CN108868687B - 一种防漏堵漏的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种防漏堵漏的方法，属于石油钻井技术领域。该防漏堵漏的方法包括：(1)建立防漏堵漏配方及成果库；(2)正常监测某井发生漏失，开始堵漏，采集原始数据；(3)根据原始数据确定漏层位置；(4)根据原始数据确定漏失通道的大小；(5)结合岩性、漏速、压差、温度、钻压及钻速变化，诊断漏层类型；(6)根据步骤(3)、(4)、(5)得出的漏层位置、漏失通道大小和漏层类型进行防漏堵漏配方的筛选匹配，确定防漏堵漏配方；(7)确定粒径分布和堵漏浆体积。
Description
技术领域
本发明属于石油钻井技术领域，具体涉及一种防漏堵漏的方法。
背景技术
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。目前国内井漏堵漏理论研究相对滞后，仅仅对井漏漏失机理、堵漏机理等单一方面的研究，缺少一体化的防漏堵漏措施，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。
现有的文献中仅仅给出有关漏层判断的方法(算法)，而且均没有涉及如何进行配方库的建立、配方匹配优选及堵漏施工工艺等，未体现防漏堵漏一体化方面等内容。
专利《钻孔施工漏浆堵漏方法》(公开号CN103696730A)属于地浸生产钻孔施工技术，具体公开了一种钻孔施工漏浆堵漏方法。首先确定泥浆漏失层位置，根据漏失层位置选定堵漏剂，形成堵漏材料，利用堵漏材料堵漏之后，当无泥浆漏失现象后静置1小时～1.5小时。停止钻进后，根据泥浆面下降速率判断泥浆面位置为泥浆漏失层位置，从而根据漏失层位置和钻进位置的比较确定堵漏剂。并且根据设计的配比形成堵漏材料，因而缩短了泥浆漏失处理时间，在一定程度上保证了钻孔施工质量，减少了经济损失。该发明是根据钻井现场的各种主观因素和客观因素，对施工现场整体安全风险的宏观评价，无法得出具体一口井施工过程中可能发生的井漏等技术风险的一系列具体流程。专利《钻遇储层裂缝的堵漏方法及控制系统》(申请公布号CN102278090A)是一种钻遇储层裂缝的堵漏方法及控制系统，方法包括：收集地质、钻井、钻井液和漏失参数，以此计算得到储层裂缝宽度；根据储层裂缝宽度选择对应粒径堵漏材料；通过计算得到步骤(2)堵漏材料形成孔隙尺寸，选择与该孔隙尺寸对应粒径的下一级堵漏材料，以下一级堵漏材料封堵上一级堵漏材料形成的孔隙尺寸；按前述，逐级计算得出每一级堵漏材料形成孔隙尺寸，并选择对应粒径封堵材料，以此形成多级以小粒径堵漏材料封堵大粒径堵漏材料孔隙的堵漏钻井液配方，将储层裂缝封堵。控制系统包括交互式用户界面的储层裂缝宽度计算模块、堵漏钻井液配方生成模块、数据记录存储模块和显示配方设计模块。它有方便、实用、及时等特点。该发明适用于钻遇储层的堵漏方法，而本发明适用于发生漏失的地层并进行堵漏的一体化工作流程。同时，以上专利均没有涉及建立及优化配方库，进行案例匹配及施工方案的确定等内容。
总之，现有技术还没有防漏堵漏一体化的协同决策能力，内容均较为零散，确定漏层性质后需做实验等手段确定配方，人为参与较多等问题，在防漏堵漏的智能化、全面性等方面还有待改进与提高。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种防漏堵漏的方法，依据专家总结的防漏堵漏经验，设计并实现漏层位置确定方法、漏失通道大小分析及漏失类型识别方法、防漏堵漏配方及施工工艺推荐方法，并建立防漏堵漏应用库，集成防漏堵漏成果案例，提高防漏堵漏施工专家决策指挥的水平和效率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种防漏堵漏的方法，包括：
(1)建立防漏堵漏配方及成果库；
(2)正常监测某井发生漏失，开始堵漏，采集原始数据；
(3)根据原始数据确定漏层位置；
(4)根据原始数据确定漏失通道的大小；
(5)结合岩性、漏速、压差、温度、钻压及钻速变化，诊断漏层类型；
(6)根据步骤(3)、(4)、(5)得出的漏层位置、漏失通道大小和漏层类型进行防漏堵漏配方的筛选匹配，确定防漏堵漏配方；
(7)确定粒径分布和堵漏浆体积。
所述步骤(1)是这样实现的：
第一步，收集某区块已钻井资料，对发生过漏失井的漏层信息和配方性能信息进行分析整理，以地层、岩性所采用的钻井液体系、类型为依据，建立漏层信息数据表；所述漏层信息包括应用井号、地层、岩性、深度、温度、井斜类型、顶深、底深、地层流体、漏失程度、漏失位置、漏失通道大小、漏失压差、钻井液类型、漏失类型；所述配方性能信息包括堵漏技术名称、配方内容、密度、承压能力、堵漏材料浓度、塑性粘度、动切力、API滤失量、泥饼厚度、触变时间、固结时间；
第二步，从历史应用配方中找寻不同地层或体系对应的配方及配方加量信息，最终建立防漏堵漏配方及成果库，在该防漏堵漏配方及成果库中，一种漏层信息对应一种配方。
所述步骤(2)中的原始数据包括：从实时录井数据采集井深、扭矩、入口流量、出口流量、总池体积、钻压、大钩载荷、立管压力、钻时、转速，从钻井工程设计方案或实钻数据中提取钻井液中的氯离子、钙镁离子数据、岩石物性参数，岩心钻屑资料、测井数据、钻井液性能、井眼轨迹、井身结构、钻具组合和钻头数据。
所述步骤(3)是这样实现的：
若情况紧急则采用人工观察综合分析法，在发生时间间隔△T内，根据所述原始数据分析确定漏失层段位置和漏失通道的大小，具体如下：
a.确定漏失层段在井底的两种情况：钻井液性能数据一直没有发生明显变化，突然发生漏失；当钻进时，出现快钻时或突然放空、加不上钻压；
b.通过岩屑颗粒的大小间接判断漏失通道的尺寸；
c.在钻进时，若发现钻井液中的氯离子、钙镁离子明显发生变化，同时发生漏失，则判定钻遇的水层发生漏失；若在提高钻井液密度时发生漏失，在排除井底漏失的情况下，首先考虑上部井段曾经发生过漏失的薄弱层位，其次考虑套管鞋位置处；
若要准确判断，则进行漏层位置的计算，具体如下：
判断是否失返，如果未失返，则采用公式(1.1)计算漏层位置；如果失返，则采用公式(1.2)计算漏层位置：
式中，i＝1，Q为漏失前出口排量；Q'为漏失后出口排量，D为井眼直径，cm；Di为第i段管柱外径，cm，ρ为钻井液密度，g/cm3，B为钻井液动液面井深，m，ΔP为漏层以上循环压耗，fai为漏失前摩阻系数，f′ai为漏失后摩阻系数，H漏为漏层位置。
所述步骤(4)是这样实现的：
①基于地层和实钻资料，根据井底深度、钻井液密度、循环压耗、地层压力确定钻井正压差Pk,钻井正压差＝钻井液静水柱压力-地层压力，其中，钻井液静水柱压力＝钻井液密度*g*井底深度；
②根据岩石的压缩系数cf、钻井液的压缩系数cm和岩石孔隙度
确定地层的总压缩系数ct：
③在①、②的基础上计算漏失通道的大小δ：
所述步骤(6)是这样实现的：
对漏层类型和特性进行特征值提取，采取最邻近算法搜索步骤(1)建立的防漏堵漏配方及成果库，根据漏层类型从防漏堵漏配方及成果库中找到最接近的漏层类型，然后找到该漏层类型对应的配方性能信息，再进行防漏堵漏配方方案评价，若方案可行，执行步骤A；不可行，执行步骤B；
A，确定防漏堵漏配方，转入步骤(7)；
B，对该防漏堵漏配方方案进行修改与优化，并加入到防漏堵漏配方及成果库中，然后返回步骤(6)。
所述步骤(7)是采用SAN-2工程分布理论确定粒径分布和堵漏浆体积。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用该方法把防漏堵漏的漏层位置、大小、性质与配方库检索、堵漏施工工艺方案设计有机结合，实现了防漏堵漏的动态一体化工作流程，将专家积累总结的防漏堵漏经验有形化为具体的流程，实现经验应用的自动化，极大提升防漏堵漏的智能型及全面性，从而在降低施工风险，节约堵漏施工成本，提高钻井效益等方面具有重要意义。
附图说明
图1本发明方法的步骤框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
本发明设计了一种用于防漏堵漏一体化的专家系统，利用地质、工程等参数，以一定的时间间隔计算未失返和失返两种类型的漏层位置，根据漏层位置、钻井正压差、钻井液流变参数等计算漏失通道大小，在漏失通道大小基础上，结合岩性、漏层温度、漏失规模诊断漏失类型。建立防漏堵漏配方及成果库，根据漏层类型和特性检索堵漏配方库优选堵漏方法及配方，根据优选的堵漏方法进行施工工艺的辅助设计的一体化防漏堵漏工作方法。本发明使防漏堵漏更加系统化及专业化，实现了面向防漏堵漏施工的全过程决策指挥，降低施工风险，节约施工成本。
如图1所示，本发明的步骤为：
(1)建立防漏堵漏配方及成果库。收集某区块已钻井资料，对发生过漏失井的案例数据和资料进行整理分析，整理数据包括漏层信息和配方性能信息，所述漏层信息包括应用井号、地层、岩性、深度、温度、井斜类型、顶深、底深、地层流体、漏失程度、漏失位置、漏失通道大小、漏失压差、钻井液类型、漏失类型；所述配方性能信息包括堵漏技术名称、配方内容、密度、承压能力、堵漏材料浓度、塑性粘度、动切力、API滤失量、泥饼厚度、触变时间、固结时间。并将所有信息入库，最后形成防漏堵漏配方及成果库。即第一步对漏层信息进行分析整理，以地层、岩性所采用的钻井液体系、类型为依据，建立漏层信息数据表；第二步在第一步的基础上，从历史应用配方中找寻不同地层或体系对应的配方及配方加量信息，最终建立防漏堵漏配方及成果库，在该库中，一种漏层信息对应一种配方。
(2)正常监测某井发生漏失，开始堵漏。收集该井的原始数据并进行分析整理。原始数据包括钻井液中的氯离子、钙镁离子数据、岩石物性参数(孔隙度、渗透率)，岩心钻屑资料、测井数据(声波时差、密度、自然伽马、电阻率、成像测井图片)、钻井液性能、井眼轨迹、井身结构、钻具组合和钻头数据等，整理从实时录井数据采集相关参数(井深、扭矩、入口密度、出口密度、入口流量、出口流量、总池体积、钻压、大钩载荷、立管压力、钻时、转速)。
(3)根据原始数据确定漏失层段位置。
①若情况紧急可采用人工观察综合分析法，在发生时间间隔△T内，根据收集整理的原始数据分析大致确定漏失层段位置和漏失通道的大小。
a.确定漏失层段在井底的两种情况：钻井液性能数据一直没有发生明显变化，突然发生漏失；当钻进时，出现快钻时或突然放空、加不上钻压；
b.通过岩屑颗粒的大小间接判断漏失通道的尺寸；
c.在钻进时，若发现钻井液中的氯离子、钙镁离子明显发生变化，同时发生漏失，说明钻遇的水层发生漏失。若在提高钻井液密度时发生漏失，在排除井底漏失的情况下，首先考虑上部井段曾经发生过漏失的薄弱层位，其次考虑套管鞋位置处。
②若要准确的判断，可通过计算法进行漏层位置的计算。基于环空水力学原理，根据排量变化，钻井液是否失返进行漏层位置计算：未失返情况，采用公式(1.1)；失返情况下，采用公式(1.2)。
式中，i＝1，Q为漏失前出口排量；Q'为漏失后出口排量。D为井眼直径，cm；Di为第i段管柱外径，cm，ρ为钻井液密度，g/cm3，B为钻井液动液面井深，m，ΔP为漏层以上循环压耗，fai为漏失前摩阻系数，f′ai为漏失后摩阻系数，H漏为漏层位置。
(4)根据原始数据确定漏失通道的大小。
①基于地层和实钻资料，根据井底深度、钻井液密度、循环压耗、地层压力等参数确定钻井正压差Pk,钻井正压差＝钻井液静水柱压力-地层压力，其中，钻井液静水柱压力＝钻井液密度*g*井底深度。
②根据岩石的压缩系数cf、钻井液的压缩系数cm和岩石孔隙度
确定地层的总压缩系数ct：
③在①、②的基础上计算漏失通道的大小δ。
(5)在漏失通道大小诊断的基础上，结合岩性、漏速、压差、温度、钻压及钻速变化等参数，诊断漏失的类型及特征.例如：岩性为火成岩，漏失速率为8.5m3/h,漏层温度为78.8℃，则可漏失类型为火成岩中温地层裂缝性中等漏失。
(6)根据(3)、(4)、(5)得出的漏层位置、漏失通道大小和漏层类型进行堵漏配方的筛选匹配。对漏层类型和特性进行特征值提取(特征值详见步骤(1)(可以是步骤(1)中的漏层信息所包括的全部物理量，也可以是部分物理量))，采取最邻近算法搜索步骤(1)建立的配方库，匹配案例确定堵漏配方及性能范围(即根据漏层类型从配方及成果库中找到最接近的漏层类型，然后找到该类型对应的配方性能信息)，进行堵漏配方方案评价，若方案可行，执行步骤A；不可行，执行步骤B。
A，堵漏配方方案确定，转入步骤(7)；
B，将此新的堵漏配方方案进行修改与优化并加入到配方及成果库，返回步骤(6)进行重新搜索匹配，直到堵漏配方方案确定。
(7)通过配方库检索和匹配，确定堵漏方法后，采用SAN-2工程分布理论进行配方计算确定粒径分布，堵漏施工计算堵漏浆体积。
美国学者Howard和Scott提出了SAN-2工程分布理论，其中计算粒径分布的公式为：
式中：V1—留于S尺寸筛上的颗粒体积，％；
Vt—留于Smin筛上的颗粒总体积，％；
Smin—所用最小目数筛尺寸，mm；一般取140目筛的尺寸，即0.1mm；
K—常数，一般取1.1～1.2；
W—需要封堵的裂缝宽度，mm。
其中预计进入漏层的堵漏浆体积计算方法如下：
其中：
D为井眼直径；
dio为第i段钻具的外径；
di为第i段钻具的内径；
H为井筒内的堵漏浆总长度。
本发明的一个实施例如下：
首先获取顺西地区已钻井资料后，对资料进行分析，获得有用的数据，对数据进行人工统计、分析、整理，完善配方库相关信息。SX**井发生漏失，提取井身结构、钻具组合、钻井液参数等数据，采用观察法综合分析对比确定louceng位置在2000-2300米左右，通过基础参数反演漏层位置，在现场未失返的情况下，算出漏层位置为2120米；漏层岩性为火成岩，漏失速率为8.5m3/h，计算出的漏失压差为3.5，总压缩系数为1.57，最后得出漏失通道大小为2.6mm；结合漏层温度、岩性等参数诊断漏失类型为火成岩中温地层裂缝性中等漏失；对关键字进行最邻近算法匹配配方库中信息，得出采用的堵漏技术为交联成膜，选择该技术的配方后进行堵漏材料粒径等参数的相关计算，最终形成堵漏施工设计方案。通过该方法体现了诊断-堵漏一体化的功能方法，对及时进行现场防漏堵漏处理提供了有效的保障。
本发明适用于钻井工程技术人员、后方决策专家和生产管理人员进行防漏堵漏的施工处理，是实现石油防漏堵漏的关键和基础，为智能化钻井技术研究需要开展的关键技术。该发明不仅可直观和实时地预测漏层位置、大小及性质等，而且还可以应用根据专家经验建立的配方库进行案例检索，实现防漏堵漏工作的一体化工作流程，使防漏堵漏更加系统化及专业化，实现了面向防漏堵漏施工的全过程决策指挥，从而在降低施工风险，节约堵漏施工成本，提高钻井效益等方面具有重要意义。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (5)
1.一种防漏堵漏的方法，其特征在于：所述方法包括：
(1)建立防漏堵漏配方及成果库；
(2)正常监测某井发生漏失，开始堵漏，采集原始数据；
(3)根据原始数据确定漏层位置；
(4)根据原始数据确定漏失通道的大小；
(5)结合岩性、漏速、压差、温度、钻压及钻速变化，诊断漏层类型；
(6)根据步骤(3)、(4)、(5)得出的漏层位置、漏失通道大小和漏层类型进行防漏堵漏配方的筛选匹配，确定防漏堵漏配方；
(7)确定粒径分布和堵漏浆体积；
所述步骤(3)是这样实现的：
若情况紧急则采用人工观察综合分析法，在发生时间间隔△T内，根据所述原始数据分析确定漏失层段位置和漏失通道的大小，具体如下：
a.确定漏失层段在井底的两种情况：钻井液性能数据一直没有发生明显变化，突然发生漏失；当钻进时，出现快钻时或突然放空、加不上钻压；
b.通过岩屑颗粒的大小间接判断漏失通道的尺寸；
c.在钻进时，若发现钻井液中的氯离子、钙镁离子明显发生变化，同时发生漏失，则判定钻遇的水层发生漏失；若在提高钻井液密度时发生漏失，在排除井底漏失的情况下，首先考虑上部井段曾经发生过漏失的薄弱层位，其次考虑套管鞋位置处；
若要准确判断，则进行漏层位置的计算，具体如下：
判断是否失返，如果未失返，则采用公式(1.1)计算漏层位置；如果失返，则采用公式(1.2)计算漏层位置：
式中，i＝1，Q为漏失前出口排量，L/s；Q′为漏失后出口排量，L/s，D为井眼直径，cm；Di为第i段管柱外径，cm，ρ为钻井液密度，g/cm3，B为钻井液动液面井深，m，△P为漏层以上循环压耗，MPa，fai为漏失前摩阻系数，f′ai为漏失后摩阻系数，H漏为漏层位置，m；
所述步骤(4)是这样实现的：
①基于地层和实钻资料，根据井底深度、钻井液密度、循环压耗、地层压力确定钻井正压差Pk，MPa，钻井正压差＝钻井液静水柱压力-地层压力，其中，钻井液静水柱压力＝钻井液密度*g*井底深度；
②根据岩石的压缩系数cf、钻井液的压缩系数cm和岩石孔隙度
确定地层的总压缩系数ct：
③在①、②的基础上计算漏失通道的大小δ：
2.根据权利要求1所述的防漏堵漏的方法，其特征在于：所述步骤(1)是这样实现的：
第一步，收集某区块已钻井资料，对发生过漏失井的漏层信息和配方性能信息进行分析整理，以地层、岩性所采用的钻井液体系、类型为依据，建立漏层信息数据表；所述漏层信息包括应用井号、地层、岩性、井底深度、温度、井斜类型、顶深、漏失程度、漏失位置、漏失通道大小、漏失压差、钻井液类型、漏失类型；所述配方性能信息包括堵漏技术名称、配方内容、密度、承压能力、堵漏材料浓度、塑性粘度、动切力、API滤失量、泥饼厚度、触变时间、固结时间；
第二步，从历史应用配方中找寻不同地层或体系对应的配方及配方加量信息，最终建立防漏堵漏配方及成果库，在该防漏堵漏配方及成果库中，一种漏层信息对应一种配方。
3.根据权利要求2所述的防漏堵漏的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的原始数据包括：从实时录井数据采集井底深度、扭矩、入口流量、出口流量、总池体积、钻压、大钩载荷、立管压力、钻时、转速，从钻井工程设计方案或实钻数据中提取钻井液中的氯离子、钙镁离子数据、岩石物性参数，岩心钻屑资料、测井数据、钻井液性能、井眼轨迹、井身结构、钻具组合和钻头数据。
4.根据权利要求3所述的防漏堵漏的方法，其特征在于：所述步骤(6)是这样实现的：
对漏层类型和特性进行特征值提取，采取最邻近算法搜索步骤(1)建立的防漏堵漏配方及成果库，根据漏层类型从防漏堵漏配方及成果库中找到最接近的漏层类型，然后找到该漏层类型对应的配方性能信息，再进行防漏堵漏配方方案评价，若方案可行，执行步骤A；不可行，执行步骤B；
A，确定防漏堵漏配方，转入步骤(7)；
B，对该防漏堵漏配方方案进行修改与优化，并加入到防漏堵漏配方及成果库中，然后返回步骤(6)。
5.根据权利要求4所述的防漏堵漏的方法，其特征在于：所述步骤(7)是采用SAN-2工程分布理论确定粒径分布和堵漏浆体积。
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