井漏原因与防漏堵漏技术探讨.doc

中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题 目： 井漏原因与防漏堵漏技术探讨 年级专业： 中原油田2008秋季石油工程专升本 学生姓名： 赵富强 学 号： 0860316169 指导教师： 史玉才 职 称： 副教授 导师单位： 中国石油大学（华东）石油工程学院 中国石油大学培训学院论文完成时间： 2010 年 01 月 10 日中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员 赵富强 1设计(论文)题目： 井漏原因与防漏堵漏技术探讨 2学生完成设计(论文)期限： 2010 年 01 月 20 日3设计(论文)课题要求： 结合钻井现场，调研分析各种类型井漏原因、现象及防漏堵漏技术，论文中应包括必要的理论分析及应用实例。 4实验（上机、调研）部分要求内容： 注意收集典型的现场应用实例，取全取准现场资料。 5文献查阅要求： 查阅相关文献不少于5篇，最好能够包含1篇外文文献。 6发出日期： 年 月 日 7学员完成日期： 年 月 日指导教师签名： 学 生 签 名： 注：1、任务书应附于完成的设计（论文）中，并与设计（论文）一并提交答辩委员会；2、除任务书外，学生应从指导教师处领取整个设计（论文）期间的工作进度日程安排表（包括各阶段的工作量及完成日期）；3、 任务书须由指导教师填写。审批意见： 系主任签名： 年 月 日摘 要井漏是影响钻井作业安全的危害最严重的复杂情况之一，井漏的发生不仅会给钻井工程带来损失，也为油气资源的勘探开发带来极大困难。本文针对钻井工程中防漏堵漏技术存在的突出问题，从井漏的定义、分类、原因、现象和危害入手更深的了解发生井漏后如何运用现有的手段发现漏失层，并且从物理法防漏堵漏技术、复合化学凝胶堵漏技术、自适应防漏堵漏钻井液技术和气体钻井技术用于防漏治漏这四个方向的原理和技术来述说国内现在研究防漏堵漏技术的研究成果。同时提出了对未来在钻井过程中发生井漏时堵漏、防漏的发展方向。关键词： 钻井；井漏；防漏；堵漏技术目 录第1章 前言1第2章 井漏的定义与分类22.1井漏的定义22.2井漏的分类22.2.1渗透性漏失22.2.2裂缝性漏失32.2.3溶洞性漏失32.2.4破裂性漏失4第3章 井漏的原因、现象和危害53.1井漏的原因53.2井漏的条件及现象63.3井漏的危害6第4章 井漏层位确定的分析84.1井筒内泥浆温度的变化84.1.1 温度测量84.1.2 判断漏点位置的原理94.1.3 应用实例94.2 改进的立压变化测量法104.2.1 理论基础104.2.2 传统的井漏层位计算方法114.2.3 改进的井漏层位计算方法124.3 井漏发生时流体携热特征134.3.1 实验原理134.3.2 实验设计134.3.3 实验数据分析144.4 压力落差测试资料解释方法164.4.1 压力落差解释方法164.4.2 应用实例16第5章 防漏及堵漏处理技术研究185.1物理法防漏堵漏技术185.1.1 随钻防漏堵漏物理模型185.1.2 作用机理195.1.3堵漏带的形成过程205.2 复合化学凝胶堵漏技术215.2.1 作用机理215.2.2 现场应用215.3自适应防漏堵漏钻井液技术225.3.1胶束聚合物的作用225.3.2可变形弹性粒子的作用235.3.3填充加固剂的作用235.3.4封堵效果评价235.4气体钻井技术用于防漏治漏245.4.1气体钻井技术用于防漏治漏的情况245.4.2气体钻井技术防漏治漏实例245.4.3气体钻井防漏治漏的注意事项255.5膨胀管技术265.5.1膨胀机理275.5.2 工程实际应用28第6章 结论29参考文献30致 谢31第1章 前言井漏是影响钻井作业安全的危害最严重的复杂情况之一，井漏的发生不仅会给钻井工程带来不便和损失，也为油气资源的勘探开发带来极大困难。目前根据漏失地层的特点，可将井漏分为渗透性漏失、裂缝性漏失和溶洞性漏失三类。由于并漏问题的复杂性，井漏问题一直是困扰国内外石油勘探、开发的重大工程技术难题，至今未能完全解决。据统计，全球石油行业因井漏而造成的经济损失每年高达数亿美元。近年来，随着油气勘探开发的进行，边缘并、深井、特殊地层井逐渐增多；随着注采及压裂影响日益增加，部分地层的承压能力大为降低；为了节省开发费用，很多油田进行多压力层系的长裸眼井施工，上述情况使得井漏问题更加突出。如2001年以来，辽河油田的井漏问题越来越突出，发生漏失井数量、漏失量、漏失时间、漏失损失逐年增加，而且堵漏效果却大为降低。2001年以前，辽河油田大部分为砂岩和潜山地层的渗透性漏失，一次性堵漏成功率达80，年漏失经济损失不超过5000万元。2004年辽河油钻井公司共发生井漏100余口，井漏经济损失超过9000万元，其中仅桃29井和沈263井2口井，钻井周期增加126天，直接经济损失高达500万元；在冷东区块施工过程中也发生了十余次严重的井漏，堵漏成功率不足2096，损失上千万元。近年来，大庆油田、胜利油田、大港油田和吉林油田等其它国内主要油田的漏失状况与辽河油田基本类似。长期以来人们在对付井漏的过程中积累了许多成功的经验，找到了对付井漏的若干种有效方法，但仍存在以下问题：(1)漏失后漏层位置判断准确性差，造成多次试探性堵漏施工，堵漏成功率低，施工蒯期长；(2)由于室内评价方法的局限性，对防漏堵漏剂及防漏堵漏钻井液的效果评价不完善，对防漏堵漏剂的正确选择造成了较大影响，同时也阻碍了新型防漏堵漏剂的研制与开发；(3)由于防漏堵漏材料的局限性，堵漏后地层的承压能力不高，在后续的钻进过程中易导致重复漏失。以上问题的存在，严重影响了钻井生产的顺利进行，已不能满足防漏堵漏钻井施工的要求。因此，在大力发展钻井新技术的同时，对漏失问题加以高度重视，通过机械、化学和物理等多学科交叉，深入研究漏失机理和预防措施，开发新型的防漏堵漏剂，从而最大限度发挥钻井新技术的优势，克服各种不安全隐患，对于完善和提高钻井技术水平和经济效益有着极其重要的现实意义。第2章 井漏的定义与分类2.1井漏的定义井漏是一种在钻井过程中泥浆、水泥浆或其它工作液漏失到地层中的现象。严格的说井漏是在钻井、固井、完井、测试或修井等各种井下作业过程中，各种工作液(包括钻井液、水泥浆、完井液及其它工作流体等)在压差的作用下，钻井流体流进地层的一种井下复杂情况。井漏是影响钻井作业安全的危害最严重的复杂情况之一，井漏的发生不仅会给钻井工程带来不便和损失(如耗费钻并时间，损失钻井液和堵漏材料，引起卡钻、井喷、井塌等一系列复杂情况，甚至导致井眼报废，而且还会对产层造成损害，导致重大经济损失)，也为油气资源的勘探开发带来极大困难。2.2井漏的分类井漏主要有三种类型：渗透型漏失、裂缝型漏失和孔洞型漏失。据有关资料统计，自然裂缝和孔洞漏失占70，诱生裂缝约占20，其它约占10。在钻井与完井过程中，井漏可以发生在任何地质年代地层中，从第四系直至元古界的各种岩性地层中。如粘土、砂砾岩、碳酸盐岩、岩浆岩和变质岩等。按井漏发生原因可以将井漏分为渗透性漏失、裂缝性漏失、溶洞性漏失和破裂性漏失四大类。2.2.1渗透性漏失图2-1 渗透性漏失这种类型的井漏多发生在浅井段胶结疏松的砂、砾岩中，如粗砂岩、砾岩、含砾砂岩等地层。由于地层的渗透性较好，只要它的渗透率超过14×，或者它们平均粒径大于钻井液中数量最多颗粒粒径的三倍时，在井内压差的作用下钻井液将会漏入岩层孔隙里，但泥饼的形成会阻止或减弱其漏失的程度，因而渗透性漏失的漏速不大，一般在10以内(如图2-1）。2.2.2裂缝性漏失钻井中钻遇的各种类型的岩层均可能存在自然裂缝。通常在构造轴部、高点、断鼻构造，鼻状构造、断层附近，断层的、 盘极易产生裂缝。在自然裂缝发育的地层中钻井，都会发生不同程度的钻井液漏失。在破碎带地层中钻进时，常会随着井下憋跳、钻速加快等现象的出现而发生并漏，其漏速一般在20100不等(如图2-2)。图2-2 裂缝性漏失2.2.3溶洞性漏失在某些石灰岩地层中，经地下水长期溶蚀而形成溶洞。特别是在我国南方海相碳酸盐底层中，经过千百万年的地球溶蚀作用而形成大的溶洞。当钻遇溶洞时，会发生钻具放空，有时会达45，随之循环失灵，钻井液只进不出。漏速一般在100以上，井漏后往往会造成井喷或井塌卡钻事故，属最严重的井漏(如图2-3)。图2-3 溶洞性漏失2.2.4破裂性漏失此种漏失是由地层破裂引起，主要发生在天然裂缝较少、渗透性不是很好的地层，漏失速度变化范围比较大，认为地层一旦破裂随即发生井漏。总上不难看出来前三种漏失，其漏失压力可能远小于破裂压力；第四种漏失，其漏失压力即破裂压力。同样要指出的是在实际的钻井过程中，漏失与地下裂缝的性质、井壁上的漏失面积、钻井液的性能、压差等许多因素相关。单纯以单位时间的漏失量去衡量漏失的强弱是不科学的，很难判断漏失速度为100的井就比漏失速度为80的井漏失严重，而应该以单位时间单位面积的漏失量衡量。在现场处理时，要分析清楚漏层的性质，将漏层按一定方式进行划分，才能找到正确处理的方法。井漏类型必须根据该地区的地质特征，各地层的压力梯度，邻井的井漏状况，钻井参数的变化，钻井液性能及其变化，漏层深度、漏失速度、漏失量等多项参数进行综合分析判断。第3章 井漏的原因、现象和危害3.1井漏的原因在钻井与完井过程中，井漏可以发生在任何地质年代地层中，从第四系直至元古界的各种岩性地层中，如粘土、砂砾岩、碳酸盐岩、岩浆岩和变质岩等 。按漏失通道形成的原因可分为两大类：一类是人为造成的漏失，是由于井眼压力高于地层破裂压力时，在井眼周围地层中诱发出裂缝导致井漏。其一油田注水开发后，形成的地层孔隙压力的分布与原始状态不同，出现纵向上的压力系统紊乱。其二由于注水开发，地层破裂压力发生变化，高低压相间存在。其三施工措施不当，在加重钻井液时控制不好，使密度过高，压漏了裸眼井段中抗压强度最薄弱地层(一般是套管鞋以下第一个砂层)下钻或接单根时，下放速度过快，造成过高激动压力，压漏钻头以下的地层；钻井液粘切过高、开泵过猛、快速钻进时排量跟不上，岩屑浓度过大使钻头附近地层漏失井中有砂桥、井壁坍塌堵塞环空压漏地层。另一类是自然通道，即在沉积过程中、地下水溶蚀过程中、构造活动过程中形成的。其一是粘土层漏失。一般来说，泥页岩井段不易发生井漏，但一些埋藏久远的地层的硬脆性泥页岩，因受地壳构造运动而形成裂缝， 因风能作用而形成溶孔及其它层间疏松孔道，易发生井漏。中深井段的泥页岩因脱水收缩，异常高压和构造运动而形成裂缝。但这种裂缝的长度一般较小，不易形成漏失通道。其二是砂砾层漏失。一是在浅层中深井段常存在首末胶结性的砂砾层，孔隙度大，连通性好，渗透率高，钻进过程中这类地层极易发生漏失；二是对中深井段，深井段经成岩作用形成的低孔低渗的砂砾岩其漏失主要为裂缝性漏失。其裂缝是在构造作用下由于构造压力而形成的构造裂缝。其三是碳酸盐层漏失。石灰岩和白云岩是碳酸盐的主要岩石类型。碳酸盐地层经过长期地下水的溶蚀、冲蚀作用，形成大大小小的地下溶洞和地下暗河，而强裂的构造运动又会产生纵横交错的裂缝，其开口由几厘米到几十米不等。其四是火山岩和变质岩层漏失。火山岩由于岩浆喷发、溢流、结晶构造运动如风化作用等因素，在熔岩内形成了十分发育的孔隙和裂缝，构成了易发生漏失的通道。在古生代、太古代、元古代的变质岩因受变晶、构造运动、物理风化和化学淋溶形成裂缝和孔隙构成漏失的通道。3.2井漏的条件及现象在钻井过程中不是什么时候都会发生井漏现象的。井漏的产生必须具备三个必要条件：其一是对地层存在着正压差，井筒工作液压力大于地层空隙、裂缝、溶洞中的液体压力(即地层孔隙压力)，这样才有可能把工作液压入漏失通道。钻井过程中，当出现以下两种情况时均会发生井漏。第一种情况，当地层存在天然漏失通道时，井眼中泥浆作用于井壁地层的动压力超过地层漏失压力就会发生井漏；第二种情况，当泥浆动压力大于地层破裂压力时，泥浆压裂地层形成新的漏失通道，产生井漏。因此可以说，漏失压力、破裂压力和泥浆动压力三个因素直接影响井漏的发生。其二是地层中存在着漏失通道及较大的足够容纳液体的空间。如地层不存在任何可以流入外来液体的各种通道如孔隙、裂缝等，那么外来液体就无法流入地层中。只有当地层中有足够大的容纳液体的空间，才有可能构成一定数量的漏失。其三是此通道的开口尺寸应该大于外来工作液中固相的粒径。在发生井漏的时候地面上的监控装置会有以下的现象：其一是正常循环情况下，钻井液由井口返出的数量减少，严重时井口不返钻井液(泵入井内钻井液量返出量)。泥浆池的液面逐渐下降甚至很快抽干而中断循环；其二是有时会发生钻速突然变快或钻具突然放空；其三是泵压明显下降。漏失越严重，泵压降低越显著。3.3井漏的危害井漏是钻井过程中常见的井下复杂情况之一，它不仅会耗费钻井时间，损失泥浆，而且有可能引起卡钻、井喷、井塌等一系列复杂情况，甚至导致井眼报废，造成重大经济损失。井漏对油气勘探、钻井和开发作业所带来的危害，可以归纳为：(1)井漏延误钻井作业时间，延长钻井周期；(2)井漏直接造成巨大的物资损失；(3)储层漏失会损害产能；(4)干扰地质录井工作；(5)井漏干扰泥浆性能的正常维护处理；(6)井漏会引起井下复杂情况。总之，井漏对勘探开发工作会造成极大的影响及巨大的经济损失。然而，任何事物都有两个方面，在储、漏同层的情况下，一旦发现井漏，就预示着油气层的出现，这在裂缝性灰岩储层中较为常见。故在预计的储层段钻井中发现漏失必须很好地加以分析和判断，以免造成人为的夫误。井漏可以发生在浅、中及深层中，亦可以在不同地地质年代如从第四系直到古生界中发生，而且在各类岩性的地层中都可能出现。而从钻井的角度看，长裸眼，多压力层系，复杂地层，特别是钻调整井时，井漏的问题显得常见和更严重:而井漏的发生就会造成重大的经济损失。那么，我们就要以防为主，尽量避免井漏的发生，假如在具有产生井漏的地层中钻井，但所采取的钻井工艺技术措施适当，那么就有可能不发生井漏，至少可以大大降低漏失的程度。万一井漏发生了，就要及时采取有效措施进行堵漏，以确保钻井的顺利进行，所以研究防漏堵漏技术的意义是重大的。第4章 井漏层位确定的分析近年来，中国各大主力油田井漏问题再次凸现，解决井漏问题是当务之急，受到普遍重视。其中，快速、准确地判断漏层的位置与特性，是当前该研究领域面临的关键问题，因此综合利用测井、钻井以及地质等资料，深入开展漏层判断分析新方法探索研究，非常重要而迫切。当井漏发生时，必须对漏层性质进行综合分析，包括漏层的位置、压力、漏失通道的张开度和漏失严重程度的确定，才能对堵漏材料做出选择，决定堵漏材料的粒径和加量，确定相应的处理方法，从而确保快速、高效、经济地完成堵漏作业。针对井漏漏点位置的确定，本文从井筒内泥浆温度的变化、改进的立压变化测量法、通过拟实验研究了井漏发生时流体携热特征和对钻井过程中的压力落差测试资料对漏层参数加以计算解释这四个方面来分析在钻井过程中的井漏层位的确定。4.1井筒内泥浆温度的变化4.1.1 温度测量在生产井上的温度测量通常指的是井温测井。井温测井又称热测井，是利用井温仪测量井内流体的温度。井温仪的主要部分是一个热变电阻(热敏元件)，它是一根电阻随温度变化而变化的金属丝，在工作范围内有优异的线性反应，有较小的时间常数和较低的自热效应。热变电阻作为温度探头与其他3个电阻组成桥式电路(如图4-1)。井下温度变化时，电阻随之改变，引起电桥电路不平衡，在A、B这2点输出1个电位差，该电位差经差分放大器放大，并由电压频率转换器将交变的直流信号变成脉冲信号输出。井下电子线路的刻度标准是每改变1(1=)，频率输出随之改变50。图4-1 热变电阻电路井温测井是在开发井中广泛使用的一种测井方法，可以在产液井中寻找产液的井段，在注入井中寻找注入的井段；对热力采油井，可以通过邻井的井温测量检查注蒸汽的效果，可以评价压裂酸化施工的效果等。将这种测井思路移植到探井中，利用井下流体温度异常变化在温度曲线上的反映，来判断井漏的漏点位置。但这种井温测量方式并不是传统意义上的井温测井，井温测井有一套专门的仪器，对仪器的各项工作指标、工作环境和仪器在测量井段的停留时间都有严格的要求。而在探井上利用测量井温来判断井漏位置，则不需要使用专门的井温测井仪，任何能记录温度变化的井下仪器，包括各种测井仪自身携带的控制仪器状态的温度装置，都可以得到我们需要的结果。同时，这种测量井温的方式，也不需要精确的井下温度值，只需根据全井段或者可疑井段的温度异常变化，就可以定性判断井漏位置。4.1.2 判断漏点位置的原理地壳的自然热场主要是由地球内部热源产生的，其中放射性衰变产生的热能等也起着重要作用。地球深部热能通过岩石的热传导、液体的热对流、构造运动等不断向地球表面传输。当井中的泥浆温度与周围岩层温度不同时，将发生使温度趋于一致的热交换，泥浆温度与地层温度一样随着深度的增加而升高。当井中某点发生井漏时，大量泥浆涌入地层，使漏点周围的地层温度达不到地层的初始温度，因此，在井下流体温度测量曲线上将出现温度降低的异常(如图4-2)。图4-2 井下流体温度测量曲线4.1.3 应用实例图4-3为一口井井温测井判断漏点位置的。实例钻进到2800.0发生井漏，在井底2739.63、2728.36分别注桥浆60.0、65.0。堵漏失败，测完井温分析判断后认为漏点在2573.0附近，如图4-3(a)，注桥浆77.38，堵漏成功。这是利用井温测井判断漏点位置的典型应用。如图4-3(b)所示为井温测井曲线，1500.01560.0处井漏严重，漏失量大，漏点位置的判断比较容易，但在1670.01700.0处漏失量小，温度曲线上变化不明显，但从微差井温曲线上可以判断出来。如图4-3(c)所示为钻井工程施工相当复杂，不仅卡钻、侧钻，还井漏、井涌严重，通过降低泥浆密度测得的套管成像图上显示有大范围刮伤，但具体漏点位置却很难判断，通过泥浆温度及泥浆电阻率曲线发现在2210.02230.0处有明显异常，井漏位置的泥浆温度出现温度升高的异常，分析认为是井下溢流到2200.0处漏失，注桥浆25.0堵漏成功。图4-3 井温测井判断漏点位置的实例4.2 改进的立压变化测量法4.2.1 理论基础图4-4 立压变化测试法示意图如图4-4所示，设计井深为()，井漏层位为()，泵排量()，井漏后出口钻井液返出量()，井漏前泵压()，井漏后泵压()。如在漏层以下，井漏前后的压力损耗相同，如在漏层以上，因钻井液返出量减小而使压耗减小，因此，立管压力(简称立压)变化值为： = (4-1)由式(4-1)中：为井漏前后立压变化值，；、为井漏前、后漏层以上环空压耗，。由此可见，因井漏使立压发生变化实质上反映了漏层以上环空压力损耗的变化，在一定条件下，一定的环空压耗变化对应着一定的井漏层位，据此可以计算出漏层位置。4.2.2 传统的井漏层位计算方法由式(4-1)可见，在确定井漏层位时，只需计算漏层以上环空压耗即可，而不必计算所有钻柱内、外压力损耗，这在实际应用时带来许多方便。现分两种情况讨论井漏层位计算方法。(1)当0时，建立循环，设漏失发生在第一段钻具所在井段，采用下式(4-2)计算井漏层位： =P (4-2)式中：为第1段井径，；为第1段钻具外径，； 、为漏失前、后第1段环空摩阻系数，无因次；为钻井液密度，。(2)当0时，即井漏后失返，液面不在井口，随着动液面的降低，漏失流量将不断减小，当液面下降至位置时(钻井液静液面井深，通常由回声仪测量数据提供)，将保持平衡状态不再降低，此时漏失流量保持稳定，且等于泵排量。这种情况下，必须首先确定，井漏层位应由公式(4-3)计算： =(P-0.0098)()()/(32.422) (4-3)4.2.3 改进的井漏层位计算方法假设0，传统的处理方法由式(4-2)进行第一次计算，然后逐步迭代。但钻进时钻头以上接有不同尺寸的钻铤、钻杆、接头及各种工具，同时井身结构设计可能采取不同尺寸的钻头，致使不同井深处的环空尺寸并不是一个常数。为了精细计算环空尺寸，引入井径曲线，改进传统计算方法，故计算前应先根据钻具组合和井身结构分段进行计算，即：首先假设井漏发生在新的第一段钻具所在井段，然后由式(4-2)求得井漏层位，根据结果判断是否需要进行迭代计算。当时，(新的第一段钻具长度，以下数据如未标注，均指分段后数据)，为实际漏层位置；否则当时，需进行第一次迭代计算，直至为止。其中，为第次迭代计算得出的漏层位置，即为实际漏层位置由式(4-4)和(4-5)，一般有： =+ (4-4) = (4-5)式中：、分别为井漏前后第段环空摩阻系数，无因次；、分别为井漏前、后第1段钻具到第段钻具环空压耗之和，。且由式(4-6)： =32.422 (4-6)由式(4-6)中： 为第(1)段井径，；为第(1)段钻具外径，；为井漏前第(1)段环空摩阻系数，无因次。以、分别代替 中的、，即可得： =32.422 (4-7)由式(4-7)中：为第段井径，；为第段钻具外径，。实际应用时，考虑到理论排量不全等于实际排量，一般应估算最大排量误差，分别以-，+代入以上各式，便可计算出两个相应的漏层位置。实际漏层必位于两点之间，该井段就是堵漏施工井段。改进的立压变化测试法与传统的立化测试法相比，更能准确地确定井漏层位。用编写的相应软件，界面简洁，操作方便，计算快速、直接，能及时准确地判定井漏层位。准确的井漏层位判断为有效地防漏堵漏奠定了基础，节约了堵漏作业时间，提高了堵漏成功率。4.3 井漏发生时流体携热特征4.3.1 实验原理该实验是通过对井漏过程的分析，并基于热扩散原理设计的。较冷流体流过发热物体时，流体会携带热量，并将其中一部分热量传递给流经的较冷物体。该实验装置设有一个加热源和用来测量管壁温度的测温单元，当流体流过加热源时，携走热量，一部分热量会传递给流经的管壁，造成管壁温度变化，测量信号经过调理 进人数据采集处理系统进行数据显示和分析。4.3.2 实验设计设计了井漏模拟实验装置，示意图(如图4-5)。采用电加热带作为加热源，利用温控仪控制加热温度，在加热源附近安装铂电阻测温元件，测量管壁温度，铂电阻的阻值随温度而变化，将铂电阻阻值通过转换器转化成420的电流信号，由数据采集处理系统进行数据分析和显示。该实验外部加热方式与现场钻具内部加热方式虽有一定差别，但其热力学传播机理是一致的。实验实验过程中，通过阀门的开、关，即流体流动和静止来模拟漏失与不漏失的状态，观察测点温度的变化情况。图4-5 井漏模拟实验装置示意图4.3.3 实验数据分析实验中，先进行数据采集，然后启动加热源加热，温度达到规定值后，控制加热温度保持不变，到规定时间后，停止加热和数据采集。以下为部分实验数据分析。关闭阀门2，流体静止时，热源功率1500，控制热源温度为100时，距离加热源上、下14处两个测点温度的变化曲线(如图4-6)所示。图4-6 静止时加热源上、下两个测点的温度变化由图4-6可以看出，金属筒内流体静止加热时，加热源上方管壁温度明显升高，上部流体温度变化明显，加热源下部管壁没有产生明显的温度变化，说明热量主要向上传播。热源功率1500，控制热源温度为100，关闭阀门2和开启阀门2循环流量为1.017时，下方14处测点温度的变化曲线(如图4-7)所示。图4-7 热源温度为100，静止和循环时同一测点温度变化由图4-7可以看出，在静止热源下方测点的温度变化不明显，在流体流动时，热源下方测点的温度变化明显，说明流体流动携热，并将其中一部分热量传递给流经的较冷物体。热源功率800，控制热源温度为80 ，关闭阀门2和开启阀门2循环流量为1.017时，下方14处测点温度变化曲线(如图4-8)所示。图4-8 热源温度为80 ，静止和循环时同一测点温度变化比较图4-8与图4-7可发现，流体流动时确实将热量带到下方，引起了加热源下部管壁温度的升高，而且管壁温度升高的多少和热源的功率和加热时间有直接关系，功率越大，时间越长，流体携带的热量越多，管壁温度变化越大。以此数据为基础的测量装置可以很好地确定漏层位置。4.4 压力落差测试资料解释方法4.4.1 压力落差解释方法钻井过程中的压力落差测试是指停钻之后，测量井底压力随时问的变化关系。进行压力落差测试时，首先用钻井液灌满井筒，并在钻杆上依次连接好流量计、压力计以及辅助设备。通过流量计测取不同井身处的流速，并找出漏层位置，然后将压力计送至井底并停留2448，自动记录并保存井底压力数据，以便解释使用。用多裂缝模型讨论裂缝性地层缝宽与裂缝渗透率之问的关系。多裂缝模型是由平行的基质薄片所组成，这些薄片有规则地与裂缝间隔相交替，因此流动被看作足平行于裂缝的。这种理想化将允许通过一种较简化的流动模型来模拟矿场结果(如图4-9)。图4-9 多裂缝层(裂缝和层平行)4.4.2 应用实例应用测漏仪和压力计对江汉油田某两删井进行测试。根据试井解释理论，对于均质孔隙介质，曲线的主要特征是早期为斜率为1的直线，晚期是一条0.5的水平直线段；而对于具有发育的天然微裂缝地层，后期则由0.25水平线逐渐上升至0.5线。A井地层为均质孔隙结构类型，而B井则有微裂缝发育。利用不同类型地层的解释理论对地层渗透率、孔隙半径(裂缝宽度)等参数进行计算，解释结果见表3-1。根据计算所得到的孔隙半径或裂缝宽度，可以选择合适的堵剂种类，为施工提供量化的理论依据。现场作业已经证实，该诊断结果正确的指导了堵漏工艺。利用曲线拟合法和特征直线法解释的结果基本相同，用此方法求解漏层参数具有很高的实际应用价值。表4-1 漏层解释结果井名漏层类型解释结果介质(裂缝)渗透率(×10-3 )平均孔隙半径()平均裂缝宽度()曲线拟合法特征直线法曲线拟合法特征直线法曲线拟合法特征直线法A井均质孔隙介质地层37.4035.341.221.19B井微裂缝-孔隙介质地层52.2460.887.928.55第5章 防漏及堵漏处理技术研究根据钻井施工井所处区块的漏失特点，采取对应的防漏、堵漏技术，提高易漏地层的抗破能力，同时还要尽可能地保持井壁稳定。处理井漏用到的方法有调整钻井液性能、控制起下钻速度和泵的排量、静止堵漏、颗粒桥接堵漏、清水强钻、用高失水浆液堵漏、暂堵法、化学堵漏、无机胶凝物质堵漏法、复合堵漏技术、强行钻进套管封隔技术等多种处理井漏技术。其中暂堵法、静止堵漏和颗粒桥接堵漏比较常用。下面从物理法防漏堵漏技术、膨胀管技术、复合化学凝胶堵漏技术、自适应防漏堵漏钻井液技术、气体钻井技术和膨胀管技术用于防漏治漏这四个方向的原理和技术来述说国内现在研究防漏堵漏技术的研究成果。5.1物理法防漏堵漏技术物理法随钻防漏堵漏技术主要适用于孔隙和裂缝性漏层的井漏。该技术对钻井液要求不是很高，只要对常规钻井液稍加处理，使其满足一定的性能要求即可。它利用安装在近钻头处的侧向水力工具对井壁施加旋转射流作用，将堵漏材料与井壁有机结合，形成渗透率很低的滤饼(即所谓的“人造井壁”)，不但能有效防漏堵漏，而且能提高井壁正反向的承压能力，扩大钻井液密度窗口，有利于后续钻井施工。5.1.1 随钻防漏堵漏物理模型图5-1 专用井下工具物理模型物理法随钻防漏堵漏专用井下工具的物理模型(如图5-1)所示。钻井液流体以流量 (泵排量)进入井下工具后，通过分流孔(2-3个)将流量分流到两个侧喷嘴，流量(钻头喷嘴排量)进入井下钻头进行常规钻井的正常循环。分流孔的数目和当量直径、侧喷嘴的当量直径由井身结构、设计流量和射流压力、地层岩性等参数决定。由此可见，物理法随钻防漏堵漏技术的关键是射流对井壁的冲击压力作用。在射流冲击压力范围内，射流冲击压力直接作用于岩石矿物晶体颗粒，经岩石微孔、洞、裂缝施加液压力于颗粒隙面，对漏失通道进行充填压实，实现随钻防漏堵漏。5.1.2 作用机理1)射流冲击压力对井壁的作用物理法随钻防漏堵漏就是通过井下特殊的侧向水力工具，利用射流的水力能量对井壁的冲击压力作用，把混入钻井液中的随钻防漏堵漏材料有针对性地强力推向漏失井壁岩石的孔、洞、隙和裂缝(包括诱导性裂缝)，从而增大井壁的承压能力和钻井液的安全密度窗口，在井壁内侧形成具有一定强度的泥饼，即所谓的“人造井壁”，提高漏失层井壁正反方向的承压能力。当侧喷嘴射流入射角发生变化而其他条件不变时，壁面上同一横向距离处的冲击压力随着入射角的增大而减小。这是由于射流的出射方向与竖直方向存在着一定的夹角，引起射流在垂直于井壁面上的速度分量减小，从而使竖向的动量降低，因此壁面上的作用力相应减小，即壁面冲击压力减小。由于环空中钻井液上返速度的影响，旋流喷嘴若向下倾斜，其射流能量会被钻井液上返速度动能抵消一部分，造成浪费，并且破坏了旋转射流对称喇叭状的完整结构，造成流体结构的混乱，影响“人造井壁”的形成。如果射流喷嘴向上倾斜的角度太大，则旋转射流作用范围内的井壁离喷嘴较近的部分和离喷嘴较远部分的射流压力相差过大，导致造壁作用不均匀，也会影响“人造井壁”的形成。因此，选择旋流喷嘴垂直于井壁或稍向上倾斜的结构是合理的。2)钻井液中固相颗粒封堵漏层孔隙物理法随钻防漏堵漏技术主要适用于孔隙渗透型和裂缝型漏失地层。孔隙渗透型漏失地层漏失通道的基本形态是以孔隙为基础，由喉道连接而成的不规则的孔隙体系。常见的孔隙喉道类型有5种：(1)喉道仅仅是孔隙的缩小部分。此类孔隙大、喉道粗，孔隙与喉道直径比接近1，粒间胶结物少，胶结疏松。(2)喉道断面是可变收缩部分。此类孔隙较大、喉道细，孔隙与喉道直径比很大。(3)片状或弯片状喉道。岩石进一步压实，或由于压溶作用使晶体再生长时，其再生长边之间包围的孔隙变得较小。据颗粒形状不同，又可分为片状和弯曲片状喉道，这种喉道的有效张开宽度一般小于1，个别的有几十微米。此类孔隙(喉)结构很细小，孔喉比由中等到大，为凹凸接触式。(4)管束状喉道。当杂基和各种胶结物含量较高时，原生的粒间孔隙有可能完全被堵死。这类孔喉结构常见于砂岩骨架颗粒间的杂基支撑及孔隙和基底胶结类型之中，孔喉比近似于1。钻井液中的固相颗粒封堵漏失层孔隙喉道的机制是由于固相颗粒侵入以后，增大了固相颗粒于孔壁的附着面积，在物理法的射流作用下使得固相颗粒封堵孔隙喉道更为有效。5.1.3堵漏带的形成过程1)在常规钻井液中加入优化比例的各种堵漏材料(又称堵剂)，调配成随钻堵漏钻井液。2)当钻遇易漏地层时，堵漏材料将会在射流的作用下进入漏层。其固相颗粒的形状、尺寸和浆液的流变性能等都要适应漏失通道的复杂形态，这样才能按设计的数量进入漏层。3)堵剂进入漏层后，不能让其源源不断地进入地层深处。进入地层的堵剂必须能抵御各种流体充填物的干扰。在各种流动阻力的作用下，使之在近井筒漏失通道的某处发生滞留、堆积而充满一定范围的漏失通道空间。4)充满一定范围漏失空间的堵剂，在高温、压差或化学反应等作用下，以机械堆砌或化学生成物的堆积方式，形成具有一定机械强度的隔墙，并与漏失通道有比较牢固的粘结强度才能有效封堵住漏层，不至于发生暂堵现象。由图5-1可知，在携带