裂缝封堵失稳微观机理及致密承压封堵实验

裂缝性地层堵漏过程中,桥接堵漏材料形成的封堵层受力学因素影响易发生失稳破坏,导致封堵层承压能力较低,产生重复性漏失。基于裂缝封堵层微观结构受力分析,探讨了挤压破碎失稳、摩擦滑动失稳、剪切错位失稳、渗透漏失失稳等4种封堵失稳破坏形式,提出了粒度降级率、表面摩擦系数、剪切强度、堆积孔隙比等评价封堵失稳的特征参数;给出了裂缝致密承压封堵物理模型,即通过合理的堵漏材料类型和粒径级配优化控制,有利于在裂缝入口端附近形成致密承压封堵层。研制了长裂缝封堵模拟实验装置,开展了致密承压封堵模拟实验研究。实验表明,不同类型堵漏材料优化协同作用,可增大封堵层抗压强度、表面摩擦系数和抗剪切强度,形成紧密堆积结构,易在裂缝入口端附近形成致密承压封堵层,提高裂缝封堵突破压力,预防井漏。     

井壁强化机理与致密承压封堵钻井液技术新进展

井壁强化钻井液技术已成为提高地层承压能力的重要手段之一,目前中国在井壁强化微观机理、模拟实验评价方法和新材料研发等方面,均有待深入研究。基于微观颗粒物质力学的力链网络结构分析基本原理,探讨了裂缝地层致密承压封堵方法。提出了井壁强化材料特性的精细化表征参数,通过颗粒类型、粒度级配及浓度优化,利用刚性颗粒、弹性颗粒和纤维材料等协同封堵裂缝,可有效形成具有“强力链网络结构”的致密承压封堵层。利用自行研制的井壁强化钻井液封堵模拟实验装置,开展了井壁强化钻井液封堵模拟实验优化研究。模拟实验证明,新研制的井壁强化材料不仅能够有效封堵裂缝,形成致密承压裂缝封堵层,且当支撑裂缝至设计开度,可提升地层承压能力。      

刚性楔入承压封堵技术

刚性楔入承压封堵技术是以刚性封堵剂、可膨胀封堵剂和低渗透封堵剂进行架桥封堵的封堵技术,它利用在地层裂缝、孔隙中架桥、楔入、充填,以提高地层周向应力,达到提高地层承压能力的目的。根据SAN-2工程理论分布确定了刚性封堵剂的粒径级配,形成了适应不同漏失速率的承压封堵浆配方。并对刚性封堵剂与其他封堵剂进行了复配实验,实验结果表明,用刚性封堵剂与可膨胀封堵剂、低渗透封堵剂复配的封堵浆,能快速地在裂缝中架桥、填充,形成低渗透率的填塞层,封堵裂缝,承压能力达到7 MPa。现场试验33口井,显著提高了封堵成功率,节约了封堵时间,减少封堵浆消耗量,增强了地层承压能力,为优质高效地完成钻井施工提供了技术保障。     

胶结型强封堵防塌剂的研制与性能评价

为改善准噶尔盆地南缘地区破碎性地层引起的钻井过程中井壁失稳及井漏问题,结合仿生强封堵理论,通过模仿贝壳的多层复合结构,研制了一种油基钻井液胶结型强封堵防塌剂XZ-OSD。通过扫描电镜和红外光谱表征了XZ-OSD的结构,评价了其热稳定性、降滤失效果和封堵性,并分析了封堵机理。结果表明,XZ-OSD的球状颗粒尺寸为50~200 nm。XZ-OSD的热稳定性较好,分解温度为250℃。XZ-OSD的降滤失效果显著,在基浆中仅加入1% XZ-OSD,油基钻井液API滤失量降低72.22%,150℃ 高温高压滤失量降低81.43%。XZ-OSD保护油气层效果显著,在堵漏浆中加入 1% XZ-OSD 后,岩心的正向封堵率和反向封堵率分别提高 2.89 倍和 0.4 倍。XZ-OSD高温封堵效果良好,在堵漏浆中加入6% XZ-OSD,180℃热滚16 h后的滤失量仅为2 mL。XZ-OSD在进入地层后,能进入不同尺寸孔隙、裂缝,通过桥塞和架桥作用封堵孔隙、裂缝,同时遇油膨胀,通过膨胀性能和XZ-OSD的胶结能力保证漏层承压能力,进而提高井筒稳定性,避免井漏等井下复杂事故发生。     

提高裂缝性地层承压能力机理研究进展

地层承压能力是钻开井眼后地层不发生钻井液漏失时所能承受的井筒压力极限。由于天然裂缝发育,裂缝性地层通常表现出较低的承压能力,在固井和多压力系统钻井过程中频发井漏复杂。为了顺利完成固井和窄(负)安全密度窗口钻井施工,通常需要进行提高裂缝性地层承压能力作业,以扩大钻井液安全密度窗口上限。文章首先分析了不同地层的承压能力模型,然后从地层表观破裂压力、周向应力、裂缝闭合压力、裂缝延伸阻力和温度效应五个方面综述了提高地层承压能力的力学机理、适用条件和关键技术。现有提高地层承压能力技术得到了广泛的应用,但其背后的力学机理还尚存争议,应用成功率也有待提升。建议继续开展提高地层承压能力力学机理研究,研制更加符合力学机理要求的堵漏材料,进一步强化提高地层承压能力作业效果。     

承压封堵裂缝止裂条件影响因素分析

对于裂缝性地层中发生的井漏问题,通常采用堵漏材料承压封堵阻止裂缝扩大,但到目前为止对裂缝止裂条件的影响因素缺乏深入分析,为此,通过分析承压封堵后缝内的压力变化,应用叠加原理推导了缝内压力引起的缝尖应力强度因子分量公式,并在此基础上分析了其随不同影响因素的变化规律。分析表明,随着封堵长度增长、钻井液黏度增大或封堵渗透率降低,应力强度因子分量减小,裂缝逐渐满足止裂条件;裂缝长度越长或井内压力越高,应力强度因子分量越大,裂缝越不容易止裂;封堵位置越靠近缝尖处,应力强度因子分量越大,越不利于裂缝止裂。缝内压力引起的缝尖应力强度因子分量与封堵长度、封堵位置均近似满足三次函数关系,与钻井液黏度、井内压力均满足线性函数关系,与封堵渗透率近似满足对数函数关系,与裂缝长度满足幂函数关系。研究认为,承压堵漏过程中,在裂缝长度和井内压力不变或无法控制时,通过优化调整堵漏液配方和钻井液性能可实现裂缝止裂。      

诱导裂缝性井漏止裂封堵机理分析

承压堵漏过程中,堵漏材料进入缝内形成致密的封堵体,封隔井内压力与缝内压力之间的压力传播.利用达西定律和泊肃叶方程分别分析了缝内封堵体区域和缝内其他区域的压力分布;给出了堵漏材料承压封堵过程中诱导裂缝止裂的必要条件.通过缝宽与颗粒粒径比值和颗粒体积百分比雷诺数2个无量纲参数,可以建立堵漏材料封堵裂缝的封堵条件,堵漏材料的粒径和浓度需满足封堵条件曲线的下方区域才会形成稳定封堵体.承压堵漏效果不仅取决于堵漏材料的特性,还受到诱导裂缝性质的影响.因此,控制诱导裂缝性漏失中堵漏材料的优选需紧密结合诱导裂缝的特征.     

裂缝封堵层结构形成与演化机制

采用耦合计算流体力学-离散元(CFD-DEM)方法模拟了裂缝封堵层结构形成过程,采用自主研制的表征封堵层细观力链网络的光弹实验系统模拟了裂缝封堵层结构承压演化过程,揭示了裂缝封堵层结构形成与演化机制,形成了堵漏材料优选与堵漏配方设计新方法,为提高裂缝性储集层漏失控制效果提供理论依据.CFD-DEM模拟结果表明,架桥概率...     

提高地层承压能力技术

地层承压能力的影响因素主要有地层岩性、地层裂缝发育程度、温差、黏土矿物水化和钻井液漏失量、钻井液侵入时间、堵漏材料的类型和粒度组成、钻井和堵漏工艺水平.用改进的DL型堵漏实验仪对一系列浓度的刚性封堵剂、核桃壳以及它们复配的堵漏浆封堵模拟裂缝后的承压能力进行了评价,得出了刚性封堵剂由于强度高、不易被压碎、不水化,在裂缝中能架桥,填充,堵死裂缝,提高裂缝填塞层的承压能力.在DN2-4井和莫深1井上的现场实验也证实了,复配使用刚性封堵剂与核桃壳的堵漏浆能很好地封堵裂缝,提高封堵层的承压能力,且封堵层不容易再次发生漏失,可增加一次成功提高地层承压能力的几率.     

化学凝胶堵剂承压堵漏技术在顺北3井的应用

顺北3井是位于塔里木盆地顺托果勒低隆北缘构造的一口勘探井,该井二叠系火成岩裂缝发育,地层胶结差、易破碎,承压能力弱,钻井时发生6次井漏,先后使用桥浆、水泥浆等堵漏方式,堵漏效果不佳,一次堵漏成功率低。针对二叠系地层承压能力弱等问题,通过复配使用多种特殊纳米级堵漏材料,研制出一种化学凝胶堵剂HND-1。通过机理分析可知,HND-1具有"多元协同封堵"作用,能够大幅地提高地层的承压能力。室内性能评价结果表明,用HND-1配制的化学凝胶堵漏浆的稠化时间在4~20 h内可调,24 h的抗压强度可达12 MPa以上,密度在0.8~2.25 g/cm3内可调,与其他外加剂的配伍性能好。HND-1化学凝胶堵漏浆在顺北3井二叠系裂缝性漏层进行了现场试验,承压效果良好,现场试压5 MPa,30 min压降为0.2 MPa,二叠系当量密度达到1.55 g/cm3,满足了二叠系承压能力的要求。      

中原油田复杂区块随钻防漏堵漏技术

中原油田属非均质砂岩油田,断块多,以破碎性地层为主,渗透率差异大;层间、层内压力系统差异大,钻井过程中经常发生严重的井涌、井漏等复杂事故。对QS-2、LFT-70、DF-1、QPL-Y的随钻防漏堵漏效果进行了室内实验．并分析了它们的作用机理,介绍了它们的工艺要求。结果表明．几种随钻防漏堵漏剂复配在一起的防漏堵漏效果优于单一的随钻防漏堵漏剂,提高了地层的承压强度。形成了一套适合中原油田不同地层、不同漏失情况相对应的随钻防漏者漏工艺技术。     

海坨子地区防漏堵漏钻井液技术

海坨地区位于松辽盆地南部中央坳陷，该井区由于漏失严重．钻井施工困难，部分探井被迫中途完钻。对海坨井区漏失现状和发生井漏的原因进行了分析。通过室内试验研究出了适合该地区的防漏、堵漏钻井液工艺技术，并进行了现场应用，取得了良好的效果。现场应用表明，该桥接防漏堵漏钻井液技术可以很好地解决海坨地区井漏问题，既可在钻进过程中防止井漏，也可以在已发生漏失的井中进行有效堵漏；配制简单，施工方便，与井浆无明显的化学作用，对钻井液性能无破坏性影响，不污染油气层，对环境无毒、无污染，应用范围广．价格合理。     

复合型高强度堵漏技术的研究与应用

针对中原油田大裂缝、洞穴地层和粗孔隙渗透地层钻井时常发生严重井漏且极难处理的状况,研究出了一种能提高堵漏成功率的新型复合高强无机凝胶堵漏剂SDR-2。室内实验结果表明,堵漏液的动塑比和流性指数都符合堵漏的要求,而且浆体的触变性可以根据需要任意调节,既能保证安全施工,也能使浆体进入漏层后很快降低流速,直至完全失去流动性;SDR-2堵漏液的稠化时间由激活剂来控制;SDR-2堵剂可将渗透率大干530×10-3μm。的岩心抗破压力提高到20 MPa以上;为解决堵漏液在大裂缝、大洞穴中的漏失问题.可加入一定量的惰性材料;SDR-2堵漏液中复配聚丙烯酰胺后,可以增加堵漏液的架桥能力,现场施工方便,浆液易配制。现场使用20余口井证明,该堵剂的封堵率达100％,并且在封堵作业中一次成功率在80％以上。     

XA溶胀型随钻堵漏剂的研制与应用

吉林油田孤33区块青山口组地层泥岩、砂岩交互,泥岩横向、纵向裂缝发育,砂岩地层孔隙度平均为12.95%、渗透率平均为12.4×10-3μm2,既有泥岩裂缝漏失,又有砂岩渗透性漏失,使用常规堵漏剂堵漏效果较差.通过对该地区漏失性质及堵漏剂作用机理的分析,用化学方法合成了可溶胀的XA-1膨体材料,以XA-1膨体材料为主优选出了其他5种堵漏剂并复配出了XA溶胀型随钻堵漏剂.XA溶胀型随钻堵漏剂首先在孤33-10井进行了现场应用试验,漏失速度由15～32 L/s(只进不出)降低为0～1.51 L/s,随后在后期施工的6口井中进行了推广应用,均取得了好的堵漏效果,单井漏失量由1300～1500m3下降至200m3左右,表明XA溶胀型随钻堵漏剂对天然裂缝、诱导裂缝、高渗透砂岩渗漏的堵漏效果好,用该堵漏剂能够有效地控制井漏问题.与使用常规堵漏剂的井相比,单井钻井液成本从525862.49元降低为97600.24元,每米成本从300.49元降低为55.61元.该堵漏剂大多利用天然原料作为材料,不仅易降解,而且能有效地保护油气层.该堵漏技术操作简单、成本低、效果明显,对只进不出的漏失,可静止堵漏,也可随钻堵漏,特别适用于长井段漏失地层的随钻堵漏.     

可酸化凝固型堵漏技术的研究与应用

胜利油田的工作液存在漏失难题，尤其是滨南采油厂滨四区沙四段及平方王构造带存在裂缝性漏失，常规的堵漏工艺和注水泥作业都不能解决，研制了一种新型的高效堵漏剂－可酸化凝固型堵漏剂，该堵漏剂由多种无机物与有机物组成，具有很强的酸溶率及封堵能力，室内对封堵率，抗压强度等参数进行了评价，并对比了油井水泥和可酸化凝固型堵漏剂在封堵体积，封堵深度，流变性能及承压能力等方面的差异，结果表明，该堵漏剂注入漏层后具有凝固强度高，凝固强度可调，凝固后体积不缩小等特点，。并易形成假塑性流体，滞流能力强，特别适合于高渗透及裂缝性地层的堵漏，可酸化凝固型堵水剂稠化快，固化慢，强度高，可酸化，封堵效果良好，概述了该堵漏剂在胜利油田滨193区块各种类型井中的应用情况，在现场16口井的应用证明，该堵漏剂安全系数高，可操作性强，成功地解决了裂缝性地层的严重漏失问题，减少了井下复杂情况的发生，缩短了建井周期，大幅度降低了钻井成本，保护了储层，取得了很好的经济效益和社会效益。     

基于力链网络表征的裂缝封堵层结构失稳细观力学机制

裂缝封堵层细观结构稳定性控制着宏观结构承压能力,进而影响工作液漏失控制效果.由于缺少裂缝封堵层动态细观力学参数获取方法与细观结构演化的精细刻画方法,裂缝封堵层结构承压失稳细观力学机制尚不明确.利用自主研发的钻井防漏堵漏裂缝封堵层细观结构表征系统,模拟了承压过程中物理类颗粒材料构成的裂缝封堵层细观结构演化过程,明确了承压...     

充气钻井液与MTC堵漏技术在ZG10-G1深井的应用

胜利油田桩西潜山奥陶系以下地层孔洞-裂缝发育．地层压力系数较低(0．56～0．88)，钻井过程中经常发生严重井满问题。ZG10-G1井二开使用聚合物磺化防塌钻井液钻井；三开使用密度为1．03g／cm^3的聚合醇正电胶钻井液钻进．并采用MTC堵漏技术，同时配合钻井液充氮气技术。较好地解决了超深井的井满问题。现场应用表明，MTC具有良好的触变性、稠化时间可调范围大、强度高，工艺简单，适合深井孔漏-缝隙低压满失地层的堵漏；利用充氮钻井技术有效地解决了井满问题．提高了钻井时效。充氮技术降低了当量循环密度，提高了环空返速和机械钻速；聚合醇正电胶防塌润滑钻井液具有良好的高温润滑性能。抗温可达180℃，满足了超深井的钻井液充氮气要求。     

TABNAK气田严重漏失气层随钻堵漏钻井液技术

TABNAK气田碳酸盐岩地层气层压力低,仅为0.86～0.91 MPa/100 m,裂缝发育,钻井过程中极易发生漏失和井喷.分别采用了LCM段塞堵漏、水泥浆堵漏和LCM随钻堵漏措施.经TBK气田17口井钻井实践表明,TBK气田灰岩地层裂缝很窄,LCM段塞堵漏很容易封住裂缝,但有效期很短,当裂缝表面的LCM被冲掉后,或新地层再次出现裂缝时,井漏现象继续发生;水泥浆堵漏有效期短,堵漏时间长,成本高;而LCM随钻堵漏钻井液,配制简单,即漏即堵,效果好,成本低,既节省时间,又节省材料,可满足TBK气田的钻井施工要求.