是什么?答:在钻井过程中井底压力大于地层压力时,就可能引 起井漏。漏失产生的主要原因如下:(1)地质和水文地质条件原因。岩层中存在的孔隙、裂 缝、洞穴的大小、张开程度、贯通性、上覆岩层的含水情况 等,都是造成漏
6、失(涌水)的天然客观条件,即漏失通道的存在及其状况是产生漏失的重要原因。(2)工艺技术原因。钻孔结构的选择,泵量、泵压、泥浆 的种类及其参数选择,泥浆沿环空的流动速度及钻具转速 的选择,升降作业的操作等,这些是漏失产生的主观因素,也是防止漏失的可控因素。3. 什么是渗透性漏失?答:渗透性漏失(如图 1所示)多发生在渗透性良好、孔隙度大的砂岩及砂砾岩地层中,这种地层岩石颗粒较粗,颗粒之间未胶结或胶结差。其漏失原因主要是孔内压力不平衡,- 1 -即泥浆的循环当量密度超过了地层压力系数,使钻井液漏 入地层。渗透型漏失量较小,漏速一般小于 10方/小时,外 在表现是泥浆池液面缓慢下降,或返出的钻井液减
7、少。渗 透性漏失一旦发生,就会一直持续下去,直到钻井液中的固体颗粒流入地层孔隙堵塞通道,漏失才会停止。4. 什么是裂缝性漏失?答:裂缝性漏失(如图2所示)多发生在石灰岩、白云岩或是断层、地层不整合面、地层破碎带及火成岩侵入体等地层中,漏失通道是大的孔隙洞穴及大的裂缝 。发生裂缝性漏失时钻速变快,有蹩跳现象,甚至会使钻具放空,随后发生井漏。漏速般为20 100方/小时。5. 什么是溶洞性漏失?答 :溶洞性漏失(如图 3 所示)常出现在石灰岩、白云岩等地层中。特点是漏失量大,经常发生有进无出的大漏失,漏速一般在 图3 溶洞性隔失- 2 -100方/小时以上。这种漏失的发生往往是突然的,井漏后易造成
8、井喷或井塌卡钻事故。6. 什么是人为因素造成的漏失?答:钻探作业中,人为因素造成的漏失(如图4所示), 往往是由操作和钻井液流变性这两方面所引起的,常见有以下几种情况:(1)由于泥浆密度过高,泥浆循环时的液柱压力大于地层破裂压力导致井漏,这种情况多见于高压层上部强度薄弱的渗透性地层。(2)起下钻时,特别是下钻时下放速度过快,或者是在钻 头、稳定器泥包的情况下,猛提猛放钻柱,造成压力激动将地层压裂发生漏失。(3)下套管时,下放速度过快,造成压力激动,将地层压裂发生漏失。(4)泥浆切力过高,特别是静切力过高时,加上开泵过猛或是下钻速度过快,造成瞬时压力激动,将地层压漏。7. 漏失位置如何判断?答:
9、(1)一般情况下,井底漏失较易判断。在钻井时,没- 3 -有提高泥浆密度或憋泵导致漏失,多属孔底漏失。(2)在漏失量小、漏速慢或在钻进中未发现漏失,但 钻过以后发现上部地层漏失,此时判断漏层位置就较困 难。这种漏失常伴随措施不当而发生,如加重泥浆密度 过大、下钻过猛、发生憋泵等。判断这种漏层的位置应结 合本井地层及本地区井漏资料综合分析,必要时可采用电测方法确定。8. 如何预防钻孔漏失?答:(1)尽量维持钻孔地层系统的压力平衡,为 此应:降低孔内液柱压力。降低环空循环压力损失。降低激动压力。增加液体在漏失通道中流动时的阻力。(2)减小漏失断面或完全堵塞漏失通道,即增大pt。因此,预防漏失的主要
10、措施如下:调节冲洗液的相对密度 。降低冲洗液的相对密度 是降低孔内液柱压力的主要方法。为 了 降低 冲洗液 的 相对密度应采用优质土造浆,它不仅可使泥浆的相对 密度因加土量小而降至 1.04 1.06,而且用优质土造浆, 泥浆的流变参数较好,泥浆的黏度和切力低,流型较好,这 又可 降低环 空循环 中 的压力损失 和升降钻具时的- 4 -激动压力。强化泥浆的净化工作。岩粉混入泥浆,使泥浆的 密度增大,从而使孔内静液柱压力增大,因此,必须尽力 把携带出地表的岩粉从泥浆中分离出去,必须做好机械 除砂(对地质钻探作业来说,必须配备好旋流除砂器和除 泥器)和化学除砂工作。若净化仍不能达到所要求的低 密度
11、,则可向泥浆中加水进行稀释,以降低密度,此时应适当补充化学处理剂。调节冲洗液的流变特性。在实际钻进中,往往静止 时钻孔不漏失,一旦钻进,泥浆循环时便会产生漏失,这便 是动压力(液体在环空中流动时克服流动阻力的压力)造成 的孔内漏失。要降低动压力,除钻孔结构及钻具组合应合 理外,更需注意泥浆的流变特性。泥浆的黏度和切力过 高,必然会使动压力增高,甚至会压裂地层造成漏失。因 此,应尽力降低泥浆的黏度和切力。此外,较高的黏度和 切力,在升降作业时,激动压力亦必然较大,这时最易压裂 地层造成漏失。因此,调节冲洗液的流变特性,是预防漏失的重要一环。冲洗液中添加惰性充填材料。钻进中往冲洗液中添 加部分惰性
12、充填材料,如锯末、贝壳、核桃壳、云母片、牛粪、 马粪和化学堵漏材料等,在循环中堵塞漏失通道,减小漏失通道断面或完全封堵通道,以此来防止冲洗液的继续漏失。- 5 -采用低密度冲洗液。若采用清水为冲洗液仍有漏失 时,可往冲洗液中充气(配合泡沫剂,如十二烷基苯磺酸钠、 十二烷基硫酸钠、洗衣粉等)或采用泡沫作为冲洗介质以防止漏失。完善钻进技术及工艺措施。钻具配备及组合、工艺 规程和钻进操作等各方面的措施均应合理。如井身结构 与钻具的配备,应尽量选用最小的泵量以保证环空中有必 要的流速,漏失孔段尽量限制泥浆流量,减少升降钻具次 数和限制升降钻具的速度,操作平稳等,降低环空压力损失和激动压力。9.钻孔漏失
13、的常用治理方法有哪些?答:地质勘探钻进时,治理钻孔漏失的方法很多,按其 特点,大致可分为下述四类。(1)增阻法。增大或减小漏失通道的流动阻力以致完 全堵塞漏失通道的断面,这种方法一般用于非固结硬化性 的漏失。治理后必须用泥浆恢复钻进。属于这一类的堵漏浆液一般有各种堵漏泥浆、加有惰性充填材料的各种泥浆。(2)注浆固结法。采用各种堵漏浆液,注入漏失带,以 封堵漏失通道,这种方法一般用于固结硬化性的漏失。治 理后可得到强度较高的不漏失的固结圈,其后钻进时可用 不同种类的冲洗介质。属于这一类的堵漏浆液一般有各种水泥浆液、化学浆液、沥青乳液等。- 6 -(3)隔离法。用金属或其他材料的套管下到孔内漏失
14、孔段隔离漏失带,下套管隔离后钻进可恢复正常,但需减小一级口径。(4)其他方法。包括改液体冲洗钻进为空气泡沫钻进,气液混合液钻进,无泵钻进等。上述四大类治理方法,在实际工作中应用最普遍的 是前两类方法。概括起来讲,治理漏失的方法主要是灌 注浆液(非固结硬化性的和固结硬化性的),无效时才改 用下套管隔离法 。在条件适合时亦可改用其他钻进方法来处理。10. 非固结硬化堵漏浆液的种类有哪些?答:这类浆液大都是各种类型的泥浆,以及加有惰性充 填材料的泥浆,主要适用于轻微漏失。(1)稠泥浆。稠泥浆静止时,岩粉和黏土沉淀,可堵塞 漏失通道,减小或消除漏失,一般需静止沉淀一天以上时间才能有效。(2)高黏度高切
15、力低相对密度泥浆。用优质膨润土造浆,加入增黏剂降失水用高聚物,以致密坚韧的泥皮封闭微裂隙。(3)冻胶泥浆及其他结构泥浆。泥浆中加入水泥、氯化 钙、水玻璃等结构形成剂,配成的高黏度冻胶状膏浆,静止后能形成强度不高的凝结物,以减小或消除漏失。(4)聚丙烯酰胺泥浆。利用未水解聚丙烯酰胺可完全絮- 7 -凝的原理,以絮凝物堵塞漏失通道,从而减小或消除漏失。(5)石灰乳泥浆。在泥浆中加 10 25的石灰乳形 成高黏度、高失水的泥浆,以聚结物堵塞漏失通道,从而消除漏失。(6)加有惰性充填材料的泥浆。泥浆中加入各种形状 的惰性充填材料,如锯末、核桃壳、贝壳、马粪等,以充填材料堵塞漏失通道,从而减小或消除漏失
16、。11. 惰性充填材料有哪些?答:在泥浆中使用惰性充填料,既是预防漏失的手 段,也是治理漏失的方法。其原理是利用充填颗粒堆积 物在漏失通道中填塞、堆积、膨胀,并在过滤压力的作用下被压实,从而堵塞漏失通道,解决泥浆的漏失。目前,惰性充填材料已系列化和商品化,其材料来源大 多是工业生产中的废料。惰性充填材料大体上可分为:纤 维状的、片状的和粒状的3类。它们可以单独使用,也可以复配使用,在泥浆中的浓度依需要而改变。锯末(图5)、云母、棉籽壳(图6)、核桃壳(图7)、贝壳粉 (图8)、稻壳、赛璐珞、塑料粒、碎橡皮、纺织纤维的废料等, 均可作为堵漏用惰性材料。常用的惰性充填材料的配方比例如下:(1)核桃
17、壳云母棉籽壳=1 1 0.5。(2)核桃壳云母甘蔗渣1.5 1.0 0.5。- 8 -(3)核桃壳云母石棉粉11 0.5。(4)核桃壳花生壳棉籽壳=1 1 1。(5)棉籽壳蛭石纸屑=1 1 1。(6)花生壳云母皮革粉=1.5 1 0.5。表 1是广泛应用的惰性充填材料堵塞性能的试验结- 9 -果,可供现场应用参考。图5 锯末图7 核桃壳图6 棉籽壳图8 贝壳粉表 1 常见堵漏材料的形状、组成和封堵性能充填材料形状组成浓度 (kg/m3)堵塞裂缝 的最大尺 寸(mm)核桃壳粒状50%粒径 4.761.94mm和 50%粒径 1.940.146mm 组成575.0核桃壳粒状50%粒径 1.941.
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