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1,,关于解决我国钻井技术难题的探讨西南石油大学油气藏地质与开发工程国家重点实验室2009年3月,2,,目录一、我国钻井技术发展的主要方向二、井壁稳定技术的发展三、井下裂缝性恶性漏失的堵漏技术四、窄安全密度窗口的安全钻井技术五、高压、高产、高含硫气田安全钻井的几个问题六、超深井≥7000M高温200220℃高密度r2.302.50钻井液技术,3,国内钻井技术发展的主要要求,提高深井特别是复杂超深井的钻井能力，降低钻井风险，缩短钻井周期，是“十一五”乃至相当长时期内的主要研究课题，也是提高我国陆上油气勘探、开发效率急待解决的首要问题。利用钻井工程技术提高单井产量和采收率，增加可采储量，经济有效的开发边际油田和难动用储量。井下信息的随钻获取、钻井的自动化控制;建立钻井信息数据综合菅理与适时应用的钻井远程快速决策系统。也是二十一世纪钻井工程技术发展的主要内容。,一、我国钻井技术发展的主要方向,4,一、我国钻井技术发展的主要方向,缩小与国外先进水平的差距、赶上世界先进水平;解决当前钻井技术的主要技术难题制约我国勘探开发进程的主要技术瓶颈,5,㈠.国外钻井技术与装备的发展趋势,1、向快速、优质高效、低成本方向发展。积极采用高性能螺杆钻具和新型钻头、高压喷射钻井、小井眼钻井、连续管钻井、套管钻井、随钻测量、随钻测井、随钻测试技术、旋转导向与地质导向钻井技术、垂直钻井技术、控压钻井技术、可膨胀管应用技术、气体钻井技术与装备、全过程欠平衡钻井技术、超深井钻井技术及万米深井钻探装备、随钻地震技术等新技术、新方法,努力提高钻井水平与效率。2、采用水平井、大位移井、多分支井等MRC技术提高油田开发的综合效益。,6,,3、向更加注重QHSE方向发展，钻井安全和环保问题得到更加广泛的重视。4、向更有利于保护油气层的方向发展。积极采用优质钻井液和完井液，更好地保护油气层。5.以信息化、智能化为基础和特点向自动化方向发展采用地面自动化钻机配合井下旋转闭环导向钻井系统,不断强化对钻井和地层的实时监控;通过卫星和互联网实现对现场的远程监控,建立钻井信息数据综合菅理与适时应用的钻井远程快速决策系统。6、对于解决深部复杂地层钻井的井下复杂问题的相关技术有重大进展,但距很好解决这类问题还有很大距离。,7,与世界先进水平的主要差距,钻井总体能力方面，台年进尺2001年加6.04万米、美4.879万米、中2.04万米;2006年加7.16万米、美5425万米、中3.21万米。在深井超深井、钻井方面，我国目前的深井钻井平均钻井周期和使用钻头数约为美国的1.5倍。在钻井装备方面，国外正实现机械化、自动化，初步具备智能化，达到有效、安全、快速、经济的要求，钻机实现模块化、高运移性，满足各种地貌条件下作业需要，各种特殊工艺井的井下工具实现自动化、智能化。但国内特殊工艺井井下工具的高端产品仍主要依赖进口，高运移性的中浅井钻机和机械化、自动化工具与装备还正处在试验阶段。,8,在钻井核心技术与前沿技术研发方面，目前国内还基本处于跟踪模仿国外先进钻井技术阶段。国外已成熟的技术，国内往往才开始模仿研究或引进技术，时间落后5～10年。如国外研发的多种随钻测井系统、近钻头地质导向钻井系统、垂直钻井系统、旋转导向钻井系统等在上个世纪90年代就已商业应用，而国内在这些技术领域的研发工作仍处于追赶阶段。而且缺乏自主知识产权的先进工具与仪器，使得我国钻井工艺技术的发展受制于国外。在解决复杂地层深井钻井井下复杂问题方面差距并不大。,与世界先进水平的主要差距,9,与世界先进水平的主要差距,利用己有理念、装备、技术解决工程问题钻井工艺技术不落后。落后在于新理念的产生;新装备、新仪器、新工具的研发;信息技术、智能化技术、自动化技术的密切结合与应用差距在于创新能力基础理论、实验基础研究不足;相关学科、技术领域的理论、知识及新成果引入和应用差;国内整体技术水平不足,10,,㈡、当前钻井技术急待解决的主要技术难题制约我国勘探开发进程的主要技术瓶颈随着我国石油天然气勘探开发目标进一步面向地质条件十分复杂的深层油气资源。近年来我国在复杂深井钻探中遇到高陡构造及逆掩推覆体防斜打快、井壁稳定、恶性漏失、窄密度窗口安全钻进、高研磨性地层钻速低、复杂井固井质量差等世界级的难题，导致深井钻井复杂事故多、钻井速度慢、周期长、成本高，已严重影响到我国油气资源重要接替区勘探开发的进程。成为严重阻碍勘探开发进程技术瓶颈。,11,,在我国,如何解决复杂地层深井特别是深探井钻井的主要技术难题引起了油气勘探和开发界高度关注。当前国外钻井先进技术的发展对于解决其中的某几个问题虽有一定的突破,但仍不能全面有效的解决它们。成为钻井工程所面临的重大挑战和发展机遇，钻井技术处于一个以解决这些难题打破这个瓶颈为重要标志的新的发展时期，也是我们钻井走问海外的技术支持和保证。,12,,1.目前急待解决又没能很好解决的重大技术瓶颈井下复杂与事故；目前，国内外在漏、喷、塌、卡、斜这些井下复杂与事故中，一般情况下各单项问题都已基本形成有效的解决技术包括相关理论和方法，除有待进一步完善提高外，已对钻井构不成普遍威胁.但是在深井复杂地层情况下仍有一系列难题未能很好解决。,13,,⑴.复杂地层条件下的井壁稳定问题如深井、高温大段盐、膏、泥层的井壁稳定;山前高陡构造、破碎地层井壁稳定问题气体钻井转换泥浆后的井壁稳定问题⑵.山前高陡构造防斜打快问题。垂直钻井技术可望解决⑶.超深井≥7000M高温200220℃钻井和固井技术我国井温180℃以下,密度＜200230的泥浆技术己基本过关。井温＞180℃,密度＞230的水基泥浆技术国内外都未过关。,14,,4.井漏问题主要是指恶性漏失及由此引发的一些井下复杂问题至今无一有效可靠的技术。主要由工程经验来解决问题。“恶性漏失”主要表现为漏失厉害并且很难堵住。它常有两种不同的情况较大的天然裂缝及溶洞引起的有进无出的严重漏速很大、很难堵住漏失长井段低承压地层“随机性、多点漏失”漏速很大、很难堵住问题,15,,⑸.窄安全密度窗口安全钻井问题当漏、喷、塌、位于同一裸眼井段同层，则引发出多种复杂问题主要归纳为窄或负安全密度窗口的安全钻井复杂问题，成为目前钻井工程亟待解决的重大技术难题，而喷和漏构成的窄或负安全密度窗口的安全钻井问题则更为复杂、困难和危险,是我们当前重点攻关解决的重大难题。。,16,,⑹.钻遇高压、高产、高含H2SCO2气层难题①、H2S的高毒性所带来的重大技大难题及安全问题；②、H2SCO2的特殊腐蚀作用和高腐蚀性所带来的重大技术难题；③、H2SCO2在深井高温高压条件下的超临界态带来的重大技术难题A.超强的特殊腐蚀作用。B.元素硫沉积带来的难题。C.对井控带来复杂影响所引起的重大技术难题。这是当前我国正在全力进行攻关的重大技术难题。,17,,2,关于提高机械钻速当前、深井复杂井钻速低是制约我国油气勘探开发事业发展瓶颈的重要表现之一。其中除井下复杂与事故的影响外,努力提高机械钻速是一重要方面。高陡构造的防斜打快问题;深井上部大尺寸井段的机械钻速问题;深部重泥浆井段耐磨地层机械钻速问题;油基泥浆提高钻速问题油基泥浆机械钻速提高到超过现有水基泥浆水平；水基泥浆机械钻速整体再上台阶;,18,,所有这些问题都是国内外至今没能很好解决的世界级难题,它严重的阻碍了我国油气勘深开发的进程。它们是钻井最传统的问题，是钻井工程永恒的难题。多年来为解决它们作过不懈的努力,并已集累了非常丰富的经验。但它们并未很好解决,更未完全解决,而且目前国外先进钻井技术及其发展并不能完全解决它们。应该成为我们钻井技术发展的一个必要的方向。,19,,但要最终有效解决它们，必须在己有经验的基础上，深入研究其作用机理及内在规律，综合应用其它学科的最新成果，建立新的观点、新的方法、新的材料、新的工具、并形成新的技术才有可能有效解决例如用VDS系统解决防斜打快问题用NDS系统引导窄安全密度窗口钻井特种凝胶堵漏技术。,20,常见现象是井眼缩径、井壁掉块、井壁坍塌对它我们具有丰富经验并能较好解决生产问题。但同时又是我们并未能完全掌握而时常碰到的技术难题特别是在山前高陡构造、破碎地层、强水敏地层。其问题的主要表现尚不能准确预测，不能实时测定、不能准确判断；机理研究尚不能预先指导，只能事后解释；防塌技术实施难以准确到位。防塌泥浆密度普遍偏高,诱发一系列井下问题。多年来无重大突破和实质进展.也不太清础如何发展。,二,井壁稳定技术的发展,21,井壁不稳定是由形成井眼后，井壁岩层产生的坍塌压力所引起.井眼形成后，地应力在井壁上的二次分布所产生的指向井内引起井壁岩石向井内移动的应力，称为井壁坍塌应力。P塌≥0。它是引起井壁不稳定的根本原因P泥0，即必须用泥浆柱压力P泥≥P塌来平衡才能保证稳定。因此遇到井塌必须提高泥浆密度。但只有当裂缝完全都是闭合时，P泥才能平衡P塌起到稳定井壁（防塌）作用.提高泥浆密度才有效。若裂缝不能完全闭合，或提高密度而使裂缝开启,则会出现以下问题,,33,若不能有效封堵住裂缝阻断泥浆液相进入裂缝，则将引起P塌的增加,不能防塌。与泥浆类型无关；油基泥浆、水基泥浆效果一样。此时提高泥浆密度不起作用反而密度愈高，井塌愈凶，甚至形成恶性循环。引起恶性坍塌。从钻进这类地层经验中总结的地层P塌一般偏高较多。上述作用与影响与水化作用无关。若有水化作用，二者叠加，问题更为复杂。所以,有效封堵是这类地层井壁稳定的关健,而其封堵效果与由泥浆引起地层P塌的增加直接相关。。,,34,,2.存在问题及发展方向⑴.必须更新技术观念①、所有泥浆都可能增加P塌。不同泥浆增加幅度不同。由现场井下实际情况总结出的P塌一般都大大偏大.②、若不能对地层各种裂缝进行有效封堵,提高泥浆密度实得其反。③、有效封堵是“破碎性地层”防塌的核心和关健。,35,,⑵.目前国内外水基、油基泥浆的封堵能力都未完全过关封堵基本要求井壁快速形成浅层、零渗透的封堵层①.对地层0.1mm以上级裂缝与微裂缝的封堵已基本解决;对微米级微裂缝的封堵基本未解决;对纳米级细微孔隙、裂缝的封堵完全末解决;②、进一步提高封堵能力必须先研究、建立对各类裂缝封堵能力、封堵程度的正确评价装置与方法未解决,36,,③、以所建立的正确评价装置与方法为依据,根据不同原理.物理封堵、化学封堵、物理化学封堵研制、开发和评价适用于不同裂缝隙的封堵剂及封堵泥浆体系。重点是适用于纳米微米级微裂缝和细微裂缝的专用配套封堵剂。④、建立起封堵效果与它引起地层P塌的增加的评价方法,37,,小结1、对于井壁不稳定地层，泥浆总要引起地层P塌的增加，增加幅度可达1.00-2.00；而由现现场实际总结出的P塌总是偏大。2、建立坍塌压力评价和粘土水化（去水化）程度的评价以及由于粘土水化（去水化）引起的坍塌压力的增加的评价方法；建立封堵效果与它引起地层P塌的增加的评价方法是目前促进本项技术发展的关键；,38,㈣、降低地层坍塌压力P塌研究,由于目前国内外防塌泥浆浆技术都未考虑泥浆引起P塌的上升,也测不出这个P塌的上升值。同时国内外泥浆技术的水化抑制能力与有效封堵能力都远远达不到要求;现有钻井液大多要增加地层坍塌压力，且不同体系引起地层坍塌压力增加的幅度不同0200以上。因此现在现场所总结出来的防塌泥浆密度将随泥浆不同而异;而且一定是被泥浆作用后而增大了的数值;这个被泥浆作用后而增大了的数值02.00以上;所以降低地层P塌将有很大的空间。,39,因此,改进和发展泥浆技术则可能降低地层坍塌压力P塌,而且可能降低的空间还较大。降低地层坍塌压力P塌就可以降低防塌必须的泥浆密度。钻井中尽可能降低泥浆使用密度是钻井技术的基本要求,所以降低地层坍塌压力P塌值得探讨。可能成为井壁稳定技术发展的一个重要方向。,,40,,钻井中地层坍塌压力P塌有两部份①、由地应力和岩石力学因素产生,一般情况下都不太大;正常情况下多为0异常地应力除外。②、由泥浆各种作用而产生的坍塌压力,其增加的值因地层和泥浆类型而异,可达0002.00以上.有较大降低空间。降低地层坍塌压力P塌实际上是改进和发展泥浆技术来消除②的影响和作用即降的是泥浆各种作用而产生的坍塌压力。,41,,对于由泥浆各种作用而产生坍塌压力②目前国内外还没有实用的测定、计算的方法。但它的建立可能性较大。实际上它是地层岩石受泥浆作用后而产生的相对于原有P塌的一个增值。因此,它的测定与计算和所用力学理论模型的适用性和可靠性无直接关系,从而使其测定的可能性和可信度大为提高。从而具有较好的实用价质。1、基于测井资料开展坍塌压力剖面P塌的研究基于测井资料可以计算三个压力剖面P塌、P被、P孔,利用以上思路则可能计算出不同泥浆引起地层坍塌压力的增加值。,42,,,,,,,,,,,,力学本构关系,岩石力学性质、强度,原地应力,井周应力,强度判别准则,岩石性质与强度,地层坍塌应力、破裂应力,孔隙压力,合理泥浆密度上、下限,,,,,,,,,,,,,,43,求P塌需要岩石强度参数和地应力参数,44,开展分析研究的关键性参数1、岩石力学性质与强度2、地应力3、地层孔隙压力（异常地层压力）其中岩石强度、地应力都是依靠测井资料,地层孔隙压力可以依靠测井资料和钻井录井资料，但目前一般也多用测井资料,其中声波时差测井应用最广。,45,基于测井资料测定、计算三个压力剖面P塌.P破.P地,46,,泥浆引起地层P塌的测定1.在用测井资料测定、计算三个压力剖面时,首先依靠测井资料测定计算出地应力、岩石力学性质与强度、地层孔隙压力,然后再应用计算井周应力的岩石力学理论模型计算出P塌、P破.在用测井资料测定计算出地应力、岩石力学性质与强度时,都是采用的以井下没受泥浆作用的岩石为基础而建立的反演理论模型,因此求出的应是岩石没有受泥浆作用时的力学参数,而算出的P塌为没有受泥浆作用时的P塌.,47,,假若通过理论与实验研究建立岩石受泥浆作用后的测井参数与其岩石力学参数的反演理论模型,再将此模型用于“由测井资料测定计算出地应力、岩石力学性质与强度”则由此计算出的P塌则为岩石受泥浆作用后的P塌,它更代表井下实际的P塌。而两者之差则为泥浆作用后产生的坍塌压力。这可用作为现场使用泥浆引起坍塌压力增加大小的实际评价方法。不同的泥浆此差值不同,差值越小,则泥浆防塌能力越好,反之则越差。差值为0则为最好。若选用此差值小的泥浆,则将降低该井井下实际坍塌压力。,48,,2、降低地层坍塌压力P塌的实验评价方法⑴.利用工测测井的方法测定井眼地层的地应力和孔隙压力和井眼地层的坍塌应力P塌1;⑵、现场总结井下地层实际的坍塌应力P塌2防塌泥浆的最低密度;⑶、使用三轴应力仪测定井壁岩石样品的力学性质如弹性模量、泊桑比、各类强度及应力应变过程曲线;,49,,采用岩石三轴抗压强度测试岩石力学性质及强度泊松比μ、弹性模量Ｅ、抗压强度）实验采用了美国GCTS公司制造的三轴岩石强度测试仪RTR-1000（图）。岩石取材岩心取自实验井段岩石或同层位露头，实验用岩心尺寸为1″2″；实验环境条件温度、围压摸拟井下。,50,,⑷、选用一个适用的井壁应力计算理论模型例如采用Anderson模型及岩石破坏准则常用Mohr-Coulomb准则进行计算出对应井下地层的坍塌应力P塌3;⑸、样品处理将岩样与不同工作液不同抑制性工作液;不同封堵能力的工作液;油田常用各类典型泥浆体系在设定的条件下可摸拟井下作用一定时间如24h,51,,⑹、将井壁岩石样品用所用待测防塌泥浆按专用处理装置与标准处理办法作用处理后,再同样使用三轴应力仪测定井壁岩石样品的力学性质如弹性模量、泊桑比、各类强度及及应力应变过程曲线;再使用同一合理的模型计算出对应井下地层的坍塌应力P塌4;,52,,对处理后的岩心采用三轴岩石强度测试仪RTR-1000进行测定所测定的各块岩心所对应的岩石应力-应变曲线如下图，图中Ea、Er分别为岩石的轴向、周向应变。从各岩样的应力-应变曲线可以得出Sd/MPa、μ、E/MPa。,图1-334样品未达到极限破坏点三轴应力-应变曲线围压28MPa,53,,,图1-411样品三轴应力-应变曲线（围压26MPa）,图1-640样品三轴应力-应变曲线（围压26MPa）,54,,图1-1177样品三轴应力-应变曲线（围压26MPa）,,图1-640样品三轴应力-应变曲线（围压26MPa）,55,水溶液对岩石强度影响及对坍塌应力的增加水化程度对岩石力学性质和强度的影响,,56,,封堵作用的影响,57,,⑺、P塌4≥P塌3;△P塌P塌4P塌3即所用泥浆引起这个地层坍塌压力的增加;⑻、对比不同泥浆体系的△P塌,则可评价出各体系及防塌剂对该井该地层的防塌各类能力的高低;⑼、对比P塌1、P塌2、P塌3、P塌4和△P塌,就可知现场泥浆实际使用密度可以降低的幅度＝P塌2-△P塌可否降到0。,58,,3、降低P塌的作用★.为提高机械钻速提供一个很好的技术平台提高机械钻速最有效的办法是尽可能降低泥浆密度。尽可能低的泥浆密度本身就能解放机械钻速,而且也是一切提高机械钻速的钻井技术充分发挥其效能的最佳技术平台。但它受限于地层流体压力和地层坍塌压力而无法实现。现在,全过程欠平衡钻井的理念及其实施已经开始打破第一个限制而大幅度降低P塌的理念和实施有可能为进一步提高机械钻速提供一条新的有效途径。,59,,⑴把地层坍塌压力降低到①降到0;②尽可能低;③降到地层流体压力以下。⑵,从而大幅度降低钻井泥浆密度,并在此基础上根据所钻地层情况确定最佳钻井方式①气体钻井坍塌压力为0时;②欠平衡钻井坍塌压力降到低于地层流体压力时;③低密度轻泥浆坍塌压力压力系数降到约110左右时钻井,60,,降低坍塌压力的优快钻井技术应用实例2006年以来在塔里木羊塔克地区0-4000米井段的钻井中利用上述原理进行现场实验。试验目的利用上述原理。通过所钻地层库车组，康村组岩石与泥浆作用前后力学性质及强度变化研究，以现用泥浆体系为基础，加以改进完善研究出能将可钻地层现在存在的坍塌应力明显降低的泥浆体及其应用技术。使可钻地层的坍塌应力有了一个明显的降低，从而在其它所有条件不变的情况下大幅度提高了机械钻速。,61,试验结果,地层岩石经泥浆作用前后的力学参数,,62,,不同泥浆体系相对于现用聚合物泥浆体系能降低的坍塌压力,注泥浆作用前地层的坍塌压力密度计算值为0.0057泥浆作用后地层的坍塌压力密度计算值为1.1892现泥浆使P塌增加1.1835,63,,,不同泥浆体系相对于现用聚磺泥浆体系地层能降低的坍塌应力,该地区本井段实用防塌泥浆密度为1.35以上，故优选上述实验泥浆体系，很容易将P塌降到1.00以下。综合考虑其它因素确定实验方案。,64,降低坍塌压力的“轻泥浆”快速钻井技术研究进展顺利经过两年研究和现场试验，2007年现场应用取得良好效果。羊塔克3井0～4009米井段采用“轻泥浆”技术钻进，全段泥浆密度比本地区邻井降低了0.20g/cm3以上由1.35降到1.15，井壁同样稳定且平均钻井速度达到9.93米/小时，节约钻井周期43天。在三开121/4“井段平均机械钻速达到了10.92米/小时，创造了羊塔克区块本井段机械钻速最高纪录。,资料来源塔里木2007年钻井工作总结,65,,⑶,以低、较低密度泥浆为基础，针对地层特点，优化集成现有快速钻井的成熟技术，包括高压喷射技术（包括特殊喷嘴）;钻井参数的优选、水力参数优选;泥浆体系及流变参数优选;新型钻头研制及钻头优选;井下动力钻具应用；复合驱动钻井技术以形成一种适用于所钻地层的新的快速钻井系列配套技术。为进一步提高现有机械钻速提供一种新的可能途径。,66,,★.是气体钻井、欠平衡钻井的技术基础①、坍塌压力为0时才能进行气体钻井;②、坍塌压力降到低于地层压力时才能进行欠平衡钻井;③、指导气体钻井后转换泥浆时的井壁稳定问题,67,,★.扩大安全压力（密度）窗口ΔP窗（Δr泥）对于由井漏和井塌构成的窄安全压力（密度）窗口P破漏＞P泥＞P塌,P塌＞P地,ΔPP破－P塌P既指压力又可代表密度,下同.降低P塌是扩大安全压力（密度）窗口最有效的途径。★.有利于减少井下复杂与事故。降低钻井液成本。,68,,三、井下裂缝性恶性漏失的堵漏技术,69,一,基本问题,1、恶性漏失指具有以下特点的漏失1,漏速很大、大到无法建立正常的循环例如“有进无出”2,无法采取随钻堵漏,必须专门堵或仃钻堵3,用常规桥塞堵漏技术无法解决；或目前各种常用堵漏技术无法解决；或无法在几（13）次之内解决需很多次重复，反复堵才能堵住。这类漏失大多发生在地下裂缝洞发育的地层。这是困扰我国石油、天然气勘探开发的重大技术难题，也是国内外至今未能很好解决的重大技术难题。在探井中最易遭遇.,70,,目前对于只进无出的裂缝性、溶洞性严重漏失尚无有效的堵漏方法和切实可行的工艺技术。国内外油田钻井施工中遇到的严重漏失问题已成为世界性重点研究的难题。而当恶性漏失与高压油气水层或与严重坍塌层同时存在于同一裸眼井段或同层时;且形成的安全窗口很小时问题将更为复杂。而当恶性漏失与高压高产气层同时存在于同一裸眼井段时,且形成负安全窗口,可能出现地下井喷则成为当今很难解决的难题。且严重损害产层。若所遇的是高压、高产、高含H2S气层则极为困难和危险。,71,,2,技术难点分析⑴,漏层状态漏层压力、漏层位置、漏失通道类型、尺寸大小和密度,难以准确确定。⑵,此类漏失漏速快，漏失量大,在井筒流体漏层中仃不住由于所有堵漏剂都必须是流体，因此，它们遇到这种漏层也会大量漏失、流入漏层深部，而不能在漏层内入口附近仃住，也就不能在入口处起到堵漏作用。而且这类易流动的堵漏剂在漏层中也很难占满漏层全部空间,因而很难堵死漏失通道。,72,⑶堵漏剂被水冲稀一般地层裂缝溶洞中都有水或泥浆}，堵漏流体一般为水基，两者一接触，自然相混。必然将堵漏剂冲稀，则带来两个直接结果①冲稀使堵剂粘度下降更易流走，堵漏材料更难滞留堆集在漏层入口附近，②堵漏液冲稀后，难以凝结固化，或使凝结强度大大降低，难以支撑P泥的破坏作用，从而使堵漏失败。,,,,73,3,对溶洞、裂缝性漏失堵漏成功的必要条件,堵漏液在地面管线、钻具水眼及环空中流动容易，而进入漏层则难流动，最后滞流在入口附近；堵漏液进入漏层中排走地层流体油、气、水,并填满整个漏失通道的全部空间。,完全隔断井眼与地层的联系;堵漏液不与或难与地层水混合而被冲稀；堆集的堵漏材料凝结后的强度大于P泥的破坏作用.,74,4,堵漏材料必须同时具备以下性能,堵漏液在钻具和环空内流动容易，并能容易进入漏层、而进入漏层后则流动困难或不流动而在漏层内入口附近仃住;堵漏液不与或难与地层水混合而被冲稀；堵漏液充满整个漏层内裂缝洞空间且完全隔断井眼与地层的联系;堵漏液最后通过凝结,硬化等作用形成能抵抗P泥作用的强度。例如堵漏用水泥浆，在管内能很好流动，进入漏层就稠化，而滞留在入口附近处胶结硬化并具有一定强度。,75,国内外目前所使用的多种技术，比如剪切稠化液堵漏技术，柴油膨润土水泥堵漏技术，柴油膨润土浆技术、封包堵剂井下混合增稠法，触变水泥技术，袋式堵漏技术,延时交联聚合物等都是按此思路而设计产生和发展起来的。它们都有一定的效果,但都很难同时满足以上各项要求,因此还不能有效解决这种恶性漏失问题。,76,二、解决问题的设想,1,假若我们利用结构流体的最新理论和实验研究成果，可以设想有这样一种流体存在⑴、这是一种水基的流体，但其自身的内聚力大大的大于它与水之间的亲合力。因此它与水相遇时，很难相互混合。而各自成独立的一相，即水很难与它混合并冲稀它。⑵、流体有很高的粘度和很好的剪切稀释能力例如流体在较高速梯如300500S-1下有较低的粘度如100200mps，因此，在管内有较好的流动性，但在低速梯下有很高粘度且速梯愈低粘度愈高例如7.34s-1，相当于在地层中渗流粘度有5-10万mPas或更高。,77,,⑶、流体有很好的粘弹性，且弹性比例高⑷、液体静置后产生内部结构而且会随时间而增强，欲使之恢复流动必须附加更大的应力以克服此静切力。或自动硬化具有强度。⑸、此流体能与其它固体材料（如桥塞粒子、水泥、搬土）混合而不影响流体上述特性。⑥、油、气混入此流体后很难移动⑦、因此能在地层中形成一个能将井筒与地层完全隔离且长度可调的特种段塞。⑧.成本不高。,78,,2,这种流体能同时满足上述解决裂缝性恶性漏失有效堵漏问题必须同时满足的几项要求;但自然界没有这种东西,也未生产出这种产品。利用超分子化学原理专门设计、研制出为此专用的具有这种特性的特种聚合物---非交联凝胶具有钻具水眼内很好流动能进入裂缝并自动仃住,能很好的抗油、气、水混合;能充分排驱地层流体,有效占据充满地下漏层缝、洞空间;在地层中能形成完全隔离地层流体与井筒的“段塞”;“段塞”有一定的静屈服应力和弹性，则有很高的启动压力梯度;,79,3,一种新的堵漏原理,由于堵漏剂是一种能完全隔绝地层流体与井筒之间联系的凝胶段塞，它是移动阻力很大的结构性流体.由于它有很强的静结构强度,要使它启动必须要有足够的压力来推动。因此若P泥一P漏小于此凝胶段塞堵漏剂重新移动即继续漏失时所需压降,则堵漏成功,反之则堵漏失败。,80,两种堵漏原理,⑴堵漏剂流入漏层后在入口处堆集仃留,并填满漏失通道空间,然后胶结、硬化后其强度必须大于P泥（静十动），则井愈深，泥浆密度愈大愈难。⑵在地层内形成一个能完全隔离地层与井筒流体的凝胶段塞，其长度（L）可调、其启动压力降梯度大于钻进时[P泥-P漏/L]①能顺利进入地层并仃留于漏层中,形成完全隔离井筒与地层流体的凝胶段塞,②此段塞的静切力、低速梯粘度、粘弹性足够大使其启动压力降梯度大于钻进时P泥-P漏/L③段塞进入地层静止后要重新流动其驱动压力必大大高于挤入压力,81,4,堵漏新原理的几点推论,1,此“隔段式凝胶段塞”本身由于凝胶具有强的静屈服值,故有一定的启动压差可调在井内正压差时,它相当于增加的漏层漏失压力;若压差小于它则堵漏成功,若压差大于它则堵漏不成功,但增加了安全密度窗口的上限。在负压差时,它相当于降低了的地层压力,即等于压住此地层流体所需泥浆密度的降低值即降低了安全窗口的下限。因此它不仅可能直接堵住这种恶性漏失,而且它对于扩大由”漏-喷”形成的安全密度窗口有不可替代的作用.,82,,2,此段塞能使现有多种堵漏剂及堵漏技术能更好的发挥作用。由于它特殊的流变持性使它有很好的携带能力;而且它在进入漏层后很快能按要求自动仃住;并且能不与油、气、水混合,也不易被水冲稀;能将地层流体完全排驱入地层深处,占满整个漏失空间;形成完全隔断地层与井筒联系的凝胶段塞。这正是现有各种堵漏剂和堵漏技术最大缺陷和弱项例如,堵漏用水泥浆常失效的原因多是仃不住和被水冲稀,因此它与其它目前多种堵漏剂和堵漏技术联合使用,则可能会收到很好的效果。,83,㈢.堵漏技术,用这种流体来堵裂缝性有进无出的漏失将此液体替入井内，让其漏失进入裂缝，由于它与水不易混合，水难以将其冲稀，同时它又具有良好的粘弹性和高粘度，并有很大的流核，则可在裂缝中形成活塞式推进驱水并充满整个裂缝，随着漏入地层的堵漏剂增多，则漏速减慢，流体在裂缝中粘度急速增加，则使漏速因此而进一步减慢，则又促进粘度急速增加，如此循环，将使进入漏层的流体在进入漏层深处一定的距离设此距离为L时，则自动停止流动。并形成完全隔段地层与井筒的凝胶段塞。,84,1.将有以下几种情况（方式）,此时将它在地层中静置一定时间t；这样一方面流体粘度自己会涨到几万10几万mPas，而且它形成静结构产生静切力τδ，同时胶体具有弹性，此时原来使凝胶进入漏层压力P泥（静十动）不能使之向漏层中移动。钻进时若（P泥-P地）/L＜（τ0和弹性变形力及克服极高粘度流体流动的）压降P动，则堵漏成功；若（P泥-P地）/L＞（τ0和弹性变形力及克服极高粘度流体流动的）压降P动，则堵漏失败，但流速可大大减小；若再跟进其它堵漏材料（如水泥浆），则可能成功。,⑴.只用胶液堵漏,85,,⑵.凝胶液中加迟迟交联剂提高冻胶强度τ0和弹性；使阻力大幅度提高。⑶.凝胶液中加入其它堵漏材料凝胶液中加入专用搬土凝胶液中加入水泥配成水泥浆凝胶液中加入加入各种堵漏桥塞粒子;凝胶液中加入加入延时澎涨粒子。利用凝胶液特性、保证它们顺利进入漏层裂缝并留在漏层进口附近，将大大提高若干倍此段塞的启动压力梯度;或再稠化或硬化。,86,,⑷.凝胶液后立即打入一定量的堵漏水泥浆利用凝胶液特性保护堵漏水泥浆能同时满足恶性漏失堵漏的几大要求，充分发挥水泥浆的堵漏优势。⑸,凝胶后跟水分散纤维水泥浆专门针对裂缝、洞较大、裂缝发育、破碎地层的恶性漏失。,87,己试用20多口井,成功率70以上,一次成功占总数的一半以上实例一长庆柳67-72井（采油井），设计井深1745.5M水平位移456.48M,1629M处井漏（洛河组）有进无出，静止液面200M，9次水泥塞堵漏均失效。用1.2的胶液33方（约400KG产品）一次堵漏成功、正常钻进后成功完井,,88,实例二川东北双庙一井,三开后，从20833573.01m，须家何、雷口坡、嘉陵江共六个漏点3483m（失返）、3448m（失返）、3436m（失返）、2769m、2749m、2231m；承压能力1.701.80。1.60泥浆正常钻进钻至3573m高压气层，P气为1.90△P为-0、2为了封堵漏层，保护气层，先后采用桥塞堵漏（最大粒径达3cm），9次打水泥堵漏，以及桥塞和打水泥复合堵漏方法，均未见效，为保证打水泥塞成功，必须有效堵住深部的3483m、3446m、3436m（均为失返）三个漏层。为此，针对三层共打入70方（1）凝胶；尾追水泥25方，一次成功、水泥返高、2355m；上有100m的凝胶。,89,,实例三重庆开县罗家二井地下强烈井喷的成功封堵实例四塔里木迪那29井地下强烈井喷封堵失败一次。,90,,它本身是一项新的堵漏剂和堵漏技术,但它的更大作用在于利用它的特殊流变性在地层漏失通道中产生的自动滞留作用及有效充填隔断作用和抗冲稀作用为基础,支持和协助现有多种有效堵漏剂和堵漏技术充分发挥其作用即协助它们作到同时满足这类恶性漏失有效堵漏的几大要求。因此只要使用得当则又可能形成解决这类技术难道的有效技术。,91,,四,窄安全密度窗口的安全钻井技术,92,一、窄安全密度窗口的产生,问题实际上仍然是复杂地层条件下的钻井复杂问题漏、喷、塌、卡它们是钻井的老问题，也有很多解决它们的办法，但当它们同时存在于同一个裸眼井段或同一层位时问题就变得十分复杂而难以解决。仔细分析其产生机理及内在联系可以把它们归纳概括为窄负安全密度压力窗口的钻井技术与合理泥浆密度确定的问题特别是深井重泥浆钻井时，主要由泥浆技术与专用钻井技术配套应用来解决。,93,一、窄安全密度窗口的产生,1、窄安全密度压力窗口的产生钻井中井眼地层存在三四个压力剖面P破,P漏,P地,P坍，它们与泥浆柱压力P泥静动的关系对井下安全有重大影响①P泥＞P破漏,则井漏②P泥＜P坍,则井塌③P泥＜P地则井喷因此要不喷、不漏、不塌,P泥必须在P破漏与P坍P地,之间。则产生安全密度压力窗口的概念。,94,一、窄安全密度窗口的产生,安全压力（密度）窗口ΔP（Δr泥）由三四个压力剖面P破,P漏,P地,P坍以两种方式构成①P破漏＞P泥＞P地,P地＞P坍,ΔPP破－P地②P破漏＞P泥＞P坍,P坍＞P地,ΔPP破－P坍P既指压力又可代表密度,下同.,95,,ΔP愈大,则钻井愈易ΔP愈小,则钻井愈难若ΔP＜P环空循环压耗,则无法正常钻进,直接表现为漏、喷、塌、卡等井下复杂与事故这对深井重泥浆尤为突出.窄安全密度窗口是指△P窗接近、等于、小于P环,或△P窗≤0。,96,可能的解决途径,★降低循环压耗使之小于∆P；★扩大安全密度窗口。其研究内容可以归纳为A，窄安全密度窗口己经确定下的钻井、泥浆技术；B、扩大安全密度窗口的钻井、泥浆技术。,97,㈡.窄安全密度窗口己经确定的安全钻井技术,1.预测安全密度窗口基础,优化井身结构由地震资料预测由工程测井资料预测由邻井钻井资料预测先预测出待钻井的三四个压力剖面,再予测出安全密度窗口,以此为基础优化井身结构以尽量避免窄安全密度窗口裸眼井段的出现。必要时用膨胀管技术来弥补井身结构的不足.要充分考虑泥浆作用,特别重要的是要预测出将要使用的泥浆对待钻井三四个压力剖面可能引起的变化。,98,⒉随钻测定安全密度窗口和泥浆当量密度NDS系统的应用,99,3.减小泥浆循环压降P循⑴.高温高压井内泥浆P循的确定与调整,①.泥浆井下循环温度剖面的确定②.泥浆循环过程中按温度剖面分布的H.T.H.P流变性的变化及其循环压耗的确定；③.水力参数，井身结构、钻具组合的影响。⑵.建立相应的泥浆体系及应用技术难点是高温深井重泥浆流变性调、控,100,,⑶.泥浆可压缩性与其密度的确定（这为人们所忽视）油基泥浆的影响很大，水基泥浆不容忽视深井重泥浆可达10以上；包括测试仪器研制及应用。目前,在我国井深6000米左右、井温170℃以下、密度2.30以下泥浆循环压降当量密度可≤010,达到国际先进水平,但更高温度、更大井深则技术并不过关。超深井技术的重大难题。,当泥浆技术降低循环压降能力不足,达不到要求时。控压（调控压力）钻井（MPD－ManagePressureDrilling或CPD－ControlPressureDrilling）是近几年在欠平衡钻井基础上发展起来的新兴技术，它利用了欠平衡钻井的思想、方法和装备，专用于窄安全压力窗口特别是高压高产气井、高风险气井的窄安全密度窗口等复杂条件下的安全钻井。是当前减少井下复杂、保证井下安全,提高钻井效益，保护油气层很有希望的新兴技术。国内外都在大力组织攻关研究。,4.采用控压钻进技术CPD或MPD,102,,⑴.控压钻井的技术思路众所周知尽量降低泥浆循环压降的泥浆系列技术是解决这个问题的基础,但是当泥浆技术降低环空循环压降达到最小值而仍然大于△P窗时,就无法正常钻进。这是必然会发生的问题。因此必须要找到新的解决办法。在能随钻测定安全密度窗口和泥浆当量密度的基础上如应用NDS系统①、使P破P泥静P地;此时不喷、不漏。由于△P循P破P地△P窗,故循环时P动P破则发生井漏。采用一种能降低△P循的井下工具,用井下工具推动泥浆上返以抵消泥浆循环的环空压以降低△P循使△P循降为0或降的△P窗以下,从而保证安全钻进,103,,②..注气控压钻井钻井液静止时P破P静P地不发生井漏和井涌。钻井液循环时，注气使钻井液变轻密度降低，从而液柱压力减少以抵消循环动压的增加。若注气使泥浆液柱减少的压力泥浆循环压降△P循,则井底地层所受压力不变。既不发生井漏和也不发生井涌。停止循环时逐步减少注气直到最后仃止注气,使钻井液密度逐渐恢复，环空的动压和仃止循环后的静压基本相同，使井底压力始终维持在稳定的所需值。,循环时注气，减少液柱压力以抵消循环动压。停止注气则压力恢复。注气多少决定着液柱压力减少的程度。,104,,③.使用专门的不间断循环装置P泥静小于P地并使其加上P循后的P泥动落在其安全窗口内。钻井时使用专门的不间断循环装置使井底压力始终维持在其安全窗口内。④.P泥静略小于P地并使其加上P循后的P泥动落在其安全窗口内,维持正常钻进
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