摘要：钻井过程中，出现井漏特别是恶性井漏后，将给钻井工程带来一系列的难题。对于采用常规的钻井液堵漏方法不能解决的恶性井漏，应用气体钻井来钻穿漏失井段，可以避免在易漏失井段出现的漏失。在考虑漏失层特性参数对气体钻井影响的基础上，通过地层岩石吸水膨胀室内实验，分析了漏失层特性参数与气体钻井的关系，提出采用气体钻井来钻过漏失层或漏、水共层井段，解决了既有漏失层又有含水层或漏、水共层的井段的钻井难题。为钻遇复杂恶性漏失层井段选取欠平衡钻井方式提供了理论依据。
关键词：深井；气体钻井；井漏；压力；欠平衡钻井；地层出水量
0 引言
井漏的发生不仅会给钻井工程带来不便和损失，如耗费钻井时间、损失钻井液[1]、堵漏材料，引起卡钻、井喷、井塌等一系列复杂情况，甚至导致井眼报废，而且还会对产层造成损害、干扰录井工作等。在堵漏过程中，对于有漏失层又有水层或漏、水共层的恶性井漏，应用气体钻井、泡沫流体钻井或充气流体钻井可以钻穿漏失井段。采用气体钻井钻穿漏失层时，如果固相组分大于0.04，则井眼净化能力差，钻屑会出现聚沉效应。当气体钻井钻遇水层，钻屑会出现吸水膨胀，在同等钻速条件下，也会增加环空固相体积浓度。此时必须重新调整满足环空固相浓度Cp≤0.04的钻速。为了分析地层岩石吸水对气体钻井的影响，为此我们作了岩石室内吸水膨胀实验。
1 地层岩石吸水膨胀室内实验
测定引用标准：依据中华人民共和国石油天然气行业标准泥页岩理化性能试验方法(SY/T 5613—2000)。
泥页岩样品制备：按照《泥页岩理化性能试验方法》标准中3.2泥页岩样品的制备中3.2.2款制备岩样，备用。泥页岩样品吸水膨胀性测定：膨胀性测定(实验记录见表1)。
页岩膨胀实验是让页岩岩心直接与水接触，测定其岩心在不同时间的线膨胀百分数。页岩吸水膨胀百分数的测定是在限制条件下，只允许岩心在一个方向膨胀。各种页岩的膨胀性强弱，可用相同条件下测定的2h和16h的线膨胀百分数来进行比较。
结果计算：按如下公式分别计算2h、16h的线膨胀百分数：
Vt=(Ht/H)×100 (1)
式中：Vt为时间t时页岩的线膨胀百分数；Ht为时间t时的线膨胀量，mm；H为岩心的原始厚度，mm。
2 漏失压力、地层出入量与气体钻井的关系
对于单一漏失层(无水层或其他流体)，且上部裸眼段无水层(或其他流体)，在气体钻井中只需气一固两相流动在井底的压力(pb)小于漏失压力(pL)即可钻过漏失层：
pb≤pL (2)
这种情况以漏失压力作为约束条件，设计钻速(vm)和最小携带岩屑气体注入排量(Qgo)具体设计由式(3)确定混相密度(rm)：
式中：Sg为注入气体的相对密度；p为计算井深处的压力，MPa；G为地温梯度，℃/m；Ts为大气环境条件下温度，℃；H为井深，m；Qg0为标准状态下注入气体体积流量，m3/min；db为钻头尺寸，m；Ss为雾化水相对密度；vm为机械钻速，m/h；C为与采用单位有关的常数。
这类漏失层也可根据漏失压力的量级，采用泡沫流体、充气流体进行漏失层的钻井。
对于漏失层、水层共层的恶性漏失井段[2～5]，一般情况漏失压力等于水层压力，这种情况理论上讲只要循环流体在井底产生的有效静液柱压力(pmE)小于漏失层压力即可钻过漏层。但这个压力(密度)窗口太小很难控制，而且这种地层水的绝对压力都很低(即漏失压力很大)。因此，在用气体进行堵漏钻井中，地层水一般将进入井筒。当地层出水量小于等于2m3/h(0.033m3/min)时，气液比很大，井筒虽有气、液、固三相流动，但气体相分数也在0.95以上，可视作纯气体钻井处理，可以不考虑岩石吸水膨胀增加的环空岩屑浓度比，但此时必须将地层出水量等量化成钻速进入混相密度：
式中：Sf为地层水相对密度；Qf为地层水体积流量，m3/min；E为与采用单位有关的常数；其余符号同上。
当地层出水量Qf＞2m3/h后，必须考虑钻屑吸水膨胀的问题。钻屑吸水膨胀增大固相分数见表1。因此，必须控制钻速，保持环空固相浓度Cp≤0.04。
此时相当于气液混合器在井底的充气流体钻井，只有在气液比满足环空混相流体在井底形成的有效液柱压力pmE≤pL时才能维持钻井，此时的钻井设计转换为充气流体规律的设计。
3 漏层以上裸眼段水层压力，出水量与气体钻井的关系
若在漏层A上部井段有压力为pwc、出水量(Qf)的水层，若水层压力pwc＜pL，则钻遇水层过程中，水层可能先漏失。在这种情况下是否可采用空气钻井钻过漏失层，主要取决于漏失压力(pL)的大小和井深B处地层出水量(Qf)。即：
1) 按最小携带岩屑速度(岩屑体积流量+地层出水量(Qf)折算体积流量)设计注入气体体积流速(Qgo1)，若在该流量及钻速(vm1)情况在井深A处产生的有效液柱压力pmE＜pL则可用该注气量(Qgo1)和钻速(vm1)及Qf条件下钻穿漏失压力为pL的井段。
2) 若按Qgo1和vm1设计的井底有效压力pmE＞pL，可将钻速(vm1)降低一个微量(△vm)，在地面压缩机允许流量和压力条件下，注入气体量从△Qgo增大一个微量(△Qgo)直到环空气液比达到满足pmE＜pL在这种条件下，保持连续的钻井作业可能钻过漏失井段。这也可能是一种极限性的施工作业，此时环空气液两相流动形态可能并不是单一的环雾流，也可能出现泡状流、段塞流。一旦停止循环(接单根过程)，环空形成的段塞会聚集下沉，当重入气体会在井底产生过高的压力而出现漏失。无论是漏失层与水层同层，还是漏失层与水层不同层，只要采用气体(或充气)钻过漏失层中遇到地层出水，从井壁稳定的角度，最好保持环空气液两相流的形态为环雾流(防止水进入水敏性地层)。理论分析可知额定的空气压缩机流量、压力都对应一个满足漏失压力为pL的允许最大地层出水量(Qfmax)。
4 结论
1) 通过岩石室内吸水膨胀实验，分析了漏失层特性参数与气体钻井的关系，为复杂恶性漏失井段选取欠平衡钻井方式提供了依据。
2) 无论漏失层、水层同层，还是漏失层、水层分层，只要采用气体(或充气)钻过漏失层中遇到地层水，从井壁稳定的角度，最好保持环空气液两相流的流动形态为环雾流，这样可以有效地防止水进入水敏性地层。
参考文献
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[2] 王维斌.川东宣汉-开江区块恶性井漏特征及地质因素[J].天然气工业，2005，25(2)：90-92.
[3] 贾永禄，聂仁仕，陈珂，等.考虑二次梯度影响的渗流模型与试井样版曲线[J].西南石油大学学报，2007，29(5)：69-71.
[4] 李军，陈勉，柳贡慧.岩石力学性质正交各向异性实验研究[J].西南石油学院学报，2006，28(5)：50-52.
[5] 范翔宇，夏宏泉，陈平.水平井钻遇储层产能预测测井评价方法研究[J].西南石油学院学报，2004，26(6)：9-12.
(本文作者：袁骐骥1 徐鹏1 李真祥2 谢志3 1.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室 西南石油大学；2.中国石化南方勘探分公司；3.中国石化西南油气分公司工程技术研究院)
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