钻井液与录井工程参数

钻井液与录井工程参数

摘要：钻井液参数包括钻井液的出入口密度、出入口温度、出入口电导率、流量、钻井液体积等。钻井液参数的变化通常直接反映井下地层流体的活跃情况及井筒压力与地层压力的平衡情况，重视钻井液参数异常的预报，可以避免井喷、井漏等重大事故的发生，及时处理油气侵、盐侵、水侵，为顺利施工创造条件。本文从钻井液相关事故类型与钻井液录井参数响应特征方面进行了阐述，为提高综合录井操作人员的现场技术水平和工程异常预报准确率起到促进和提高的作用，达到保障钻井施工安全、减少投入、提高勘探开发整体效益的目的。

1 钻井液信息的类型

1.1 钻井液的循环动态信息

钻井液的循环动态信息包括钻井液体积、钻井液流量，这类信息具有很强的实时性。在钻开渗透性好的油气层时，这类信息的变量可以立即显示循环钻井液压力与地层孔隙压力的平衡状态。这类信息可以监测井漏、溢流、井涌等工程异常。

1.2 钻井液的物理性质信息

钻井液的物理性质信息包括钻井液温度、钻井液密度、钻井液电导（阻）率，这类信息具有一定的延时性。从钻开地层到返出地面需要一个迟到时间，实时性较差，但这类信息携带有钻开地层的岩石物性和含油性等方面的地质信息。这类信息可以用来判断地层流体的性质和某些岩性，可以用来监测气侵、水侵、盐侵等工程异常。

2 钻井液工程异常的类型

2.1 井涌

2.1.1 形成井涌的原因

在地层压力的作用下，钻井液和地层内的流体涌出井口的现象称之为井涌。井涌发生的原因主要有以下几点：

①钻于异常高压地层，地层超压驱动地层流体进入井眼形成井涌，这是最根本和最主要的原因。

②钻井液密度因地层流体的不断侵入而降低，形成负压，负压加剧地层流体的侵入又进一步加大负压形成恶性循环，最后形成井涌。

③在井底压力近平衡状态下，停止循环时，作用于井底的环空压耗消失，使井底压力减小。

④起钻时未按规定灌钻井液使井筒液面下降。

⑤井漏时钻井液补充不足使井筒液面下降，或漏速过大、备用钻井液不足补充漏失量，加清水使钻井液密度降低。

⑥起钻时，特别是钻头出现“泥包”时，起钻的抽吸作用诱发井涌。

⑦邻井采油实施注水开发，导致地层流体侵入本井。

2.1.2 井涌的监测和预报

综合录井仪对井涌的监测和预报依时间先后可分为四个阶段，即早期预报、临涌预报、上返监测和井口发现。

①早期预报分钻前早期预报和随钻早期预报两种：钻前早期预报是通过对区域和邻井资料的分析，确定本井可能会发生井涌的地层和大致井深之后进行钻前交底，随钻早期预报是通过随钻地层压力监测，早期发现异常压力地层，预报可能发生的井涌。井深3175.00m, dc指数1.39 ↘ 1.30,3175～3212mdc指数在0.96～1.22之间变化，岩性为灰色泥岩，从3180m 开始全烃基值抬升，由0.248％升至2.351％；出口温度由68 ℃↗71 ℃。 3180m泥岩密度2.61g/cm3，3200m泥岩密度降至2.39g/cm3，综合分析认为井段3175～3212m之间存在欠压实地层。

②临涌预报是抓住井涌预兆，在发生井涌前预报。气测单根峰、背景气和后效气的升高,钻进中的蹩跳现象,钻速的突然加快及放空等,这些现象的出现都有发生井涌的危险。单根峰和后效气的升高趋势是孔隙压力增加的预兆；背景气的升高发生在过渡带盖层和高压产层。遇到这样的现象要提前预警、加强监测，避免溢流、井涌、井喷事故发生。

③上返监测是地层流体涌入井眼的同时和上返过程中对井涌的追踪检测。出口流量和总池体积增加，立管压力下降是这一过程中参数变化的明显特征，这些参数的异常变化在地层流体涌入井眼的同时就能表现出来，抓住这些参数的异常变化发现井涌。能为控制井涌争取十几分钟甚至几十分钟的时间。

④井口发现是地层流体涌出井口时，靠迟到参数发现井涌。气测值大幅度上升、电导率增加或减少、钻井液密度降低等是地层流体涌出井口时参数变化的特征。此时靠这些参数发现井涌虽为时已晚，但也能为紧急控制井涌争取一点时间。

综合录井在起钻过程中通过坐岗记录，能及时发现未按规定灌钻井液和灌钻井液不足的情况，一旦发现上述情况立即通知井队，避免人为因素造成井涌。井涌程度和地层流体的不同，所表现出的预兆也不完全一样，在进行井涌预报时要重先期、抓临期、报出现，要综合分析各项参数的反应，注意变化过程，力求快速、准确地预报和发现井涌。

2.2 井漏

井漏是钻井工程中最复杂的问题之一，也是引发其它恶性事故的重要隐患。特别是有进无出的大漏如不能及时发现采取措施进行控制，将可能直接造成井垮、卡钻甚至导致对地层压力的失控，造成井涌或井喷事故。

2.2.1 井漏的原因

1、地层被压裂型井漏

漏失机理：井眼压力超过地层破裂压力导致地层岩石被压裂。

漏失原因：①泥浆比重过高。②环空摩阻过高。③井眼激动压力大。④憋压。⑤关井压力大。

⑥地层压力低。

2、天然裂缝、高渗透层型井漏

漏失机理：未胶结裂缝或高渗透地层暴露在过平衡井眼压力中。

漏失原因：①未胶结地层。②裂缝。③未密封的断层边界。④溶洞。

2.2.2 井漏的监测和预报

井漏是最直观的一种钻井事故，通过地面钻井液量的连续观察能够很容易发现。人工监测井漏，由于不易掌握钻井液总量的变化和不能连续计量，不易发现渗漏和忽视小漏，也常常因为思想麻痹或脱岗不能及时发现突发性的大漏失，而造成复杂情况甚至错过控制时机。综合录井仪实时监测与井漏有关的各项参数的变化，并连续准确计量钻井液体积，可直接反映参数的趋势性变化，又快又准地判断井漏的发生；在掌握区域和邻井资料的情况下，抓住漏前预兆，可更准确预报井漏。在钻进过程中，进行井漏监测和预报的依据是钻井液总体积、钻井液出口流量的变化情况；在起下钻过程中，监测井漏的依据是监测应灌入的钻井液体积数量和应返出的钻井液体积数量，判断井漏是否发生。

2.3 盐侵

盐侵是在钻遇含盐膏地层时，由于盐类的水溶性，遇到水基钻井液时溶解在钻井液中对钻井液造成污染，导致钻井液性能的改变。同时，含盐膏地层在受到钻井液浸泡时会发生膨胀，已钻开的盐膏层在上覆地层压力的作用下会发生塑性流动，造成井眼缩径，可能导致钻具阻卡乃至卡钻事故的发生。盐侵的监测和预报对确保安全钻进有很大作用。对钻井液盐侵进行监测和预报所依据的主要参数是钻井液电导率。钻入盐膏层，钻速加快，对出现盐侵情况时，电导率上升，上升幅度视盐侵程度不同而有差异。钻具上提、下放过程中可能会出现卡、阻现象，超拉力变化明显，幅度较大。

2.4 油气水侵

油气水侵是在地层压力大于钻井液液柱压力的情况下，储层中的油气水进入钻井液，影响钻井液性能的一种现象，视流体性质不同，通常叫油、气侵或水侵。油气水相对于钻井液而言，均是密度较低的流体，当发生油气水侵时，会导致钻井液密度下降，进一步减小作用于井底的钻井液液柱压力，使油气侵进一步加剧。如果不能及时发现并采取措施，会导致平衡钻井失控，造成井涌、井喷等恶性事故的发生。在发生油气水侵前会出现快钻时、蹩跳钻、放空现象的发生，这时就应予以重视。一旦油气水侵发生，综合录井参数会有一系列的变化显示，大钩负荷增大、钻井液密度减小、粘度增大、气测烃类异常。油气侵时电导率降低，水侵时电导率升高；增加幅度视地层水矿化度而异；钻井液体积增加，出口流量增加。如果地层压力高于钻井液液柱压力，且相差过大，油气水侵会迅速发生，出现井涌现象。

3 钻井液录井参数异常预报

3.1 钻井液录井参数报警门限设定原则

①各种工程异常对应不同的参数特征。

②对可能发生异常的参数进行报警门限设定。

③不同钻进状态下设定的报警参数不同。

④报警参数的门限要视具体情况进行更改。

⑤警参数门限设置依照综合录井参数异常标准。

3.2 钻井液参数实时监测、异常预报及处理流程

工程实时监测，已经作为一种成熟的专业技术发展起来。该项技术的实施，为钻井安全施工起到了保障作用。钻井过程中，钻井工程异常时对应的录井参数变化特征不同。根据钻井工程异常时的参数变化特征，在不同的钻井状态下，按照可反映异常的报警门限设置不同的参数报警。对于现场难以迅速做出决策的复杂情况，利用录井实时信息传输功能，后方专家通过网络传输实时掌握井上动态信息，进行专家会诊，及时决策，确定下步措施。

4 结束语

钻井事故发生的可能性时刻伴随着钻井作业的整个过程，它是影响井身质量、钻井速度、经济效益和勘探效益的重要因素，也是威胁钻井安全的头号隐患。综合录井仪的应用，使钻井作业的全过程处于全天候监控之中，实现了对钻井参数的连续监测和量化分析判断。钻井液录井参数在油气检测、油气评价、优化钻井、保护油气层等方面起着重要的作用，特别是在监测和预报井涌、井漏、油气水侵，保证钻井安全施工作业方面起到了无可替代的作用。