1調整所鉆地層〝三個壓力剖面(P塌、P破、P地)〞

技術探討

---關于解決我國復雜地層深井鉆井技術難題的探討

2目錄一、調整〝三個壓力剖面〞是解決我國復雜地層深井鉆井技術難題的的一個關健問題：二、降低井壁坍塌應（壓）力：三、提高地層承壓能力(提高P破、P承、P漏)；四、裂縫性地層惡性漏失的及時有效的堵漏技術(提高漏失壓力)五、“降低”地層流體壓力P地(設想)；六、擴大窄安全密度窗口的技術七、降低地層坍塌壓力和提高地層承壓能力(P承和P破)的泥漿核心技術:3我國鉆井技術發展的主要方向

縮小與國外先進水平的差距、趕上世界先進水平;

解決當前鉆井技術的主要技術難題(制約我國勘探開發進程的主要技術瓶頸)4國外鉆井技術(與裝備)的發展趨勢：

1、向快速、優質高效、低成本方向發展。積極采用高性能螺桿鉆具和新型鉆頭、高壓噴射鉆井、小井眼鉆井、連續管鉆井、套管鉆井、隨鉆測量、隨鉆測井、隨鉆測試技術、旋轉導向與地質導向鉆井技術、垂直鉆井技術、控壓鉆井技術、可膨脹管應用技術、氣體鉆井技術與裝備、全過程欠平衡鉆井技術、超深井鉆井技術及萬米深井鉆探裝備、隨鉆地震技術……等新技術、新方法,努力提高鉆井水平與效率。52、采用水平井、大位移井、多分支井等MRC技術提高油田開發的綜合效益。鉆井功能的擴展(多學科交叉、綜合應用):

提高單井產量提高采收率難動用儲量的經濟開發3、向更加注重QHSE方向發展，鉆井安全和環保問題得到更加廣泛的重視。

64、向更有利于保護油氣層的方向發展。積極采用優質鉆井液和完井液，更好地保護油氣層。5.以信息化、智能化為基礎和特點向自動化方向發展:

采用地面自動化鉆機配合井下旋轉閉環導向鉆井系統,不斷強化對鉆井和地層的實時監控;通過衛星和互聯網實現對現場的遠程監控,建立鉆井信息數據綜合菅理與適時應用的鉆井遠程快速決策系統。6、對于解決深部復雜地層鉆井的井下復雜問題的相關技術有重大進展,但距很好解決這類問題還有很大距離。7與世界先進水平的主要差距

鉆井總體能力方面，年進尺:2001年:加6.04萬米、美4.879萬米、中2.04萬米;2006年加7.16萬米、美5·425萬米、中3.21萬米。在深井鉆井方面，我國目前的深井鉆井平均鉆井周期是美國20世紀80年代的1.4倍。在鉆井裝備方面，國外已實現機械化、自動化，初步具備智能化，達到有效、安全、快速、經濟的要求，鉆機實現模塊化、高運移性，滿足各種地貌條件下作業需要，各種特殊工藝井的井下工具實現自動化、智能化。但國內特殊工藝井井下工具的高端產品主要依賴進口，高運移性的中淺井鉆機和機械化、自動化工具與裝備還正處在摸索和試驗階段。8

在鉆井核心技術與前沿技術研發方面，目前國內還基本處于跟蹤模仿國外先進鉆井技術階段。國外已成熟商業化的技術，國內往往才開始模仿研究或引進技術，時間落后5～10年。如國外研發的多種隨鉆測量、隨鉆測井和隨鉆測試系統、近鉆頭地質導向鉆井系統、垂直鉆井系統、旋轉導向鉆井系統等在上個世紀90年代就已商業應用，而國內在這些技術領域的研發工作仍處于發展階段，其中先進工具與儀器的研制多為模仿，使得我國鉆井工藝技術的發展常受制于國外。

與世界先進水平的主要差距

9與世界先進水平的主要差距

利用己有理念、裝備、技術…解決工程問題(鉆井工藝技術)不落后。有自己的特色和優勢。落后在于:新理念的產生;新裝備、新儀器、新工具的研發;信息技術、智能化技術、自動化技術的密切結合與應用…

差距在于創新能力:基礎理論、實驗基礎研究不足;相關學科、技術領域的理論、知識及新成果引入和應用差;國內整體技術水平不足…

為盡快趕上國際先進水平，我國正加強攻關力度努力追趕.10

目前，復雜地層深井鉆井，必成為我國鉆井的必然趨勢，而且復雜地層深井鉆井井下復雜問題已成為制約我國油氣勘探開發事業發展的重要瓶頸。是國內外都未很好解決的重大技術難題。而所有這些問題都與鉆井液技術密切相關。如何解決復雜地層深井(特別是深探井)鉆井的主要技術難題引起了油氣勘探和開發界高度關注。成為鉆井工程所面臨的重大挑戰和發展機遇，也是當前鉆井和泥漿技術發展的主要方向。解決當前鉆井技術的主要技術難題11

在我國,如何解決復雜地層深井(特別是深探井)鉆井的主要技術難題引起了油氣勘探和開發界高度關注。當前國外鉆井先進技術的發展對于解決其中的某幾個問題雖有一定的突破,但仍不能全面有效的解決它們。成為鉆井工程所面臨的重大挑戰和必須自行逐步有效解決的重大技術難和打破的技術瓶頸，也是我們鉆井走問海外的技術支持和保證(核心竟爭力的必要內容)。12一、調整三個壓力剖面是解決我國復雜地層深井鉆井技術難題的的一個關健問題：㈠調整三個壓力剖面：(三個壓力剖面是可能按我們的意愿進行調整的)1、以盡量降低P塌來促進井壁穩定技術的發展和利于其它難題的解決；

2、將地層破裂壓力P破

(或承壓能力P承或漏失壓力P漏)提高到井下安全的程度；

3、裂縫性地層惡性漏失的及時有效的堵漏技術(提高漏失壓力)4.“降低”地層流體壓力P地(P油、

P氣、

P水)

。

防塌、防漏、堵漏、擴大安全密度窗口。13

㈡.目前急待解決又沒能很好解決的重大技術難題(井下復雜與事故)大都與P塌、P破

(或承壓能力P承或漏失壓力P漏)P地有關系:1.目前，國內外在漏、噴、塌、卡、斜……這些井下復雜與事故中，一般情況下各單項問題都已基本形成有效的解決技術(包括相關理論和方法)，除有待進一步完善提高外，已對鉆井構不成普遍威脅.但是在深井復雜地層情況下仍有一系列難題未能很好解決。它們之中很多都與P塌、P破

(或承壓能力P承或漏失壓力P漏)P地的不符合要求(不適當的過高或過低)有著直接和間接的關系。

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⑴.復雜地層條件下的井壁穩定問題如深井、高溫大段鹽、膏、泥層(夾高壓鹽水層)的井壁穩定;

山前高陡構造、破碎地層井壁穩定問題

氣體鉆井及轉換泥漿后的井壁穩定問題極強水敏性地層的井壁穩定問題……

⑵.山前高陡構造防斜打快問題。

(垂直鉆井技術可望解決)

⑶.超深井(≥7000M)高溫(>200—220℃)鉆井和固井技術:

我國井溫180℃以下,密度＜2·00—2·30的泥漿技術己基本過關。井溫＞180℃,密度＞2·30的水基泥漿技術國內外都未過關。“油基泥漿“幾為空白。高溫高壓井深大大加劇井下復雜。

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(4).

井漏問題(主要是指惡性漏失)及由此引發的一些井下復雜問題至今無一有效可靠的技術。主要由工程經驗來解決問題。

“惡性漏失”主要表現為漏失厲害并且很難堵住。它常有兩種不同的情況：較大的天然裂縫及溶洞引起的有進無出的嚴重惡性(漏速很大、很難堵住…)漏失長井段低承壓地層“隨機性、多點漏失”(漏速很大、很難堵住…)問題16⑸.窄安全密度窗口安全鉆井問題:

當漏、噴、塌、…位于同一裸眼井段(同層)，則引發出多種復雜問題:主要歸納為窄或負安全密度窗口的安全鉆井復雜問題:P破(漏)＞P泥＞P地,(P地＞P坍)

,ΔP窗=P破漏)－P地

≤△P泥循環

P破(漏)＞P泥＞P坍,(P坍＞P地),ΔP窗=P破(漏)－P坍≤△P泥循環

而噴(尤其是三高氣層、高壓鹽水層)和漏(尤其是惡性漏失)構成的窄或負安全密度窗口的安全鉆井問題則更為復雜、困難和危險,是我們當前重點攻關解決的重大難題。。

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⑹.鉆遇高壓、高產、高含H2S(CO2)氣層難題：

①、H2S的高毒性所帶來的重大技大難題及安全問題；

②、H2S(CO2)的特殊腐蝕作用和高腐蝕性所帶來的重大技術難題；

③、H2S(CO2)在深井高溫高壓條件下的超臨界態帶來的重大技術難題：

A.超強的特殊腐蝕作用。

B.元素硫沉積帶來的難題。

C.對井控帶來復雜影響所引起的重大技術難題……。這是當前我國正在全力進行攻關的重大技術難題。

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2,關于提高機械鉆速當前、深井復雜井鉆速低是制約我國油氣勘探開發事業發展瓶頸的重要表現之一。其中除井下復雜與事故的影響外,努力提高機械鉆速是一重要方面。高陡構造的防斜打快問題;

深井上部大尺寸井段的機械鉆速問題;

深部重泥漿井段(耐磨地層…)機械鉆速問題;

油基泥漿提高鉆速問題:油基泥漿機械鉆速提高到超過現有水基泥漿水平；水基泥漿機械鉆速整體再上臺階;1919

它們都是鉆井最傳統的問題，是鉆井工程永恒的難題。都是國內外至今沒能很好解決的世界級難題,它嚴重的阻礙了我國油氣勘深開發的進程。所有這些難題的產生和解決都直接和間接與井眼〝三個壓力剖面〞密切相關;

所有這些難題的產生和解決都直接和間接與泥漿技術密切相關;成為泥漿技術發展的重要方向

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為了解決它們，我們已多次立項攻關并集累了非常豐富的經驗,且具有較高的技術水平。其具體表現為:當我們鉆遇上述各種技術難題時，無論表現多難,只要組織攻關，我們利用現有的理論和技術,經多方努力,幾經反復之后(“交夠學費”),大多能想出辦法維持鉆井的正常進行。除個別情況外“打成井”已基本不成問題。21

但它們并未很好解決,更未完全解決:這充分表現在解決它們的過程中付出過多的(時間、人力、物力、財力、安全、信譽…方面)的代價，使我們不能保證實現“打成井、打快井、打好（省）井”的目標，而且每鉆探一個新的地區、新的構造都會重復這一過程…。成為嚴重阻礙勘探開發進程技術瓶頸。大大防礙了勘探開發的進程。影響了中國石油鉆井技術的形象,削弱我們的竟爭能力,降低經濟效益。22

現有的豐富的解決井下各種復雜問題的技術處于經驗使用的層面:

關于解決井下各種復雜問題的相關理論、方法,都難以準確指導這些問題的解決。現有的各種技術的作用及功效的評價方法與評價標準大都不科學、不準確、其客觀可比性差。使得現有技術對于已打過的復雜地層最終大多能找到解決問題的辦法,而對每一個未打過的復雜地層在“交夠學費”之后大多也能解決其問題。

2323例如：井壁穩定技術（研究最多，成果最多）人所共知井壁穩定三要素：

①合理泥漿密度

②足夠的抑制性

③足夠的封堵能力

人所共知：決定井壁穩定問題的坍塌壓力是巖石力學與化學耦合的結果。

（多大才合理？）（多大算足夠？如何準確測量評價？)(多大算足夠？如何準確測量評價？)但致今沒有建立起他們之間的關系。只能是經驗的合理應用！24

因此要最終有效解決它們，必須在己有材料、技術,經驗的基礎上，深入研究其作用機理及內在規律，凝練新的科學問題、綜合應用其它學科的最新成果，建立新的觀點、新的方法、新的評價標準、新的材料、新的工具、并形成新的技術(包括現有技術的優化、集成)才有可能有效解決.

2525傳統的研究思路與路線總結、歸納出目標區的復雜地層深井、復雜井鉆井井下復雜問題利用現有理論和技術對具體問題進行針對性研究(實驗研究為主)組織專家進行“會疹”提出解決方案及研究出相應的技術現場試驗成功后，形成解決問題的針對性技術，解決目標區難題。2626新的理念、觀點體現新理論的評價（原理、儀器規格、參數、功能）方法、標準現有處理劑的評價、改進現有泥漿體系及應用技術的評價改進、優化、集成新型處理劑的研制新體系的建立及應用技術現場試驗有效解決目標區相應技術難題

總結出能解決其它地區同類復雜問題的鉆井液、固井液技術可借鑒和參考的應用技術。總結、歸納出我國及目標區的復雜地層深井、復雜井鉆井井下復雜問題新的研究思路與技術路線現有處理劑的評價、改進現有泥漿體系及應用技術的評價改進、優化、集成新型處理劑的研制新體系的建立及應用技術現場試驗有效解決目標區相應技術難題

總結出能解決其它地區同類復雜問題的鉆井液、固井液技術可借鑒和參考的應用技術。27

按保證鉆井順利、安全、快速要求調整〝三個壓力剖面〞就是一種新的理念、觀點

從理論分析和實踐經驗得知,以上所有這些難題都直接與間接和井眼地層三個壓力剖面:坍塌壓力P塌、破裂壓力P破

(地層承能力P承、漏失壓力P漏)、地層流體壓力P地及其三者在井眼內彼此的關系緊密相關。而且傳統的理論認為對一確定的井眼地層它們是不會改變的確定值。

因此研究這三個壓力剖面產生的機理及其影響因素,得到將這三個壓力剖面調整到找們所需要的范圍的理論和方法，建立相應的配套技術,將有可能直接有效解決上述大多數問題，并為其它難題的有效解決創造良好的條件。28㈢、調整這三個壓力剖面研究的主要內容:1、三個壓力剖面及井內壓力的預測及隨鉆實時測定：模型(地質、力學、反演)、軟件、儀器、技術…；

2、這三個壓力剖面調整(各自)的機理及理論依據；

3、體現上述這三個壓力剖面調整原理的評價儀器和評價方法、工具、材料、應用技術…29

實際是解決井壁不穩定的鉆井、泥漿技術。它是我們具有豐富經驗并能較好解決生產問題的系列配套技術(提高密度、提高抑制性、有效封堵)，但同時又是我們并未能完全掌握而時常碰到的技術難題(特別是在山前高陡構造、破碎地層、強水敏地層)。

其問題的主要表現:尚不能準確預測，不能準確判斷；機理研究尚不能預先指導，只能事后解釋；防塌技術實施難以準確到位。防塌泥漿密度普遍偏高,誘發一系列井下問題。多年來無重大突破和實質進展.二、降低井壁坍塌應（壓）力：30井壁坍塌應（壓）力：P塌:井眼形成后，地應力在井壁上的二次分布所產生的指向井內引起井壁巖石向井內移動的應力，稱為井壁坍塌應力。P塌≥0。它是引起井壁不穩定的根本原因(P泥<P塌)。但所鉆地層形成井眼不一定必然會產生坍塌壓力。31P塌一旦產生（P塌＞0）井壁巖石必然逐漸掉（擠）入井中（縮徑、掉塊丶垮塌）。鉆井過程中P塌可以（也只能）用井內泥漿柱壓力有效平衡：P泥≥P塌則井壁保持穩定(防塌),對應泥漿密度稱為防塌泥漿密度。井壁保持穩定實質是力學平衡的問題.井壁穩定的關健是:準確掌握P塌;科學確定所用泥漿密度,并使其P泥作用于井壁以有效平衡P塌.井壁坍塌應（壓）力：P塌32決定P塌的大小的主要因素:P塌與地應力方向和大小、巖石的力學性質、巖體強度、強度（破壞）準則有關；與巖石物性（滲透率、裂縫發育程度與狀態、界面潤濕性……）、地層流體組成性質有關；與地層流體壓力(泥漿柱作用下)、巖石組成、產狀及水化狀態有關；與井眼狀態（斜度、方位…）等因素有關；與泥漿類型、組份性能、泥漿柱壓力有關。33

而坍塌壓力的產生是巖石力學-化學相耦合…的綜合結果但是目前的研究和技術應用中二者并未真正結合起來，基本上互不相干.

巖石力學研究坍塌壓力是以地應力、地層巖石的本構關系、巖石的相關力學性質和強度…為基礎建立井眼地層產生坍塌壓力的理論模型；幾十年來，,考慮各種因素建立的井壁地應力二次分布求出P塌的模型超過百種，每一種都有其合理性，有很多具有指導意義和參考價值，但至今仍沒有一種模型能真正具體指導一口井的井壁穩定技術，大都是指出方向，明確思路再由經驗加以分析、判斷、實驗加以驗證，通過實踐形成實用(泥漿)技術。

34

泥漿化學重點研究泥漿組份、性能與井壁穩定的關系；這種研究以定性的找出其中的規律為主,與P塌之間沒有建立起關系。這樣兩大因素完全割裂的研究方法是當前阻礙解決井壁穩定難題的重大(關健)障礙。所以目前仍以經驗規律總結及定性判定（半定量解釋）相結合的實用系列技術。且很難有所突破。而且認為一個地區一個地層的P塌是一個受地質因素控制而不可改變的觀點根深諦固。

而事實上泥漿分兩種情況嚴重的改變(增加)P塌。35㈠.泥漿水化作用對地層P塌的影響對水敏性地層：（頁巖）P塌增加增加地層塑性產生澎脹壓：P膨降低地層強度泥漿的水化作用使P塌增加P破下降水化作用愈強，P坍增加愈多,同時降低P破36據研究資料表明：3000m頁巖井段井眼的典型算例若頁巖不水化，即頁巖水化膨脹應變系數K1=0，K2=0則：P坍=0.63P破=2.53△P=1.90若頁巖水化膨脹：K1=0.00708，K2=1.108則：P坍=1.06P破=1.46△P=0.4037

粘土水化必使P塌上升,其影響大小與粘土被水化的程度密切相關。理論和實踐證明，在一般情況下（地應力正常、地層傾角小、頁巖埋藏深度不太大、地層不破碎……），P塌通常為0。但經泥漿作用后，P塌可以由0.00上升到1.00～2.00（當量密度）或更高。（依地層組成、埋深和泥漿類型等因素變化）。由于前目國內外水基泥漿抑制性都不夠要求，所以P塌明顯上升是一個普遍現象,從鉆進這類地層經驗中總結的地層P塌一般偏高較多。“油基泥漿”能較好解決這個問題,但我國幾近空白。38㈡.泥漿對破碎性地層地層P塌的影響受構造應力作用而原本破碎的地層（完全破碎、大量裂縫…）以及在井眼形成后在上覆壓力作用下產生破碎的地層（深部白云巖、硬碎性頁巖、煤層…等）為破碎性地層（大量微型裂縫存在）。P塌由地應力、巖石本體力學性質、巖石本體強度、巖體結構面（弱面）的密度（包括裂縫密度）、弱面間摩擦力以及井眼狀態所決定。泥漿要嚴重影響P塌的大小。39泥漿或泥漿濾液進入地層裂縫引起P塌上升:

泥漿或濾液進入裂縫，使裂縫張開，同時大大降低縫面間摩擦力，使P塌大幅度上升。與地層水敏性無關。破碎性地層一般P塌>0，即必須用泥漿柱壓力P泥≥P塌來平衡才能保證穩定。因此遇到井塌必須提高泥漿密度。但只有當裂縫完全都是閉合時，P泥才能平衡P塌起到穩定井壁（防塌）作用.提高泥漿密度才有效。(用于防塌的泥漿壓力=P泥—P滲)若裂縫不能完全閉合，或提高密度而使裂縫開啟,則會出現以下問題:40若不能有效封堵住裂縫阻斷泥漿液相進入裂縫，則將引起P塌的增加,進一步引發井壁坍塌。若不能有效封堵住；油基泥漿、水基泥漿效果一樣。此時提高泥漿密度不起作用反而密度愈高，井塌愈兇，甚至形成惡性循環。引起惡性坍塌。有效封堵的效果與由泥漿引起地層P塌的增加直接相關。其增加值可達到2.00以上。由于目前國內外泥漿封堵技求并未完全過關，所以P塌明顯上升是一個普遍現象.從鉆進這類地層經驗中總結的地層P塌一般偏高較多。上述作用與影響與水化作用無關。若有水化作用，二者疊加，問題更為復雜。因此:有效封堵住裂縫是其根本。41

巖石吸水后嚴重增加P塌:

非破碎地層,不水化巖石,但從泥漿中吸水(正壓差、界面作用、化學位差引起),也將引起巖石力學性質的變化和強度的降低。其結果將引起地層坍塌壓力P塌的明顯上升。因此如何防止鉆井液中自由水(濾液)進入地層是降低其坍塌壓力P塌防止井塌的重要內容。這將要求能有效即時對井壁巖石(納米級)細微孔隙、裂縫實施有效封堵。這是至今認識不夠的問題。(現在的防塌技術中沒有這部份內容,氣體鉆井中有表現)。42㈢、降低地層坍塌壓力P塌研究

1.泥漿引起P塌增加由于:目前國內外防塌泥漿漿技術都未考慮泥漿引起P塌的上升,也測不出這個P塌的上升值。同時國內外泥漿技術的水化抑制能力與有效封堵能力都遠遠達不到要求;現有鉆井液大多要增加地層坍塌壓力，且不同體系引起地層坍塌壓力增加的幅度不同(0—2·00以上)。因此現在現場所總結出來的防塌泥漿密度將隨泥漿不同而異;而且一定是被泥漿作用后而增大了的數值;這個被泥漿作用后而增大了的數值(0—2.00以上);

所以降低地層P塌將有很大的空間。43

因此,改進和發展泥漿技術則可能降低地層坍塌壓力P塌,而且可能降低的空間還較大。降低地層坍塌壓力P塌就可以降低防塌必須的泥漿密度。鉆井中盡可能降低泥漿使用密度是鉆井技術的基本要求,所以降低地層坍塌壓力P塌值得探討。可能成為井壁穩定技術發展的一個重要方向,即泥漿的化學作用與巖石力學作用結合起來。44

鉆井中地層坍塌壓力P塌有兩部份:①、由地應力和巖石力學因素產生,一般情況下都不太大;正常情況下多為0(異常地應力除外)。

②、由泥漿各種作用而產生的坍塌壓力,其增加的值因地層和泥漿類型而異,可達0·00—2.00以上.有較大降低空間。降低地層坍塌壓力P塌實際上是改進和發展泥漿技術來消除②的影響和作用(即降的是泥漿各種作用而產生的坍塌壓力)。45

對于由泥漿各種作用而產生坍塌壓力②國內外—直還沒有實用的測定、計算的方法。但建立這種方法可能性較大。實際上它是地層巖石受泥漿作用后而產生的相對于原有P塌的一個增值。因此,它的測定與計算和所用力學理論模型的適用性和可靠性無直接關系,從而使其測定的可能性和可信度大為提高。從而具有較好的實用價質。

2、基于測井資料開展坍塌壓力剖面(P塌)及降低P塌的研究基于測井資料可以計算三個壓力剖面(P塌、P被、P孔),利用以上思路則可能計算出不同泥漿引起地層坍塌壓力的增加值。

46力學本構關系巖石力學性質、強度

原地應力

井周應力強度判別準則

巖石性質與強度地層坍塌應力、破裂應力

孔隙壓力合理泥漿密度上、下限47巖石力學與強度參數巖石彈性模量泊松比內聚力巖石抗壓強度巖石抗張強度固有抗剪切強度原地最大水平主應力原地最小水平主應力垂向應力孔隙壓力地應力求P塌:需要巖石強度參數和地應力參數48開展分析研究的關鍵性參數:⑴、巖石力學性質與強度⑵、地應力⑶、地層孔隙壓力（異常地層壓力）其中巖石強度、地應力都是依靠測井資料,

地層孔隙壓力可以依靠測井資料和鉆井錄井資料，但目前一般也多用測井資料,其中聲波時差測井應用最廣。49孔隙壓力輸入垂直井測井資料：密度、伽馬、聲波等計算原地應力、巖石力學性質與強度巖石力學本構關系在設計井斜角下對原地應力進行坐標變換計算井壁應力計算井壁主應力計算井壁有效應力強度判別準則巖石強度資料安全泥漿密度上、下限計算剪切破裂壓力、張性破裂壓力巖石力學測井資料的作用基于測井資料測定、計算三個壓力剖面

(P塌.P破.P地)50

泥漿引起地層P塌的測定:

⑴.在用測井資料測定、計算三個壓力剖面時,首先依靠測井資料反演測定計算出地應力、巖石力學性質與強度、地層孔隙壓力,然后再應用計算井周應力的巖石力學理論模型計算出P塌、P破.

在用測井資料測定計算出:地應力、巖石力學性質與強度時,都是采用的以井下沒受泥漿作用的巖石為基礎而建立的反演理論模型,因此求出的應是巖石沒有受泥漿作用時的力學參數,而算出的P塌為沒有受泥漿作用時的P塌.

51

假若通過理論與實驗研究建立巖石受泥漿作用后的測井參數與其巖石力學參數的反演理論模型,再將此模型用于“由測井資料測定計算出地應力、巖石力學性質與強度”則由此計算出的P塌則為巖石受泥漿作用后的P塌,它更代表井下實際的P塌。(當前工程測井研究的一個重點)

而兩者相互比較、校正則可對比出泥漿作用前后產生的坍塌壓力。這可用作為現場使用泥漿引起坍塌壓力增加大小的實際評價方法。

不同的泥漿此差值不同,差值越小,則泥漿防塌能力越好,反之則越差。差值為0則為最好。

若選用此差值小的泥漿,則將降低該井井下實際坍塌壓力。52

3、降低地層坍塌壓力P塌的實驗評價方法:

⑴.利用工測測井的方法測定井眼地層的地應力和孔隙壓力和井眼地層的坍塌應力P塌1;

⑵、現場總結井下地層實際的坍塌應力P塌2(防塌泥漿的最低密度);

⑶、使用三軸應力儀測定井壁巖石樣品的力學性質(如彈性模量、泊桑比…)、各類強度及應力—應變過程曲線;

53

采用巖石三軸抗壓強度測試巖石力學性質及強度泊松比μ、彈性模量Ｅ、抗壓強度）:實驗采用了美國GCTS公司制造的三軸巖石強度測試儀RTR-1000（圖）。巖石取材：巖心取自實驗井段巖石或同層位露頭，實驗用巖心尺寸為1″×2″；實驗環境條件：溫度、圍壓摸擬井下。

54⑷、選用一個適用的井壁應力計算理論模型(例如采用Anderson模型)及巖石破壞準則(常用Mohr-Coulomb準則)進行計算出對應井下地層的坍塌應力P塌3;⑸、樣品處理(在專用的摸擬裝置):

將巖樣與不同工作液:

不同抑制性工作液;

不同封堵能力的工作液;

油田常用各類典型泥漿體系,所研究的泥漿體系………

在設定的條件下(可摸擬井下)作用一定時間如24h55

⑹、將井壁巖石樣品用所用(待測)防塌泥漿(按專用處理裝置與標準處理辦法)作用處理后,再同樣使用三軸應力儀測定井壁巖石樣品的力學性質(如彈性模量、泊桑比…)、各類強度及及應力—應變過程曲線;再使用同一合理的模型計算出對應井下地層的坍塌應力P塌4;56

水化(吸水)及水化程度對巖石力學性質和強度的影響Sd/MPaμE/MPa泥巖原樣30.40.0922228＋清水泡垮-

-

＋飽和Ca2Cl16.50.1081526＋20%Ca2Cl15.20.111458＋10%Ca2Cl13.50.181358＋5%Ca2Cl8.50.251150＋1%Ca2Cl泡垮-

-

57封堵作用的影響泥巖Sd/MPaμE/MPa原樣30.40.0922228磺化瀝青(3％)泡垮-

-

不滲透（1％）泡垮-

-

EP-1(3％)泡垮-

-

聚已二醇(10％)12.90.291281納米乳液(3％)14.30.23153058

⑺

、P塌4≥P塌3;△P塌=P塌4-P塌3(即所用泥漿引起這個地層坍塌壓力的增加);⑻

、對比不同泥漿體系的△P塌,則可評價出各體系及防塌劑對該井該地層的防塌(各類)能力的高低;⑼

、對比P塌1、

P塌2、

P塌3、

P塌4和△P塌,

就可知現場泥漿實際使用密度可以降低的幅度

＝P塌2-△P塌(可否降到0…)。59

4.建立粘土水化程度和泥漿抑制水化能力評價方法與標準(現有的無可比性);

建立泥頁巖水化程度的評價方法建立泥漿抑制水化能力與地層巖層巖石力學性質、強度的關系及其與地層井壁坍塌壓力的關系。

這是巖石力學與泥漿化學耦合作用的切入點;是泥漿降低P塌的另一有效評價方法。不僅對防塌技術質的提高,而且有利于(大幅度)降低防塌泥漿密度)60

5.建立(水基、油基)泥漿封堵作用與封堵能力評價方法與標準(現基本沒有)⑴.(水基、油基)泥漿封堵作用機理未完全解決

⑵.(水基、油基)泥漿封堵作用與封堵能力評價方法與標準未完全解決

①.對地層孔喉(隙)的封堵(已基本解決);②.對0.1mm以上微裂縫的封堵(基本解決);③.對微米級微裂縫的封堵(基本未解決);

④.對納米級細微孔隙、裂縫的封堵(完全末解決);⑶.封堵劑與封堵技術發展受到阻礙:

使得目前國內外泥漿封堵技術并未真正過關,則現用泥漿技術引起P塌的增加不容低估.616、降低P塌的意義:

★

.為提高機械鉆速提供一個很好的技術平臺:

提高機械鉆速最有效的辦法是盡可能降低泥漿密度。盡可能低的泥漿密度本身就能解放機械鉆速,而且也是一切提高機械鉆速的鉆井工具和鉆井技術充分發揮其效能的最佳技術平臺。但它受限于地層流體壓力和地層坍塌壓力而無法實現。現在,全過程欠平衡鉆井的理念及其實施已經開始打破第一個限制:而大幅度降低P塌的理念和實施有可能為進一步提高機械鉆速提供一條新的有效途徑。62

⑴把地層坍塌壓力降低到:①降到0;②盡可能低;③降到地層流體壓力以下。

⑵,從而大幅度降低鉆井泥漿密度,并在此基礎上根據所鉆地層情況確定最佳鉆井方式:①氣體鉆井(坍塌壓力為0時);②欠平衡鉆井(坍塌壓力降到低于地層流體壓力時);③低密度輕泥漿(坍塌壓力壓力系數降到約1·10左右時)鉆井:

63降低坍塌壓力的優快鉆井技術(應用實例)2006年以來在塔里木羊塔克地區0-4000米井段的鉆井中利用上述原理進行現場實驗。試驗目的：利用上述原理。通過所鉆地層庫車組，康村組巖石與泥漿作用前后力學性質及強度變化研究，以現用泥漿體系為基礎，加以改進完善研究出能將可鉆地層現在存在的坍塌應力明顯降低的泥漿體及其應用技術。使可鉆地層的坍塌應力有了一個明顯的降低，從而在其它所有條件不變的情況下大幅度提高了機械鉆速。64試驗結果：

地層巖石經泥漿作用前后的力學參數序號泥漿抗壓強度（圍壓45Mpa）泊松比彈性模量1KPAM109.90.1264039280A5170.00.37637773144B103.10.17745754FA36793.50.12640395PAC-HV89.40.13434126JT-88872.00.34622507XY-27100.80.19143998雙聚銨鹽109.40.34236159KHPAN84.80.376377710CMC-HV57.40.168311911CMC-LV未測未測未測12DRISPAC未測未測未測13清水0.42————65

不同泥漿體系相對于現用聚合物泥漿體系能降低的坍塌壓力：泥漿體系相對于現用聚合物體系地層降低的坍塌壓力（密度）現用聚合物泥漿+EP-2(3%)0.3604-0.4808現用聚合物泥漿+KCL(5%)0.6662-0.9032現用聚合物泥漿+KCL(10%)0.6725-0.9290現用聚合物泥漿+KCL(10%)+聚合醇10%0.7463-0.9830現用聚合物泥漿+KCL(5%)+EP-2(3%)0.6311-0.8774現用聚合物泥漿+KCL(10%)+EP-2(3%)+聚合醇10%1.1427-1.1503注：泥漿作用前地層的坍塌壓力(密度)計算值為0.0057

現泥漿作用后地層的坍塌壓力(密度)計算值為1.1892

現泥漿使P塌增加1.183566不同泥漿體系相對于現用聚磺泥漿體系地層能降低的坍塌應力泥漿體系相對于現用聚磺體系地層降低的坍塌壓力（密度）現用聚磺泥漿+KCL(5%)+EP-2(1%)0.1885-0.2712現用聚磺泥漿+KCL(10%)+EP-2(3%)0.3257-0.495現聚磺泥漿+聚乙二醇(10%)+KCL(10%)0.2436-0.3487該地區本井段實用防塌泥漿密度為1.35以上，故優選上述實驗泥漿體系，很容易將P塌降到1.00以下。綜合考慮其它因素確定實驗方案。67降低坍塌壓力的“輕泥漿”快速鉆井技術研究進展順利經過兩年研究和現場試驗，2007年現場應用取得良好效果。羊塔克3井0～4009米井段采用“輕泥漿”技術鉆進，全段泥漿密度比本地區鄰井降低了0.20g/cm3以上(由1.35降到1.15)，井壁同樣穩定且平均鉆井速度達到9.93米/小時，節約鉆井周期43天。在三開121/4"井段平均機械鉆速達到了10.92米/小時，創造了羊塔克區塊本井段機械鉆速最高紀錄。資料來源：塔里木2007年鉆井工作總結68

⑶,以低、較低密度泥漿為基礎，針對地層特點，優化集成現有快速鉆井的成熟技術，包括高壓噴射技術（包括特殊噴嘴）;

鉆井參數的優選、水力參數優選;

泥漿體系及流變參數優選;

新型鉆頭研制及鉆頭優選;

井下動力鉆具應用；復合驅動鉆井技術……

以形成一種適用于所鉆地層的新的快速鉆井系列配套技術。為進一步提高現有機械鉆速提供一種新的可能途徑。69

★

.擴大安全壓力（密度）窗口ΔP窗（Δr泥）：

對于由井漏和井塌構成的窄安全壓力（密度）窗口

P破(漏)＞P泥＞P塌,(P塌＞P地),ΔP=P破－P塌

(P既指壓力又可代表密度,下同.)

降低P塌是擴大安全壓力（密度）窗口最有效的途徑。

★

.有利于減少井下復雜與事故。降低鉆井液成本。

70

用此思路和方法把泥漿的化學作用與巖石力學作用結合起來,為實現巖石力學與化學的偶合對井壁穩定問題的研究提供了一種可能的方法和途往；成為井壁穩定技術進一步發展的一個重要方向。用此思路和方法指導改進和發展泥漿技術則可能較大幅度降低地層坍塌壓力P塌,從而較大幅度降低防塌必須的泥漿密度。為解決我國復雜地層深井鉆井技術難題和進一步提高機械鉆速提供了一個很好的技術平臺。應該是一個值得深入探討和研究的重要問題。

71三、提高地層承壓能力(提高P破、P承、P漏)

地層承壓能力高低是一個相對的概念。提高地層承壓能力一般有以下幾種情況:

在裸眼井段:1、上部地層只能承受低密度泥漿才不漏,而下部將鉆進高壓地層或高坍塌壓力地層。必須提高上部地層的承壓能力。

2、鉆進上部地層必須用高密度而下部地層不承壓。

3、噴—漏同層…

而提高地層承壓能力的操作可以隨鉆進行,也可仃鉆進行(包括鉆井正常,固井漏)。顯然這是屬于窄、負安全密度窗口才有的問題。其中噴—漏同層最為復雜。72

其通常表現:

全井段表現出隨鉆隨漏、遇漏必堵(容易堵住);堵完再鉆、再鉆再漏、再漏再堵；堵完又鉆、又鉆再漏、又漏再堵;再鉆又漏……一直循環往復直致結束。全井段（整個地層）漏點多、反復出現、位置不定、漏失頻繁；且漏點隨鉆頭不斷下移,而固井還可能漏,還得再提高承壓能力……

這是一種很難解決的惡性漏失。73

它是當前鉆井(特別是深井鉆井)常迂到的頭疼問題。特別是使深井重泥漿鉆遇高壓鹽水層與低承壓地層時困難重重;使深井鉆迂高壓氣層(特別是高壓、高產、高含H2S氣層)與低承壓地層時的風險大大增加。現在承壓堵漏是大家提高地層承壓能力常用的辦法的,有一定的效果,但成功把握不大。成為當前制約我國鉆井發展的一個重大技術難題。74㈠、提高地層承壓能力的技術思路

我們鉆井所遇到的承壓能力低的地層大多數是裂縫發育及微裂縫發育的地層

.我們衡量地層是否承壓的標準是在泥漿壓力(靜十動)作用下地層是否發生漏失。

所以地層承壓能力P承與P破、P漏是一致的。提高地層承壓能力P承就是提高P破或P漏。地層承壓能力高低與巖石本體組成與力學性質無必然的聯系。主要與地層裂縫及微裂縫發育狀況密切相關。

75

必須認真搞清礎地層承壓能力低的機理從而提出提高地層承壓能力的原理和思路。近十年來國外對提高地層承壓能力作了大量研究工作提出多種的井壁強化機理(提高地層承壓能力)（1）防漏顆粒護壁的強化井壁理論（2）裂縫填塞模型（3）控制裂縫漏失的閉合壓力理論

(4)“應力籠”（Stresscage）概念

但無公認的定論,也未形成成熟技術國內對”承壓堵漏“也進行大量研究和實踐,取得不少成果,但并無把握。76

共同的認識:1、泥漿改變井眼周圍的應力分布;2、不承壓是因為泥漿柱壓力>地層裂縫開啟壓力,從而誘導地層裂縫開啟到致漏寬度;3、〝填塞段〞使其前部裂縫中流體壓力=P地;4、〝填塞段〞保持裂縫開度,從而增加井眼周向應力從而增大地層裂縫開啟壓力(提高地層承壓能力)771.裂縫性地層承壓能力低的機理(原因)

綜合國內外相關研究思路和成果,進行分析和研究形成相應的認識、原理、思路和方法:⑴．地層破裂（壓力）與地層承壓能力鉆井工程中常把地層破裂壓力(地層裂縫開啟壓力)作為地層承壓能力的標志。即是泥漿柱壓力（靜＋動）把地層壓裂而造成漏失的壓力。它是以漏失與否來衡量。因此，地層承壓能力是指鉆井、完井中井眼地層防止（承受）泥漿柱水力壓裂的能力。78

⑵．地層被壓裂（承壓能力低）發生的機理

根據斷裂力學和地層水力壓裂的原理，地層被泥漿柱壓裂的機理為：

①.井壁地層巖石表面存在有“缺陷”、“瑕疵”，包括地層巖石的解理、層面、裂隙(它能引導液相進入地層)。而地層中的天然存在和鉆井所形成的各種微裂縫，細微裂縫則是影響突出“缺陷”、“瑕疵”。它能引導工作液液相進入地層

②.P泥（靜＋動）＞P地.且P泥（靜＋動）大于地層巖石的抗張強度（對于以脆性為主的巖石抗張強度并不大）。

79③.由于對地層的正壓差使泥漿或泥漿濾液沿裂縫進入地層。

若泥漿液相進入裂縫的速度＞泥漿液相沿裂縫縫面濾失速度，裂縫中液相體積不斷迅速增加并垂直沿裂縫面方向對地層產生張應力（其大小由P泥和縫面大小決定），并在裂縫尖端產生應力集中。當此應力大于地層抗張強度，則發生水力尖劈作用。裂縫尖端不斷向地層深部發展漫延，形成誘導裂縫而壓開地層，并不斷擴張、增大開度，達到致漏寬度；增加長度向內部延伸，最終溝通地層內部漏失通道，產生漏失。表現出地層被壓裂，和地層不承壓。

80

因此地層被壓裂或承壓能力低(不承壓)的原因(機理)為:A、地層有“缺陷”、“瑕疵”，特別是有各種微裂縫，細微裂縫影響更為突出。

B、泥漿柱對地層正壓差。驅使泥漿液相進入細微裂縫

C、泥漿液相進入裂縫的速度＞沿裂縫面濾失速度。

D、P泥大于巖石抗張強度。

因此地層被壓裂或承壓能力低(不承壓)的根本原因是泥漿柱壓力對地層已有各類裂隙、裂縫產生水力壓裂作用的結果

。81④.大多數承壓能力不夠的地層都是裂縫發育的地層。其中存在兩類裂縫:A.地層各處分布有寬度大于0，1--0，2mm可直接引起泥漿漏失的天然垂直裂縫（稱為〝天然致漏裂縫〞）。當鉆遇這部份裂縫,且又是正壓差時：

則立即發生漏失，P地可視為漏失壓力,漏速由縫寬、縫長和漏失面積、正壓差、泥漿流變性、泥漿泵壓、排量等因素決定；理論和實踐表明:0.5mm的裂縫只要總長度達到幾M,就可能造成明顯的漏失。

82

當漏失通暢、泥漿柱的壓力高;正壓差大，泥漿柱的高壓力傳遞到裂縫中,且足夠大到導致此裂縫進一步開啟擴大(天然致漏裂縫因誘導而擴大)則漏速加大而惡化，(即一方面漏失，同時一方面因漏失而進一步擴大裂縫而加大漏失,由小漏↗大漏…)。所以對這種漏失必須及時進行堵漏。

因此即時有效的堵住這部份天然致漏裂縫，解決由它引起的漏失問題是鉆進這類地層的首要住務。它是地層不承壓的重(首)要內容.83

B.地層各處分布有大量小于0.1mm的天然垂直微裂縫和細微裂縫(微米級),或裂縫完全即閉合。雖然在鉆遇它們時不能直接引發漏失(“特稱為非致漏天然裂縫”)，但在正壓差作用下泥漿液相進入地層，在泥漿柱高壓力的作用下對地層產生水力尖劈作用而使裂縫產生、開啟、擴大……到“致漏程度”,從而產生漏失；…;同理泥漿柱過高的正壓力的繼續作用可能導致此裂縫的進一步開啟擴大，則此漏速可能因此而不斷增大,惡化……。即由不漏→小漏→大漏…

84

其中A為P泥>P漏的漏失;B屬于P泥>P破(P承…)引發的漏失問題,或P泥>裂縫開啟壓力(即地層不承壓)。

但二者常常同時存在。即地層承壓能力低的問題常常是二者綜合的作用結果。

85

C.由正壓差引起的泥漿液相進入地層而高泥漿柱壓力引發的水力尖劈作用而產生的誘導漏失對各類裂縫都起作用，對已堵的裂縫也可能存在。而這種作用在已鉆井段井壁上的任一處，在鉆迂時和鉆過后的任一時間里可能發生,從而使漏失產生并惡化,表現為全井段不承壓。

這也是全井段多點漏失，反復漏失，堵了一處后又可能引發它處，且漏點位置出現沒什么規律的根本原因。86

綜合而言:這是全井段表現出隨鉆隨漏、遇漏必堵;堵完再鉆、再鉆再漏、再漏再堵；堵完又鉆、又鉆再漏、又漏再堵;再鉆又漏……一直循環往復直致結束。全井段（整個地層）漏點多、位置不定、漏失頻繁；且漏點隨鉆頭不斷下移的原因。因此是提高地層承壓能力必須解決的主要難點和重點。87

國外的研究資料表明:

在裂縫發育的地層中天然裂縫中絕大多數造成“有進無出”嚴重漏失的裂縫開始時寬度都為0(閉合)。全世界只發現了很少天然張開的，可使泥漿流動進入的裂縫(屬于致漏天然裂縫)，主要在非常堅硬的巖石中。在大多數情況下，天然裂縫在地應力作用下都是閉合的(屬于非致漏天然裂縫)，漏失并不會發生。因此當泥漿柱壓力大于地層裂縫閉合壓力時,使其裂縫張開到一定(致漏)程度從而引發漏失(表現為地層不承壓)88

2.提高這類地層承壓能力（P破、P承）的途徑

包含以下兩項必要的內容。⑴.防止誘導裂縫產生、擴張:

①.提高泥漿抑制性，降低地層水化程度，提高井下地層抗張強度，從而提高地層破裂壓力（承壓能力）。據研究資料表明：設在井深3000米井段的泥頁巖；若頁巖不水化→水化，則：P破=2.53↘

1.46

②.提高泥漿對細微裂縫的即時（瞬間）、有效（K＝0）封堵，阻止泥漿液相進入地層“非致漏裂縫”通道：阻止水力尖劈作用的發生。(微米級、納米級的有效封堵)

地層不被壓裂,則承壓能力提高。

89⑵.對鉆遇的致漏裂縫,在漏失中立即成功封堵,且保證其不再被誘導壓裂而再次漏失。

漏失時泥漿中的固相粒子隨泥漿同時進入裂縫,若泥漿中含有能“卡”在裂縫狹窄處(架橋)的固相粒子,且含有大量能夠發生“充填”的各級粒子,則必然在狹窄處發生“架橋、充填”作用而形成一“堵塞段“(漏失不通暢)。若“堵塞段”承壓強度大于P泥－P地，

且其孔隙小到不允許固相顆粒通過,則只發生液相滲流,漏失仃止。

若“堵塞段滲透率k小到泥漿濾液進入裂縫的速度小于沿縫面濾失速度，則不發生水力尖劈作用,不會再壓漏地層。90

若泥漿壓力把“非致漏裂縫”裂縫誘導開啟到“致漏程度”

(壓漏地層)在漏失中立即成功封堵,而保證其不再被壓開漏失時泥漿中的固相粒子隨泥漿同時進入誘導裂縫,若泥漿中含有能“卡”在裂縫狹窄處(架橋)的固相粒子,且含有大量能夠發生“充填”的各級粒子,則必然容易在入口不遠處發生“架橋、充填”作用而形成一“堵塞段“,若“堵塞段”承壓強度大于P泥－P地，

且其孔隙小到不允許固相顆粒通過,則只發生液相滲流,漏失仃止。91若“堵塞段滲透率k小到泥漿濾液進入裂縫的速度小于沿縫面濾失速度，使其“堵塞段“前端裂縫內流體因濾失而使其壓力＝地層壓力;

則:裂縫閉合且閉合壓力作用在“堵塞段“上。“堵塞段“必須抗住裂縫閉合壓力的擠壓作用水力尖劈作用停止，裂縫不再擴張、延伸，92

⑶.綜合分析：

①.其中⑴是防止和減少誘導裂縫產生，⑵

是對各類致漏裂縫封堵完成后的更高要求（封堵段抗壓強度大于ΔP,滲透率盡量小，最好為0）。

②.然而要作到⑴、難度很大，現在技術還不過關，還須進一步攻關研究。而要作到⑵

相對容易。

③.分析發現：若⑴、作不到則誘導裂縫必然產生和擴大，最后發展到致漏程度。即必然轉化為⑵。若⑵能解決則整個問題就可能解決。93

因此，解決這類問題的思路：

A.對天然致漏裂縫的成功封堵;

對誘導產生和擴張到致漏寬度的誘導裂縫進行及時成功封堵;

防止已堵裂縫的再次擴張和大進一步擴大.

即迅速堵住各類(天然和誘導)致漏裂縫而有效堵漏;同時使裂縫中的堵塞段的強度抗住裂縫閉合壓力的擠壓作用且大于P泥—P地,且其滲透率↘0。這些任務可以在鉆井循環過程中解決(即隨鉆封堵防漏)，也可在解決不了時仃鉆堵漏。94B.”填塞段”嵌入裂縫中保持裂縫開度,好比向井眼周邊打入一個楔子一樣從而增加井眼周向應力,因此而增大地層裂縫開啟壓力(承壓能力)。增加值:式中：—大于裂縫壓力的數值（超過最小主應力的數值）；W—是裂縫寬度；R—裂縫半徑；E—地層的楊氏模量；V—地層的泊松比；填塞段95㈡.裂縫即時有效封堵技術(封縫即堵技術)

1.裂縫即時有效封堵技術幾點設想:

⑴.封堵住地層中所有致漏裂縫則堵住漏層。

⑵.鉆遇任一己知寬度的致漏裂縫都能作到在漏失很短的時間內(幾分鐘)、漏失量很小的情況下封堵住此裂縫。且其堵塞段抗壓強度可以達到幾十兆帕,其滲透率↘0。特稱它為對裂縫的封縫即堵技術。

⑶.當誘導裂縫產生、逐漸擴大到致漏寬度時,立即開始漏失,上述封縫即堵作用立即發生,只要封縫即堵速度大于誘導裂縫擴張速度,則誘導作用仃止,地層不再因誘導作用而漏失。

則地層承壓能力因此而提高到所需程度。它可以隨鉆進行,也可仃鉆進行。96

2．裂縫即時有效封堵技術：裂縫封堵機理,經研究證實：對任一致漏裂縫它可由一逐級分布的顆粒系列完成即時有效封堵(“單粒架橋、逐級填充“)：

⑴單粒架橋→變縫為孔→逐級填充→最后填“死”

⑵

架橋（橋塞）粒子形狀—

不規則,粒狀最好；尺寸－與裂縫尺寸匹配；1/2-2/3規則。抗壓強度—

決定堵塞段承壓強度（剛性為宜，果殼粒子的承壓能力不如大理石等顆粒）濃度—

粒子個數/M3,可由實驗確定；密度—

適當

97⑶.填充粒子:為一“粒級小于架橋粒子的級配按逐次遞減分布的粒子(品質要求同前)系列”(多級分散粒子的粒度分布曲線連續、平滑)。總用量2—3%。事實上往往針對地層大小各級裂縫的架橋粒子系列本身又是填充粒子系列。⑷.配合部份片狀,纖維狀及可變形粒子…。98⑸.需要研發一系列不同粒級(0.05—2.00mm)剛性、不規則的固體微粒作為封堵裂縫提高這類地層承壓能力（P破、P承）的基礎材料表實驗中顆粒等級和尺寸等級0ABCDEFG目數6～1010～2020～4040～6060～8080～100100～120>120大小（mm）3.2～2.02.0～0.90.9～0.450.45～0.30.3～0.20.2～0.150.15～0.125<0.125993.

其它影響因素的影響

⑴.壓差愈大，堵塞愈緊，承壓能力愈高。

⑵.擠泥漿速度應低，過高會使誘導裂縫擴張過快，導致封縫即堵失敗。

⑶.顆粒性質與濃度的影響“單粒架橋、逐級填充“封縫堵漏只針對致漏裂縫起作用，而裂縫體積很小。只要顆粒在漏入裂縫的過程中有效的起作用（關鍵是架橋粒子），則無需多大濃度即可有效。可由實驗確定。例如2mm縫架橋粒子1—2%;1mm縫架橋粒子1%;0.5mm縫架橋粒子0.5%,0.5mm縫架橋粒子0.5%……。

100

⑷.大顆粒、高濃度的橋塞顆粒對裂縫有效封堵的干擾：這是目前這類地層鉆進前提高其承壓能力和鉆進中承壓堵漏和完鉆后固井前提高其承壓能力十分困難的一個重要原因，其具體現象是：作業時起鉆致套管鞋→擠入堵漏漿(粒度大、濃度大)到下部漏失井段→擠泥漿蹩壓(一般容易達到10MPa以上)→靜置候堵(一般能蹩住壓力)→卸壓→下鉆→循環排出堵漏漿→再起鉆作承壓試驗。一般一次難成，多次反復可以使其承壓能力達到要求(＞NMPa):101

上述現象，是一個普遍的規律,

在試驗研究中完全可以模擬出相同的現象；對地層裂縫的封堵可有兩種方法

A)粒子進入裂縫通過架橋，逐級填充在其中形成“堵塞段”實現封堵，其封堵能力取決于“堵塞段”性質(承壓強度與滲透率)。

B)在井壁裂縫表面堆集、沉積、承壓，而起到堵塞漏失通道達到堵漏及提高承壓能力的目的。但由于表面沉積物的阻礙,堵漿中的大量橋塞粒子并未充分進入裂縫，裂縫并未填塞好。泥漿循環沖刷掉表面沉積物后則堵漏及提高承壓能力失敗。

尺寸大于裂縫開度的粒子(片狀)影響大,濃度高影響大。運動狀態下封堵有可能減小這種影響。

102與現用“橋塞承壓堵漏”的不同:A、要求不同:快速、裂縫內淺部形成抗壓強度能抗住裂縫閉合壓力的擠壓作用且大于P泥—P地的堵塞段,且其K↘0.B、架橋與逐級填充顆粒:剛性抗壓、不規則粒狀為主,片狀、纖維狀、可變形微粒為輔;C、進入裂縫縫起作用,而不能封堵裂縫表面,慎用片狀、纖維狀大顆粒。動態堵比靜態效果好。

D、改進、提高、發展現有堵漏劑。1034.“隨鉆封縫即堵提高地層承壓能力”技術:

在前述研究成果的基礎上產生的一種隨鉆提高地層承壓能力(或漏失壓力或破裂壓力),實現隨鉆防漏的一種新思路(作法)：主要目的是針對性的封住各類裂縫。

⑴.在鉆遇漏層的致漏裂縫(天然或誘導)發生漏失時,泥漿立即(在很短時間(1—2分鐘)內)，漏失很少量（1一2方）時迅速)堵住天然致漏裂縫有效的堵住漏失并使“堵塞段”抗壓強度較大且其滲透率很低(接近為0),能制止其進一步擴大,稱為“隨鉆封縫即堵技術”；如果其整個過程很快,且漏失很小，則可看成為隨鉆防漏。前面的研究己經證明這完全能實現；104

而且這種“堵塞段”不僅“既堵住漏又不再被壓漏”即從而起到了提高地層承壓能力的作用;而且根據國外提高地層承壓能力的各種井壁強化機理:

這種“堵塞段”額外增加井壁的周向應力,這個周向應力的增加提高了裂縫的初始開啟壓力，可以有效的提高井眼承壓能力-----《MSAstonetal.（2004，87310）“應力籠”概念》;

從而從兩個不同的方面提高了這類地層的承壓能力105式中：△P—增大的裂縫開啟壓力(承壓能力)；

W—是裂縫寬度；

R—裂縫半徑；

E—地層的楊氏模量；

V—地層的泊松比；通過計算分析發現：裂縫寬度增大到1mm，半徑在1m，對于深部(比較堅硬)地層可以提高井眼承壓能力△P=6.895MPa。106

⑵.對于誘導擴張到致漏程度的誘導裂縫利用“有效封縫即堵技術”實現隨鉆防漏的原理：由于水力壓裂造縫過程:液體進入裂縫→產生水力尖劈作用→產生誘導裂縫→（從細微）裂縫開始擴大→到致漏程度…對于清潔的“壓裂液”是一個很快完成的過程.

但對于高含各種固相粒子的泥漿(特別是重泥漿,尤其是含有各種架橋、封堵顆粒的重泥漿)則不是。泥漿造縫的同時,其固相粒子即可能對所造裂縫架橋、充填形成“堵塞段”，只要此“堵塞段”達到前述要求,就可以有效阻隔泥漿柱的壓力往裂縫的傳遞,從而制止裂縫的產生和擴大。實現隨鉆防漏107

其作用過程可簡示如下：當鉆遇致漏天然裂縫，泥漿在漏失中發生即堵,立即堵住漏失并防止它進一步擴大和惡化；當鉆遇非致漏天然裂縫或微裂縫時，在裂縫沒有被誘導發生和擴展到致漏寬度前不發生漏失，則此時泥漿堵漏和防漏作用不表現。一旦誘導裂縫寬度發展達到致漏程度時泥漿即堵效能則立即發揮而起到防漏作用。

108應用技術隨鉆封縫即堵技術:

可用隨鉆向泥漿中加入一定級配的顆粒系列來完成,主要針對誘導裂縫的產生(對誘導致漏裂縫實行封縫即堵),顆粒級配一般0.10—0.50mm,加量約3—5%。注意泥漿性能的調控及振動篩的應用;

也可用幾方—十幾方含各種級配粒子的泥漿段塞(作用10—20分鐘)來完成,主要針對“致漏裂縫”與誘導裂縫的產生,顆粒級配一般0.10—3.00mm,加量可大于10%。而無需仃鉆。

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所用顆粒系列:架橋粒子及填充粒子的粒度大小與級配及用量可按前述原理通過試驗確定。在重泥漿中更容易實行。若天然致漏裂縫偏大(5-10mm)，一鉆遇就表現出有進無出的惡性漏失，則應轉入以此原理(依次增大架橋粒子的粒徑)為依據的停鉆承壓堵漏。在現用較多的橋塞堵漏泥漿配方的基礎上加入3—5%的上述系列剛性顆粒即可,若,在封堵時考慮攪拌則效果更好。若致漏裂縫過大(＞10mm)則轉入惡性漏失的堵漏:比如采用特種凝膠系列堵漏技術。110現場試驗

該技術在準噶爾盆地各區塊的探井及開發井進行了現場應用，通過現場的應用效果表明采用該技術可有效提高地層承壓能力及堵漏成功率。序號井號地層當量密度g/cm3提高后的當量密度g/cm3當量密度提高g/cm31盆8白堿灘組以上地層2.102.250.152烏355風城組地層1.371.670.303T87530八道灣組以上地層1.331.410.084DXHW183梧桐溝組以上地層1.251.370.125DXHW182梧桐溝組以上地層1.261.370.116檢烏52下烏爾禾組以上地層1.381.480.107紅053八道灣組以上地層1.301.390.098白26風城組地層1.191.260.079DX1806梧桐溝組以上地層1.251.350.1010DX1812梧桐溝組以上地層1.251.350.10111

惡性漏失:(1),漏速很大、大到無法建立正常的循環(如“有進無出”…)(2),無法采取隨鉆堵漏,必須專門堵或仃鉆堵

(3),用常規橋塞堵漏技術無法解決；或目前各種常用堵漏技術無法解決；或無法在幾（1—3）次之內解決(需很多次重復，反復堵才能堵住)。這類漏失大多發生在地下裂縫(洞)發育的地層。這是