鉆井漏失層位測量及堵漏模擬研究

劉振東

(中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營257000)

0 引言

井漏是鉆井中一項急需解決的難題。它的危害很大，處理起來非常復雜，需要大量的人力、物力和適合的技術方案。雖然堵漏技術一直是廣大技術人員研究的熱點之一，不斷有新的技術和方法出現(xiàn)，但就目前而言，井漏處理過程中仍然存在一定的問題，使得堵漏效果不盡人意。比如漏失位置的確定還沒有較為精確的方法，或者一些存在局限性，不適合在復雜漏失情況下進行漏失位置的判定。又如對漏失的室內模擬評價方法還沒有統(tǒng)一的標準，各方法有相似性，卻又不盡相同，每種方法對漏失的模擬程度還存在一定的局限性，對堵漏效果的評價還不夠完善，這就會造成重復漏失等現(xiàn)象的出現(xiàn)，堵漏成功率較低。因此，漏失位置判定和漏失模擬評價技術有著很大的進步空間，有必要進一步提高判定的準確性和模擬的真實性，為有效提高堵漏成功率提供技術支持。本文就是在此背景下，開展了一系列關于漏失位置判定和漏失模擬評價的研究工作。［1－4］

1 漏失位置判定

漏失位置判定技術采用“地面判斷，井下測量”的方式實現(xiàn)漏層位置的精確測量。首先根據(jù)鉆井液性能及鉆井液量綜合判斷漏失的發(fā)生，然后使用判定軟件快速判定漏失發(fā)生的大體位置，而后下入測量儀器，對漏層位置進行精確測量。此方法通過在地面的初步判斷，縮短了井下測量的范圍，提高了漏失位置判定的速度，同時避免測量儀器在漏失發(fā)生的復雜情況下長時間處于井下的情況，有利于井下的安全。

1．1 漏層判定軟件

立壓變化法的基本原理是立管壓力隨井漏發(fā)生變化。在一定條件下，立管壓力變化值主要取決于漏失量和漏層位置，一定的壓力損耗對應著一定的漏層位置，由此便可計算出漏層井深(見圖1)。

據(jù)立壓變化法計算漏層位置的原理，漏失位置判定軟件的處理流程如圖2所示。通過輸入井深、井眼直徑、漏失前后鉆井液泵排量、漏失前后立壓及鉆井液密度等鉆井基本參數(shù)，便可計算得出漏層位置深度。在初步判斷出漏層位置后，可再利用漏層測量儀器做精確判定。

圖1 立壓變化判定法原理示意圖

圖2 漏層位置計算處理流程圖

1．2 漏失位置測量儀器

20世紀70年代，我國漏層測量儀器大多是借助于流體動力學原理研制的，多采用膜片位移和渦輪流量計測量原理進行測量。但這些方法均受到井下惡劣環(huán)境的影響，如可動部件的密封問題、渦輪磨損帶來的誤差問題、背景噪聲加大檢測誤差等，這些問題嚴重影響儀器的使用效果及對漏層位置的正確判斷。為此，本文開展了新型漏層測量儀器的研制工作，利用井溫—噪聲和聲波兩套系統(tǒng)的組合，可極大地提高測量儀器的抗干擾能力和精準度。

1．2．1 測量儀器組成及原理(見圖3)

圖3 測量儀器原理圖

井漏測量儀器由高溫電池、測控電子線路和換能器短節(jié)組成。高溫電池對測控電子線路部分進行供電;測控電子線路部分完成信號采集緩存、數(shù)據(jù)交互及聲波激勵控制等功能;換能器短節(jié)完成信號的接收和聲波方式的信號激勵。

電子系統(tǒng)包括DSP控制子系統(tǒng)、聲波激勵信號源子系統(tǒng)、聲波信號采集子系統(tǒng)、溫度－噪聲信號采集子系統(tǒng)、井下供電子系統(tǒng)等5部分，見圖4。

圖4 測漏儀電子系統(tǒng)總體框圖

儀器的工作原理:在儀器下井之前，設置井下綜合測量儀的采集參數(shù)和采集時刻，采用電纜或鉆桿方式，把儀器放入井下，當?shù)竭_采集條件時，DSP啟動采集。首先，DSP控制聲波激勵、接收電路和采集電路完成聲波信號的激勵和接收，并對采集到的聲波進行實時處理，把聲速、聲衰減級聲幅等參數(shù)緩存到存儲器內;然后，DSP啟動噪聲采集，記錄各個頻段內的噪聲幅度;最后，DSP進行溫度的采集和存儲。DSP根據(jù)地面設置的參數(shù)交替，進行聲波、噪聲和溫度信號的采集和實時處理，并把處理結果緩存在存儲器內。測量全部漏層之后，上提儀器，回讀采集數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)解釋，找出漏層的位置。

1．2．2 室內測試

利用加溫、加噪聲源、變化聲波測量部分與井壁的距離，延長聲波傳輸距離等方法，對各種測試條件進行模擬，圖5是連續(xù)顯示的測量結果。

圖5 測漏儀模擬測試結果

從圖中可看出，各種模擬條件在測試曲線上都有較快的反應，說了測量儀器的靈敏性和可靠性。

2 漏失模擬評價

2．1 評價儀器［5－10］

評價儀器原理是利用模塊來模擬地層裂縫，然后在高溫環(huán)境下，讓堵漏液不斷通過模塊，并最終在模塊上形成堵層，當堵漏液不再漏失時，此壓力即為堵漏液的承壓能力。針對裂縫性和孔隙性復合型漏失，設計了由DL－A和DL－B兩個分系統(tǒng)組成的模擬評價系統(tǒng)，可分別利用裂縫和砂床在高溫高壓條件下模擬地層漏失，具有較好的模擬評價效果。

DL－A高溫高壓堵漏模擬試驗裝置(見圖6)由加壓系統(tǒng)、堵漏液容器、模塊系統(tǒng)、加熱控溫系統(tǒng)和反向承壓系統(tǒng)組成。最高工作溫度可達180℃，最高工作壓力可達40 MPa。該裝置根據(jù)井下漏層的不同裂縫形式，設計了平板縫、孔縫、立型縫等多種模塊，可根據(jù)井下漏層的特征，選擇適宜的實驗模塊進行實驗。

DL－B型高溫高壓堵漏模擬試驗裝置具有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和砂床模擬系統(tǒng)，可在高溫高壓下用砂床模擬漏失情況，根據(jù)砂床中填裝的巖屑及砂子顆粒大小的不同，可用于孔隙型漏失及微裂縫的堵漏模擬評價。該裝置在堵漏后可利用鉆井液循環(huán)系統(tǒng)模擬鉆井液對堵層的沖刷，測定沖刷后的堵層承壓能力。最高工作溫度可達180℃，最高工作壓力可達40 MPa。

圖6 DL－B高溫高壓堵漏模擬試驗裝置

2．2 裂縫－孔隙復合型漏失堵漏配方研究實例

使用的堵漏配方如下。

基漿:4%膨潤土漿+5%Na2CO3(純堿)+2%FT99(防塌降濾失劑)+0.3%KPAM(聚合物)+1%JS－9(降濾失劑)+1%NH4PAN(降濾失劑)+2%HA樹脂(降濾失劑)+0.5%GPC(防塌型隨鉆堵漏劑);

堵漏漿1:基漿+4%SRD－Ⅲ(橋接堵漏劑)+2%SRD－Ⅱ(橋接堵漏劑)+3%ZD－B(橋接堵漏劑)+4%DTR(高失水堵漏劑)+2%CaCO3(超細碳酸鈣);

堵漏漿2:基漿+4%SRD－Ⅱ+3%ZD－B+4%DTR+2%CaCO3;

堵漏漿3:基漿+4%SRD－Ⅱ+1%ZD－B+2%DTR+2%CaCO3。

實驗結果如表1所示。

表1 復合型漏失堵漏實驗結果

從上述結果可知，堵漏液配方1、2、3針對2、1、0.5 mm裂縫可承壓7MPa以上，同時針對0.42～0.85 mm孔隙也可承壓7 MPa，同時試驗說明在封堵孔隙時未形成“封門”，堵漏效果理想。這說明堵漏液配方1、2、3針對裂縫－孔隙型復合漏失具有良好的封堵效果。

3 結論與認識

(1)解決漏失首先要判定出漏層位置，然后才能有的放矢。本文介紹的漏層測量儀器采用多種參數(shù)進行綜合判定，能有效排除干擾因素，提高判定的精度。

(2)本文采用判定軟件和測量儀器結合，可系統(tǒng)實現(xiàn)“地面判斷，井下測定”的測量方式，能減少測量的范圍和時間，可較精確地確定漏層位置。

(3)高溫高壓堵漏模擬試驗裝置能較好地模擬井下漏層情況，具有較好的真實性和針對性，為新型堵漏劑的開發(fā)提供了評價的方法。從模擬評價應用實例來看，利用模擬裝置對堵漏配方進行評價具有一定的科學性，能在一定范圍內反映出堵漏配方的效果，有助于提高堵漏成功率。

(4)漏層判定是一項非常重要，卻又十分復雜、困難的工作，需要做更多的研究來進行完善，包括在方法上、儀器設計上等各個方面。

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