裂缝性地层钻井液漏失模型及漏失规律

针对裂缝性地层钻井作业时的钻井液漏失问题,采用幂律模式钻井液,将地层中裂缝看作任意倾角、可变形、裂缝面粗糙且存在滤失的二维单条裂缝模型,引入裂缝力学开度和裂缝迂曲度参数表征裂缝面粗糙度对钻井液漏失规律的影响,推导了钻井液漏失模型,并基于该模型分析了钻井液漏失规律。研究结果表明,幂律模式钻井液的剪切稀释性会造成漏失初始阶段漏失速率的升高;钻井液漏失速率随裂缝迂曲度变大而减小,随着裂缝开度增加裂缝迂曲度对钻井液漏失速率的影响降低;初始裂缝开度、裂缝倾角、裂缝面积、裂缝长度越大,钻井液漏失速率越大;矩形裂缝的钻井液漏失速率低于正方形裂缝;裂缝面滤失综合系数越大,钻井液漏失速率越高;井眼与裂缝相交于裂缝中心位置时钻井液漏失速率最高;随着井底压差增大,钻井液漏失速率明显升高;裂缝法向刚度越高,钻井液漏失速率越小。     

基于分形理论的粗糙裂缝钻井液漏失模型研究

当前的漏失模型均未充分考虑裂缝粗糙度对钻井液漏失的影响,对粗糙裂缝的漏失规律认识不清,反演得到的裂缝宽度误差大。为此,基于分形理论建立了二维粗糙裂缝模型,采用赫-巴模式描述了钻井液的非牛顿流变特性,采用指数方程描述了裂缝的非线性变形特征,建立了钻井液漏失模型,并采用中心差分方法对方程进行了数值求解,分析了网格尺寸、分形维数及标准差对钻井液漏失速率及累计漏失量的影响。研究结果表明,模拟网格尺寸足够大时,数值模拟结果的可靠度较高;随着标准差增大,微凸体数量增加、起伏程度提高,漏失速率及累计漏失量显著减小;分形维数对漏失的影响与裂缝面是否接触紧密相关,没有接触时影响较小,接触后随着接触面积增大影响增大。研究表明,建立的漏失模型可为认识漏失机理和反演裂缝宽度提供理论参考。      

裂缝性地层H-B流型钻井液漏失流动模型及实验模拟

随着油气勘探开发逐步面向深层、超深层、深水、高温高压高含硫及多压力层系等复杂地层,井漏问题异常严峻,严重迟滞了油气勘探开发进程。因此,开展钻井液漏失诊断研究,揭示钻井液漏失动态行为及其特征,对认识井漏和优化防漏堵漏技术有重要意义。建立了二维平面裂缝H-B流型钻井液漏失流动模型,揭示了钻井液漏失动态行为及其影响因素。研究结果表明,二维平面裂缝的纵横比、裂缝面积、延伸长度、裂缝变形及裂缝面倾角越大,钻井液漏失速率及累积漏失量则越大。钻井液稠度系数及动切力越大,钻井液漏失速率及累积漏失量则越小。利用高温高压钻井液漏失动态评价仪评价了0.5 mm和1mm缝宽的平面裂缝的钻井液漏失行为,与漏失模型模拟结果整体趋势吻合,误差小于25%,表明所建二维平面裂缝钻井液漏失流动模型具有一定的合理性。     

基于真实裂缝试验装置的液液重力置换试验研究

为了解裂缝性地层发生液液置换过程中流体在裂缝中的真实流动形态,通过扫描现场实际露头裂缝,构建了真实的裂缝空间,根据裂缝性地层液液重力置换机理,利用可视化井筒-地层耦合流动试验装置进行了钻井液与模拟地层流体的可视化重力置换试验,分析了裂缝宽度、井口回压、钻井液密度、钻井液黏度和地层流体黏度对定容性地层液液置换量的影响规律,并根据量纲分析理论回归了置换量与各影响因素的关系。结果表明:裂缝宽度、井口回压和钻井液密度增大,置换速率和置换量均增大;钻井液和地层流体黏度升高,置换速率和置换量均减小;循环当量密度相同时,采用低密度钻井液加回压的方式,置换量较小。这表明,裂缝两端的压差是发生液液置换的主要原因,而钻井液与地层流体的密度差与黏度差是导致裂缝两端产生压差的主要因素。      

缝面摩滑:深部裂缝性地层钻井液漏失加剧的新机制

针对深层裂缝性地层在初次堵漏失败后多发生漏失量更大的重复性漏失的问题,设计并进行了裂缝面间摩擦滑动(简称缝面摩滑)前后的裂缝封堵模拟试验,以钻井液环境下岩板与岩块的摩擦滑动试验、基于微压痕的岩石力学参数测试、表面三维扫描等手段为辅,分析了钻井液侵入对天然裂缝缝面摩滑的诱发作用,探讨了缝面摩滑对裂缝性储层钻井液漏失的影响...     

裂缝性地层钻井液漏失动力学模拟及规律

井漏是裂缝性地层钻井过程中较为常见的井下复杂情况之一,为从本质上认识漏失的发生机理,以流体动力学为基础,将钻井液看作宾汉流体,裂缝看作是表面粗糙、指数变形、存在倾角的二维单条裂缝,建立了宾汉流体在二维粗糙裂缝内漏失控制方程。运用有限单元法对漏失控制方程进行了求解,基于所建立的模型分析二维粗糙裂缝中钻井液的漏失规律。研究结果表明:裂缝越光滑,漏失速率与累积漏失量越大;裂缝倾角对漏失速率影响较小,对累积漏失量有一定的影响;裂缝面积越大,漏失速率与累积漏失量越大;裂缝长度越小,漏失速率与累积漏失量越大;裂缝宽度越大,漏失速率与累积漏失量越大;井底压差越大,漏失速率与累积漏失量增加明显;流体动切力对漏失速率影响不大,对累积漏失量有一定的影响;塑性黏度越小,漏失速率与累积漏失量越大。     

裂缝性地层钻井液漏失动力学模型研究进展

为了有效预防和控制裂缝性地层中可能发生的井漏,需要明确钻井液漏失原因,了解钻井液漏失特征及规律,准确预测原地裂缝宽度。借鉴油藏数值模拟和试井的研究思路,通过建立钻井液漏失动力学模型,可以分析井漏的影响因素,反演裂缝宽度,诊断漏失类型,揭示漏失的特征及规律,为防漏堵漏技术研究提供新思路。综述了钻井液漏失动力学模型的研究进展,详细分析了一维径向漏失模型、一维线性漏失模型及二维平面漏失模型的优缺点,阐述了钻井液漏失模型的应用情况,指出耦合井筒压力系统的漏失模型、裂缝网络漏失模型及缝洞型地层漏失模型是今后的主要发展趋势。      

顺南区块裂缝性储层置换式气侵影响因素研究

塔河油田顺南区块塔中北坡奥陶系鹰山组上段属于碳酸盐岩裂缝孔洞型储层,钻进该层段时气侵现象严重,现场常采用提高钻井液密度和循环排气的方式处理气侵。为解决裂缝性储层在高密度钻井液条件下易发生漏失、循环排气方式处理时间较长等问题,对裂缝性储层置换式气侵发生时间的影响因素进行了研究。通过建立漏失速率模型与置换式气侵模型,分析了裂缝宽度、高度、长度,地层压力、压差及钻井液的黏度、密度对气侵发生时间的影响。研究发现,裂缝宽度越小、高度和长度越大,钻井液黏度越大、密度越小,以及地层压力越低、压差越大时,气侵发生时间越长。研究结果表明,现场施工中合理控制钻井液密度和压差,可以控制和减小置换式气侵速度。      

碳酸盐岩裂缝—孔隙性地层钻井液漏失模型

针对碳酸盐岩地层钻井作业时的钻井液漏失问题,基于双重介质理论,建立了适用于裂缝—孔隙性地层的二维钻井液漏失模型。基于该模型,分析了裂缝开度、裂缝法向刚度、基质孔隙度和渗透率对于钻井液漏失速率的影响。研究结果表明:裂缝开度越大,漏失速率越大;裂缝法向刚度越小,在相同压差下裂缝的开度越大,漏失速率越大;基质孔隙度越大,裂缝向基质中的窜流量越大,井筒的漏失速率下降越缓慢;基质渗透率越大,初始阶段的漏失速率越大。研究结果对于降低碳酸盐岩裂缝—孔隙性地层钻井液漏失有理论指导意义。     

异常高压深井裂缝性厚层砂岩储层“酸化+酸压”技术

塔里木油田库车前陆冲断带气藏地层压力高、天然裂缝发育,钻井过程中漏失严重。岩心造缝及岩心流动实验结果表明,常规基质酸化不能有效解除污染,需要能够使天然裂缝张开的"酸压"工艺才能有效解除深部钻井液污染;同时,针对长井段合理布酸需要,推导了黏性暂堵酸化机理,指出增大暂堵酸液黏度有利于合理布酸;结合二者,提出了针对高压天然裂缝性砂岩储层的暂堵酸化+砂岩酸压改造工艺。KS2井现场应用表明,该工艺对改造该类储层适应性强,增产效果显著,对同类储层的增产改造具有一定的指导意义。     

泥浆帽控压钻井裂缝漏失规律

泥浆帽控压钻井是针对严重漏失地层的一种前沿钻井工艺,漏失压力的确定是泥浆帽钻井参数设计的关键。由于裂缝边界条件的复杂性,漏失压力预测目前还没有可靠的方法。通过对不同形式组合缝以及弯曲缝的数值模拟,分析漏失压差和裂缝参数对漏失量的影响规律。研究表明:不同形式裂缝可通过等效裂缝开度进行描述,漏失量与裂缝开度之间基本满足立方定律,但随着串联缝漏失速度的增大和弯曲缝弯曲度的增加误差增大,因此在一定范围内可根据立方定律对漏失压力进行预测。为泥浆帽钻井漏失压力的预测和参数设计提供了理论依据。     

川渝地区防漏堵漏智能辅助决策平台研究与应用

针对川渝地区井漏严重、井漏治理主要以经验为主、一次堵漏成功率低等问题,提出了采用大数据/人工智能技术,对漏失特征、裂缝性质进行大数据分析诊断,对正钻井漏失风险几率及漏失分布进行井漏预判,并智能推送防漏堵漏方案。为此,研发了基于大数据挖掘技术的防漏堵漏智能辅助决策平台。首先将大量已钻井漏失数据按聚类和关联规则算法进行自主聚类、关联、分析,同时根据挖掘出的规律对钻井漏失进行诊断,获取真实漏失关键参数,并对正钻井同一类井段的井漏倾向提出风险预测和预警,对堵漏施工提出针对性处理方案,从而提高防漏堵漏效果。使用防漏堵漏智能辅助决策平台对5口已完钻井和3口正钻井进行堵漏方案推送验证,其中推送方案与完钻井实际堵漏方案符合率60%,与正钻井实际堵漏方案符合率50%,表明推送的堵漏方案对实际堵漏方案制定具有一定的指导性。该软件在页岩气、高磨区块累计应用17井次,一次堵漏成功率达52.9%,未使用该软件时的一次堵漏成功率仅39.1%,取得了良好的应用效果。     

承压封堵裂缝止裂条件影响因素分析

对于裂缝性地层中发生的井漏问题,通常采用堵漏材料承压封堵阻止裂缝扩大,但到目前为止对裂缝止裂条件的影响因素缺乏深入分析,为此,通过分析承压封堵后缝内的压力变化,应用叠加原理推导了缝内压力引起的缝尖应力强度因子分量公式,并在此基础上分析了其随不同影响因素的变化规律。分析表明,随着封堵长度增长、钻井液黏度增大或封堵渗透率降低,应力强度因子分量减小,裂缝逐渐满足止裂条件;裂缝长度越长或井内压力越高,应力强度因子分量越大,裂缝越不容易止裂;封堵位置越靠近缝尖处,应力强度因子分量越大,越不利于裂缝止裂。缝内压力引起的缝尖应力强度因子分量与封堵长度、封堵位置均近似满足三次函数关系,与钻井液黏度、井内压力均满足线性函数关系,与封堵渗透率近似满足对数函数关系,与裂缝长度满足幂函数关系。研究认为,承压堵漏过程中,在裂缝长度和井内压力不变或无法控制时,通过优化调整堵漏液配方和钻井液性能可实现裂缝止裂。      

考虑地应力及缝宽/粒径比的钻井堵漏材料抗压能力评价

井漏是钻完井过程中的复杂工程问题之一,而裂缝性储层段的井漏又会严重损害储层并降低建井综合效益.采用堵漏材料封堵漏失通道是裂缝性地层工作液漏失控制的主要方式,其关键在于形成结构稳定且高承压的裂缝封堵层.具架桥功能刚性堵漏材料的抗压能力主导着裂缝封堵层的结构稳定性及承压能力,然而当前尚缺乏可操作性的刚性堵漏材料抗压能力的实...     

防漏水泥浆体系在吉林油田严重漏失地层中的应用

海坨构造位于吉林油田松辽盆地南部中央坳陷,该地区下部地层裂缝发育,在钻井和固井过程中经常发生严重井漏和水泥浆低返事故,固井质量无法保证.在分析了该地区构造特征、裂缝性质及固井施工中存在问题的基础上,采取了以防漏水泥浆体系为主,结合小排量顶替的防漏固井工艺技术.室内评价和3井次的现场试验结果表明:以F27A为主的防漏水泥浆体系堵漏效果突出,其综合性能优于低密度水泥浆体系.F27A防漏水泥浆体系有效地解决了海坨地区严重漏失探井固井作业中水泥浆低返的技术难题,满足了该地区固井施工技术要求,显著提高了易漏地层的封固质量.     

HHH堵漏剂在治理多点井漏中的应用

在异常高压区的深井钻井中，经常遇到以压裂性诱导漏失为主的多漏点井漏，该类型井漏的漏失位置往往难以确定，各漏失点差异性较大，一次性治理成功往往存在复杂的技术难题。针对川渝地区同裸眼多漏点井漏使用HHH堵漏剂一次性全部封堵成功率不高的问题，通过分析多漏点井漏的漏失特性和HHH堵漏剂应用于多漏点堵漏的工艺技术，认为现场堵漏施工工艺的优化对提高多漏点井漏治理成功率十分关键，在施工中优化堵漏浆挤注排量可以实现同裸眼多漏点的一次性堵漏成功。在剑门1 井多漏点井漏的堵漏施工实践中，几次作业通过调整优化施工工艺，从正反两方面证实了优化现场工艺能够提高同裸眼多漏点井漏的一次性治理成功率。     

毫米缝洞承压堵漏浆配方优化及现场试验

井漏是钻井作业中最为严重的复杂情况之一,导致钻井周期长,钻探成本高。文章以黄骅坳陷王官屯油田钻井过程中井漏为研究对象,开展了地质特征及井漏复杂情况分析,探讨了王官屯油田井漏原因：馆陶组以上地层发育胶结疏松的砂砾岩,易发生孔隙渗透性漏失;沙河街组发育生物灰岩,裂缝开度为1～4mm,易发生裂缝性漏失;现场堵漏材料类型少,封堵层结构稳定性及致密性差。针对馆陶组等渗透性严重漏失,研制了胶结固化堵漏剂,其由红泥废渣、石膏废料和高炉矿渣等工业废料组成,实现对工业废弃物料资源合理利用的同时,降低成本并保护环境,胶结固化堵漏剂与传统桥接堵漏剂复配,可形成高强度固结体,封堵2～4mm开度裂缝及直径为2mm孔隙模块,承压能力达到8MPa。针对沙河街组裂缝性漏失,优选了刚性颗粒、柔弹性颗粒和有机纤维材料等不同类型的堵漏材料,优化了1～4mm不同开度的裂缝堵漏配方,承压能力达8MPa。现场应用表明,胶结固化体系和裂缝堵漏体系提高了现场堵漏成功率和地层承压能力,为解决现场井漏复杂事故提供了技术支撑。     

提高地层承压能力的钻井液堵漏作用机理

应用线弹性岩石力学和岩石断裂力学基本理论,揭示了钻井液堵漏阻止诱导裂缝延伸并提高裂缝重启压力从而提高地层承压能力的作用机理。通过分析承压堵漏后缝内压力分布,建立了封堵诱导裂缝的断裂力学模型,并给出承压堵漏阻止诱导裂缝延伸的必要条件;基于井周围岩裂缝诱导应力场的数学模型,提出了堵漏提高诱导裂缝重启压力的力学实质。理论研究表明,堵漏材料在裂缝入口后一定距离封堵为封堵诱导裂缝的最佳位置形式;裂缝尖端部分流体压力必须低于水平最小主应力,且该压力越低,越有利于裂缝的阻裂;诱导裂缝重启压力的提高依赖于周向诱导应力,堵漏材料必须支撑裂缝以维持周向诱导应力;承压堵漏作用机理包含密封和支撑裂缝两方面,堵漏材料应同时具有封堵性能和机械强度。     

深层脆性页岩井钻井液漏失机理及主控因素

四川长宁区块页岩气资源丰富,但在水平井钻井中钻井液漏失问题突出,制约了长宁区块页岩气资源勘探开发进程。基于单井测井数据与地震解释数据,建立了长宁区块页岩气地层裂缝、地应力及地层压力展布模型,研究了三者与钻井液漏失情况的响应关系。结果表明:长宁区块构造背斜高部位裂缝密度大,地层埋藏浅地应力小,闭合裂缝的开启临界压力与裂缝延伸临界压力都较小,地层孔隙压力低,钻井液漏失情况严重;构造向斜低部位裂缝密度相对于构造高部位小,地层埋藏较深地应力大,闭合裂缝的开启临界压力与裂缝延伸临界压力都较大,地层孔隙压力高,钻井液漏失情况不突出。长宁区块断层裂缝发育,钻井液漏失主要为压差性漏失和闭合裂缝扩展性漏失。研究结果揭示了长宁区块深层页岩钻井液漏失机理,明确了其主要影响因素,可为长宁区块页岩储层防漏及效益化开发提供科学依据。