高保真模拟漏失地层堵漏评价试验装置设计

为了对堵漏材料与漏失地层的配伍性做出科学的评价,研制出一套高保真模拟漏失地层堵漏评价试验装置。通过测井、物探等技术获取漏失地层的物理参数,制作与井下地层复杂地质条件高度相似的模拟漏失地层,利用高压泵将堵漏材料挤入模拟漏失地层进行评价。高保真对开岩心筒能够根据地层压力开启一定的裂缝,当压力释放时,模拟地层使堵漏液返排,根据井下温度可以在模拟装置上进行加热。室内评价结果为现场堵漏材料的配比提供了依据。该装置的研制为堵漏剂的优选、堵漏钻井液性能的评价及堵漏工艺的确定提供了一种科学、有效的试验评价方法,为相关科研和生产提供了科学依据。     

基于环空液面监测技术的井筒漏失动态模型的建立及应用

井漏失返工况下井筒液面动态变化情况难以获取,盲目作业面临着巨大的井控风险。借助环空液面监测技术,可实时获得井漏时井筒液面高度变化数据,从而预测出漏失平衡点位置,计算出漏失速率。基于数理统计分析原理,利用漏失速率与环空液面高度的关系建立了漏失动态函数模型,并进行了实例计算分析。结果表明：基于井筒环空液面监测数据的漏失模型能够有效地分析井漏动态,可为钻井现场堵漏作业提供重要参考,对保障井控安全具有重要意义。     

环空响应段流体流动特性数值模拟

基于物理法进行随钻防漏堵漏，其技术核心是利用侧向射流的水力能量在漏失层快速形成薄而高强度的“人造井壁”。钻遇漏层时，部分流体从专门设计的井下工具中喷出，直接射向井壁，给新形成的井壁一个合适有效的作用力，将混入钻井液中的堵漏材料推进漏失层岩石的孔、洞和裂缝，在漏失层井壁迅速形成一层致密的、可以承受一定压差的滤饼屏蔽环，从而增大井壁的承压能力或钻井液密度窗口，达到随钻防漏堵漏目的。由于环空响应段的侧向射流与上返流体具有一定的干扰，采用流体力学软件（CFD）对环空响应段的流体流动特性进行分析，弄清了上返流体对侧向射流的干扰。模拟结果表明，在现有应用的环空返速下，对侧向射流干扰很弱，基本没有影响。     

幂律流体同心环空螺旋流数值模拟

环空螺旋流是钻井液在钻井作业中常见的一种流型，怎样方便、快速及高精度地计算其流速场与压力梯度是一个重要工程问题。提出直接利用线性化迭代法求解幂律流体在环空中螺旋流的流场及压力梯度，避免了求解非线性方程组而可能出现迭代发散的问题，该线性化迭代算法真实可信，精确度高。使用线性化迭代算法，仅以求解两个三对角线性方程组为一次循环，运算速度快，占用时间少，精度高，收敛性得到可靠保证，是矿场使用的好方法，为矿场作业中水力参数设计提供了科学依据。     

液固两相同心环空流动数值模拟

应用液-固两相流理论,利用PHOENICS软件的IPSA解法对环形空间中液-固两相流动的特性进行了数值模拟计算,并用ORIGIN软件对计算数据作了进一步处理,分析了同心环空中液-固两相流紊流的轴向速度分布、固相颗粒沿径向的浓度分布、颗粒直径对滑落速度的影响、固相浓度对滑落速度的影响,得出了一系列关于液-固两相环空流动的规律。     

抽油泵柱塞和泵筒环隙漏失研究进展及方向

准确预测抽油泵柱塞与泵筒环隙漏失量,对抽油泵间隙的选择至关重要。间隙选择过大,会使抽油泵漏失量增加,严重影响其泵效和油井产量; 间隙过小,虽然漏失减小,但加剧了柱塞与泵筒的摩擦,影响柱塞和抽油泵的使用寿命。基于国内外对抽油泵柱塞和泵筒环隙漏失方程的研究,分析了理论推导法、试验推导法、数值模拟法3种漏失模型的推导方法,阐述了抽油泵柱塞和泵筒环隙漏失量的研究进展。研究结果表明:当间隙<0.127 mm时,柱塞偏心对漏失量影响较小; 当间隙>0.127 mm时,偏心对漏失量影响较大; 剪切漏失量在总的漏失量中所占比重较大,剪切漏失与压差漏失异向时,会出现负漏失。指出了抽油泵柱塞-泵筒环隙漏失方程的发展方向:从试验角度确定剪切漏失和压差漏失的方向; 同时要对特殊抽油泵的间隙漏失模型开展研究。为更好地指导油井的生产,应结合泵效的其他相关影响因素,借助大数据处理分析,获得最佳的泵效。     

DLM-01型堵漏模拟装置在堵漏试验中的应用

为提高堵漏工艺的可行性与封堵效果,采用DLM-01型堵漏模拟装置对不同堵漏材料进行堵漏试验,可以为堵漏方案的改进与优化提供科学依据。试验结果表明,该装置能模拟孔隙、纵缝、横缝、楔型缝等多种漏失通道,可以对各种堵漏材料进行模拟试验,为井眼堵漏提供了一种有效的评价手段;而且操作简便,直观性好,可以直接观察堵漏材料在纵剖面、横断面上以及沙层内部的组分分布及封堵效果,便于堵漏剂的优选。     

偏心环空层流螺旋流与同心环空层流螺旋流压降的比较

推导了幂律液体偏心环形空问堪流螺旋流的压降方程.介绍了由降方程计算幂律液体偏心环空间层流螺旋流的压降的方法并把由压降方程算得的偏心环空螺旋流的理论压降和同心螺旋的理论压降进行比较.     

偏心环空螺旋流的PIV测试研究

首次将PIV技术应用于测试偏心环空幂律流体紊流螺旋流速度场,设计了一套可调偏心度的垂直环空管道实验装置。实验为不同浓度的聚丙烯酰胺水溶液在偏心度分别为40%和80%的垂直环空管道内做螺旋流动的PIV实验,得到了轴向速度影响规律:压力梯度一定时,黏滞性的减小或内管转速的增加将使轴向速度增大;流量一定时,黏滞性的减小或内管转速的增加都将使宽间隙处紊流核心区的轴向速度减小;偏心度的增大可以使紊流核心区轴向速度减小;当其它条件相同时,轴向速度随着压力梯度或流量的增加而增大。PIV实验结果与PHOENICS数模结果吻合良好,证明了PIV技术对幂律流体偏心环空螺旋流速度场进行测试是可行的、有效的。     

新型钻井堵漏系统设计

为了避免石油钻井过程中井漏事故的频繁发生,减小工程危害和经济损失,将机械、材料和控制等多种学科交叉设计了新型钻井堵漏系统。该系统由电加热装置、形状记忆合金(SMA)、分离螺栓、菱形弹簧网和水龙带等组成,利用分离螺栓将菱形弹簧网径向压缩到钻杆上,当钻杆下到漏失层时,启动电加热装置,使形状记忆合金变形将分离螺栓拉断,菱形弹簧网张开,将水龙带张紧到漏失井壁上,实现堵漏。采用ABAQUS软件对分离螺栓进行建模和有限元分析,得到了分离螺栓所受应力情况。试验及应用情况表明:钻井堵漏系统符合堵漏工艺要求和使用条件,收到预期效果。     

高滤失承压堵漏技术

高滤失承压堵漏技术是以高滤失堵漏剂进行封堵漏层提高地层承压能力的堵漏技术,该技术在压差作用下堵漏浆迅速滤失,形成填塞层封堵漏失通道,钻井液在填塞层表面发生滤失形成致密的泥饼,达到提高地层承压能力的目的。研制了一种高滤失堵漏剂,对钻井液流变性没有影响,堵漏浆30 s内API滤失量达180 mL以上,用重晶石粉可加重堵漏浆密度至2.3 g/cm3。室内模拟封堵不同尺寸的缝隙性漏失,承压能力达到7 MPa。高滤失承压堵漏技术进行了7井次现场试验,结果表明:该技术堵漏一次成功率达71%,堵漏时间短3～4 h,为优质高效地钻井施工提供了技术保障。      

钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术研究进展

概述了近年来钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术的研究进展。主要介绍了桥接、高滤失、柔弹性、聚合物凝胶、水泥浆、膨胀性典型钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术的特点、作用机理和部分应用实例,并分析了钻井液堵漏材料及防漏堵漏技术研究的发展方向。     

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。     

防漏失板阀的研制及试验测试

塔河主体区块弱能量井完井期间漏失严重,造成钻井液大量浪费且污染储层。为此,提出了一种能重复打开和关闭的防漏失板阀及其配套开关工具,并描述了其结构及工作原理。通过有限元方法建立了板阀3个关键部分的有限元模型,用以验证板阀结构的可行性。计算结果表明:板阀设计合理,板阀开启时所需轴向载荷从小到大依次为开关工具啮合过程、开关工具脱手过程和锁定爪脱开过程,有效避免了开关工具在板阀工具内移动时出现误开或误关现象,且各关键部件均满足材料强度要求。最后利用室内试验验证了板阀开关功能的可靠性,并实测得到阀板开启和关闭所需载荷。该防漏失板阀能有效阻止完井液漏入地层,并对提高完井效率和转抽作业效率具有重要参考意义。     

一种可固化堵漏工作液的室内研究

针对目前川东北地区钻井过程中遇到的易漏失问题,室内研制了一种新型可固化堵漏工作液.该堵漏液在1.3～2.0 g/cm3密度范围内可调,具有良好的悬浮能力、流动能力、触变性能以及固化性能,在50～70℃温度下,24 h抗压强度可达到10 MPa以上,稠化时间可调.同时该堵漏液与钻井液具有良好的相容性,并能激活钻井液使之固化,为安全施工提供了保障.考察了常规惰性堵漏材料对堵漏液的性能影响.通过室内堵漏效果评价表明,可固化堵漏液加入惰性堵漏材料WTD-300使用时,具有很强的封堵效果,提高了地层承压能力,既解决了传统桥塞堵漏技术承压能力低的缺点,又弥补了水泥浆堵漏时的化学不相容的危险,具有很好的应用前景.     

三相流自动控制模拟井系统中的液体计量装置全自动化

随着生产测井任务的增加 ,下井仪的更新 ,以往的手动或半自动计量在精度、时间等方面都无法满足要求。全自动化液体计量装置采用改进的计量罐及相配套的接口电路和相应的软件 ,使油、气、水三相流自动控制模拟井系统提供的流量准确度大大提高。消除了人为误差 ,计量精度由 8%提高到± 0 .5 % ,计量时间减少二分之一 ,而且计量更加安全可靠     

自胶结堵漏技术研究与应用

为了解决裂缝性、缝洞性地层产生的恶性钻井液漏失问题,对这类漏失的堵漏开展了专项研究,形成了自胶结堵漏技术。该技术以胶结剂和膨润土为原料,采用“双液注浆法”的施工工艺,使堵漏浆滞留在漏失通道内,并发生化学反应,形成具有一定强度的固结体。室内研究结果表明,该堵漏浆具有密度低、黏度高的特点,在80℃下24 h抗压强度不超过11 MPa,有利于钻塞,固结时间可通过添加剂调节。针对裂缝性、缝洞性的恶性漏失,现场试验堵漏效果显著,为优质高效地进行钻井施工提供技术保障。      

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。     

国外Y区S25井堵漏技术

国外Y区HOS区域南部边缘Pabdeh地层灰岩裂缝性发育,岩性为低强度白云岩,钻进施工过程中易发生漏失,漏层分布没有规律,漏失层位多且具有连续漏失特点,在漏速对密度敏感的井段难以堵漏,且裂缝性漏失地层的承压堵漏施工困难。针对上述难点,应用DL-A高温高压堵漏实验仪器,以2 mm圆孔模板,对不同配方桥堵剂进行了模拟堵漏实验,优选出了适合2 mm孔隙和裂缝性地层的桥堵剂,提出了该地区上部地层漏失以防为主,防堵结合的技术措施;中部地层采用低密度钻井液钻穿漏层,中下部地层采用随钻堵漏与承压堵漏相结合的钻井液技术,并优化堵漏浆配方以提高地层承压能力,该项技术在S25井应用中获得了良好的堵漏效果。