作者：李春生
出版社：宁夏人民出版社
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煤田钻探防漏堵漏知识手册试读：
前言
广义上讲，漏失是指各种井下作业（钻探、固井、修井）时各种工作液（泥浆、水泥浆、完井液及其他液体等）在压差作用下漏进地层的一种井下复杂情况。狭义而言，漏失专指钻探过程中的泥浆漏失。漏失的危害主要有：（1）延长钻探周期；（2）损失大量泥浆材料；（3）诱发其他孔内事故。
为了解决钻孔漏失问题，必须研究分析钻孔产生复杂情况的原因及其规律，从而找出有效堵漏的科学依据，以指导防漏堵漏的实践。
本书以“一问一答”的方式介绍煤田钻探钻孔漏失产生的原因、钻孔漏失的预防和治理的一般方法，着重介绍针对不同漏失地层的防漏堵漏技术方案。
本书的编写得到了国家自然科学基金项目“可降解钻井液在松软煤层瓦斯抽采孔钻进中的护孔和储层保护机理研究”和宁夏地矿局科研项目“固原市彭阳地区煤田钻探防漏堵漏技术研究”的资助，在此表示感谢。
由于时间和编者水平有限，错误疏漏在所难免。衷心欢迎各位专家和同仁提出宝贵意见，以便再版时修订。编者2016年8月
1.什么叫钻孔漏失？
答：钻孔漏失是指钻孔内冲洗液从孔内向周围岩石产生明显的泄漏。
2.漏失产生的原因是什么？
答：在钻井过程中井底压力大于地层压力时，就可能引起井漏。漏失产生的主要原因如下：（1）地质和水文地质条件原因。岩层中存在的孔隙、裂缝、洞穴的大小、张开程度、贯通性、上覆岩层的含水情况等，都是造成漏失（涌水）的天然客观条件，即漏失通道的存在及其状况是产生漏失的重要原因。（2）工艺技术原因。钻孔结构的选择，泵量、泵压、泥浆的种类及其参数选择，泥浆沿环空的流动速度及钻具转速的选择，升降作业的操作等，这些是漏失产生的主观因素，也是防止漏失的可控因素。
3.什么是渗透性漏失？
答：渗透性漏失（如图1所示）多发生在渗透性良好、孔隙度大的砂岩及砂砾岩地层中，这种地层岩石颗粒较粗，颗粒之间未胶结或胶结差。其漏失原因主要是孔内压力不平衡，即泥浆的循环当量密度超过了地层压力系数，使钻井液漏入地层。渗透型漏失量较小，漏速一般小于10方/小时，外在表现是泥浆池液面缓慢下降，或返出的钻井液减少。渗透性漏失一旦发生，就会一直持续下去，直到钻井液中的固体颗粒流入地层孔隙堵塞通道，漏失才会停止。图1 渗透性漏失
4.什么是裂缝性漏失？
答：裂缝性漏失（如图2所示）多发生在石灰岩、白云岩或是断层、地层不整合面、地层破碎带及火成岩侵入体等地层中，漏失通道是大的孔隙洞穴及大的裂缝。发生裂缝性漏失时钻速变快，有蹩跳现象，甚至会使钻具放空，随后发生井漏。漏速般为20~100方/小时。图2 裂缝性漏失
5.什么是溶洞性漏失？
图3 溶洞性漏失答：溶洞性漏失（如图3所示）常出现在石灰岩、白云岩等地层中。特点是漏失量大，经常发生有进无出的大漏失，漏速一般在100方/小时以上。这种漏失的发生往往是突然的，井漏后易造成井喷或井塌卡钻事故。
6.什么是人为因素造成的漏失？
答：钻探作业中，人为因素造成的漏失（如图4所示），往往是由操作和钻井液流变性这两方面所引起的，常见有以下几种情况：（1）由于泥浆密度过高，泥浆循环时的液柱压力大于地层破裂压力导致井漏，这种情况多见于高压层上部强度薄弱的渗透性地层。（2）起下钻时，特别是下钻时下放速度过快，或者是在钻头、稳定器泥包的情况下，猛提猛放钻柱，造成压力激动将地层压裂发生漏失。（3）下套管时，下放速度过快，造成压力激动，将地层压裂发生漏失。（4）泥浆切力过高，特别是静切力过高时，加上开泵过猛或是下钻速度过快，造成瞬时压力激动，将地层压漏。图4 人为因素造成的漏失
7.漏失位置如何判断？
答：（1）一般情况下，井底漏失较易判断。在钻井时，没有提高泥浆密度或憋泵导致漏失，多属孔底漏失。（2）在漏失量小、漏速慢或在钻进中未发现漏失，但钻过以后发现上部地层漏失，此时判断漏层位置就较困难。这种漏失常伴随措施不当而发生，如加重泥浆密度过大、下钻过猛、发生憋泵等。判断这种漏层的位置应结合本井地层及本地区井漏资料综合分析，必要时可采用电测方法确定。
8.如何预防钻孔漏失？
答：（1）尽量维持钻孔—地层系统的压力平衡，为此应：
①降低孔内液柱压力。
②降低环空循环压力损失。
③降低激动压力。
④增加液体在漏失通道中流动时的阻力。（2）减小漏失断面或完全堵塞漏失通道，即增大pt。
因此，预防漏失的主要措施如下：
①调节冲洗液的相对密度。降低冲洗液的相对密度是降低孔内液柱压力的主要方法。为了降低冲洗液的相对密度应采用优质土造浆，它不仅可使泥浆的相对密度因加土量小而降至1.04~1.06，而且用优质土造浆，泥浆的流变参数较好，泥浆的黏度和切力低，流型较好，这又可降低环空循环中的压力损失和升降钻具时的激动压力。
②强化泥浆的净化工作。岩粉混入泥浆，使泥浆的密度增大，从而使孔内静液柱压力增大，因此，必须尽力把携带出地表的岩粉从泥浆中分离出去，必须做好机械除砂（对地质钻探作业来说，必须配备好旋流除砂器和除泥器）和化学除砂工作。若净化仍不能达到所要求的低密度，则可向泥浆中加水进行稀释，以降低密度，此时应适当补充化学处理剂。
③调节冲洗液的流变特性。在实际钻进中，往往静止时钻孔不漏失，一旦钻进，泥浆循环时便会产生漏失，这便是动压力（液体在环空中流动时克服流动阻力的压力）造成的孔内漏失。要降低动压力，除钻孔结构及钻具组合应合理外，更需注意泥浆的流变特性。泥浆的黏度和切力过高，必然会使动压力增高，甚至会压裂地层造成漏失。因此，应尽力降低泥浆的黏度和切力。此外，较高的黏度和切力，在升降作业时，激动压力亦必然较大，这时最易压裂地层造成漏失。因此，调节冲洗液的流变特性，是预防漏失的重要一环。
④冲洗液中添加惰性充填材料。钻进中往冲洗液中添加部分惰性充填材料，如锯末、贝壳、核桃壳、云母片、牛粪、马粪和化学堵漏材料等，在循环中堵塞漏失通道，减小漏失通道断面或完全封堵通道，以此来防止冲洗液的继续漏失。
⑤采用低密度冲洗液。若采用清水为冲洗液仍有漏失时，可往冲洗液中充气（配合泡沫剂，如十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、洗衣粉等）或采用泡沫作为冲洗介质以防止漏失。
⑥完善钻进技术及工艺措施。钻具配备及组合、工艺规程和钻进操作等各方面的措施均应合理。如井身结构与钻具的配备，应尽量选用最小的泵量以保证环空中有必要的流速，漏失孔段尽量限制泥浆流量，减少升降钻具次数和限制升降钻具的速度，操作平稳等，降低环空压力损失和激动压力。
9.钻孔漏失的常用治理方法有哪些？
答：地质勘探钻进时，治理钻孔漏失的方法很多，按其特点，大致可分为下述四类。（1）增阻法。增大或减小漏失通道的流动阻力以致完全堵塞漏失通道的断面，这种方法一般用于非固结硬化性的漏失。治理后必须用泥浆恢复钻进。属于这一类的堵漏浆液一般有各种堵漏泥浆、加有惰性充填材料的各种泥浆。（2）注浆固结法。采用各种堵漏浆液，注入漏失带，以封堵漏失通道，这种方法一般用于固结硬化性的漏失。治理后可得到强度较高的不漏失的固结圈，其后钻进时可用不同种类的冲洗介质。属于这一类的堵漏浆液一般有各种水泥浆液、化学浆液、沥青乳液等。（3）隔离法。用金属或其他材料的套管下到孔内漏失孔段隔离漏失带，下套管隔离后钻进可恢复正常，但需减小一级口径。（4）其他方法。包括改液体冲洗钻进为空气泡沫钻进，气液混合液钻进，无泵钻进等。
上述四大类治理方法，在实际工作中应用最普遍的是前两类方法。概括起来讲，治理漏失的方法主要是灌注浆液（非固结硬化性的和固结硬化性的），无效时才改用下套管隔离法。在条件适合时亦可改用其他钻进方法来处理。
10.非固结硬化堵漏浆液的种类有哪些？
答：这类浆液大都是各种类型的泥浆，以及加有惰性充填材料的泥浆，主要适用于轻微漏失。（1）稠泥浆。稠泥浆静止时，岩粉和黏土沉淀，可堵塞漏失通道，减小或消除漏失，一般需静止沉淀一天以上时间才能有效。（2）高黏度高切力低相对密度泥浆。用优质膨润土造浆，加入增黏剂降失水用高聚物，以致密坚韧的泥皮封闭微裂隙。（3）冻胶泥浆及其他结构泥浆。泥浆中加入水泥、氯化钙、水玻璃等结构形成剂，配成的高黏度冻胶状膏浆，静止后能形成强度不高的凝结物，以减小或消除漏失。（4）聚丙烯酰胺泥浆。利用未水解聚丙烯酰胺可完全絮凝的原理，以絮凝物堵塞漏失通道，从而减小或消除漏失。（5）石灰乳泥浆。在泥浆中加10%~25%的石灰乳形成高黏度、高失水的泥浆，以聚结物堵塞漏失通道，从而消除漏失。（6）加有惰性充填材料的泥浆。泥浆中加入各种形状的惰性充填材料，如锯末、核桃壳、贝壳、马粪等，以充填材料堵塞漏失通道，从而减小或消除漏失。
11.惰性充填材料有哪些？
答：在泥浆中使用惰性充填料，既是预防漏失的手段，也是治理漏失的方法。其原理是利用充填颗粒堆积物在漏失通道中填塞、堆积、膨胀，并在过滤压力的作用下被压实，从而堵塞漏失通道，解决泥浆的漏失。
目前，惰性充填材料已系列化和商品化，其材料来源大多是工业生产中的废料。惰性充填材料大体上可分为：纤维状的、片状的和粒状的3类。它们可以单独使用，也可以复配使用，在泥浆中的浓度依需要而改变。
锯末（图5）、云母、棉籽壳（图6）、核桃壳（图7）、贝壳粉（图8）、稻壳、赛璐珞、塑料粒、碎橡皮、纺织纤维的废料等，均可作为堵漏用惰性材料。
常用的惰性充填材料的配方比例如下：（1）核桃壳：云母：棉籽壳=1：1：0.5。
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