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。      

准噶尔盆地车排子火山岩地层防漏堵漏技术

准噶尔盆地车排子区块的裂缝形态复杂,石炭系地层较为发育的裂缝造成地层易塌易漏,一次性堵漏成功率较低。在充分考虑车排子火山岩地层工程地质特征的基础上,开展防漏堵漏体系的研究。室内将广覆盖高效防漏堵漏剂（Heseal）、粒状纤维（FiBall）和复合纳米材料（Namaterial）加入现场钻井液中制得堵漏浆,研究了堵漏浆对砂床和裂缝的封堵效果,采用模拟转向和返吐的方式评价堵漏浆在不规则地层裂缝中的转向封堵能力和返吐趋势。结果表明,Heseal、FiBall和Namaterial的最佳复配比为6∶3∶1。3种堵漏材料对现场钻井液流变性和滤失性的影响较小。堵漏浆对砂床与裂缝的封堵效果及转向性能较好,防漏堵漏效果良好,满足车排子地区复杂裂缝形态下的防漏堵漏要求。     

三维粗糙裂缝网络钻井液漏失流固耦合模型研究

针对现有三维裂缝性地层钻井液漏失模型未考虑粗糙裂缝网络对钻井液漏速影响的情况,建立了三维椭圆裂缝粗糙表面形貌方程,采用分形维数、高度幅值和粗糙峰叠加数量3个参数表征粗糙裂缝;建立了三维裂缝性地层钻井液漏失流固耦合力学模型,修正了粗糙裂缝中流体流动的立方定律,研究了漏失过程中储层压力和裂缝开度的变化规律。实例计算表明,分形维数和高度幅值与钻井液漏失量呈正相关关系;粗糙峰叠加数量与裂缝的平均开度、钻井液漏失量呈负相关关系,裂缝的最大开度与钻井液漏失量有显著的正相关关系。选择堵漏材料粒径时需要充分考虑裂缝表面粗糙度的影响,堵漏材料应重点在开度较大处架桥。研究成果为进一步认识钻井液在裂缝性地层的漏失规律和裂缝开度反演提供了理论基础。     

裂缝性岩样应力敏感性实验研究

川东北地区裂缝性地层存在严重的钻井液漏失问题,做好防漏堵漏工作的基础是需要认识储层初始裂缝宽度,并对钻井过程井壁地层裂缝变化规律进行研究.结合钻井过程,对应力敏感实验设备和实验程序进行了改进,设置了新的应力敏感实验方法,模拟了地层压力、围压和井筒流压条件下设置的实验方法更加符合钻井过程应力变化的实际.裂缝性碳酸盐岩应力敏感性实验结果显示,以原地有效应力点为中心,随着井筒钻井液液柱压力的增大裂缝张开,随井筒钻井液柱压力降低,裂缝闭合,而裂缝张开的幅度比裂缝闭合的幅度更大.因此,研究压裂液应力扰动条件下裂缝宽度变化能够对防止漏失提供基础依据.     

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。      

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。      

页岩气油基交联固化堵漏技术研究与应用

页岩气龙马溪组钻井主要采用油基钻井液,地层本身微裂缝发育,钻井液密度较高,容易产生诱导裂缝,发生油基钻井液漏失,产生巨大的经济损失,目前国内外对油基钻井液漏失机理研究较少,油基钻井液专用堵漏材料品种单一、工艺技术不成熟,导致油基堵漏已成为国内外的技术难题。对龙马溪组地层油基钻井液漏失特征及机理进行研究分析,根据该漏失机理,研究出2种不同温度条件下的交联固化堵漏剂CQ-HM1、CQ-HM2,形成油基钻井液交联固化堵漏浆配方,该配方在100～150℃条件下,在70～90 min内固化,达到堵漏的效果,并且在5 mm缝板的承压能力达6.0 MPa以上。最终形成了油基钻井液交联固化堵漏技术。      

基于非等温三相流模型的欠平衡钻井井底压力预测

考虑欠平衡钻井中钻屑的影响以及由于地层和钻井液之间热量传递导致的温度变化,应用气-液-固三相流模型来模拟井筒流体,计算井筒温度和压力分布,分析不同参数对环空内流体压力和温度分布的影响.研究表明,与两相流模型及其他考虑地温梯度的三相流模型相比,考虑传热的非等温三相流模型能够更加准确地预测欠平衡钻井井底压力.井筒内黏性耗散...     

模拟环空流动状态的堵漏试验装置设计

对比分析了缝板窄槽流动、室内建立井筒环空和搅拌器搅拌3种动态漏失模拟方法,发现这3种方法并不适用于堵漏剂室内效果评价。鉴于此,结合井筒工作液实际流动状态,将井壁剪切速率作为流动相似准则,建立了环空水力学模型并优化计算,设计出剪切速率达到100～1 000 s~(-1)且能够真实模拟环空流动状态的堵漏试验装置。采用分体式人造岩心漏失模块,解决了漏失模块与地层物性相差大的问题。在裂缝性漏失试验中,API堵漏试验仪为静态评价方法,不能准确反映井筒工作液的真实状况,而堵漏试验装置可以模拟地层压力、温度和钻井液在井筒中的螺旋运动状态等条件,因此能够准确评价堵漏材料的适用性和封堵效果,优选出适合现场的堵漏剂和防漏堵漏钻井液。研究结果表明该装置能够准确评价堵漏剂的封堵效果。     

地层裂缝动态变形对堵漏效果的影响研究

钻井过程中井筒压力的波动易导致地层裂缝动态变形，影响堵漏效果。为了找到消除该影响的技术措施，模拟分析了裂缝闭合变形的特征，通过室内试验评价了裂缝动态变形对堵漏效果的具体影响。模拟发现，裂缝闭合分为初始阶段、局部变形阶段和最后阶段3个阶段，随着闭合裂缝面的接触应力不断增大，接触面积与位移呈幂函数关系；在裂缝动态变形情况下，使用非弹性堵漏剂堵漏会出现反复漏失的情况，使用弹性堵漏剂则能使之趋于稳定，不再发生漏失。研究结果表明，裂缝变形会对封堵层产生破坏，裂缝变形程度越大对封堵层的破坏越强，弹性堵漏剂能够更好地适应裂缝变形。因此，在裂缝性地层堵漏时，建议在堵漏浆中加入一定比例的弹性堵漏材料，在堵漏的后续作业中尽量降低井筒压力波动，以减小裂缝动态变形带来的不利影响。      

凝胶复合防漏堵漏技术在火焰山腹地表层的应用

吐哈盆地鲁克沁油田火焰山腹地表层钻井过程中,恶性井漏频繁发生,堵漏时间占表层钻井周期的60%以上,严重影响了鲁克沁油田的开发上产效果。针对火焰山腹地表层恶性漏失技术难题,在多次常规堵漏、注水泥堵漏、综合堵漏、膨胀堵漏、雷特堵漏和凝胶堵漏等多种堵漏方式效果不佳的情况下,研发了凝胶复合防漏堵漏技术。该技术的主剂是一种水溶性高分子聚合物堵漏凝胶,其分子链呈空间网状凝胶结构,利用结构性流体较强的剪切稀释性,通过引入不同粒径的刚性堵漏材料和可变形颗粒实现紧密堆积和压实,提高地层承压能力,形成具有防漏和堵漏双重功能的堵漏体系。凝胶复合防漏堵漏技术在火焰山腹地玉北10-20、玉北8-17、玉北8-16等5口井表层进行了现场试验。应用结果表明,比同区块平均漏失量降低74.3%,堵漏损失时间节约93.5%,表层钻井周期节约57.8%。该技术对失返性漏失、溶洞型漏失以及返出量较小的裂缝性漏失具有良好的堵漏效果。      

油基钻井液随钻堵漏技术与应用

针对在用油基钻井液钻进页岩气井水平段时井漏事故常有发生,造成严重的经济损失,研制了一种A型堵漏材料,对其进行了粒径分析,优选了最佳粒径范围,并在油基钻井液中评价了其堵漏性能。实验结果显示,A型堵漏剂的配伍性好,分散性好,吸油膨胀率高,抗150℃高温,砂床渗透侵入深度为1.0 cm,几乎是零滤失;与同类产品进行了对比,堵漏性能优于其他同类产品,具有好的防渗堵漏和裂缝堵漏效果;正向驱替压力为13 MPa,反向突破压力为1.2 MPa,承压强度高,反向驱替压力低,能够解决油基钻井液的渗透性漏失问题;A型堵漏剂与其他堵漏材料复配时能够有效解决1~3 mm裂缝漏失问题。形成了一套油基钻井液随钻堵漏技术,并在焦页195-1HF井进行现场应用,取得了良好的应用效果,不仅降低了焦页195-1HF井的钻井成本,同时缩短了钻井周期。      

网状泡沫材料的堵漏特性研究

针对钻井液在长裂缝性漏失问题,室内评价了一种新型网状泡沫堵漏材料,将其与筛网堵漏材料进行对比和复配,研究出针对裂缝性漏失堵漏效果良好的配方。实验结果表明,该堵漏配方具有良好的封堵长裂缝能力,将质量分数为0.08%的网状泡沫（体积分数为4%）加入到原无法成功封堵模拟裂缝的基础配方中后可承压5 MPa,漏失水基钻井液165mL;与质量分数为0.45%筛网堵漏材料复配能使漏失量减少到45 mL,在高密度油基钻井液中也可承压5 MPa,但漏失量相对较大。网状泡沫堵漏材料可压缩变形,适用于各种尺寸裂缝。钻井液在泡沫孔隙中流动阻力大,大量网状泡沫颗粒分布于裂缝中能够形成多个较弱封堵隔墙,缓解了尾部封堵隔墙承受的压力,同时也可以在较窄裂缝中与刚性颗粒共同起到架桥作用。由于网状泡沫堵漏材料在油基钻井液和高温条件下强度变弱,因此更适于在常温水基钻井液中使用,且其来源广泛,经济实用,具有良好的应用前景。      

深层页岩气油基钻井液承压堵漏技术

随着涪陵页岩气向深层开发,钻井液密度达到1.75 g/cm3,固井水泥浆密度达到1.85～1.89 g/cm3,为了提高固井质量,防止水泥浆漏失,需要提高油基钻井液应用井段承压能力。国外新型油基堵漏材料在涪陵二期深层页岩气焦页XX井进行了应用。应用效果表明,该技术能够实行随钻封堵,对钻井液的流变性能没有副作用,在提承压作业过程中,对部分漏失层段进行承压作业,承压能力能够从1.75 g/cm3提至1.80 g/cm3。最后对全部漏失层段进行承压作业,采用国外油基堵漏剂和自研油基堵漏材料T150联合堵漏,承压能力提高至1.85 g/cm3。研究结果表明,该油基堵漏技术适用性强,配方简化,亲油性强,可操作性好,可以进行推广应用。      

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。      

分级堵漏技术在鄂尔多斯盆地东部的应用

为了解决鄂尔多斯盆地东部刘家沟组-石千峰组地层的井漏问题,通过扫描电镜分析岩心样品、X衍射分析岩屑样品和对区域地质资料的研究,发现高含伊利石和绿泥石、低含高岭土和蒙脱石的刚性地层遇水失稳和网状缝发育是引起该区井漏严重和堵漏困难的主要原因。从抑制裂缝壁遇水失稳和用含不同直径刚性颗粒的桥塞型复合堵漏剂封堵不同宽度裂缝的思路出发,通过实验室优化和室内模拟实验,形成了分级堵漏剂配方及分级堵漏技术。分级堵漏剂主要成分包含0.4%～0.5%生物凝胶增稠剂、5%～7%钻井液用复合堵漏剂Ⅱ和含刚性颗粒不等的桥塞型复合堵漏剂。通过8口井现场应用表明,分级堵漏技术能够封堵裂缝宽度小于6 mm的裂缝性复杂井漏,堵漏后漏点地层承压高,满足后续钻井施工承压要求,且在堵漏后至完井期间未发生井漏。研究结果表明,分级堵漏技术适合鄂尔多斯盆地东部刘家沟组-石千峰组复杂裂缝性井漏,值得进一步推广。      

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。      

新型延迟膨胀堵漏剂特性实验研究

裂缝性地层严重井漏难题严重制约复杂地质条件油气高效钻探开发。目前常用桥接堵漏材料可变形性较差,而常见吸水树脂类堵漏材料的膨胀速度过快,导致上述堵漏材料难以在漏失通道中形成致密承压封堵层。为此,研制了一种新型延迟膨胀堵漏剂SDSAP,密度为1.52 g/cm3,粒径为0.425~3.35 mm,可根据漏失情况进行调节;具有良好的吸水膨胀性能以及抗压性能、抗盐性能;吸水膨胀后具有可变形性,适用漏失通道尺寸范围较宽;具有适度延迟膨胀效应,常温下膨胀速率较低;同时具有一定温度响应特性,在地层高温刺激下可快速膨胀,有利于降低封堵层形成时间,减少漏失量。基于延迟膨胀堵漏剂SDSAP,协同复配刚性、弹性及纤维等类型堵漏材料,实验优化得到了适用1~3 mm开度裂缝的致密承压堵漏工作液体系配方,承压能力达7 MPa以上,且漏失量较低,可用于较好解决复杂裂缝性地层井漏问题。      

自固结堵漏技术在冀东油田G21X3井的应用

G21X3井是高南斜坡部位高21断块构造较高部位的一口重点预探井,完钻井深为4392 m。钻至井深2670 m时出现放空,钻井液失返。在东营一段、二段共漏失4次,先后组织进行8次不同类型堵漏作业,累计漏失量为250 m3,未堵漏成功。根据G21X3井地层井漏情况,在分析常规堵漏技术缺点的基础上,提出一种新的自固结堵漏技术。对自固结堵漏材料形貌特征、不同温度下固结效果、堵漏承压效果进行了评价。自固结堵漏技术是通过在云母、纤维、核桃壳、石英砂等材料上涂覆一层树脂,将这些涂覆后的堵漏材料泵入到漏层后,在发生物理堆积的同时,在井底温度作用下树脂发生缩聚反应,堵漏材料相互固结,增加了堵漏层的强度和稳定性。自固结堵漏技术在G21X3井进行了现场应用,并堵漏成功。自固结堵漏剂沿用原来复合堵漏的施工工艺,操作简便,适用性广,具有广阔的应用前景。      

ZYSD高失水固结堵漏技术在顺北5-9井中的应用

顺北5-9井是位于顺托果勒低隆北缘构造重点区域的一口评价井,该井志留系地层承压能力低,诱导性裂缝发育,受激动压力极易开启、扩展致漏,而桥塞堵漏粒径级配困难大,承压能力不足,此外志留系有发育高压盐水层,也增加了堵漏难度。邻井多口井发生严重复杂漏失、井壁失稳卡钻甚至弃井。针对志留系堵漏一次成功率低、地层承压能力低、井漏时效高等问题,采用ZYSD高失水固结堵漏技术,封堵时间小于30 s,承压能力大于18 MPa。现场应用表明,ZYSD高失水固结堵漏7次,堵漏一次成功率100%,井漏处理时间较邻井减少81%;现场试压8.5 MPa,志留系当量密度达到1.51g/cm3,成功解决了顺北5-9井的井漏、出水等复杂问题。