物理法随钻堵漏技术的研究

【摘　要】井漏是油田钻井作业过程中常见的一项技术难题，井漏的发生会给油气开发造成非常大的影响，并且带来不必要的经济损失，因此在复杂地层、裂隙发育的地层以及窄安全密度地层钻井时，采用随钻堵漏技术非常必要。本文针对地层漏失的特点，对国内外堵漏技术的研究应用进行了总结，并以物理法随钻防漏技术为例，对钻井随钻防漏技术进行了分析，研究结果表明，人造井壁渗透率低、稳定性高、强度大，可以有效的防止钻井液漏入地层，从而达到较好的防漏堵漏效果。

【关键词】钻井；井漏；堵漏；物理法

井漏是钻井工程中常见并且非常棘手的问题，防漏堵漏技术一直是国内外研究的课题之一。以我国西部油气井为例，在复杂地层、裂隙发育的地层以及窄安全密度地层钻井时，90%的井会发生井漏，不包括机械堵漏方法，常规堵漏方法的成功率仅在50%左右。近些年国内外在钻井堵漏技术方面的研究有了较大的进步，研发了一系列堵漏材料和堵漏技术，以化学堵漏方法为例，它对堵漏所用的材料要求很高，堵漏材料应具有很好的地层适应性，而且对固相含量、固相颗粒直径也都有着非常严格的要求，所以这些方法不能从根本上解决防漏堵漏的问题。

物理法随钻堵漏技术适用于孔隙及裂缝性漏失地层发生的井漏。该技术的一大优点是对钻井液要求低，仅对普通的钻井液做一下处理，就可以满足物理法随钻堵漏的要求。此技术的工作原理是利用侧向水力工具对钻井井壁周围施加旋转的射流作用，使堵漏材料与井壁相互作用，并最终形成渗透率非常低的人造井壁，这种技术不但能够有效的防漏和堵漏，而且还能够大大提高井壁正、反两个方向的抗压强度，从而增大了钻井液密度窗口，为后续一系列的钻井作业提供便利。

1.国内外堵漏技术

目前国内常用的堵漏技术有：(1)桥接材料堵漏法；(2)高失水钻井液堵漏法；(3)化学堵漏法；(4)无机胶凝物质堵漏法；(5)软硬塞堵漏法；(6)微泡沫钻井液堵漏法；(7)MTC技术配合充氮气进行气举堵漏；(8)物理法随钻防漏堵漏。

国外常用的堵漏技术有：(1)改性聚合物技术；(2)多功能钻井液；(3)控制井漏的井眼压力安全壳；(4)纤维水泥浆堵漏；(5)采用胶联水泥堵漏；(6)无渗透钻井液。

目前钻井防漏堵漏技术大多都采用化学方法，它对堵漏所用的材料要求很高，堵漏材料应具有很好的地层适应性，而且对固相含量、固相颗粒直径也都有着非常严格的要求，通常需要多次作业才能成功，因此选取新的有效的防漏堵漏技术非常必要。

2.物理法随钻防漏堵漏物理模型

物理法随钻防漏堵漏技术的物理模型如图1所示。钻井液以流量Q1进入井下工具后，通过分流孔将流量Q2分流到两个侧喷嘴，流量Q3进入井下钻头进行常规钻井的正常循环。通过井身结构、射流压力、设计流量以及地层岩石物性等参数确定分流孔的个数、当量直径、侧喷嘴的当量直径，然后进行下一步的设计计算。

射流对井壁的冲击作用是物理法堵漏技术的关键。在射流冲击压力的作用范围内，射流冲击压力直接作用于矿物晶体颗粒，经岩石裂缝将液体压力直接作用于颗粒表面，在漏失层井壁周围形成一层能承受更大压差的滤饼，即人造井壁，人造井壁的渗透性极低，从而实现对漏失通道的充填，实现随钻堵漏。

图1　物理模型图

3.物理法随钻防漏堵漏封堵机理

3.1射流冲击压力作用对人造井壁的形成机理

钻井过程中旋转射流对井壁的作用发生在冲击区。为研究“人造井壁”形成机理，必须先对射流冲击区的压力分布进行分析。坐标原点选取在侧向水力工具侧喷嘴出口处，x轴方向为射流轴线方向，H为喷嘴与井壁之间的距离。当喷嘴垂直于井壁时，井壁表面附近的作用面（x/H=1.0）的无量纲压力剖面如图2所示。

图2　无量纲压力剖面

上图中，P为作用面的压力，L为横向距离，Pa为轴线压力，B为压力半径宽。

仅侧喷嘴射流入射角发生变化时，冲击压力随着入射角的增大而减小。这是由于射流入射角的增大使井壁面垂向的速度分量减小，导致壁面冲击压力减小。若旋流喷嘴上倾角度过大，则井壁离喷嘴较近部分的射流压力与离喷嘴较远部分的射流压力相差非常大，从而影响人造井壁的质量。所以旋流喷嘴需要与井壁法线方向平行井壁或稍微向上倾斜。

3.2固相颗粒封堵漏层孔隙机理

因为物理法堵漏技术主要适用于孔隙渗透型漏失地层以及裂缝型漏失地层，而漏失通道是通过喉道连接而形成的不规则孔隙体系，因此需要先对孔隙喉道的类型进行研究。孔隙喉道的具体类型如图3所示。

如图3所示，孔隙喉道的类型主要有5种，（a）为孔径缩小部分喉道，（b）为可变截面收缩部分喉道，（c）为片状喉道，（d）为弯片状喉道，（e）为管束状喉道。各类喉道的特点如表1所示。

图3　孔隙喉道类型

表1　各种孔隙喉道的特点

固相颗粒封堵漏层孔隙吼道的机理如下：固相颗粒侵入以后，增大了固相颗粒在孔壁上的附着面积，并且在物理法的射流作用下，固相颗粒封堵孔隙吼道的效果更为明显。

4.结论

（1）分析了物理法随钻防漏堵漏技术的机理，根据其物理模型，分析了射流冲击压力作用对人造井壁的形成机理、固相颗粒封堵漏层孔隙机理，为钻井防漏堵漏提供了一种新的技术参考。

（2）射流冲击压力直接作用于矿物晶体颗粒，经岩石裂缝将液体压力直接作用于颗粒表面，在漏失层井壁周围形成一层能承受更大压差的滤饼，即人造井壁，人造井壁的渗透性极低，从而实现对漏失通道的充填，达到随钻防漏堵漏的目的。

（3）为达到较好的堵漏效果，旋流喷嘴需要垂直于井壁或稍向上倾斜；固相颗粒侵入以后，增大了固相颗粒在孔壁上的附着面积，并且在物理法的射流作用下，固相颗粒封堵孔隙吼道的效果更为明显。

【参考文献】

［１］熊继有,程仲,薛亮等.随钻防漏堵漏技术的研究与应用进展[J].钻采工艺,2007,30(2):7-10,19.

［２］张斌,黄进军,李家学.随钻防漏堵漏技术的研究与应用[J].重庆科技学院学报（自然科学版）,2010,12(05):70-71,75.

［３］程仲,熊继有,程昆等.物理法随钻堵漏技术的试验研究[J].石油钻探技术,2009,37(1):53-57.

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