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(yíng)257000)

0 引言

井漏是鉆井中一項(xiàng)急需解決的難題。它的危害很大，處理起來(lái)非常復(fù)雜，需要大量的人力、物力和適合的技術(shù)方案。雖然堵漏技術(shù)一直是廣大技術(shù)人員研究的熱點(diǎn)之一，不斷有新的技術(shù)和方法出現(xiàn)，但就目前而言，井漏處理過(guò)程中仍然存在一定的問(wèn)題，使得堵漏效果不盡人意。比如漏失位置的確定還沒(méi)有較為精確的方法，或者一些存在局限性，不適合在復(fù)雜漏失情況下進(jìn)行漏失位置的判定。又如對(duì)漏失的室內(nèi)模擬評(píng)價(jià)方法還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各方法有相似性，卻又不盡相同，每種方法對(duì)漏失的模擬程度還存在一定的局限性，對(duì)堵漏效果的評(píng)價(jià)還不夠完善，這就會(huì)造成重復(fù)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(píng)價(jià)技術(shù)有著很大的進(jìn)步空間，有必要進(jìn)一步提高判定的準(zhǔn)確性和模擬的真實(shí)性，為有效提高堵漏成功率提供技術(shù)支持。本文就是在此背景下，開(kāi)展了一系列關(guān)于漏失位置判定和漏失模擬評(píng)價(jià)的研究工作。［1－4］

1 漏失位置判定

漏失位置判定技術(shù)采用“地面判斷，井下測(cè)量”的方式實(shí)現(xiàn)漏層位置的精確測(cè)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(cè)量?jī)x器，對(duì)漏層位置進(jìn)行精確測(cè)量。此方法通過(guò)在地面的初步判斷，縮短了井下測(cè)量的范圍，提高了漏失位置判定的速度，同時(shí)避免測(cè)量?jī)x器在漏失發(fā)生的復(fù)雜情況下長(zhǎng)時(shí)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(duì)應(yīng)著一定的漏層位置，由此便可計(jì)算出漏層井深(見(jiàn)圖1)。

據(jù)立壓變化法計(jì)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(guò)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(jì)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(cè)量?jī)x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(jì)算處理流程圖

1．2 漏失位置測(cè)量?jī)x器

20世紀(jì)70年代，我國(guó)漏層測(cè)量?jī)x器大多是借助于流體動(dòng)力學(xué)原理研制的，多采用膜片位移和渦輪流量計(jì)測(cè)量原理進(jìn)行測(cè)量。但這些方法均受到井下惡劣環(huán)境的影響，如可動(dòng)部件的密封問(wèn)題、渦輪磨損帶來(lái)的誤差問(wèn)題、背景噪聲加大檢測(cè)誤差等，這些問(wèn)題嚴(yán)重影響儀器的使用效果及對(duì)漏層位置的正確判斷。為此，本文開(kāi)展了新型漏層測(cè)量?jī)x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(cè)量?jī)x器的抗干擾能力和精準(zhǔn)度。

1．2．1 測(cè)量?jī)x器組成及原理(見(jiàn)圖3)

圖3 測(cè)量?jī)x器原理圖

井漏測(cè)量?jī)x器由高溫電池、測(cè)控電子線路和換能器短節(jié)組成。高溫電池對(duì)測(cè)控電子線路部分進(jìn)行供電;測(cè)控電子線路部分完成信號(hào)采集緩存、數(shù)據(jù)交互及聲波激勵(lì)控制等功能;換能器短節(jié)完成信號(hào)的接收和聲波方式的信號(hào)激勵(lì)。

電子系統(tǒng)包括DSP控制子系統(tǒng)、聲波激勵(lì)信號(hào)源子系統(tǒng)、聲波信號(hào)采集子系統(tǒng)、溫度－噪聲信號(hào)采集子系統(tǒng)、井下供電子系統(tǒng)等5部分，見(jiàn)圖4。

圖4 測(cè)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(shè)置井下綜合測(cè)量?jī)x的采集參數(shù)和采集時(shí)刻，采用電纜或鉆桿方式，把儀器放入井下，當(dāng)?shù)竭_(dá)采集條件時(shí)，DSP啟動(dòng)采集。首先，DSP控制聲波激勵(lì)、接收電路和采集電路完成聲波信號(hào)的激勵(lì)和接收，并對(duì)采集到的聲波進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，把聲速、聲衰減級(jí)聲幅等參數(shù)緩存到存儲(chǔ)器內(nèi);然后，DSP啟動(dòng)噪聲采集，記錄各個(gè)頻段內(nèi)的噪聲幅度;最后，DSP進(jìn)行溫度的采集和存儲(chǔ)。DSP根據(jù)地面設(shè)置的參數(shù)交替，進(jìn)行聲波、噪聲和溫度信號(hào)的采集和實(shí)時(shí)處理，并把處理結(jié)果緩存在存儲(chǔ)器內(nèi)。測(cè)量全部漏層之后，上提儀器，回讀采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)解釋?zhuān)页雎拥奈恢谩?/p>

1．2．2 室內(nèi)測(cè)試

利用加溫、加噪聲源、變化聲波測(cè)量部分與井壁的距離，延長(zhǎng)聲波傳輸距離等方法，對(duì)各種測(cè)試條件進(jìn)行模擬，圖5是連續(xù)顯示的測(cè)量結(jié)果。

圖5 測(cè)漏儀模擬測(cè)試結(jié)果

從圖中可看出，各種模擬條件在測(cè)試曲線上都有較快的反應(yīng)，說(shuō)了測(cè)量?jī)x器的靈敏性和可靠性。

2 漏失模擬評(píng)價(jià)

2．1 評(píng)價(jià)儀器［5－10］

評(píng)價(jià)儀器原理是利用模塊來(lái)模擬地層裂縫，然后在高溫環(huán)境下，讓堵漏液不斷通過(guò)模塊，并最終在模塊上形成堵層，當(dāng)堵漏液不再漏失時(shí)，此壓力即為堵漏液的承壓能力。針對(duì)裂縫性和孔隙性復(fù)合型漏失，設(shè)計(jì)了由DL－A和DL－B兩個(gè)分系統(tǒng)組成的模擬評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)效果。

DL－A高溫高壓堵漏模擬試驗(yàn)裝置(見(jiàn)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(dá)180℃，最高工作壓力可達(dá)40 MPa。該裝置根據(jù)井下漏層的不同裂縫形式，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

DL－B型高溫高壓堵漏模擬試驗(yàn)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(píng)價(jià)。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(duì)堵層的沖刷，測(cè)定沖刷后的堵層承壓能力。最高工作溫度可達(dá)180℃，最高工作壓力可達(dá)40 MPa。

圖6 DL－B高溫高壓堵漏模擬試驗(yàn)裝置

2．2 裂縫－孔隙復(fù)合型漏失堵漏配方研究實(shí)例

使用的堵漏配方如下。

基漿:4%膨潤(rùn)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(shù)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(xì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 復(fù)合型漏失堵漏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從上述結(jié)果可知，堵漏液配方1、2、3針對(duì)2、1、0.5 mm裂縫可承壓7MPa以上，同時(shí)針對(duì)0.42～0.85 mm孔隙也可承壓7 MPa，同時(shí)試驗(yàn)說(shuō)明在封堵孔隙時(shí)未形成“封門(mén)”，堵漏效果理想。這說(shuō)明堵漏液配方1、2、3針對(duì)裂縫－孔隙型復(fù)合漏失具有良好的封堵效果。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(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(cè)量?jī)x器采用多種參數(shù)進(jìn)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(cè)量?jī)x器結(jié)合，可系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“地面判斷，井下測(cè)定”的測(cè)量方式，能減少測(cè)量的范圍和時(shí)間，可較精確地確定漏層位置。

(3)高溫高壓堵漏模擬試驗(yàn)裝置能較好地模擬井下漏層情況，具有較好的真實(shí)性和針對(duì)性，為新型堵漏劑的開(kāi)發(fā)提供了評(píng)價(jià)的方法。從模擬評(píng)價(jià)應(yīng)用實(shí)例來(lái)看，利用模擬裝置對(duì)堵漏配方進(jìn)行評(píng)價(jià)具有一定的科學(xué)性，能在一定范圍內(nèi)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(xiàng)非常重要，卻又十分復(fù)雜、困難的工作，需要做更多的研究來(lái)進(jìn)行完善，包括在方法上、儀器設(shè)計(jì)上等各個(gè)方面。

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