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。     

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。     

裂缝网络地层钻井液漏失模拟

针对复杂裂缝性地层的钻井液漏失问题,基于蒙特卡罗随机建模理论,构建了三维离散裂缝网络地层模型。采用宾汉模式钻井液,建立了考虑裂缝线性变形的裂缝网络地层钻井液漏失模型,并利用有限元法求解该模型,对钻井液漏失行为进行模拟。研究表明,该模型可以进行裂缝内流速、漏失速率及漏失量等动态模拟;近井筒附近裂缝内钻井液流速较高,远离井筒处裂缝内流速较低;经过对数变换后,钻井液漏失速率曲线具有明显的无规律波动现象,与单条裂缝的漏失存在明显区别,可以用于识别裂缝网络地层;裂缝应力敏感性对漏失影响较大,考虑应力敏感性后,钻井液漏失量增加;数值模拟得到的漏失量与理论漏失量十分接近,证实模型可靠度高。现场应用表明,研究成果可有效识别出裂缝网络漏失,并以此采取了合理的堵漏技术方案,堵漏一次成功。      

裂缝性地层漏失模拟试验研究

裂缝性地层在油气田中普遍发育,由此导致漏失现象也经常发生,如何有效模拟裂缝性地层漏失是个普遍性难题。采用粒径3～5cm具有一定高度的砾石层来模拟地下裂缝性地层;试验结果表明,砾石层可以有效模拟1～2cm的裂缝。同时,利用该方法评价并优选了裂缝性地层堵漏材料,认为单一的刚性材料、纤维材料或片状材料对于裂缝性地层堵漏效果均不理想,刚性材料和纤维状材料以及片状材料复合堵漏效果比较明显。3%粗粒石灰石+3%核桃壳+3%锯末+1%云母,对1～2cm裂缝可以有效堵漏。     

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。      

裂缝性地层堵漏技术

针对裂缝性地层漏失的特征,研制出了一种由硬质刚性颗粒、柔性粒子、超细填充材料(超细碳酸钙)及特种膨胀聚合物(部分水溶的合成有机物)等组成的堵漏剂DLCM,其中的硬质刚性颗粒具有高强度、不水化、抗压、抗拉、不变形等特点,按粒径大小分为5个等级;柔性粒子由天然鳞片石墨经过插层处理、加热膨化后形成,具备高温稳定性、柔性、可压缩性、回弹性和韧性好的特点。采用长孔、立缝和异型3种模块分别模拟裂缝性、直缝性、长缝性漏层,测定了DLCM在上述3种漏层的堵漏效果,并探讨了堵漏材料协同封堵裂缝的作用机理。结果表明,该堵漏剂DLCM适用于不同密度的钻井液,且对钻井液流变性影响较小,能有效封堵1～6mm宽的裂缝,抗温、承压能力分别达150℃、7MPa。     

裂缝性漏失的桥塞堵漏钻井液技术

利用新研制的模拟裂缝封堵装置,开展了裂缝桥塞堵漏的实验研究,对比了不同形态裂缝的堵漏效果,分析了裂缝性漏失的桥塞堵漏规律.结果表明:新研制的裂缝堵漏实验装置有更好的模拟裂缝堵漏的能力,该装置模拟的裂缝具有较长的深度,实验完成后可以打开裂缝模块,观察堵漏材料在裂缝内的封堵位置和形态,探索桥接堵漏材料封堵裂缝的机理和规律;堵漏材料在裂缝“喉部”和“腰部”形成封堵段塞是堵漏成功的标志;裂缝的长度与裂缝壁面的粗糙度对堵漏效果有较大的影响.     

裂缝性地层漏失机理及堵漏材料新进展*

重点从裂缝性地层漏失机理,堵漏剂种类、配方、工艺等方面综述了近三年的最新研究成果。此外,还介绍 了井眼强化等井漏预防工程技术方法、漏层确定方法的优缺点等。最后给出了一些建议,为以后油气钻井堵漏 作业提供借鉴     

裂缝内钻井液的漏失规律研究

为了揭示裂缝性漏失宏观规律和缝内微观流动特征的机理,通过室内实验研究了压差、缝宽、钻井液黏度变化时平板型光滑裂缝的漏失规律,结合CFD数值模拟分析了天然裂缝面的起伏粗糙特征对漏失的影响,讨论了影响漏失各个因素的特点。研究表明:缝宽和压差是决定漏失速率的关键因素,漏失速率对钻井液黏度的敏感程度相对较弱;裂缝面的整体起伏使其在局部对顶接触是一般裂缝形成有效流道的主要原因,而形成微裂缝有效流道的主导因素则是微凸体的分布与形态特征;天然裂缝面存在局部接触,从而引起液体流动阻力增大、流道变得更加曲折,漏失速率减小。该研究成果为裂缝性地层的漏失评价、堵漏材料优选、井漏控制提供了一定的理论依据。     

伊朗TABNAK气田低压裂缝性地层泡沫钻井液技术

伊朗TABNAK气田地层岩性以灰岩和白云岩为主，石膏夹层较多；碳酸盐岩地层裂缝发育，连通性好，漏失严重；海平面以上是干层，无孔隙压力，海平面以下至井深2450m是盐水层。长城钻井公司采用了空气—泡沫钻井流体，即：空气粉尘、雾化空气、稳定泡沫钻井液和硬胶泡沫钻井液。通过实验，优选出发泡体积大、稳定时间长、抗盐抗钙能力强和耐温性能好的发泡剂和稳定泡沫液及硬胶泡沫液配方。现场应用表明，空气—泡沫钻井流体密度低；钻速快，平均机械钻速是常规钻井液的3—5倍；携砂性好，井眼清洁；能顺利穿过严重漏失地层。其中，空气粉尘用于干层钻进，速度快，无钻井液材料消耗，但必须有足够的空气排量；雾化空气适用于出水量较小的水层，但需要的空气排量更大，而且对钻井腐蚀太严重；泡沫钻井液适用于低压干层和水层，需要的空气排量较小，钻速快，抗盐钙和携砂能力强。     

深部裂缝性致密储层随钻堵漏材料补充时机研究

深部裂缝性致密储层地质条件复杂、天然裂缝发育,钻井液漏失风险大。加入随钻堵漏材料是预防裂缝性地层钻井液漏失、控制储层损害的重要手段。为系统研究考虑钻进过程中材料消耗的随钻堵漏材料补充时机,以塔里木盆地某深部裂缝性致密气藏为研究对象,实验评价了不同随钻堵漏材料消耗比例下的油基钻井液体系承压能力,并基于地层裂缝产状构建了随钻堵漏材料消耗率计算模型。结果表明:当材料消耗率超过15%后,随钻堵漏油基钻井液体系的封堵能力显著降低;地层裂缝宽度及倾角对随钻堵漏材料消耗率影响显著,裂缝倾角越接近90 °、裂缝宽度越大、裂缝线密度越大,材料消耗率增长越快;在确定随钻堵漏材料补充时机及补充量时,需要特别注意地层裂缝宽度及倾角变化。该计算模型在现场试验中取得了良好应用效果,对深部裂缝性致密储层高效钻井有指导意义。     

保护裂缝性气藏的超低渗透钻井液体系

理论分析和油田现场钻井实践表明,钻井液中液相及固相颗粒侵入裂缝是造成裂缝性气藏储层伤害的主要因素。将理想充填暂堵理论扩展应用到裂缝性气藏的储层保护,把理想充填暂堵剂与成膜剂进行复配优化,利用"迭加增效"作用优选出了保护裂缝性气藏的新型超低渗透水基钻井液。室内评价试验表明:该钻井液体系流变性能优良,易于调整和控制,抗高温能力强,泥饼致密、光滑,可在井壁形成一层致密的隔离层(非渗透膜)。API滤失量可控制在2.3 mL以下,高温高压动态累计滤失量≤0.3 mL,可显著提高裂缝性气藏的储层保护效果。     

山前构造裂缝地层钻井液漏失规律研究

山前构造地层破碎严重,井漏问题尤为突出.系统研究其井漏特征,弄清井漏规律是山前构造裂缝地层防漏堵漏的关键.基于钻井液非牛顿流体在裂缝地层的流动原理,考虑漏失通道的空间特征、施工参数等因素建立了山前裂缝地层井漏分析模型,运用非牛顿流体力学有限元方法定量研究了钻井液在裂缝地层漏失过程中的流场特性和漏失规律,明确了山前构造井漏的性质和规律,可更有效地处理井漏问题,在堵漏工作中,堵漏剂的优选和钻井液工艺性能及流变性的控制尤为重要.在今后的工作中,应深化山前构造井漏机理的研究,建立和完善漏失的理论模式和计算方法等,完善山前构造井漏防治的新技术.     

用于低压低渗透油气藏的可循环泡沫防塌钻井液

分析了低压低渗透油气藏储层损害与保护的特殊性及泡沫钻井液的防塌机理,优选出了适用于该类油气藏的强抑制性可循环泡沫防塌钻井完井液,并对该体系进行了性能评价和现场施工工艺探索.性能评价实验结果表明,该钻井完井液具有较低的密度在0.60～0.95 g/cm3之间可调,能满足低压地层钻井的需要;具有较强的抑制性,与油基钻井液接近,能有效地预防钻井液对低压低渗透储层的损害;流变性和滤失性好、抗原油污染和抗温稳定性强(120℃),能适应井深3000m以内的直井、斜井和水平井钻井施工需要.     

裂缝性致密油藏二氧化碳吞吐基质-裂缝间流体渗流特征研究

为深入探究裂缝性致密油藏CO2吞吐过程中基质-裂缝间流体渗流机理,采用自主设计的高压无磁岩心夹持器开展脉冲式注CO2吞吐岩心实验.基于核磁共振T2谱测试原理,对CO2吞吐过程中的岩心进行在线扫描,研究CO2吞吐过程中基质内孔隙中原油的微观动用特征和基质-裂缝间流体的渗流特征.结果表明:CO2进入裂缝后,沿着裂缝驱替原油...     

大庆油田深井钻井完井技术的新进展

通过深井钻井速度、抗高温钻井液体系、深井固井综合工艺技术在大庆油田所钻14口深井上的现场试验与应用，形成了一套适合大庆松辽盆地深井特点的钻井完井配套技术，满足了勘探生产需要。在高温硬地层的深井钻井完井技术上实现深井钻井速度、井身质量、固井质量等三项突破，其中抗高温钻井液体系和抗高温水泥浆体系取得了突破性进展，深井钻具防失效技术、高陡硬地层防斜技术、不钻胶塞双级注水泥工具、长封井段固井配套技术得到了进一步的发展和完善。     

裂缝性低渗透油藏单井渗流数学模型

利用平行板理论和张量理论,建立了裂缝性低渗透储集层的各向异性等效连续介质模型和考虑启动压力梯度的单井渗流模型。研究了天然裂缝表征参数对储集层渗透率和压力分布的影响。结果表明,天然裂缝的开度和密度对储集层平均渗透率和各向异性程度影响较大;压力分布及压力波及范围与裂缝发育方向有关;平行裂缝方向与垂直裂缝方向的流动存在干扰,裂缝越发育,垂直方向的波及范围越小;认清裂缝方向,采取合理的注采井网和井距排距是提高裂缝性低渗透油藏波及效率和开发效果的关键。