桥塞封堵裂缝性漏失机理研究

采用新型裂缝封堵评价装置对桥塞封堵裂缝的动态过程进行了分析,探索了桥塞堵漏材料在裂缝中的封堵规律,揭示了粒度连续分布的桥塞材料在裂缝中将形成多级封堵层这一现象,同时裂缝封堵过程中,随封堵压力的增加各级封堵层都将经历形成-被破坏-再形成的过程,且最后一级封堵层的位置由最大粒度的桥塞材料所决定。     

温敏形状记忆堵漏材料实验研究

为改善桥接堵漏材料自适应性及封堵效率,提高复杂裂缝性地层堵漏作业的成功率,基于温敏型形状记忆材料,研制了一种具有热激活特性的形状记忆堵漏剂,经过粉碎、造粒得到不同粒径的形状记忆堵漏剂颗粒。室内评价实验表明,新研制的温敏形状记忆堵漏剂具有良好的力学性能及形状记忆特性,堵漏剂颗粒高温激活后粒径增长率超过55%。裂缝封堵模拟实验表明,温度对温敏形状记忆堵漏剂的封堵效果具有显著影响,高温激活后封堵效果优于传统桥接堵漏材料。构建出一套具有较强自适应性的温敏形状记忆堵漏工作液配方,可成功封堵3～5 mm不同开度裂缝,具有高效自适应堵漏效果。      

诱导性裂缝防漏堵漏钻井液研究

由于诱导性裂缝产生,华庆油田在钻井中发生了严重漏失。目前桥塞堵漏剂对孔隙、裂缝尺寸的适应性较差。本文通过对架桥材料、聚合物吸附材料和填充材料优选及颗粒级配,确定了架桥材料为不同粒径橡胶粒(粒径为0.6～1.0mm、1.1～1.5mm和1.6～2.0mm的分别占30%、30%和40%),聚合物吸附材料为CDL-1;填充材料由30%蛭石(粒径0.4～0.5mm)、5%～10%云母、5%～10%锯末、20%～25%桥塞堵漏剂QD-1、20%～30%桥塞堵漏剂QD-2和10%～20%单向压力封堵剂DF-A组成。通过正交实验确定在基浆(清水+0.3%PAM+4%膨润土)中加入2%橡胶颗粒、0.2%CDL-1和3%填充材料,得到适应性防漏堵漏钻井液。该钻井液黏度10mPa·s,动切力3 Pa,承压能力达到4MPa,最小封堵时间10min。现场试验证明防漏堵漏钻井液可在较短时间内有效封堵漏层,取得了良好的应用效果。     

塔河10区碳酸盐岩裂缝型储层承压堵漏技术

针对塔河油田10区奥陶系裂缝型储层裂隙发育、井漏多发的问题,设计了一种桥堵颗粒粒度级配方法,并通过酸溶性材料优选,研制了承压堵漏配方。粒度级配方法以裂缝尺寸为基础,采用漏失量为主要评价指标,借助曲面响应优化设计法确定了粒度级配。实验评价结果表明,采用该粒度级配混配的桥堵材料颗粒粒度分布曲线连续、跨度广,无论是封堵较大裂缝,还是封堵中等裂缝或小裂缝,都有充足的对应粒度的桥堵颗粒。以该粒度级配方法为基础,设计的3套针对不同裂缝宽度范围的承压堵漏体系,堵漏性能良好,承压大于8 MPa,3 mm裂缝漏失量低于200 mL,2 mm和1 mm裂缝漏失量低于50 mL。堵漏配方中堵漏材料酸溶率高,在99%以上,形成的封堵层酸溶率可达98.4%。      

煤层气裂缝性漏失井新型堵漏技术研究

裂缝性漏失是目前煤层气钻完井过程中普通存在的现象,它严重影响了煤层气勘探开发进程。以鄂尔多斯盆地东缘某煤层气区块为例,针对其裂缝性漏失的基本特征,开展了裂缝形态的分析,建立了裂缝分析计算模型,通过室内实验优选了4种膨胀堵漏材料,并以此为基础提出了适应于该区块的4种膨胀堵漏工艺。现场应用表明：所建立的裂缝分析计算模型可为堵漏材料粒径的选择提供依据;所优选的4种堵漏材料可作为良好的桥塞材料或充填材料;所提出的4种膨胀堵漏工艺通过合理组合使用,能对不同漏失井产生良好的堵漏效果;在堵漏过程中配合使用膨胀封隔器可实现关井,从而可以大幅提高堵漏的速率和效率。     

水化膨胀复合堵漏工艺技术

长庆西峰油田侏罗系洛河组地层埋深为700~1100m,垂直和水平裂缝发育,钻探过程中井漏发生频繁,用常规桥塞堵漏、注水泥浆堵漏效果差,耗时耗物,严重影响施工进度。为此研究出了水化膨胀复合堵漏技术。该技术首先根据材料的特性和作用优选桥接堵漏材料;并引入水化膨胀材料和刚性纤维材料,以强化桥塞强度;然后使用DLM-01型堵漏模拟装置对各种材料的粒度分布和混配比例进行优化,优选配方能够封堵住架桥粒子粒径1.5~2倍尺寸的裂缝。以此为基础提出了两步法堵漏工艺,有效解决了因漏失通道开口尺寸判断不清而导致的堵漏成功率低的问题。该项技术在白马北区水源3井1次堵漏成功,显示出优良的堵漏效果,为处理严重漏失提供了新的技术途径。     

快速滤失固结堵漏材料ZYSD的研制及应用

裂缝性漏失的漏失通道复杂且诱导敏感性强,采用常规桥塞堵漏材料堵漏,由于堵漏材料的粒径难以与裂缝尺寸相匹配,堵漏成功率低,且易发生重复漏失,而采用水泥浆堵漏,不但水泥浆驻留性差且存在安全风险。为此,根据"快速滤失驻留+纤维成网封堵+胶凝固化"的堵漏思路,选用滤失材料、纤维成网材料及胶凝材料复配了适用于裂缝性漏失的快速滤失固结堵漏材料ZYSD。室内性能评价表明:ZYSD堵漏浆的悬浮稳定性好,1 min析水率小于5%;滤失速度快,在0.69 MPa压力下全滤失时间为10~15 s;封堵能力强,在缝宽5.0~10.0 mm裂缝中形成封堵层的承压能力达18.5 MPa。ZYSD堵漏材料在鄂北、延长、冀东、中原和涪陵等油气田应用了32井次,一次堵漏成功率达87.5%,且未再发生重复漏失。这表明ZYSD堵漏材料可以有效解决裂缝性漏失堵漏成功率低、堵漏有效期短,易发生重复漏失的问题。      

压裂实验法评价裂缝性桥塞堵漏

通过水力压裂实验方法评价了几种注入体系对裂缝桥塞封堵的效果。结果表明,具有良好造壁性的水基钻井液能够显著提高岩心的破裂压力,相当于具有防漏能力。当裂缝性漏失发生后,尽管桥塞堵漏体系的高瞬时滤失量有利于该体系在裂缝尖部快速脱水建立固相封堵层,提高裂缝传播阻力,但并没有显著提高封堵层阻力,而具有良好造壁性的钻井液加上细粒碳酸钙则是通过提高裂缝的重新开启压力来提高岩心的承压能力。     

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...     

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。     

纤维水泥堵漏性能评价研究

水泥浆漏失低返一直是影响固井质量的技术难题，使用纤维水泥是解决这个问题的有效方法，而目前缺少对纤维水泥堵漏性能进行评价的试验装置和评价方法。以水泥浆高温高压失水仪为基础建立了水泥浆堵漏试验装置，该装置可以进行渗透性和裂缝性地层堵漏模拟试验，具有用浆量少、操作方便、可以加热等特点。通过参考钻井用桥接堵漏材料室内试验方法，结合API水泥浆性能测试规范，制定了水泥浆堵漏性能评价方法。利用该方法对BCE-200S纤维水泥浆堵漏性能进行了评价，结果表明，纤维材料在助防漏剂的协助下可以对1mm孔隙或1mm缝隙模块实现迅速封堵，漏失量小于50mL，承压能力达到3．5MPa以上。     

提高地层承压能力的钻井液堵漏作用机理

应用线弹性岩石力学和岩石断裂力学基本理论,揭示了钻井液堵漏阻止诱导裂缝延伸并提高裂缝重启压力从而提高地层承压能力的作用机理。通过分析承压堵漏后缝内压力分布,建立了封堵诱导裂缝的断裂力学模型,并给出承压堵漏阻止诱导裂缝延伸的必要条件;基于井周围岩裂缝诱导应力场的数学模型,提出了堵漏提高诱导裂缝重启压力的力学实质。理论研究表明,堵漏材料在裂缝入口后一定距离封堵为封堵诱导裂缝的最佳位置形式;裂缝尖端部分流体压力必须低于水平最小主应力,且该压力越低,越有利于裂缝的阻裂;诱导裂缝重启压力的提高依赖于周向诱导应力,堵漏材料必须支撑裂缝以维持周向诱导应力;承压堵漏作用机理包含密封和支撑裂缝两方面,堵漏材料应同时具有封堵性能和机械强度。     

硬脆性泥页岩微裂缝封堵可视化模拟试验与评价

为了揭示钻井液对硬脆性泥页岩微裂缝的封堵机理,利用自行研制的可视化微裂缝封堵能力评价仪,采用单一和复合封堵材料,以相同时间内的滤失量和承压能力为标准,并结合观察缝内封堵状况,对7种缝宽的模拟微裂缝进行了封堵效果评价。数据处理分析认为,滤失量与封堵压差不是线性关系;缝宽对应于封堵材料粒径分布曲线上的D50~D58时封堵效果较好;封堵效果不随刚性封堵颗粒质量分数增加而提高;可变形溶胀微粒质量分数为0.5%~0.7%时,封堵效果最好;封堵试验表明,封堵的位置有3种,其中在缝内喉道处形成的封堵层相对较致密,承压能力相对较强。研究表明,硬脆性泥页岩微裂缝封堵模拟试验评价方法是可行的,能够对微裂缝封堵机理进行深化研究。      

新型堵漏材料的研制及性能评价

传统堵漏材料存在一定的“缺陷”,比如矿物颗粒密度过大且脆性太强,配浆易沉降且在架桥成功后会因裂缝闭合而崩解破碎,植物颗粒密度过小配浆易漂浮,经高温高压“水煮”后会变软,贝壳片、云母片脆性太强、不易变形而容易造成“封门”。它们复配堵漏成功后,在后期作业中,易失效并发生复漏。为解决传统堵漏材料存在的缺陷,通过特殊制备工艺,研制了LCC系列堵漏材料。该材料中LCC100密度在1.30～2.30 g/cm3之间可调,在25 MPa承压破碎率小于10%,在pH值为12的NaOH溶液中,150℃下热滚48 h,强度无明显变化,具有良好的耐压、耐温、耐碱性能;LCC200刚柔相济;LCC300可在压差作用下以变形的方式深入裂缝封堵,提高封堵强度。实验结果表明,LCC对孔隙型和裂缝型漏失都有较好的封堵效果;LCC在API堵漏仪钢珠床中形成的封堵层可承受7 MPa的压力而不被压穿。以水基或油基钻井液为基液配制的LCC堵漏浆,在高温高压堵漏仪中150℃下封堵楔形裂缝时可承受20 MPa的压力而不崩漏,并最终可稳压在19.8 MPa以上。      

高温地层钻井堵漏材料特性实验

深井高温地层堵漏技术对堵漏材料的抗/耐温能力、抗压强度和沉降稳定性等提出了更高要求。针对高温地层钻井堵漏技术难题,基于220℃高温老化质量损失率、粒度降级率、抗压破碎率、抗压弹性变形率、摩擦系数变化率、纤维断裂强度保持率等技术指标,借助扫描电镜观察堵漏材料高温老化前后微观结构变化,评价了常用的有机植物类、有机聚合物类和无机矿物类堵漏材料的基本抗温能力,揭示了高温老化性能下降机理。利用自制的高温高压裂缝封堵模拟实验装置,探讨了高温封堵层失稳破坏机制。实验优选出抗220℃高温的微细填充颗粒、弹性变形颗粒和片状填塞颗粒等3种堵漏材料;基于耐热高分子和无机矿物材料,自制了抗高温高强度低密度的刚性架桥颗粒、抗高温高强度纤维类两种新型堵漏材料。基于强力链网络结构的致密承压封堵基本原理,通过不同类型抗高温堵漏材料的复合协同作用,优化得到了针对不同裂缝开度的抗高温致密承压封堵工作液配方,其承压能力≥ 10 MPa,沉降稳定性好,酸溶率高,可用于解决高温地层或储层钻井堵漏技术难题。     

碳酸盐岩裂缝性储层钻井液损害评价新方法

以不锈钢缝板岩心为评价岩心,以储层成像测井资料确定岩心裂缝宽度,对碳酸盐岩裂缝性储层钻井液损害进行了评价,评价实验过程中所用岩心裂缝宽度的相对误差降低到1%以下。应用这种新方法对聚磺钻井液、无固相弱凝胶钻井液以及两种钻井液中加入理想充填暂堵组合剂后进行的储层伤害评价实验结果表明:无固相弱凝胶钻井液的渗透率提高值高于聚磺钻井液,在加入适量优化暂堵组合剂后,两种钻井液的渗透率提高值均明显增大,在不锈钢缝板岩心端面可观察到有致密暂堵层形成。裂缝性储层损害评价新方法即可用于钻井液储层伤害评价和暂堵方案的优选,也可应用于裂缝性储层保护的实验研究。     

聚合物凝胶堵漏技术研究进展

介绍了近年来国内外聚合物堵漏材料的研究应用及发展状况，聚合物凝胶堵漏的施工工艺以及聚合物凝胶为主的堵漏材料的各种实验评价手段。经分析对比发现：采用不同装置评价得到的聚合物凝胶堵漏性能差异很大，聚合物堵漏材料堵漏技术的施工工艺严重影响聚合物凝胶堵漏的成败，施工前要分析井漏发生的原因，确定漏层位置、类型及漏失严重程度，建立科学的施工设计，精心施工，堵漏浆液的配制必须按要求保质保量，确保聚合物堵漏剂能够进入漏层，发挥功效。虽然聚合物凝胶堵漏技术处理井漏已获得一些成功，但仍然没有根本解决裂缝性、溶洞性地层严重井漏问题，其堵漏机理的研究还处于初步阶段，还没有形成统一的标准，聚合物堵漏技术的机理研究还需进行大量的工作。     

环氧-酚醛复配树脂堵漏剂的改性研究

对以环氧树脂和酚醛树脂复配物为主体材料的堵漏剂进行了改性研究。通过评价固化剂六次甲基四胺加量对树脂的固化时间和固化体强度的影响,优选出该固化剂的最佳加量为2.5%～3.0%。通过评价纤维棉C-64和超细碳酸钙对该堵漏剂的增韧效果,得出单独使用纤维棉C-64是一种较好的增韧手段。最终优选出的堵漏剂配方为:40 g酚醛树脂+60 g环氧树脂+2 g纤维棉C-64+适量无水乙醇+3 g六次甲基四胺。性能评价结果表明,该环氧-酚醛树脂堵漏剂固化时间可控、强度高,具有较好的抗高温老化性能以及化学稳定性能,对岩心孔隙的封堵率在98%以上,对岩心裂缝的封堵率在80%以上。     

钻井液致密承压封堵裂缝机理与优化设计

针对钻井液防漏堵漏技术难题,借鉴微观颗粒物质力学“强力链”基本原理,提出了评价防漏堵漏材料的颗粒强度、颗粒弹性、颗粒表面摩擦等主要精细化技术指标,建立了相应的实验表征方法,揭示了基于微纳米尺度的钻井液致密承压封堵机理,给出了钻井液强化致密承压封堵优化设计方法,即通过合理的颗粒类型、粒度级配与浓度控制,刚性颗粒、弹性颗粒、纤维材料等协同封堵裂缝,可形成具有“强力链网络”的致密承压封堵层,显著提高地层承压能力。研制了钻井液封堵特性评价动态模拟实验装置,可模拟不同地层温度、压力条件下不同开度裂缝的漏失与封堵过程,为致密承压封堵机理及钻井液防漏堵漏效果评价提供了实验方法。采用所研制的封堵动态模拟实验装置,优化了不同开度楔形裂缝的强化致密承压封堵钻井液配方。实验结果表明,其具有良好的自适应裂缝开度致密封堵特性,承压能力达8 MPa以上,可显著提高地层承压能力。     

裂缝性地层固化类堵漏材料井下运移仿真模拟研究

固化类堵漏材料常用于裂缝性地层恶性漏失堵漏,在裂缝近井壁处形成完整的固结段塞,是堵漏成功的前提。固化类材料进入井筒后难免会与地层流体发生共混,堵漏浆-地层流体两相体积分布随着空间和时间变化,与流体理化性质、施工参数、裂缝几何形貌等有密切关系。为此,采用CFD仿真模拟方法,研究了固化堵漏浆密度和流变参数对堵漏浆裂缝体积分布及流速的影响规律,几何模型选择三维井筒-垂直裂缝模型,模拟压差为1.9 MPa,堵漏浆入口流速为2.5 m/s,两相流模型为VOF模型,井筒和裂缝中原始流体为水基钻井液。模拟结果表明,堵漏浆密度和动切力对其在井筒和裂缝中运移影响少,稠度系数和流性指数对堵漏浆裂缝驻留性能影响显著。稠度系数或流性指数越高,堵漏浆裂缝中流速越小,体积分数越高,低于临界值后,裂缝中将一直以堵漏浆-钻井液共混流体存在。流性指数相比稠度系数对于堵漏浆裂缝驻留能力影响更为显著,牛顿流体和剪切增稠型堵漏浆更利于在裂缝中形成完整段塞。该仿真模拟工作为固化堵漏浆流变性优化提供一定理论基础,有利于提升固化堵漏技术一次成功率。