Ofta förekommer förlorad cirkulation och borrhålsutbrott vid borrning? Har du identifierat de verkliga orsakerna?
Borrning är en kärnverksamhet inom geologisk prospektering, gruvdrift, pålgrundläggning och andra ingenjörsområden. Projekt stöter dock ofta på problem med borrhålsutbrott och "förluster under borrning" (snabb förlust av borrvätska). Detta leder inte bara till stora volymer slamförlust och borrhålskollaps, utan försenar också tidsplaner, ökar kostnaderna och kan äventyra borrhålskvaliteten och den efterföljande byggsäkerheten. Baserat på fältpraxis analyserar denna artikel grundorsakerna till förlorad cirkulation och föreslår riktade motåtgärder för att vägleda liknande projekt.
Kärnorsaker till förlorad cirkulation Förlorad cirkulation orsakas sällan av en enda faktor; den är vanligtvis ett resultat av samspelet mellan formationsförhållanden och operativ praxis. Orsakerna kan grupperas i två huvudkategorier:
Geologiska faktorer — inneboende formationsbegränsningar Själva formationen är den primära predisponerande faktorn för förlorad cirkulation. När borrning skär vissa geologiska enheter ökar risken för slamförlust kraftigt:
Lösa sandlager: Stor intergranulär porositet och svag cementering gör det lätt för borrvätska att snabbt sippra bort genom porutrymmen. Förlusterna är särskilt uttalade i fin sand och siltiga lager.
Sprickiga bergmassor: Karbonater, graniter och andra bergarter med utvecklade sprickor, sprickor eller hålrum i lösningen innehåller oregelbundna vägar genom vilka lera kan läcka ut snabbt, vilket orsakar fenomenet "förluster vid borrning".
Andra ogynnsamma enheter: Konglomerat, förkastnings- och krosszoner har lösa, instabila strukturer som inte bara främjar vätskeförlust utan också ökar risken för borrhålskollaps, vilket förvärrar konstruktionssvårigheter.
Driftsfaktorer — kontrollerbara konstruktionspåverkan Även i gynnsam geologi kan felaktig drift utlösa förlorad cirkulation. Två driftsproblem är mest kritiska:
För hög borrhastighet: Att sträva efter snabb frammatning med alltför höga rotations- eller penetrationshastigheter orsakar kraftig störning av borrhålsväggen, förstör dess närfältsstabilitet, producerar sprickor eller splittring och gör att borrvätska kan läcka ut.
Otillräckliga borrvätskans egenskaper: Borrvätskan är den viktigaste barriären som skyddar borrhålet. Om viskositeten är för låg kan den inte bilda en effektiv filterkaka; om densiteten är otillräcklig kan den inte balansera formationstrycket. Båda tillstånden förhindrar effektiv tätning av porer och sprickor och leder till förluster.
Riktade motåtgärder Att åtgärda förlorad cirkulation kräver en metod som ”förebygger först, åtgärdar sedan” med behandlingar i flera lager och grader som tar itu med problemet vid källan.
Optimera borrvätskans egenskaper för att stärka borrhålsskyddet. Borrvätska är den första försvarslinjen mot förlust. Justering av vätskeformuleringen kan avsevärt förbättra tätning och strukturellt stöd:
Öka viskositet och densitet: Tillsätt bentonit, cellulosaderivat, polyakrylamid och liknande tillsatser för att höja viskositeten så att vätskan bättre kan vidhäfta till borrhålsväggen och bilda en filterkaka; öka densiteten måttligt för att ge större tätningstryck mot formationsporer och sprickor.
Riktad modifiering: För lösa sandzoner, tillsätt fibermaterial som sågspån eller risskal för att förbättra suspensions- och pluggningsförmågan; för sprickiga zoner, tillsätt snabbhärdande medel (cement, natriumsilikat) så att vätskan snabbt kan gela i sprickor och bilda en tätning.
Använd pluggmedel för att täta aktiva förlustpunkter. När förluster uppstår, för omedelbart in pluggmaterial i borrningen för att direkt fylla porer och sprickor och blockera vätskebanor:
Vanliga tätningsmaterial: Lera (bentonit), sågspån, cement, bomullsfiber, valnötsskal etc. Välj material baserat på förlustens omfattning. För mindre förluster kan lera eller sågspån räcka; för måttliga förluster använder en cement-lera-blandning cementens härdning för att förbättra långsiktig tätning.
Placeringsmetod: Använd etappvis placering och "borra och plugga"-tekniker – mata långsamt in material i förlustzonen samtidigt som slamcirkulationen bibehålls så att materialen transporteras till läckagevägarna, fyller hålrum och bildar en stabil plugg som förhindrar ytterligare förlust.
Kontrollera borrparametrar för att minska störningar i borrhålet. Korrekt driftpraxis är avgörande för att förhindra förlorad cirkulation genom att minimera skador på borrhålsväggen:
Minska penetrationshastigheten: Sänk rotationshastigheten och matningshastigheten, särskilt vid korsning av lös sand eller sprickiga lager; använd en metod med "lågt varvtal, liten frammatning" för att minska borrkronans påverkan på väggen och begränsa störningar.
Ge tid för bildandet av filterkakan: Långsammare borrning ger vätskan tid att avsätta en enhetlig, tät filterkaka på borrhålsväggen, vilket ytterligare konsoliderar väggen och tätar mikroporer för att minska förlustrisken.
Fyll på och borra om vid allvarliga förluster. När förlusterna är allvarliga och rutinmässig pluggning misslyckas – eller när storskalig borrhålskollaps inträffar – kan det krävas att fylla på intervallet och borra om:
Val av påfyllningsmaterial: Föredra lera, cementslam eller en blandning av lera och cement. Lera är billigt och effektivt för tätning; cementslam härdar för att ge höghållfast förstärkning av borrhålsväggen.
Procedur för återfyllning och omborrning: Fyll förlustintervallet och en marginal ovanför det med det valda materialet tills den berörda sektionen är fylld. Låt materialet härda tillräckligt (vanligtvis 24–48 timmar, justerat beroende på material och formationsförhållanden) för att bilda en stabil tätning, återuppta sedan borrningen. Vid omborrning, optimera återigen borrvätskan och kontrollera penetrationen för att förhindra upprepning.
Slutsats Borrhålsutbrott och förluster under borrning är vanliga och uppstår både från inneboende formationsförhållanden (lös sand, sprickzoner) och kontrollerbara faktorer (för hög borrhastighet, dålig borrvätskeprestanda). För att hantera risken effektivt, genomför formationsundersökningar före byggnation för att förutse förlustbenägna zoner; förebygg förluster under byggnationen genom att optimera vätskeegenskaper och kontrollera borrparametrar; och om förluster uppstår, tillämpa en graderad åtgärd som inkluderar pluggning, återfyllning och, om nödvändigt, omborrning. Att anta ett "förebyggande först, sanering sedan"-tänkande och justera åtgärder för att matcha formationsegenskaper och fältrealiteter är avgörande för att övervinna problem med förlorad cirkulation, säkerställa smidiga borroperationer och förbättra byggkvaliteten och effektiviteten.
