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。     

昭通页岩气示范区井漏防治技术与实践

昭通页岩气示范区是我国页岩气勘探开发的重要有利区。受地面和地下条件的综合影响,作业区施工过程中存在着较为普遍的井漏情况,总体呈现了浅表层漏失、中深部直井段漏失和水平段漏失的“三段式”井漏特征。针对井漏风险预测难度大、高密度钻井液漏失严重等问题,浙江油田公司开展了孔隙压力和天然裂缝稳定性预测、水平段低密度钻井液防漏、可变形凝胶复合堵漏等技术措施的攻关。通过不同平台实钻情况的观察,验证了三维地质力学模型对于中深部裂缝性地层可能发生的井漏风险具有良好的预测能力。低密度防漏措施和可变形凝胶复合堵漏技术在YS112、YS131等多个井区进行了试验,通过合理降低钻井液密度、提升堵漏材料对微裂缝的可变形封堵能力,对水平段井漏起到了良好的预防和堵漏效果。结合昭通页岩气示范区地质条件特征,在井漏情况统计分析的基础上,对当前主要的井漏防治技术措施及相关工程实践进行了梳理和分析讨论,为示范区井漏防治技术的一体化发展提供了参考借鉴。      

昭通页岩气示范区井漏防治技术与实践

昭通页岩气示范区是我国页岩气勘探开发的重要有利区。受地面和地下条件的综合影响,作业区施工过程中存在着较为普遍的井漏情况,总体呈现了浅表层漏失、中深部直井段漏失和水平段漏失的“三段式”井漏特征。针对井漏风险预测难度大、高密度钻井液漏失严重等问题,浙江油田公司开展了孔隙压力和天然裂缝稳定性预测、水平段低密度钻井液防漏、可变形凝胶复合堵漏等技术措施的攻关。通过不同平台实钻情况的观察,验证了三维地质力学模型对于中深部裂缝性地层可能发生的井漏风险具有良好的预测能力。低密度防漏措施和可变形凝胶复合堵漏技术在YS112、YS131等多个井区进行了试验,通过合理降低钻井液密度、提升堵漏材料对微裂缝的可变形封堵能力,对水平段井漏起到了良好的预防和堵漏效果。结合昭通页岩气示范区地质条件特征,在井漏情况统计分析的基础上,对当前主要的井漏防治技术措施及相关工程实践进行了梳理和分析讨论,为示范区井漏防治技术的一体化发展提供了参考借鉴。     

渤海海域裂缝性地层井漏机理研究——以渤中34-9油田为例

渤中34-9油田裂缝性地层井漏频次高、漏失规模大,严重影响油田开发进度和成本.基于渤中34-9油田井漏特征、漏失通道类型、成因和井漏动力学机制分析了渤中34-9油田裂缝性地层井漏机理,提出了地层弱面结构发育是井漏的必要条件、正压差是井漏的主要动力、井漏是过平衡钻井条件下井筒压力—应力—应变再平衡的结果,并针对性配套相应...     

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。     

高陡复杂构造裂缝漏失堵漏机理研究

高陡构造地质和钻井情况复杂,井漏十分频繁,井眼复杂在所难免,严重制约了该地区的钻井速度。为了实现安全快速钻进,井漏问题是必须逾越的难关。对于堵漏的机理目前停留在定性半定量描述阶段,需要进一步深化高陡构造井漏机理的研究。应用流体力学原理与颗粒随机运移模型分析了裂缝性地层的封堵机理,结合裂缝的分布形态和钻井工程特点,研究钻井液和堵漏液在裂缝中的漏失压力传播规律及封堵强度特征,为裂缝性地层有效封堵提供理论依据。     

基于ABAQUS的温度对钻井液漏失影响规律

深层油气储层高温、高压、高应力特点给钻井工程带来极大挑战，其中钻井液漏失是常见的钻井复杂工况之一，严重制约其勘探开发进度。为研究在深层钻井过程中温度对钻井液漏失的影响规律，以ABAQUS软件平台为基础，建立了考虑钻井液动态循环的热-流-固全耦合漏失有限元模型，分析了不同钻井液温度条件下的井周应力分布、地层温度场变化、漏失裂缝延伸规律和钻井液漏失规律。研究结果表明：当钻井液温度低于地层温度时，会产生“冷却”效应，导致地层遇冷收缩，井周应力降低；低温循环会降低漏失排量阈值，且相同排量下，低温循环漏失发生得更早。然而，低温钻井液对于地层温度场的影响仅存在于近井区域。短期内，诱导裂缝宽度和长度依然由钻井液排量主导，仅在近井区域的裂缝宽度上表现出了“冷却”效应的影响。建立的热-流-固全耦合模型可以描述动态钻井过程中温度对钻井液漏失规律的影响，可为高温地层钻井设计和现场施工提供研究方法和参考数据。     

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。     

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。     

物理法随钻防漏堵漏机理研究

物理法随钻防漏堵漏方法是利用专用井下工具将泵入的钻井液流量分流小部分，采用旋转射流直接作用于漏失井壁，配合合适的钻井液体系，使井壁滤饼形成的渗透率接近于零的随钻防漏堵漏技术。针对渗透性漏失及裂缝性漏失地层特点，以流体力学为基础，建立了基于物理法随钻防漏堵漏的物理模型，阐述了利用旋转射流的水力能量给漏失层井壁形成“人造井壁”随钻防漏堵漏的机理和方法。该方法不仅达到了随钻防漏堵漏的目的，还有效地扩大了钻井液密度安全窗口，有利于保护油气层。     

绒囊钻井液处理煤层气钻井上漏下塌地层的施工工艺

煤层气钻井经常钻遇上漏下塌地层,通常采用调换或调整钻井液来防塌控漏,但常常会因目的不一致而难以奏效。为此,针对不同层段漏失与坍塌控制主要需求,通过室内实验优化不同钻井液性能范围及指导配方,配制封堵性能由弱到强5种配方的绒囊钻井液封堵0.1 mm、1.0 mm、2.0 mm宽的裂缝,有针对性地形成了现场新浆配制、老浆维护等工艺,并在多个区域现场完成了超过5井次的绒囊钻井液工艺应用。实验评价结果表明:(1)以封堵相同宽度裂缝至驱压20 MPa的升压周期表征体系封堵性能强弱,优选出随钻控漏、随钻堵漏、静止堵漏3套钻井液配方;(2)以饱和煤柱塞后单轴抗拉强度、三轴抗压强度增幅表征防塌性能强弱,优化出坍塌风险分别为低、中、高煤层适用的钻井液配方;(3)根据钻井液消耗速度优化新浆补充速度,以排量、表观黏度降幅及实验得到提升表观黏度等指标确定优化老浆维护工艺所需的处理剂用量;(4)现场应用效果表明,钻井流体在对付漏失、坍塌地层前,调整好性能,是取得成功的关键。结论认为,通过调节绒囊流体不同的配方可以实现煤层气井内封堵控制漏失、坍塌,该工艺为煤层以及类似破碎性地层稳定井壁提供了技术支撑。     

欠平衡钻井无粘土相海水水包油钻井液研究

针对渤海某些区块地层压力系数低及缝洞发育易发生井漏的实际情况,在室内通过优选不同油水比、增粘稳定剂、乳化剂、降滤失剂,确定出了适合该地区进行欠平衡钻井作业的无粘土相海水水包油钻井液配方。室内性能评价实验结果表明,该钻井液具有较强的抗海水、原油污染的能力,同时具有良好的抗温稳定性、抑制性、润滑性以及储层保护性能,能够满足该地区在低压储层和易发生井漏等复杂情况下进行欠平衡钻井作业的要求。     

堵漏封堵层对裂缝稳定性影响模拟研究

钻井过程中井筒液柱压力波动致使地层裂缝扩展变形,钻井液中的固相颗粒及堵漏材料随钻井液漏失进入裂缝并在缝内沉积逐渐形成封堵层。封堵层形成后会影响裂缝变形、井周切向应力及裂缝尖端应力强度因子的重新分布,并且这些裂缝变形因素的变化又影响着封堵层的稳定性,导致井漏反复发生。应用有限元法模拟了封堵层对裂缝变形、井周切向应力及裂缝尖端应力强度因子等裂缝变形因素的影响,探索了封堵层存在下的裂缝变形行为,深化了裂缝变形研究。封堵层阻止液柱压力传递进裂缝,降低裂缝变形程度、井周切向应力及裂缝尖端应力强度因子,增强了裂缝力学稳定性。模拟研究量化了封堵层对裂缝变形程度的影响,为优选堵漏材料、科学开展防漏堵漏提供了理论依据。     

碳酸盐岩裂缝性地层气液重力置换实验

碳酸盐岩裂缝性地层在钻进过程中常出现由气液重力置换导致的溢漏同存现象,造成井下复杂、井控困难和储层伤害。笔者建立了气液重力置换室内实验装置,可模拟溢漏同存工况,具有裂缝尺寸、钻井液性能等关键参数可调、数据自动采集与分析、置换过程可视化等特点。基于该装置模拟了气液重力置换现象,可观察到裂缝中存在明显的气液分界面。通过改变裂缝宽度、裂缝钻开程度、钻井液黏度、井底压力等参数,研究了裂缝性地产气液重力置换特点。研究结果表明：漏失速率随裂缝缝宽和裂缝钻开程度的增加而增加,且对裂缝宽度更为敏感,而钻井液黏度增大对气液重力置换的抑制效果明显。基于室内实验结果,提出了气液重力置换的预防措施,可为碳酸盐岩裂缝性地层安全钻井施工提供参考。     

化学固结承压堵漏技术在明1井的应用

明1井是中原油田普光分公司部署在普光区块的1口预探井,该井雷口坡组以上地层由于裂缝发育、断层多、地层破碎、胶结性差,加之钻井液密度窗口窄,多次发生失返性恶性漏失。采用桥堵、可控胶凝、水泥浆、凝胶等多种堵漏方式,均告失败,采用常规承压及雷特承压堵漏方法,但效果均不好。后采用化学固结浆封堵施工井段,采用交联成膜浆保护施工井段以上裸眼地层,防止憋挤时压漏上部薄弱地层,提高了地层承压能力,达到了施工要求,为顺利完成该井的施工任务提供了安全保障。化学固结堵漏材料是一种高价金属离子纳微米级材料,具有微小膨胀功能,密度在1.05～1.90 g/cm3之间可调,抗温达180℃;交联成膜浆使用高强度桥接堵漏材料代替常规的桥接材料,并引入化学交联固结材料,抗返吐能力大于3 MPa,抗温大于180℃,抗压差大于20 MPa。该化学固结承压堵漏技术的成功应用,为在易漏地层提高地层承压能力提供了一种有效的堵漏方法。      

川深1井钻井液关键技术

川深1井是中石化部署在川东北地区的一口超深预探井,完钻井深为8420.00 m。该井面临着井温高、地层条件复杂、地质资料少及井壁易失稳等诸多技术难点。针对高密度钻井液技术难点,通过室内实验优选出抗高温处理剂:2% SPNH、2% SMP-3、0.5% SMPFL（DSP-1）、3% SMT（SMS-H）、3% RHJ-3、1% HPA、3%纳米SiO₂。通过钻井液体系正交实验得出了流变性好、抑制性强、抗温性强、沉降稳定性好、抗污染能力强的高密度聚磺钻井液,并在该井四开井段取得了成功应用。最后,对现场应用过程中的钻井液关键技术进行了系统的阐述,如气液转换技术、特殊地层处理方法、钻井液的现场维护技术措施及保护油气层技术等,主要取得以下认识:①加重时循环混入低黏度切力的高密度钻井液,逐步降低膨润土含量;②通过固控设备严格控制固相含量;③钻遇盐膏层时可提高钻井液密度,并严格控制滤失量,保证钻井液pH值不低于10;④酸性地层可适量提高Cl-含量对钻井液进行预处理提高其抗盐性能;⑤破碎地层须提高钻井液密度并加入相应处理剂,从力化耦合角度防止井壁失稳;⑥易漏地层应严格控制钻井液密度,适当减少排量及提高黏度和切力,可加入不同粒径可酸化的封堵材料,进行屏蔽暂堵。      

国外礁灰岩漏失地层钻井技术

礁灰岩漏失地层是一类结构脆弱,并含有大量孔洞和气体的特殊地层,常常是严重井漏与天然气的井喷井涌并存.解决这类地层的漏失问题对中国海相地层各种严重漏失地层钻井技术的发展有借鉴怍用.讨论了礁灰岩漏失地层的特点,综述了国外4个油田的礁灰岩漏失地层的钻井技术.礁灰岩漏失地层的流体通道是孔洞和岩石碎裂的裂缝,流体易出易进,渗透率极高,气体上窜速度快;岩石本体强度低,易碎裂,可钻性好;采用普通的堵漏工艺无法制服礁灰岩漏失地层的井漏.采用浮动钻井液帽(floating mudcap)技术钻礁灰岩漏失地层,能够快速穿过漏失地层,降低钻井成本.该技术的工艺要点为:用清水作钻井液、高粘度钻井液稠浆作清扫液,边漏边钻,将钻屑带入漏失地层;在钻井、起下钻、电测和下套管等全部现场作业中连续不断地灌入具有适当密度的高粘度稠浆作为环空压井液.运用float-ing mud cap技术的关键是井控技术的可靠性和水源、环空高粘度钻井液的储备.