钻井过程中的地层漏失机理研究

诱 导裂缝 的方 向 总是 垂 直 最 小地 应力 方 向 ，分 为水平诱导裂缝和垂直诱导裂缝 。
当 ＞ ≥ 时 ，形成 水 平诱 导裂缝 ，此 种 情况 大 多发生 在浅 层 。产生 水平 裂缝 时 的最小 注 入 压力 ，必 须大 于作 用在 裂缝 面上 的原地 层法 向应力 。 在深 部地 层 中 ，只有 在 逆 断 层 活 动 区域 里 才 能 形成 水平裂缝 ，但注入压力很高 ，要大于或至少等于上覆
图 １ 左右液柱平衡 时的 ｕ型管 （砂岩 ）
这 个 自然漏 失模 拟 分 析 以砂 岩 为例 ，对 其他 岩 性 也成 立 ，只须 漏 失 通 道 的连 通 性 好 即 可 。也 可 以 用 模拟 ｕ型管 来 解 释溢 流 和采 油 的原 理 ，这 时 地层 流体压 力大 于井 内液柱 压力 ，地层 流体 向井 内流动 。 不 同岩性岩石一般可分为黏土岩、砂／砾岩 、碳 酸盐 岩 、火成 岩 、变质岩 。一 般来 说 ，泥 、页 岩发生 井 漏 的 可 能性 较小 。
第 １５卷 第 ４期
重庆科 技学 院学 报 （自然科 学版 ）
２０１３年 ８月
钻 井过 程 中 的地层 漏 失机 理 研 究
蒋宏伟 石 林 郭庆丰 杨 宝刚 张小平
（１．中国石 油 集 团钻 井 工程技 术研 究院 ，北 京 １００１９５； ２．中国石 油技 术 开发公 司，北京 １０００２８；
体
漏 失 —＋—＋一
图 ３ 地 层 岩石 单 元 应 力 图
图 ２ 左 右液柱不平衡 时的 ｕ型管 （砂岩 ）
（２）砂 、砾 岩 。 砂 、砾 岩 埋 藏 深 度 范 围 较 大 ，在 中 、高渗 地层 中 ，孔 隙是 主 要 漏 失 通 道 。砂 、砾 岩 孔 隙按其成 因可分 为原生孔隙 、次生孔 隙和混合型孔 隙 。较 深井段 的岩 石 经 过 较 强 的成 岩作 用 ，大 多 属 于低 孔 、低渗 的砂 、砾 岩 层 ，一般 不 易 发 生 井 漏 。类 裂缝尽管所 占孔隙度极低 ，但渗透性高 ，构成漏失通
· ８８ ·
蒋宏 伟 ，等 ：钻 井过 程 中的地 层 漏失机 理研 究
殊 的一 种 ，黄 土 孔 隙 度 高 达 ４０％ ～５０％ ，有 大 量 根 管和垂直方 向的孔洞 ，其垂 直方向的渗透性与水平 方 向 的渗透 性 差 异很 大 ，垂 直 方 向 的渗 透 系数 比水 平方 向的渗透系数大 ４．５～３７．５倍 ，垂直节理有时 延 伸 到地 面 ，构 成漏 失通 道 。
３．中国石 化 西南油 气分公 司勘探 开发 研 究 院，成都 ６１００８１）
摘 要 ：分析钻井过程 中的漏失机理 ，以及漏 失压力 和破裂压 力之 间的关系 。用 破裂压力 指代漏失 压力 ，其理论 的
基本条件与易漏失地层 的特点不符 ，计算结果与实际情况存在偏差。钻井过程 中的地层漏失 类型 主要 为 自然漏失 ，
钻井工程 中需要把 自然漏失作 为主要预 防对象 。
关键词 ：井漏 ；漏失地层 ；漏失机理 ；自然漏失 ；压裂漏失
中图分类号 ：ＴＥ２８ ３
文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１６７３—１９８０（２０１３）０４—００８８—０４
井漏 ，是 指 钻井 过 程 中井筒 内 的流 体 以大 于某 一 临界 流量 的流速 向地 层 中漏 失 的现象 。井 漏 一旦 发 生 ，将 会给 井 下 施 工带 来 严 重 后果 。井 漏 的发 生 不 仅会 导致 各种 工 作 液 的 大量 漏 失 ，而 且 还 可能 造 成 钻头 卡 钻 、井 喷 、井 塌 等井 下 事 故 。解 决 井 漏 问 题 ，首先 应该 对 漏 失 机理 进 行 研 究 。地 层漏 失 究 其 形 成原 因可分 为两 大类 ：一类 是 自然漏 失 ，另 一类 是 压 裂漏失 ，也 称人 为漏 失 。
（１）泥 岩 （黏 土 岩 ）。黄 土是 黏 土 岩 中 比较 特
收 稿 日期 ：２０１３—０５—１７ 基金项 目：国家科技重大专项 （２０１１ＺＸ０５０２１—００６）；中国石油天然气集团公司科技开发项 目 （２０１１Ｂ 一４３０９）。 作者简 介 ：蒋宏伟 （１９７８一），男 ，河南鄢 陵人 ，博士 ，高级工程师 ，研究方 向为钻井软件钻井技术 。
力高于孔隙流体液柱压力 ，左右液柱不平衡 ，发生流 体移动 ，钻井液 （左管 ）向地层 （右管）一边移动 ，从 而发生 漏失 。
１ 两大类漏失的基本概念
１．１ 自然漏 失 自然 漏失 是钻 井 液 在 压 差 的作 用 下 ，沿 地 层 中
固有 通道 进 入地 层 的现 象 。其 漏 失 机理 可 从 压 差 、 钻井 液 性 质 、岩 性 、漏失 地 层 特性 等 方 面分 析 ，可 以 用模 拟 ｕ 型管 来 解 释 自然 漏 失 的 机 理 。如 图 １所 示 ，ｕ型管 的左半边 表示 井筒 和钻 井 液 ，右半 边表 示 地层 岩石 和孔 隙 流 体 ，假设 钻 井 液 的密 度 与孔 隙流 体密度相等。当钻井液柱压力 （液位 ）等于孔隙压 力 （液位 ）时 ，左 右 液柱 平 衡 ，没有 流 体 移 动 ，即没 有 漏失 。当钻井 液 柱 压 力 （液 位 ）高 于 孔 隙 压 力 （液 位）时，如图 ２所示 ，左右液柱不平衡 ，则发生流体移 动 ，钻井液 （左 管 ）向地 层 （右 管 ）一 边 移 动 ，即发 生 漏失 。显然 ，如 果钻 井液 密度 高于孔 隙 流体 的密 度 ， 那么即使两边液位高度相 同，也会造成钻井液柱压
地 层 中要形 成 诱 导裂 缝 ，则 必 须 有 一 个 外 加 压 力 ，致使在井壁上产生的周 围张应力 ，不但能抵消由 于地应 力形 成 的周 向压 应 力 ，并 且 还 要 大 于岩 石 的 抗 张强 度 。一般 情 况 下 ，作 用 在 地 下岩 石 单 元 上 的 应力 有垂 向主应力 和水 平 主应力 ，水 平主应 力 可 分 为相互 垂直 的 和 ，如 图 ３所 示 。