3.3.6.1堵漏技術
多年的勘探實踐表明，在海相地層鉆井施工中，經常遇到漏失問題，有些井漏嚴重。以四川盆地為例(中國典型的海相沈積地層)，鉆井過程中全盆地都存在不同程度的井漏。統計結果顯示，中國石化東北勘探區井漏率為80%。從井漏的數量來看，嘉陵江組和飛仙關組是最常見的海相地層，但陸相地層和海相地層對井漏的處理有很大差異。陸相地層以簡單井漏為主，海相地層多在同壹層。這也決定了川東北陸相和海相地層在防漏堵漏技術上存在很大差異。
(1)海相地層滲漏特征
1)上覆海相地層漏失。川東北海相地層大部分被厚度在2000米至5000米的陸相地層所覆蓋，這種井漏主要是由小的溶孔與裂縫連通造成的。鉆井液密度壹旦增大，就會發生嚴重的漏失，嚴重時就會漏失。
2)海相地層直接出露地表(雷口坡組出露地表)。壹般來說，這種地層會發生非常嚴重的漏失，處理起來也非常困難，如最近完成的金雞1井和早期完成的大田8井等。這主要是由於地表水對碳酸鹽巖的長期溶蝕風化，形成了以溶洞和大裂隙為主的滲漏通道。
3)海相灰巖沈積地層的裂縫滲漏。飛仙關組漏失典型且嚴重，而長興組及其以下地層，由於井身結構的限制，多為不同壓力系統間的不平衡漏失，主要為壓裂或誘發漏失。
(2)海相地層防漏措施
根據現場實踐經驗，進入海相地層後，除了遵循壹般的作業技術防漏規定外，還應註意以下幾點:
1)在設計和選擇鉆井液密度時，鉆井液的靜液柱壓力應低於地層破裂壓力或漏失壓力，但高於地層孔隙壓力，以防止井漏和井噴。對於漏壓較低的軟弱地層，可以有計劃地進行人工堵漏，提高其承載力，然後再小心地增加密度，恢復鉆井。
2)鉆遇滲透性好的海相地層時，應適當提高鉆井液粘度和剪切力，降低濾失量，提高泥餅質量，增強造壁和護壁能力，以提高地層漏失壓力，降低漏失量。
3)堵漏或承壓作業後加重鉆井液時，應根據井下情況逐漸增加鉆井液密度，使承壓能力低的井段逐漸適應鉆井液柱壓力。
4)灰巖裂縫發育帶和溶孔集中帶易漏失，這些地層多為良好的油氣層，鉆井液密度稍高易漏失，稍低易水淹。現場堵漏非常困難。在實際作業中，應采用平衡壓力工藝小心穿越漏層，然後通過人工承壓提高易漏層承壓能力。
5)海相地層埋藏深。在6000米深的超深井結構中，大部分下部井眼是用φ149.2毫米鉆頭完成的。在這種條件下使用高密度鉆井液時，應在保證有效懸浮加重劑的前提下，盡可能降低鉆井液的動切力和靜切力，以降低環空流動阻力。
6)鉆遇海相地層時，應在保證鉆井液良好流變性的前提下，適當加入壹些具有封堵、成膜、填充作用的功能材料，如各種微纖維、非滲透劑、具有微裂縫架橋功能的塗層材料等，以提高泥餅的護壁和防漏能力。
(3)海相地層封堵技術
海相地層滲漏是常見的。以川東北為例，幾乎涉及所有類型的漏失，施工中也采用了各種堵漏技術，主要包括:①隨鉆堵漏；(2)橋漿間隙封閉擠壓復合堵漏技術；③不透水壓力密封技術；④橋漿+MTC堵漏技術；⑤低密度中(高)強度膨脹封堵技術；⑥進料塞封堵技術；⑦凝膠+MTC+水泥復合堵漏技術；⑧封堵用高膨脹吸水樹脂；⑨凝膠膨潤土+橋漿復合堵漏技術；⑩靜態封堵技術；？清水鉆井緩解井漏技術；？水泥堵漏技術。基於近幾年堵漏技術的應用，上述12堵漏技術均在海相地層進行了嘗試，均取得了壹定的效果，但沒有壹項能夠成功處理大部分漏失，主要是因為海相地層的漏失情況比較復雜，已投入使用的各類堵漏技術都有很多局限性，每項技術都只適用於堵漏局部漏失。根據已完鉆井的堵漏經驗，認為在海相地層鉆井遇到漏失時，應首選以下堵漏方案。
1)用不滲透承壓堵漏劑封堵。該技術更適合封堵海相地層中的微裂縫和溶解漏失地層，能有效保護儲層，提高地層承載能力。在川東北毛壩4井、匡3井、龍17井和大田1井進行了應用。
2)高濾失漿液堵塞。堵漏用的高濾失水泥漿配方為:①(膨潤土含量45-60 kg/m3)+1.5 kg/m3石灰+140kg/m3(矽藻土粉和石棉粉的混合物(粒徑小於60目)，比例為2: 1)+6544。推薦使用該公式處理滲透率泄漏；②預水化膨潤土漿(膨潤土含量30 ~ 45 kg/m3)+1.5 kg/m3石灰+140kg/m3矽藻土粉(石灰石粉)+25kg/m3顆粒料(核桃殼粉等)+10kg/m3手術切屑或蔗渣(20 ~ 40目)。③預水化膨潤土漿(膨潤土含量30 ~ 45 kg/m3)+1.5 kg/m3石灰+140kg/m3矽藻土粉(石灰石粉)+25kg/m3顆粒料(核桃殼粉6 ~ 12目)+8kg/m3鋸末或蔗渣(粗-粗)。
3)低密度中高強度膨脹堵漏技術。該堵漏技術主要用於封堵大裂縫、大通道等井漏段，適用於封堵嚴重漏層後的井壁加固，對破碎的漏層有壹定的固井效果，處理後的漏層有壹定的承載能力。即使用該技術封堵了晉機1井雷口坡組306 ~ 1500m井段的大溶洞和裂縫，實踐證明效果良好。
4)高膨脹吸水樹脂封堵技術。高膨脹吸水樹脂堵漏技術應用廣泛，可用於處理各種類型的滲漏。該技術實施的關鍵是樹脂顆粒與泄漏通道的匹配是否合理。顆粒過大時不能有效地進入滲漏通道，顆粒過小時不能有效地停留在滲漏通道內，不容易看到效果，這也是該技術實施的主要難點。
5)橋塞堵漏技術。橋塞堵漏是利用不同形狀和大小的惰性材料與鉆井液按合理比例混合，直接註入漏層的壹種堵漏方法。其中，剛性顆粒在損失通道中起到架橋和支撐的作用，不同的剛性顆粒在不同大小的裂隙通道中可以起到架橋和支撐的作用。柔性顆粒容易變形，有利於架橋和填充，所以最大粒徑可以大於裂縫寬度。關鍵在於架橋顆粒與滲漏通道的匹配以及各種顆粒的配伍是否合理。
6)復合化學封堵技術。常用的化學劑封堵方法是聚丙烯酰胺絮凝劑+交聯劑。該工藝以聚丙烯酰胺為主要絮凝劑，加入鉆井液或水泥漿中可加速固體顆粒的凝聚過程。當堵漏漿液進入漏失通道時，固體顆粒迅速絮凝並擠出水分，形成可壓縮性好的棉絮狀纖維物質，能有效填充孔道。根據漏層性質，聚丙烯酰胺堵漏漿的組成可以任意調整。常用的配方有兩種:①水+(10% ~ 15%)膨潤土+(0.2% ~ 0.5%)聚丙烯酰胺(或水解聚丙烯酰胺)+(2% ~ 3%)膠質磺化瀝青+重晶石形成膠凝稠漿，擠入漏層後會在孔喉形成堵塞或微裂縫。(2)用聚丙烯酰胺+重鉻酸鉀和硫代硫酸鈉配制粘彈性凝膠堵劑。該劑成膠時間可調，無粘卡危險。
7)用復合化學活性物質封堵。常用的堵漏方案有清水670kg+鹽漬土75kg/m3+燒堿6kg/m3+純堿6kg/m3+聚合物6kg/m3+氯化鈉340kg/m3+柴油160 ~ 200kg/m3+核桃殼粉100 ~ 130 kg/m3。也可根據漏失情況加入適量中細纖維，保持濾失量在100ml，粘度在80s以上，泵入漏失井段擠入漏層4 ~ 10 m3，靜置24h止漏。
8)裸眼井段存在高低壓層時，如果高壓層清晰，在鉆遇高壓層之前，裸眼井段應進行人工承壓作業，並采取相應措施提高地層承壓能力；若高壓地層突然打開，應在保證井控安全的前提下，向漏失地層註入堵漏漿，可采用平推或反擠工藝註入堵漏液，盡可能提高漏失地層的承壓能力。
9)膨脹管封堵技術。可用於各種大面積的漏層，前提是漏層準確，漏層已鉆遇。
(4)應用情況
1)川東北黑池1井。黑池1井下沙溪廟組至嘉陵江組存在明顯漏失，其中須家河組漏失最為嚴重，漏失60處，漏失鉆井液3342m3。其中，海相嘉陵江組漏失3次，漏失鉆井液213.9m3，屬於高自然漏失地層。滲漏的主要原因是:①裂縫發育，連通性好，張開程度不同；②該井位於高陡構造，地層破碎多，承載力低；③地層巖性變化大，夾層多，結合部完整性差。該井發生泄漏後，采取了以下技術措施進行處理，取得了壹定的效果:
A.橋塞堵塞。配伍組合為40 ~ 120kg/m3 FDL(復合堵漏劑)+40 ~ 80kg/m3 SDL(隨鉆堵漏劑)+40 ~ 80kg/m3 DF(單向壓力封堵劑)+40 ~ 80kg/m3核桃殼(2 ~ 9mm)+20 ~ 60kg/m3。
b、使用超低滲透鉆井液進行封、堵、承壓。也就是說，在不添加任何常規封堵材料的情況下，僅依靠非滲透劑特殊的物理化學特性來封堵地層裂縫。實踐表明，該作業技術相對於小漏失特別有效，尤其是滲透性漏失，但不適合封堵大裂縫漏層。即使封堵過程完成後，效果也不穩定，容易再次滲漏。
C.不滲+橋堵復合堵漏方案。將橋塞技術和非滲透技術相結合，通過長時間的壓力壓制，將彈性封堵材料擠入地層裂縫中，同時利用非滲透帶壓封堵劑在井壁上形成非滲透膜，最終達到封堵的目的。由於該井漏層多，分布段長，該作業方案也未能滿足提高承載力至1.60kg/1的要求。
d .用低密度膨脹堵漏材料處理井漏。主要參考兼容方案為:23kg/M3MV-1+18kg/M3SD-HV+23kg/M3SD-ST+16kg/M3SD-D+23kg/M3SD-A+1。M3MF-1+295kg/M3MF-2+34kg/M3FDL+23kg/m3核桃殼+182kg/m3水泥，配制的堵漏液漏鬥粘度為330s。經過兩次擠註和候凝，地層承載力由1.50kg/L提高到1.61kg/L，取得了壹定的效果。
E.水泥堵塞。該井三開上部井段進行了5次註水泥承壓施工，地層承壓能力從1.40kg/1提高到1.70kg/L，效果明顯，但現場情況表明，該方案進壹步提高承壓能力顯然不現實。
2)塔深1的井。塔河1井是位於中國西部塔河油田的壹口超深井。正常鉆進至6237.4米時，發生井漏。6800m(四開後完鉆)采用多種堵漏方法14次，效果不明顯。在此期間，漏失鉆井液5624.5m3。之後分別對6633.1 ~ 6130m和6317 ~ 6130m井段采用低強度膨脹堵漏技術和中強度膨脹堵漏技術進行封堵承壓，最終將漏失井段由原來的無側限壓力改為7.4MPa壓力，成功固井。施工中使用的低強度和中強度膨脹堵漏配方如下:
A.低稠堵漏漿的配方。將高礦化度水與井漿以2: 1的比例混合，按以下配方配制堵漏液:5 ~ 20kg/m3sd-d(密度調節劑)+20 ~ 30kg/m3sd-a(低密度儲層保護劑)+10 ~ 20kg/m3sd-r(流型調節劑)+10 ~ 20kg/m3低密度增粘劑+20。M3SD-HV(填充增強劑MF-1)+50 ~ 60 kg/M3MF-2(填充增強劑)+200 ~ 300 kg/M3SF-1(懸浮穩定劑)+20 ~ 30 kg/m3棉籽皮+10 ~。
B.中稠堵漏漿的配方。將現場高礦化度水與井漿以5: 1的比例混合，按以下配方配制堵漏液:5 ~ 20kg/m3sd-d(密度調節劑)+20 ~ 30kg/m3sd-a(低密度儲層保護劑)+10 ~ 20kg/m3sd-r(流型調節劑)+10 ~ 20kg/m3sd-v(低密度儲層保護劑)。M3SD-HV(高效增粘劑)+10 ~ 20kg/M3MF-1(填充增強劑)+50 ~ 60kg/M3MF-2(填充增強劑)+600 ~ 800kg/M3SF-1(懸浮穩定劑)+
實踐證明，該技術具有低密度膨脹封堵技術強大的封堵能力和充填強化能力，可有效提高地層封堵的承壓能力，適用於高溫超深井裂縫和溶洞的封堵施工，安全性好，成功率高。
3.3.6.2高密度鉆井液技術
在川東北、雲南、貴州和廣西的鉆井作業中，經常會遇到進入海相地層後的高壓天然氣藏。為了平衡地層壓力，在揭開氣層之前必須增加鉆井液密度，以控制井口，確保安全鉆井。使用高密度鉆井液不僅嚴重影響機械鉆速，而且維護高密度系統更加困難。
(1)高密度鉆井液技術難點
1)高溫高密度下鉆井液的流變性很難控制。然而，當密度高於2.00千克/升時，流變性能的保持變得復雜。例如赤水區塊官渡和王龍構造二疊系陽新統存在壓力系數為2.85的超高壓地層，需要使用2.92 ~ 3.00 kg/L的超高密度鉆井液，此時鉆井液的流變性和沈降穩定性之間的矛盾將難以調和。顯然，它是解決高密度鉆井液流變性和沈降穩定性之間矛盾的成功技術。
2)高摩擦。海相地層的井徑擴大率相對較小，壹些高滲透層段也會因泥餅較厚而形成假縮徑效應，使井眼環空水力狀況趨於惡化。高密度系統循環阻力大，提高排量和操作難度大。
3)難以選擇流型調節器。隨著密度的不斷增加，處理劑的效果會明顯降低，突出的問題是現場難以選擇合理的稀釋劑。通常稀釋劑的稀釋效果會隨著鉆井液體系中固相含量的增加而降低。由於高密度體系的固相體積分數壹般高於30%，常規稀釋劑效果很差，必須使用高效稀釋劑。
4)固控困難。密度越高，固控設備的使用越受限制。通常情況下，當鉆井液密度高於1.50kg/L時，離心機基本停止運轉，很多情況下除泥器效率很低。這種情況對密度不高於1.80kg/L的中密度鉆井液體系不會產生太大影響，但當密度高於2.00kg/L時，由於劣質固相不能及時清除，體系性能會迅速惡化。
5)難以確定高密度系統的合理固體容量。壹般來說，高密度體系中的固相成分以加重材料為主，也混有壹些低密度固相(劣質固相)。然而，很難確定加重材料與低密度固相比例的最經濟水平。這主要是因為固控設備在高密度條件下分離效率大大降低，使用離心機(壹般只有壹臺離心機)會損失大量加重材料，大大增加鉆井液成本和維護工作量，容易造成鉆井液性能波動。
(2)高密度鉆井液體系的維護
組成高密度體系的固體組分可以概括為:①膨潤土；②化學處理劑；③重晶石；④鉆屑；⑤可溶性鹽；⑥沙粒。其中膨潤土、化學處理劑、重晶石稱為有用固相，而鉆屑、砂粒則是無用固相。各種固體成分的數學分析方法如下:
1)非加重鉆井液固相含量分析；
中國海洋油氣勘探的理論與實踐
式中:Sl為未加重鉆井液的總固相分數，%;ρm為未加重鉆井液的密度，kg/l。
2)不含可溶性鹽的加重鉆井液的固相分析:
不含可溶性鹽的低密度固體含量:
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式中:Sm為體系的總固相分數，%;ρh為高密度固相(加重劑)的密度，g/cm3；
ρg為低密度固相(劣質固相，膨潤土)的密度，g/cm3，壹般為2.6g/cm3。
不含可溶性鹽的高密度固體含量:
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3)含可溶性鹽的加重鉆井液的固相分析；
含可溶性鹽的液相密度(校正值):
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式中:ρsw為含可溶性鹽的液相密度，kg/L；ρw是純水的密度，壹般為1.000kg/L；/L；CC1為液相中的Cl含量，mg/l。
含可溶性鹽的液相含量(校正值):
中國海洋油氣勘探的理論與實踐
式中:Vsl為含可溶性鹽的液相分數，%;Vsw是通過蒸餾測量的液相(水)的分數，%;
Vo是油在蒸餾液相中的體積分數，%。
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含有可溶性鹽的系統中的低密度固體部分；
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式中:ρm為鉆井液密度，kg/l；ρo為油的密度，壹般為0.84kg/L；Sm是系統的總固體分數，%。
含有可溶性鹽的系統中的高密度固體部分；
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4)鉆井液體系含有各種無機鹽時，準確計算固相含量。
對於未稱重的系統，總固體分數為:
中國海洋油氣勘探的理論與實踐
對於稱重系統，低密度固體分數為:
中國海洋油氣勘探的理論與實踐
體系中的高密度固體分數為:
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式中:Cf為修正系數，可表示為
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符號說明:ρa為含有各種無機鹽的水相的密度，可通過實驗或相關手冊查到，kg/L；Ww為純水在含鹽濾液中的重量分數，%;Fw為純水在體系中的體積分數，%;Fo為體系中油的體積分數，%;Fg為體系中低密度固相的體積分數，%;ρh為加重材料的密度，kg/l；ρo為體系中油的密度(壹般以柴油計算)，kg/l；ρm為鉆井液體系的密度，kg/l；Fh為加重劑在體系中的體積分數，%。
5)膨潤土含量的修正。
鉆井液中低密度固相的平均CEC值(毫克當量/100克)
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式中:SB修正至修正後的膨潤土體積分數，%;Ck是與MBT采用的單位有關的系數，采用法定計量單位時，Ck = 0.3505；MBT是鉆井液中亞甲基藍膨潤土的含量，g/l；其他符號同上。
此時，系統中的鉆屑含量(體積分數)可精確計算為Sd=Ssg-SB校正。
壹般來說，水基高密度鉆井液中低密度固體的體積分數不應超過6%，其中膨潤土應占2% ~ 3%，鉆屑占3% ~ 4%，基本上可以使鉆井液具有良好的流變性和穩定性。
明確了高密度鉆井液體系中各種固相的相對含量，就可以制定合理的維護和處理方案，可以遵循以下原則:
A.根據系統中巖屑的含量決定是否使用離心機。當鉆屑體積分數高於5%時，必須啟動離心機。除非通過置換來維護鉆井液比通過機械移除更經濟，否則應立即使用離心機。建議配置雙離心機(所謂雙離心機的應用，是指第壹臺是重晶石回收離心機，第二臺是高速離心機，轉速為2500 ~ 3300 r/min；第壹單元排出的固相(重晶石)返回循環系統，液相進入高速離心機分離低密度固相，液相循環回系統再利用)。
B.如果高密度體系的流變性變差，檢查膨潤土含量是否合理。當膨潤土含量高於低密度固相含量的30%時，可考慮使用離心機或采用部分替換來維持鉆井液。
C.是否使用聚合物降濾失劑膠是根據膨潤土的體積分數來確定的。如果膨潤土在鉆井液總固相體積分數中的體積分數高於0.5%，建議停止使用聚合物降濾失劑膠，以免增加液相粘度，增加流動阻力。
d .根據低密度固體分數決定是否使用潤滑劑。當低密度固相分數高於8%時，應先降低含量，再加入潤滑材料，使潤滑劑達到最佳效果，使界面阻力最小。
e .根據低密度固相分析的結果，確定膠液的養護量和配伍方案，根據低密度固相分數的變化，合理調整各種添加劑的養護量和配伍量，以獲得盡可能好的處理效果。
(3)應用情況
1)關3井:該井位於四川盆地赤水凹陷官渡構造。使用密度為2.30kg/L的鉆井液鉆至3800m深度，關井後測得地層壓力系數為2.85，因此施工需要密度為2.92 ~ 3.00 kg/L的鉆井液。現場施工流程如下:準備密度為2.92kg/L的鉆井液，在鉆孔內頂替密度為2.60kg/L的鉆井液進行鉆進。循環過程中發現井下漏失，漏失速度為10 ~ 12 m3/h，分析認為井下漏失是由於鉆井液密度大，循環壓力高，頁巖地層壓裂造成的。但停泵後循環壓力消失，鉆井液反湧，再調整密度至2.80kg/L止漏。為了減少井下漏失，現場確定了密度為2.70 ~ 2.80 kg/L的鉆井液，但發現密度小於2.75kg/L時，東二段高壓鹽水層無法平衡，井下情況復雜。因此，鉆至3871.5m深度後，調整密度為2.80 ~ 2.85kg/L進行鉆井，鉆至3973m深度後，成功鉆至164m。
2)河壩1井:該井鉆至嘉陵江組二段(4481.88 ~ 4523.86 m)時遇到異常高壓氣層，只能用密度為2.14kg/L/L的鉆井液才能穩定，地層壓力測試為93.64MPa，作業時最高密度為2.40kg/L。針對高密度體系的技術難點，現場采用了滿足設計要求的聚矽氧烷抗鈣防塌鉆井液體系。該體系具有壹定的封堵能力，可以在壹定程度上降低漏註和共存的技術難度。提高密度後，為保持體系穩定，主要采取了以下技術措施:①嚴格控制體系中的MBT含量和低密度固相含量，鉆井過程中保持膨潤土含量在10 ~ 20g/L；②提高鉆井液的抗溫抗汙能力。深井階段選用降濾失劑SD-102、FT-1、SPNH、SPC-II、SD-202，提高體系抗高溫和抗汙染能力；③改善高溫高壓泥餅質量，增加濾液粘度，降低濾失量，穩定懸浮能力；(4)添加足夠的潤滑劑，防止在高密度下壓差卡鉆。