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。      

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。     

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。     

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.     

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     

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...     

保护裂缝—孔隙性储层的钻井液技术

吐玉克油田是在吐哈盆地亲开发的一个油田，以裂缝－孔隙性储层为主，根据其储特征，开展了保护油气层钻井液的实验研究，未加暂堵剂的原用聚磺钻井液对吐玉克油田裂缝－孔隙性储的损害十分严重，损害后储的渗透率不足原始渗透率的3％，将球形颗粒暂堵剂（XCB5－1），纤维状暂堵剂（LF－1）和可变形颗粒暂堵剂（EP－1）复配使用，能够达到“堵得稳”和“易反排”的技术要求，现场应用取得了十分显著的效果。     

钻井液浸泡页岩裂缝宽度的模拟及应用

鉴于我国页岩气开发试验区水平井油基钻井液钻井过程中,频繁出现严重的井壁失稳、井漏等井下复杂情况,选取渝东南龙马溪组露头页岩为实验岩样,开展了钻井液浸泡前后页岩岩石力学性质的测试,基于有限元数值模拟法建立了连通井筒单条垂直裂缝情况下的裂缝动态宽度预测模型,研究了钻井液浸泡后页岩裂缝宽度变化的行为,修正和完善了基于有限元的裂缝动态宽度预测方法,并讨论了裂缝宽度变化模拟在漏失性储层保护和井壁失稳控制方面的应用。结果表明,钻井液浸泡后页岩弹性模量减小,泊松比增加,岩石强度明显降低;钻井液浸泡后页岩裂缝动态宽度对井筒压力变化更加敏感,各裂缝长度和井筒正压差条件下的半缝宽增量均比浸泡前增加了约8%,且半缝宽增量随井筒正压差的增加而大幅度增加,动态缝宽可达数毫米量级;钻井液密度—裂缝宽度—架桥封堵颗粒粒径三者紧密相关。研究获得的裂缝动态宽度参数对优选钻井堵漏材料和粒径级配、控制合理钻井液密度、控制井漏和井壁失稳具有重要的意义。     

狮202井区裂缝性地层堵漏技术

狮202井区井漏主要发生在N₁和E₃2地层上部,N₁地层裂缝发育,E₃2地层裂缝和溶蚀孔洞双介质储层发育,地层承压能力低,裸眼井段长,容易漏失的层位多,同一裸眼井段内高低压同层,井漏复杂处理难度大,针对该区块的地层漏失特点,引入NTS片状颗粒,该材料坚固,承压能力强,进入漏层后具有翻转能力。通过室内实验优选出一套堵漏技术配方,根据现场钻井液漏失速度设计了3种不同配方:①循环浆+1.0% NT-DS+（2%~3%） NTS （细）+（1%~3%）核桃壳（0.5~1.0 mm）+（1%~3%） SDL+（1%~3%） SQD-98,总浓度为12%~13%;②基浆+2% NTS （细）+3%核桃壳（1~3 mm）+（3%~4%）核桃壳（0.5~1.0 mm）+1% NT-DS+3% SDL+3% SQD-98,总浓度为15%~16%;③基浆+3% NTS （中︰细=1︰2）+（3%~5%）核桃壳（1~3 mm）+（3%~5%）核桃壳（0.5~1.0 mm）+（1%~2%） NT-DS+3% SDL+5% SQD-98,总浓度为25%左右,并制定了相应的现场施工方案。在狮202井区进行了4口井的试验应用,应用效果良好,堵漏成功率为100%,提高了地层的承压能力,扩大了安全密度窗口,满足后续施工要求。      

Technology and Applications of Foam Drilling Fluid in Fractured and Complex Formations

Abstract

Fractured and complex formations where types of fractured and porous mud loss occurred in commonly induced instability of wellbore and drilling accidents such as borehole collapse and blowout; therefore, it is the technological bottleneck for the development of oil and gas. Solid free recyclable foam drilling fluid was developed and aimed to deal with the MIS oilfield of Iran, which has abnormally low pressure and developed fracture-cave hydrocarbon reservoir with a high concentration of H₂S, which has problems such as serious lost circulation and H₂S risk. A sectionalized drilling fluid system has been adopted in this oilfield, and drilling with water can meet the operation requirements during first spud and saturated salt polymer system or undersaturated salt polymer in second spud; the horizontal section adopts solid free recyclable foam drilling fluid to achieve near balance drilling and effectively solves the lost circulation problem in fractured limestone formation. The spot application indicates that solid free recyclable foam drilling fluid has excellent rheology, and meets the requirement of drilling engineering. Meanwhile, the system can retard the H₂S corrosion effect on drillstring and guarantee to provide a good MWD transmission signal. A new idea has been provided for drilling engineering in fractured and complex formations.     

顺北油田破碎地层井壁稳定钻井液技术

针对顺北油田多口井钻遇破碎地层时发生坍塌掉块、阻卡频繁的技术难题,开展了地质研究、钻井液对策和室内优化研究及现场应用。研究发现,破碎地层岩性为非黏土矿物,钻井液或滤液侵蚀后使自发育孔缝网易增压连通,使层理界面黏合力降低,单元变得松散,进而诱发大规模剥落掉块和坍塌卡钻等。在岩性组成无黏土矿物但应力集中且地层破碎的基础上,实现亚微米-微米级（0.1～100 μm）全面有效封堵,遏制钻井液或滤液侵入井周地层孔缝,保证钻井液具有高效携岩性,是破碎地层钻井液稳定井壁的关键。以原四开抗高温聚磺钻井液为基础,进行室内配方优化,研发了适合破碎地层的井壁稳定钻井液。四开应用全程未出现掉块阻卡等钻井事故,安全顺利钻达设计井深8014 m,创该区块储层段钻时最短记录。顺北Y井现场应用表明,井壁稳定钻井液性能优异,可防止破碎地层坍塌失稳,推广意义重大。     

顺北油田破碎地层井壁稳定钻井液技术

针对顺北油田多口井钻遇破碎地层时发生坍塌掉块、阻卡频繁的技术难题,开展了地质研究、钻井液对策和室内优化研究及现场应用。研究发现,破碎地层岩性为非黏土矿物,钻井液或滤液侵蚀后使自发育孔缝网易增压连通,使层理界面黏合力降低,单元变得松散,进而诱发大规模剥落掉块和坍塌卡钻等。在岩性组成无黏土矿物但应力集中且地层破碎的基础上,实现亚微米-微米级(0.1～100μm)全面有效封堵,遏制钻井液或滤液侵入井周地层孔缝,保证钻井液具有高效携岩性,是破碎地层钻井液稳定井壁的关键。以原四开抗高温聚磺钻井液为基础,进行室内配方优化,研发了适合破碎地层的井壁稳定钻井液。四开应用全程未出现掉块阻卡等钻井事故,安全顺利钻达设计井深8014 m,创该区块储层段钻时最短记录。顺北Y井现场应用表明,井壁稳定钻井液性能优异,可防止破碎地层坍塌失稳,推广意义重大。     

钻井液对裂缝性地层气侵的影响模拟研究

裂缝性地层钻进过程中,容易发生重力置换气侵,裂缝内气体进入井筒后,控制不当易引发井涌、井漏、井喷等复杂情况,气侵发生时裂缝附近的压力波动容易导致井壁失稳。在塔中北坡顺南区块裂缝特征参数分析基础上,使用Gambit建模软件进行前期建模和网格划分,建立了井筒与裂缝的三维模型;运用ANSYS Fluent流体力学软件,建立多相流模型,分析置换过程中裂缝开口处动压对裂缝开口处井壁稳定性的影响;以现场某井的数据为参考,模拟分析钻井液的密度、黏度、排量对重力置换气侵的影响。结果表明,置换气侵发生时,由于压差较大,瞬间流速较大,在0.1 s内降低至较低水平;动压的最大值在裂缝的上下两端,最小值在裂缝中上部,这3个位置的裂缝口缝宽容易增加,引起井壁失稳;钻井液的密度、黏度变化对气侵时裂缝口的动压影响较小,变化量小于6%,对气侵速度的稳定值影响也较小;而排量对于气侵时裂缝口的动压影响较大,变化量达到66.9%,降低钻井液排量有利于井壁稳定。      

塔河地区深层盐膏层钻井液技术

分析了塔河油田盐膏层钻进中钻井液技术的难点，并提出了相应的技术对策。针对盐膏层的特点，优选出了聚磺硅酸盐欠饱和复合盐水钻井液体系，给出了一系列工程技术措施。以S105井为例，详细介绍了该钻井液体系的现场应用情况及维护处理措施。     

川中地区上部地层钻井液增速技术

将单项技术进行集成应用,以目前常用的钾聚磺钻井液技术为基础,采用硅基防塌技术和防泥包技术,解放钻井液密度,形成一套适用于川中地区的增速钻井液体系。室内研究表明,该钻井液体系具有较强的抗盐污染及防泥包能力;增速钻井液岩屑滚动回收率高达95.0%,岩心膨胀降低率高达96.8%,均优于聚合物钻井液和聚磺钻井液,仅次于油基钻井液,说明该钻井液具有较强的防塌能力。现场应用中,通过对比川中地区井身结构、钻井工艺措施一致的井,采用该钻井液体系钻进的井机械钻速平均提高48.66%、划眼时率平均降低74.97%、井径扩大率平均降低18.14%,达到了提高钻头破岩效率、提高机械钻速、降低复杂事故率的目的,具有很好的现场应用前景。     

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。     

裂缝渗流研究最新进展

针对地层流体在裂缝介质中的渗流 ,研究和评价以往研究者提出的不同裂缝渗流模型 ,分析比较模型的优劣和局限性。总结了油气藏渗流力学存在的复杂性和面临的挑战 ,提出了复杂裂缝网络渗流力学的基本内容、研究方法 ,为复杂油气田开发提供了指导性的发展方向。