严重漏失的定义、识别与处理措施

概述

不言而喻，全部漏失几乎总是用补救程序及技术来处理。油基钻井液漏失超过30桶/小时，水基钻井液漏失超过100桶/小时，被认为是严重漏失。首先要判断漏失情况。非常重要的是确定为什么漏失和漏失的地方以及地层类型和深度。如果无法确定漏失的深度，应该得到一种漏失测量资料或录井组图。

诸如测量和诊断的附加费用在整口井的费用中容易被认为是正当的支出。只需堵一次就成功当然是最佳的，这可以减少反复试验可能产生的成本。从一些间接的证据中通常可以获得一些资料。例如，如果在钻井液密度不变化的正常压力地层钻进前发生漏失，钻井液差不多无疑地漏失到原来地层就存在的空隙中去了，而钻头刚好钻到这里。如果下钻过程中发生漏失，则可能是由于瞬间的压力激动产生了诱导裂缝。

在停泵之后测定环空中钻井液的液面高度，对判断是否漏失也是有用的。如果已经知道那里的地层孔隙压力和破裂压力梯度时，采用这种方法尤其正确。测定钻井液的环空液面高度有几种方法。两种常用的方法是回声测深仪和计量填满环空的泵冲。

另外一种技术说明如下：用公式：D=1/2at2，式中D=距离（英尺），a=32英尺/秒/秒的加速度，t＝时间（秒）。方法：用软粘土做成直径为一英寸的小球。当把小球开始投入井眼时打开秒表，当听到小球落到钻井液液面的声音再按秒表，记时（如果小球下落时撞到井壁上，下落时间会延长）。在图表中，找出水平的时间直线与曲线的合适的截距，向下读取钻井进尺刻度数以便读取井眼中钻井液上部的深度。

在很浅的层段发生大孔洞漏失处理起来很困难。如果发生这种漏失，则需要大量的堵漏浆进行堵漏，而且需要用非常规的方法。有时候可能堵不住，也可能需要另外的措施。参见41页的盲钻或充气钻井液钻井。

钻遇诸如孔穴型灰岩、砾石床和诱导裂缝之类的小孔洞时发生的漏失，最好是停钻用各种活性堵漏段塞堵漏。根据各自起到的堵塞作用不同，这些堵漏段塞大致分为三类。

活性堵漏材料

活性材料堵漏是用于处理井漏或井涌，恢复循环控制的处理方法，而且已经成功使用多年，它能成功地封堵地下液体的区域或通道，切断流体区域。活性的含意为该段塞被定点挤注到井眼中后，其最终性能将发生很大变化。三种活性段塞的类型分别为：高滤失活性段塞、水化段塞和化学反应型段塞。

高固相高滤失堵漏浆和“间歇挤堵”方法适用于封堵裂缝或渗透性地层孔道。堵漏浆快速失水所形成的泥饼塞便会对漏失地层的裂缝或小孔洞加以封堵，并且滤饼不是形成在井眼表面，因而不会被钻柱去除。

高固相高滤失堵漏技术的历史记载

卡尔.休贝尔（菲利普斯石油公司）和约翰.克劳克（麦克巴公司）于1956年在得克萨斯州Pampa北部的菲利普斯公司的油井，首次使用了这种含硅藻土的高固相高滤失堵漏挤注技术。1964年钻井特殊化学品公司作为菲利普斯石油公司的分公司，首次提供了商业化的DiasealM®堵漏材料。混合几种成分的一袋产品，只需要简单地混合就能形成堵漏浆。现在，有几家公司稍微改变了一下配方，就变成某种新产品提供给油田。这些变种产品，其配浆和泵入的成本是Diaseal M®堵漏材料浆成本的好几倍，性能与原来的产品相比，只是稍微有所改进而已。

大多数变种产品中加入了石灰。卡尔.休贝尔和约翰.克劳克二人曾经说过，如果有必要可以额外添加一些石灰，所以这样做不是什么新的配方。石灰是很便宜的！除了额外加入石灰之外，后来为了使堵漏浆具有更好的压缩强度，很早以前工业上解决这一问题的方法就是把水泥加到Diaseal M®堵漏材料浆中。参看有关Diaseal M®堵漏材料和水泥方面的资料可获得更详细的信息。在成本方面原始产品和昂贵的仿造产品之间有很大的差别。最近在得克萨斯南部的一口油井用600袋仿造产品采用间歇挤注工艺堵漏，花费了3.9万美元，如果用Diaseal M®堵漏材料零售成本大约为2万美元。Diaseal M®堵漏材料一般的挤注工艺用量为100桶，零售价格大约在为6000～7000美元。

Diaseal M 堵漏浆混合程序

Diaseal M LCM的配置与挤注程序

泵送以前Diaseal M堵漏浆的室内实验

将HTHP滤失仪预热至150℉。将堵漏浆倒入测量杯中，拧紧杯盖并加热至150℉。加压至200psi，并观察堵漏浆对油的驱替。在高温滤失仪上不需要附加下部的滤液收集器。150℉的油可以小心地收集在玻璃杯中。安全提示：为了安全，滤失仪应该用CO2加压，不要用二氧化氮加压烃类油基钻井液，因为那样可能会引起爆炸！所有的油都应该在2～3分钟或更少时间被堵漏浆取代。这将很好地保证准备好的堵漏浆被挤压时从下口流出。从滤失仪中取出泥饼，观察，一旦有堵漏浆，就表明发生了漏失。

测试很简单；把堵漏浆倒入标准的API滤失仪中，并加压到100psi。应该在1～3 分钟完全排出滤液。从滤失仪中取出泥饼，观察一旦有堵漏浆出现，则发生了漏失（见Diaseal M 堵漏浆泥饼的照片）。

下节的改进水泥是在水泥中混合了Diaseal M堵漏材料，以便产生更大的抗压强度，这样可能很好地应用于使用油基钻井液的井。

在250℉下24小时进行抗压强度实验。如果要求挤注浆具有更高的抗压强度，则需要增加水泥的数量。在泵送之前，服务公司应该在实验室对所有的堵漏浆进行测试。在高温下则要求水泥中加缓凝剂。在较低的温度下（125～175℉），根据堵漏浆中缓凝剂加量的不同，其抗压强度可能比报告的低一些。这些浆的大部分将会沉淀，因此如果要用间歇挤注方法，需要使用某些类型的增稠剂以减轻这种效应。如膨润土就是很好的增稠材料，还可以再加入堵漏材料（LCM）至25磅/桶。推荐使用带搅拌的混料机或混料罐，程序如下：

高滤失性活性堵漏材料——重晶石段塞

故意让重晶石从井下的重晶石和水组成的堵漏浆中沉降出来，即所谓的“重晶石段塞”，它主要用作临时段塞，以控制气体侵入井内。例如假设你钻遇高压气层时，并且在钻井液密度能提高到足以控制气体进入井内之前，在上部地层已发现部分钻井液漏失，这时，在高压地层的重晶石段塞将阻止气体侵入，从而是井眼的压力得到控制，然后可以安全地采取补救性措施。

重晶石由于比重高而沉降，或者由于滤失脱水而沉降，或者两者共同作用形成重晶石段塞。在这些方法中，沉降是最好的，因为这样不必依靠滤失而形成堵漏段塞。此外，由于它们密度高，这些重堵漏浆可能简单地解决一个问题。因此，具有最高密度和最快的沉降速度的堵漏浆是最好的。堵漏浆的粘度越低，沉降速度越快，重晶石段塞就越坚硬。为了确保低粘度，堵漏浆在井下的温度条件下，必须性能优良，堵漏浆的屈服值应该是负值（在流体性能测量期间，这仅仅是重金石沉降的一个指标），pH值为8～10范围可加速BaSO4的沉淀，可用NaOH/KOH控制pH值在这一范围。必须用淡水配浆，因为BaSO4在海水或盐水中不容易沉降。

必须能提供填满450英尺（137.2m）井段足够的浆，不推荐使用较长的重晶石段塞，因为在重晶石沉降形成段塞之前，钻杆必须迅速上提至堵漏浆上方，另外，不希望把钻杆提离堵漏浆上方太远。高密度堵漏浆由于其高固相和高切力，其沉降速度比低密度浆慢许多，因此，应选择低密度的堵漏浆。

把所有混合用的管线与水泥搅拌设备冲洗干净，避免剩余的水泥污染设备，准备好袋装或散装的重晶石。测量出所需水的体积（其中包括重晶石段塞的体积+管线体积+钻井液罐到灌的死角的体积），如果可能，将KOH或NaOH和6～8磅/桶CLS加到混合水中。混合段塞塞子并快速泵送，用钻井液而不用水驱替重晶石段塞，以防止BaSO4过早地沉降。

水化堵漏段塞

概述:把高浓度的膨润土混进柴油（BDO）、矿物油（BMO）或其它合成油（BSO））中，形成了水化堵漏段塞。当与水或与水基钻井液混合时这些段塞就会形成坚硬而具有塑性的堵漏材料（LCM）。这些堵漏浆的抗压强度不高，但它具有塑性。BDO的最后强度决定于BDO与钻井液的比例。钻井液与BDO开始的比例常常是8：1到4：1，因此这种浓度形成的段塞比较软，它能更容易地挤进漏失层。当钻井液与BDO的比例降至3：1时就会逐渐形成比较坚硬的段塞。当比例为4：1时将会形成高粘度流体，并且当比例为1：3时，则形成硬的塑性的粒状固体。

应用：水化堵漏段塞用在常规堵漏段塞失败的地层。除了堵漏之外，BDO还用于封隔井下流体，如高压层到低压层。BDO段塞不受井下温度的影响，也可用于淡水或盐水钻井液中。

混合要求：用两组泵挤注BDO。第一组泵把BDO泵到钻杆中，第二组泵把钻井液泵入环空。这样当顶替段塞时能够改变混合速度。交替地使用两组泵，一组泵在钻杆中泵送堵漏材料，钻机上的泵从环空泵送钻井液，用二组泵成功地混合BDO并顶替到漏失层，能更好地操作，减少污染与堵塞钻杆的风险。

清洗用于配制堵漏浆的所有泵、搅拌机、管线和罐，以避免钻井液或水在上水管线中和泵中受到堵漏浆的污染，因为这样会引起堵漏浆形成凝胶从而堵塞管线。

用于油基钻井液的反挤注作业

泵送程序

BDO的优点胜过BCDO段塞的优点是因为BDO段塞能保持塑性并不产生抗压强度。有记录证明BDO段塞能解决难以对付的漏失问题，而且可以用普通的可利用的材料制备BDO段塞。是否成功取决于钻井液与BDO在井下的适当混合，以便堵住漏失层。如果太稀则不能形成段塞，如果太稠则段塞可能不能封住裂缝，当钻段塞时可能又发生漏失。最好的结果是仔细地混合并用注水泥泵顶替，以泵出BDO和钻井液。使用柴油或矿物油可能要求所有的钻井液和钻屑以某种方式处理后达到环保的要求。合成油经过小型试验之后可能合格。

当BDO或反向挤注堵漏浆循环出来，振动筛筛网可能被糊住，应该密切监视，以防止钻井液跑筛。任何隔离液和堵漏材料混入钻井液系统都要进行处理，以避免对钻井液性能产生不利的影响。如果BDO堵漏浆反向挤注不成功，则需要用水基钻井液顶替油基钻井液以钻穿麻烦地层或泵入水泥。

化学反应段塞

当钻遇大的孔洞和洞穴而发生钻井液失返时，可以就地泵注聚合物段塞，允许这些聚合物段塞随着时间推移在地层温度下发生水化和膨胀，一般地堵漏材料混合物和可水化的交联聚合物定点挤注到漏失地层，并在在150～200psi的压力下进行挤注。聚合物段塞塞子既可以当混合时在地面就是活性的，也可以当泵入井下时是化学活性的或形成交联物，或者是在井下当段塞与钻井液(或地层流体)接触时形成堵漏段塞。不管是地面活性段塞还是井下活性段塞都像BDO段塞一样与水接触时反应那么强烈。

表面活性聚合物段塞通常在水中制备，而不是在钻井液中制备。它在浅层封隔大孔洞或洞穴尤其有效。当它们混合和泵注时不需要特殊的设备，利用钻井上的设备即可。表面活性聚合物段塞可用于水基或油基钻井液，能用洗净的钻井液混合罐。小心制备和计划工作成功率是很高的。对于天然聚合物如瓜儿胶，井底温度必须低于175℉，因为高于此温度瓜儿胶就会迅速降解。

表面活性聚合物段塞（如瓜儿胶）能用钻机上的设备混合与注入。如果小心的制备和有计划的工作成功率很高。活性聚合物段塞特别适于孤立和偏远地方使用直升机搬迁钻机钻井的场合，因为这些材料需要直升机载送的时间少。

对于天然聚合物，井底温度必须低于175℉，因为高于175℉聚合物会迅速降解。通常混合之后必须立即泵送。

这些段塞是典型的高浓度聚合物，300～350磅/桶悬浮在诸如柴油或矿物油的惰性载体中。当这些聚合物段塞与钻井液或地层流体接触时会形成结实而具有一定塑性的段塞，并且有时用于控制生产井的水流。在柴油或矿物油中混合加入段塞要求用两组水泥泵，以混合堵漏材料和除去钻杆中和环空中的钻井液，或一组水泥泵泵送堵漏材料，钻井液泵将段塞与钻井液在井下混合。在各种盐水中，井下活性聚合物段塞也有效。

如果井下情况允许并知道漏失层深度，则把钻杆正好下到漏层的上方，否则就把钻杆提到套管内。另外，如果没有因井塌而堵塞也可以下钻到底，让堵漏段塞封闭全部的漏失层。

先泵3～5桶隔离液，接着泵送堵漏段塞和另外3～5桶隔离液，以使堵漏聚合物段塞与钻井液隔开，随后将足够的钻井液泵至钻杆底部。关闭防喷器以便允许从环空注入。

根据现场的特殊目的和状况决定泵送计划。这些因素能改变以后的顶替程序。开始以2～3桶/分的最大泵速泵入钻柱是，而以较慢的泵速注入环空，聚合物将与钻井液迅速反应。监控环空压力表读数，并控制压力达到1.5磅/加仑的最大钻井液当量密度。达到要求的压力之后，维持套管的压力，用钻井液顶替钻杆内容积，把钻杆提升到套管里面。保持井口压力大约3小时，以使段塞封住漏失层。起下钻前仔细监控钻井液漏失情况，至少两倍环空体积的钻井液在套管里循环并调节钻井液性能。进入裸眼之前，在套管鞋处循环并调节钻井液性能，缓慢冲洗井眼并进行扩眼，以避免把钻头推到反应的堵漏段塞中，可能增加压力或者重新发生漏失。

水泥

为了封堵井眼或者已下套管井眼使用波特兰水泥是一种补救的注水泥方法，有时用于正在钻的井，以恢复循环。波特兰水泥是对付漏失切实可行而经济的选择。为此目的使用的水泥浆类型为纯的或混合的水泥，以及用膨润土或硅藻土制备的低密度水泥。纯的波特兰水泥提供的密度较高，但它是不加重的水泥浆。这种水泥浆当它凝固时，抗压强度较高。混合水泥可以包括波特兰水泥再加上一些添加剂，如促凝剂、缓凝剂或低密度添加剂。常使用的一些低密度添加剂是膨润土或硅藻土。

膨润土：水泥中加膨润土可以制备成较低密度（12～15.6磅/加仑）的堵漏浆。预水化膨润土比干加膨润土密度降得更低。用于预水化膨润土的水要用1/4磅/桶NaOH和1/4磅/桶Na2CO3处理，以便在干水泥和干膨润土加入水中之前除去水中的钙和镁离子。凹凸棒石粘土可在淡水或海水中取代膨润土。预剪切加工的凹凸棒石粘土既可在淡水中，也可在海水、盐水中提高造浆率，并能改善水泥浆的性能。

填料：加入浓度为25～100磅/桶的天然沥青或10～20磅/桶的压裂砂能够降低水泥浆的密度，并且可作为桥堵剂。这些材料与其它添加剂混合以防止砂子沉淀出来或沥青浮起来，并且很少单独用来堵漏。

Diacel D Additive：不同数量的硅藻土加入纯的波特兰水泥中可以制备出硅藻土水泥（10.5～15.6磅/加仑）。详见附录Ⅴ配方。

平衡段塞

术语”平衡段塞”指的是在井下就地挤注一定体积的材料，在钻杆和环空内的液柱高度平衡。为了保证一旦钻杆或管材运动时段塞还停留在那里，必须采用平衡段塞。如果不是平衡段塞，那么段塞将会上下移动，从而造成污染。

在大多数情况下，平衡段塞是由水泥做成的。井下水泥塞与钻井液之间存在粘度差，这样就会防止水泥塞与钻井液相混。如果钻井液的粘度比水泥塞的粘度低得太多，则可以在水泥塞的前头泵入高粘度的膨润土。如果要泵入膨润土，需要加入体积计算。

用于平衡段塞的计算公式

计算实例：