钻井过程中防漏堵漏技术与应用研究

薛友强

摘要：井漏是钻井中较为常见的一种施工安全隐患和技术难题。井漏发生后，钻井液、完井液、泥浆等工作液会漏失到地层中。由于地质条件、钻井液及钻井工程设计等等原因，井漏是无法完全避免的。井漏不仅延误钻井时间、延长钻井周期，还会损失钻井液，引起卡钻、井喷、井塌等事故，严重时会导致井眼报废。为保证钻井工程的安全施工，必须积极实施有效的防漏堵漏技术措施。

关键词：钻井液；堵漏材料；卡钻井喷；钻井工程；安全施工

目前国内井漏堵漏理论研究相对滞后，关于井漏漏失机理、堵漏机理等方面的研究很少；对漏层判断较为困难，导致堵漏存在一定的盲目性；堵漏一次成功率低，存在重复性堵漏，堵漏施工工艺不完善等问题。本文概述了近年来钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术的研究进展，分析了井漏的预防，探讨了堵漏技术的应用。当前物理堵漏剂适用于严重井漏的并不多，一般只用作钻井液体系的堵漏添加剂，而自适应防漏堵漏剂克服了传统堵漏技术的缺陷，具有广阔的发展空间。

1 井漏的预防分析

一般而言，井漏应采取预防为主的措施。井漏的预防措施主要有预测漏层位置、设计合理的井身结构、降低井筒钻井液动压力以及提高地层承压压力等方面。

1.1 预测漏层位置

1.1.1 井温测量法

钻井液在井内受到地层温度影响后会出现一定的温度梯度，如遇井漏，就会出现具有一定温度的钻井液进入漏层，与下部钻井液形成一定的温差。可以根据温度差异的大小大致判断井漏发生的位置（如图1所示）。在测井中，温度测井仪器可以保证井温测量误差<0.5℃，热惯性<3 s。为了使测量更加方便，可以在井温测量仪探头中使用电阻桥臂，使得探头放入任何不变温度时，各臂电阻值都相等，即电桥两点之间电位差△UMN=0。

当井温探头从温度为T1的环境移动到温度为T2的环境中，就会产生电位差△UMN，△UMN取值可按下式计算：

式中：Rc -不变温度T0时的桥臂电阻；α -制造桥臂电阻丝随温度变化的系数（如铜为

α=4.5×10-2/1℃）

井温探头所测的温度差△T=T2 - T1越大，△UMN线性增大越大，电位差的正负取决于井中探头所放入的介质是较热还是较冷，显然T2>T1时，△UMN取值为正，T2

1.1.2 逐步逼近法计算漏层位置

在钻井过程中，钻头通常连接着不同尺寸的钻杆，且实际漏层可能出现在任一处地层，因此必须采用逐步逼近法计算漏层位置。随着井漏漏失量的逐渐增大，当大于泵排量时，钻井液动液面会低于井口位置，之后隨着动液面降低，流失量不断减小，随后会处于一稳定

位置且大致等于泵排量。在一定的压强作用下，漏层位置会随着钻井液动液面的加深而加深，在实际操作过程中，井漏失返的同时会出现泵压为零，此时可以计算出漏层位置的极限井深。

1.2 设计合理的井身结构

套管层次、下入深度、井眼尺寸、钻头尺寸、套管尺寸等共同构成了井身结构，在复杂的钻井环境地层中，井身结构是否合理直接决定了井漏发生的概率。为了最大限度地防止井漏发生，必须合理设计套管层次、下入深度，避免可引起井喷的钻井液液柱压力的出现，果断地将低破裂压力地层与高破裂压力地层进行隔离。

1.3 降低井筒钻井液动压力

为了降低井漏发生的概率，必须降低钻井液动压力。常采用以下方法：（1）选用密度合理的泥浆，保持钻井压力近平衡发生井漏时，钻井液会以较小的流动阻力进入地层，通过选用密度合理的泥浆，同时严格控制钻井液密度、性能和泵量，使其产生接近地层压力的动压力，实现近平衡压力钻井。（2）降低钻井液环空压耗通过降低泵量和泥浆塑性，选择有助于增大

环空间隙的钻具结构，通过减少钻井液中无用固相含量的方式改善钻井液净化条件等降低其环空压耗，以降低井漏发生的可能。

2 堵漏技术

2.1 物理堵漏

常用的堵漏剂类型有热凝橡胶堵漏剂（以废旧汽车轮胎或电瓶壳为原料的热凝橡胶颗粒）、膨胀团粒桥堵漏剂（采用含黏土、页岩或片石等矿物经压碎后放入密闭加热炉中煅烧再进行筛分制成的多孔团粒材料）、剪切稠化液堵漏剂（靠水眼剪切作用使之稠化而用于漏层封堵的混合物堵剂）、封包石灰堵漏剂（采用喷涂、冷凝、溶涂等方式将石灰加工成封包石灰微粒进行堵漏）、吸油固体材料堵漏剂、各类聚合物堵漏剂、堵漏堵水两用堵漏剂等。以上物理堵漏剂适用于严重井漏的并不多，一般只用作钻井液体系的堵漏添加剂。

2.2 化学堵漏—自适应防漏堵漏剂

化学堵漏剂进入漏失通道后，可以与地层温度、压力、组分等因素之间发生化学反应，首先在漏失管道中发生滞流反应，而后发生稠化、交结等反应，达到封漏堵漏的作用。

为了拓宽封堵范围、增强封堵效果，自适应防漏堵漏剂必须采用新型封堵机理，在材料选择

方面必须摆脱传统的充填理论，选择弹性较大、胶束聚合物及加固填充料等作为自适应防漏堵漏材料。在防漏堵漏过程中，弹性材料中尺寸较大的颗粒对孔隙或裂缝先进行封堵，胶束聚合物在封堵基础上形成新的封堵层，再采用加固剂进一步填充仍存在的微孔隙，通过上述三个过程的协同作用完成钻井管道的防漏堵漏，而且封堵井漏之后会形成有效的封堵层，钻井液不再继续侵入。

总之，上述自适应防漏堵漏剂具有很强的自适应性能，可以适应各种形状与尺寸的井漏裂缝，弥补了传统的堵漏剂的缺陷。外加剂可以加速堵漏剂的水解固化反应速率，并提高固结体强度，而且这种作用强度随外加剂种类的不同而有所不同。经验证，CaCl2和三乙醇胺两种外加剂都有助于增强固结体抗压强度，而且CaCl2增强固结体抗压强度的能力优于三

乙醇胺。外加剂通过加速化学堵漏剂水化速率，在固定时间内产生更多的固结体，提高其抗压强度，而且CaCl2材料较为经济实用。

3 结语

综上所述，我国在钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术方面的理论和实践都较为落后，为此应特别注重聚合物凝胶、水泥浆堵漏材料、自适应防漏堵漏技术等钻井液防漏堵漏技术的开发和利用。在开发设计过程中，要注重加强能提高地层承压能力材料的研发，注重各种堵漏材料与不同等级刚性材料的复配协同作用机理的研究以及能够用于处理恶性井漏情况的防漏堵漏技术的开发。

参考文献

[1] 堵漏技术研究进展[J]. 杨艳. 云南化工. 2018（01）

[2] 塔里木盆地某井堵漏技术分析[J]. 陈江林，马忠勇，卢宗武，李倬. 内蒙古石油化工. 2016（09）

[3] 塔河油田二叠系防漏、堵漏方式探索[J]. 宋莹. 内蒙古石油化工. 2017（10）

（作者单位：中石化胜利石油工程公司黄河钻井总公司外部市场钻井工程部）