鉆井井漏失返條件下水泥漿堵漏工藝參數(shù)計算

井漏失返條件下水泥漿堵漏工藝參數(shù)計算一、初始鉆柱下入深度L的計算1、 當七＞二時初始鉆柱下入深度的計算堵漏施工前，由測得的靜液面井深和鉆井液密度計算漏層壓力：Pf=9.8rm(H-B) (1)堵漏施工后：Pf=9.8r-h+9.8rm?h' (2)式中：Pf——漏層空隙壓力，kpa;r^ 鉆井液密度，g/cm3；rc 水泥漿密度，g/cm3；H——漏層井深，m;B——靜液面井深，m;h——設計水泥塞高度，m;

h’堵漏施工后井內(nèi)鉆井液柱長度，h’堵漏施工后井內(nèi)鉆井液柱長度，m。由(1)、(2)兩式可以求得：h’=(H-B)-r/r?h(3)要使水泥漿成塞并滿足設計要求的高度，施工后井內(nèi)鉆井液柱長度必須滿足式(3)。因此，初始鉆柱下入深度應為：L’=B+h’=H-r/r?h(4)由式(4)知，堵漏鉆柱下入深度與井內(nèi)鉆井液密度、水泥漿密度和設計水泥塞高度有關(guān)，當井內(nèi)鉆井液與水泥漿密度差越大，鉆柱下入深度越??；設計堵漏施工后井內(nèi)靜液面井深為：B’=B+(r/rm-1)h (5)因rc>rm，所以施工后靜液面井深將增加。2、 當rc=rm時初始鉆柱下入深度的計算由壓力平衡關(guān)系顯然有：L’=H-h(6)即鉆柱下深為水泥塞面井深。此時，施工前后井內(nèi)靜液面保持不變，即：B’=Bh’=H-B-h (7)3、 當rc<rm時初始鉆柱下入深度的計算同理，利用壓力平衡原理可求得堵漏施工后井內(nèi)鉆井液柱長度h’為：h’=(H-B)-r/r?h (8)初始鉆柱下入深度：L’=H-r/r?h(9)靜液面井深:TOC\o"1-5"\h\zB’=B+(r/rm-1)h (10)因為七<七，所以B’<B，即堵漏施工后井內(nèi)鉆井液靜液面將上升。由(4)(6)(9)三式可以看出，在各種情況下初始鉆柱下入深度的表達形式完全相同，可綜合為一個表達式。即：L’=H-r/r?h (11)施工后靜液面井深：B’=B+|r/r-1|h (12)施工后井內(nèi)鉆井液柱長度：h’=(H-B)-r/r?h (13)為了使除設計水泥塞外的全部水泥漿進入漏層，必須保證施工后井內(nèi)鉆進液柱長度滿足式(13)，可通過確定鉆柱下入深度來實現(xiàn)這一目的。當井內(nèi)鉆井液長度滿足式(13)時，除設計水泥塞外的全部水泥漿將進入漏層，從而達到有效封堵漏層的目的。式(11)為初始鉆柱下入深度的計算公式。在實際施工中還必須對式(11)進行修正，以確保施工結(jié)束后井內(nèi)鉆井液柱長度滿足式(13)，從而使堵漏施工達到設計要求。二、鉆柱實際下入深度的計算由式(11)可見，r/七?h為由水泥漿密度和井內(nèi)鉆井液密度差引起的鉆柱下入深度的變化，該式是在靜平衡狀態(tài)下鉆柱下入深度的表達式。在實際堵漏施工中，鉆井液靜液面將轉(zhuǎn)變?yōu)閯右好?，即在向井?nèi)注水泥或頂替過程中，靜液面將上升，隨著液面上升，液柱壓力不斷增加。在不斷增加的液柱壓力作用下，漏速也不斷增加，當漏速等于施工排量時，井內(nèi)鉆井液液面將保持動態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)，此液面稱為動液面。由于動液面的存在，為了使施工后井內(nèi)鉆井液柱長度滿足式(13)，則實際鉆柱下入深度應按下式計算：L=L’-Ah=H-Ah-r/r?h (14)Ah=B-b式中：b——動液面井深，m;B、b均可在堵漏施工前實測求得。式(14)即為井漏失返條件下水泥漿堵漏施工時計算鉆柱下入深度的普遍公式。由上式可知，堵漏施工中鉆柱下入深度與井漿和水泥漿密度有關(guān)，和設計水泥塞高度有關(guān)，與動靜液面井深有關(guān)。公式中第三項是由水泥漿和鉆井液密度差引起的鉆具下入深度的變化，取決于水泥漿、鉆井液密度值和設計水泥塞；公式中第二項是由施工時靜液面變化而引起的鉆具下入深度的變化，它取決于井內(nèi)鉆井液性能和施工排量等參數(shù)，它往往是決定能否成塞和堵漏成敗的關(guān)鍵因素。當設計水泥漿密度和設計水泥塞高度確定以后，并在堵漏施工前實測動靜液面井深，代入式(14)即可計算出堵漏鉆柱的下入深度。堵漏施工結(jié)束后，井內(nèi)液柱自動將水泥漿推入漏層，在井內(nèi)液柱壓力和漏層空隙壓力達到平衡時，水泥漿將在設計的水泥塞面井深靜止成塞，從而達到有效封堵漏層的目的。堵漏施工結(jié)束后，按操作規(guī)程應將鉆柱起至套管以內(nèi)或起出井筒候凝，因此，起出鉆柱后應向井內(nèi)灌入鉆井液，以保持井內(nèi)壓力的平衡。灌入鉆井液體積為：V=1/4乃(d2-d2)1 (15)1 2式中d］、d2——分別為鉆柱外徑、內(nèi)徑，m;起出鉆柱長度，m。以上各式中，H為井深。若漏層不在井底，則H為漏層所在井深。三、堵漏成功的必要條件采用水泥漿堵漏，若在漏層不能成塞，則必然導致堵漏失敗，這已被大量的堵漏實踐所證明。但在成塞的情況下不一定能一次堵漏成功，這取決于井眼周圍溶洞、裂縫的大小及幾何形狀、水泥漿量等因素。由式（14）不難得出水泥漿堵漏成功的必要條件是：L<H-Ah （16）即鉆柱距漏層高度必須大于動靜液面差Ah，否則不可能成塞，堵漏必然失敗。四、低密度鉆井液中堵漏鉆柱下入深度的計算公式（14）在理論上式普遍適用的。當鉆井液密度與水泥漿密度較接近，或鉆井液密度大于水泥漿密度時，可直接應用式（14）計算堵漏鉆柱的下入深度。但當漏失地層空隙壓力較低，井內(nèi)鉆井液密度較低時（如有的地層空隙壓力接近靜水柱壓力），還須對公式（14）進行修正，以期計算出的鉆柱下入深度更加符合實際情況。低密度鉆井液中堵漏，首先應按式（14）計算出鉆柱的下入深度作為初始鉆柱下入深度L.由于水泥漿和鉆井液的密度差，在水泥漿出鉆桿進入井筒后，井內(nèi)的液柱壓力將逐漸增加，漏速也將逐漸增大。因為施工排量是一定的，所以隨著施工的進行，井內(nèi)動液面的位置將不斷降低。為了使施工結(jié)束后井內(nèi)鉆井液柱長度滿足式（13），還必須計算出動液面的降低值，從而計算出低密度鉆井液中堵漏鉆柱的下入深度。如前所述，施工前測得鉆井液動液面井深b，此時漏層承受的動態(tài)壓力為Pdt=9.8rm（H-b）當水泥漿出鉆桿進入井筒后，井內(nèi)液柱壓力升高，漏速增大，隨之鉆井液動液面下降。設進入井筒的水泥漿體積為V,則其在進攻內(nèi)的高度為：C氣二V/1/4乃Dj式中：Dm 井眼直徑，m。由動態(tài)壓力平衡關(guān)系可以求得：l=(H-b)-r/rLC (17)則動液面差：△]=(r/rm-1)LC (18)式中：lm——堵漏時井內(nèi)鉆井液長當Lc較大時，還必須求出臨界水泥漿長度Lc,，使施工后井內(nèi)鉆井液柱長度滿足式(13)。由式(17)和式(13)有：l=h’m因此 LC，=h+rm/r(B-b) (19)當LC<LC‘由式(18)計算△]；LcNLc，，取LC二LC，，由式(18)計算M。鉆柱下如深度由下式計算：L=H-Ah-r/rm-h+Al (20)五、頂替量及頂替排量的計算采用水泥漿堵漏時，當注完水泥漿應立即頂替鉆井液。通常頂替量和頂替排量只是從施工安全的角度來考慮，而忽視了這兩個參數(shù)對堵漏效果的影響。頂替量和頂替排量也是影響水泥漿堵漏效果的兩個重要參數(shù)，若控制不當，將直接影響進入漏層水泥漿的堵漏效果和井內(nèi)水泥塞的質(zhì)量，以及施工的安全。根據(jù)前面的分析可知，頂替量由下式計算：V=0.785h’d22 (21)式中：V—頂替量，頂替排量由下式確定：。頃二。腿 (22