地层漏失识别与预测研究

2022-09-12

引言

目前, 对泥浆漏失情况的分析主要集中在以下几个方面:一是漏失深度和井段;二是漏层的性质, 如岩性、压力、流体性质、裂缝产状和大小;三是漏失的原因, 即它是属于储层的低压层漏失还是属于重泥浆对地层的压裂漏失。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, 井漏的问题显得更严重。如果在钻井之前, 能比较准确地预测井漏的位置和程度, 那么在钻井过程中采取适当的钻井工艺措施, 可以很好的防止井漏的发生。

本文根据井漏机理, 对现场井漏事故进行了分类, 并给出了每种漏失形式的判断准则。

一、漏失类型判断准则

1. 渗透性漏失

渗透性漏失指的是多孔渗透性地层的漏失。这种地层孔隙度大, 渗透率高, 埋藏深度不一, 漏失程度也不一样。渗透性漏失的严重程度决定于泥浆柱压力与地层压力差值的大小和井壁上是否有泥饼形成。

当有泥饼存在时, 泥饼的渗透率将对泥浆的漏失量有很大影响, 用泥饼系数αc表示泥饼的影响。αc与泥饼渗透率、强度、厚度、可压缩性等因素有关, 它的取值范围在0~1之间。这样, 由达西公式渗透性漏失的漏速可由下式表示。

在无泥饼的极限情况下, αc=1;当泥饼形成的很好时, 不发生漏失, αc=0。

(1) 地层压力Pe的确定

地层孔隙压力的检测方法已经相当成熟和完善。其中, 有地球物理方法, 测井方法以及随钻测试方法等。

(2) 渗透率K的确定

目前, 常用一些经验公式计算岩石的渗透率。Wyllie和Rose公式[1]为:

还有, 根据孔隙度φ和粒度中值M估计K[2]

式中:D1与砂岩的压实、胶结物含量和分选性有关。

2. 压裂性漏失

压裂性漏失是人为造成的, 是地层承受过高的压力后产生和诱发裂缝的结果。主要因素有:工作液密度太高;下套管速度太快;泥浆或水泥浆流变性能差;开泵太猛, 循环排量过大;产生过高的激动压力。

对于压裂性漏失的研究, 首先要对地层岩石进行受力分析, 对裂缝的形成条件有清楚的认识, 然后可以建立压裂性漏失的判断准则[3]。

在地层破裂之前, 井壁上的最小总周向应力应为地应力、井筒内压及液体渗滤所引起的周向应力之和, 即:

对于拉伸破坏一般采用最大拉应力理论:

把井壁应力公式 (4) 与破坏准则 (5) 式相比较, 可以求出井壁发生拉伸破坏的临界泥浆密度。

对于直井, 非均匀水平地应力的情况, 当θ=0或180时, σ0最小。有:

即此时拉伸破坏最先出现在垂直与最小水平地应力的方向。

3. 裂缝性漏失

裂缝性漏失是指天然裂缝性地层的漏失。其裂缝是地质作用的结果, 这种地层的漏失往往是突然性的, 漏速大, 一般情况下均出现失返, 堵漏难度相当大。

用测井的方法探测裂缝及其分布的主要依据是裂缝与基质具有不同的地质地球物理特性, 故在多数测井曲线上均具有相应的显示。目前, 识别裂缝比较有效的测井方法有十多种。其中, 地层倾角测井是探测天然裂缝最有效的方法之一。它包括:裂缝识别测井、电导率异常检测、定向微电阻率等。另外, 还有地层微电阻率扫描测井、声波测井等等[4]。

在钻井过程中, 钻遇裂缝性地层一般会发生或大或小井漏事故, 也就是说, 当Pm>Pe时, 很有可能会发生井漏。可以看出, 裂缝性地层必然对钻井液的性能要求很高。