压裂用纳米体膨颗粒裂缝封堵性能实验研究

近年来,纳米颗粒用于提高采收率对小孔隙进行封堵的研究较多,但很少有人将其用于压裂工艺,对低渗透储层出水微裂缝进行封堵。因此通过调研优选出纳米体膨颗粒作为堵剂,将其用于裂缝封堵性能实验。利用自制岩心封堵实验装置,分析了纳米体膨颗粒对水流和油流裂缝通道的封堵能力,以及其自身的膨胀性、注入性和在水流裂缝通道中的耐冲刷性。实验结果表明,纳米体膨颗粒在水相环境中具有较强的吸水膨胀性能,在油相环境中具有弱膨胀性能;纳米体膨颗粒对水流裂缝的封堵效果良好,在围压为40和50 MPa下水相封堵率高达90%;对油流裂缝不会形成很强的封堵,油相封堵率小于30%。此外,纳米体膨颗粒的注入性能良好。在围压为40 MPa、注入3 PV浓度为2%的纳米体膨颗粒在水流裂缝中,膨胀4 d后的耐冲刷性良好;因此纳米体膨颗粒达到了封堵水流裂缝而不封堵油流裂缝的目的,能较好地应用于压裂堵水。      

裂隙性储层堵漏剂配方优选实验

裂隙性漏失及其引起的储层损害问题严重制约着裂隙性油气藏和深层油气藏的钻探及开发进程。应用正交实验法对6种不同粒度、不同硬度的桥堵剂设计了16种配方,使用DL-A型高温高压堵漏模拟试验装置,以漏失量、承受压力和堵漏时间为评价指标,测量了不同配方堵漏剂对4mm圆孔模板及长孔模板的堵漏效果,并得出了最优配方。最优配方堵漏剂对模拟孔、缝的试件具有高的承压能力、较短的漏失时间和较低的漏失量,堵漏效果比较明显。分析实验结果可以得出,在裂缝性漏失地层中应适当加大硫矿粉、核桃壳等能够在井内温度下遇水膨胀的材料,而在孔隙性漏失地层中应适当减少其加量,而应加大花生壳、锯末等纤维状材料。     

体膨颗粒/弱凝胶水井裂缝半封堵试验

科尔沁油田主力含油层位为中孔低渗裂缝性油藏,受天然裂缝和人工裂缝的影响,注水沿裂缝推进,水淹快,采出程度低。为改变裂缝性油藏注水水淹状态,经过大量室内试验,研究开发了体膨颗粒／弱凝胶调剖技术,在科尔沁油田包14块水井上进行了裂缝半封堵现场试验,见到了增油降水效果,得出了结论。     

GCY-X体膨型堵漏剂的研制与性能评价新方法

用水溶液聚合法合成了一种具有膨胀可变形性的堵漏剂GCY-X,并对其性能进行了评价.评价结果表明,该堵漏剂在室温下的吸蒸馏水倍数为303倍(m/m),在须五段现场钻井液中的吸液倍数为20倍,抗温可达100℃.通过对现有仪器改造,形成了体膨型堵漏剂产品的封堵性能评价实验方法.封堵评价结果表明,GCY-X与钻井液的配伍性好,配伍钻井液针对宽度为1.2～2.5 mm的岩心模拟裂缝的封堵能力可达100％,承压能力为6MPa.形成的GCY-X产品封堵性能评价实验方法可行有效,弥补了目前针对体膨型堵漏剂封堵性能评价方法存在的不足.     

新型核壳结构体膨堵漏剂STP的研究

由于目前普遍使用的桥塞堵漏剂在变形性和膨胀性方面都还存在较大的缺陷,因此开发出了新型体膨堵漏剂STP.该堵漏剂采取核壳结构模式,其核物质采用无机矿物质,可以增加堵漏剂的强度、调节堵漏剂的密度,且来源广泛便于控制成本;其壳物质采用了水溶性单体和疏水性单体共聚形成两亲互穿式网络聚合物结构,表面采用感温类疏水物质进一步改性,解决聚合体吸水无限膨胀与抗温的技术问题;其粒径可根据实际需要做任意加工处理,其膨胀性受颗粒大小的影响程度小,在0～3 h期间可持续膨胀,体积膨胀倍数可达到4～8倍,颗粒密度可根据需要在1.20～1.67 g/cm3范围内调整;可通过控制不同的碱量来控制膨胀体的膨胀倍数和膨胀速度,可利用井内温度提高膨胀量,与常规综合堵漏剂配合使用能大幅度减少漏失量和提高承压能力.     

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。      

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。     

体膨颗粒复合调剖体系性能研究与应用

针对高含水油藏地质及生产资料开展研究,选择沙19-5井组开展注聚调剖,根据室内药剂成胶性、稳定性试验,筛选出调剖剂,通过进一步的药剂应用性能试验、调剖剂与地层配伍性流动试验,确定注入部分水解聚丙烯酰胺-改进型酚醛体系及体膨颗粒组成的复合多段塞调剖体系。筛选出的调剖体系室内试验,封堵率达到98,9%,现场累计注入447 m~3的调剖体系,调剖后沙19-5井措施层吸水率下降33%。     

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。      

裂缝性地层堵漏技术

针对裂缝性地层漏失的特征,研制出了一种由硬质刚性颗粒、柔性粒子、超细填充材料(超细碳酸钙)及特种膨胀聚合物(部分水溶的合成有机物)等组成的堵漏剂DLCM,其中的硬质刚性颗粒具有高强度、不水化、抗压、抗拉、不变形等特点,按粒径大小分为5个等级;柔性粒子由天然鳞片石墨经过插层处理、加热膨化后形成,具备高温稳定性、柔性、可压缩性、回弹性和韧性好的特点。采用长孔、立缝和异型3种模块分别模拟裂缝性、直缝性、长缝性漏层,测定了DLCM在上述3种漏层的堵漏效果,并探讨了堵漏材料协同封堵裂缝的作用机理。结果表明,该堵漏剂DLCM适用于不同密度的钻井液,且对钻井液流变性影响较小,能有效封堵1～6mm宽的裂缝,抗温、承压能力分别达150℃、7MPa。     

裂缝性漏失的桥塞堵漏钻井液技术

利用新研制的模拟裂缝封堵装置,开展了裂缝桥塞堵漏的实验研究,对比了不同形态裂缝的堵漏效果,分析了裂缝性漏失的桥塞堵漏规律.结果表明:新研制的裂缝堵漏实验装置有更好的模拟裂缝堵漏的能力,该装置模拟的裂缝具有较长的深度,实验完成后可以打开裂缝模块,观察堵漏材料在裂缝内的封堵位置和形态,探索桥接堵漏材料封堵裂缝的机理和规律;堵漏材料在裂缝“喉部”和“腰部”形成封堵段塞是堵漏成功的标志;裂缝的长度与裂缝壁面的粗糙度对堵漏效果有较大的影响.     

耐高温核壳型油基钻井液纳米封堵剂的制备与性能评价

页岩地层纳米级微孔、微裂缝发育,常规封堵剂粒径较大,难以封堵页岩内孔缝。以无机纳米二氧化硅为核,以聚（苯乙烯-丙烯酸丁酯-丙烯酸）为壳（单体质量比为10∶2∶1）,基于乳液聚合法制备了耐高温核壳型纳米封堵剂（CLG-NM）。通过红外光谱、透射电镜、动态光散射、热重实验对封堵剂进行了表征,通过页岩压力传递实验评价了其封堵性能。结果表明,CLG-NM粒径分布为40～300 nm,中值粒径为89.4 nm,在372℃以下的热稳定性良好。CLG-NM与现场油基钻井液的配伍性良好,3%CLG-NM对油基钻井液流变性的影响较小,高温高压滤失量（180℃老化16 h）从3.1 m L降至2.8 mL,破乳电压高于700 mV。CLG-NM可进入页岩内的纳米孔-缝进行封堵,在现场油基钻井液中加入CLG-NM的上游压力穿透岩心的时间为19.5 h,封堵效果好于国内外同类产品。     

强抑制强封堵深水钻井液的制备与性能评价

针对深水钻井中钻井液黏土水化抑制性和封堵性能不足、低温流变性差等问题,以烯丙基磺酸钠(AS)、三羟乙基烯丙基溴化铵(THAAB)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)为原料制得多羟基低聚物黏土水化抑制剂PDWC。在常规水基钻井液中加入10%KCl和0.7%PDWC,得到密度为1.1 g/cm~3的强抑制强封堵深水钻井液体系。通过红外光谱仪、热重分析仪和凝胶色谱法表征了PDWC的结构,研究了强抑制强封堵深水钻井液的封堵性、润滑性和抗温抗盐性。结果表明,PDWC的相对分子质量为2.2×10~4,抗温可达280℃,强抑制强封堵深水钻井液体系具有良好的抑制和封堵性能。红土滚动回收率高达93.5%,人造岩心在滤液中的常温常压线性膨胀高度仅为1.7 mm。在0.69 MPa的条件下,钻井液在模拟砂床中侵入30 min后的深度为4 cm。钻井液的抗温和抗盐能力较好,其低温流变性和润滑性能良好,满足深水钻井工程需要。图6表5参14     

低渗透油藏水凝胶调驱剂的制备及封堵性能评价

为了提升低渗透油藏调驱剂的注入性和封堵性,开发了一种水凝胶体系,以成胶强度为指标优选了水凝胶配方及制备条件,并评价了其封堵性能和调驱性能。优化的水凝胶配方如下：丙烯酸用量为20 g/L、丙烯酰胺用量为5 g/L、过硫酸铵用量为0.07 g/L、改性淀粉用量为5 g/L、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺用量为0.08 g/L,最佳合成条件为中和度75%、反应温度9℃,所生成水凝胶的成胶强度为35～37 Pa·s。通过机械剪切、烘干得到微米级粒径的水凝胶调驱剂。封堵实验表明,质量浓度为0.1～0.7 g/L的水凝胶调驱剂对渗透率为1600×10^-3～1900×10^-3μm²的填砂管的封堵率在92%以上,随着水凝胶质量浓度的增大,阻力系数增大,注入压力爬升较快,但残余阻力系数和封堵率变化较小。水凝胶作为驱油剂使用建议采用低浓度注入,在水驱基础上可提高采收率10%左右。低浓度微颗粒水凝胶调驱剂可有效解决低渗透油藏调驱注入性和封堵性的矛盾。综合考虑注入性、封堵性和驱油性能,推荐水凝胶水溶液现场应用的质量浓度为0.1～0.3 g/L。     

预交联体膨颗粒类调剖剂性能评价方法研究

预交联体膨颗粒调剖剂作为一种新型的调剖剂已在油田上得到广泛应用,并取得了较好的应用效果。为了保证油田用体膨颗粒类调剖剂的性能稳定和调剖剂的质量,在室内对体膨颗粒调剖剂进行了测定和评价,并建立了一套体膨颗粒类调剖剂的评价方法。     

钻井液用聚合物暂堵剂室内研究与评价

采用丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPs)、丙烯酸(AA)等3种有机单体和一种无机材料,在2种交联剂作用下聚合成抗高温储层暂堵剂.考察了无机材料含量和交联剂使用对产物性能的影响,结果表明,加入适量的无机材料和使用交联剂可以大幅改善聚合物的综合性能.合成的暂堵剂在淡水基浆、盐水基浆、饱和盐水基浆和复合盐水基浆中均具有较好的降滤失作用,抗温可达150℃,并与聚磺钻井液体系具有一定的配伍性;在钻井液或水溶液中高温老化后保持良好形态,结构完整,表现出较强的抗温稳定性,可长效发挥暂堵作用和降滤失的效果,基本能满足现场施工的要求.酸溶性实验表明,该暂堵剂的酸溶率可达到90％以上,满足酸化解堵的要求.岩心流动实验结果表明,合成暂堵剂具有较高的渗透率恢复值,可有效提高深层高压低渗储层的保护效果.     

纳米聚合物微球封堵剂的制备及特性

页岩具有极低的渗透率和极小的孔喉尺寸,传统封堵剂难以在页岩表面形成有效的泥饼,只有纳米级颗粒才能封堵页岩的孔喉,阻止液相侵入地层,维持井壁稳定,保护储层。以苯乙烯(St)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体,过硫酸钾(KPS)为引发剂,采用乳液聚合法制备了纳米聚合物微球封堵剂SD-seal。通过红外光谱、透射电镜、热重分析和激光粒度分析对产物进行了表征,通过龙马溪组岩样的压力传递实验研究了其封堵性能。结果表明,SD-seal纳米粒子分散性好,形状规则(基本为球形),粒度较均匀(20 nm左右),分解温度高达402.5℃,热稳定性好,阻缓压力传递效果显著,使龙马溪组页岩岩心渗透率降低95%。      

深水恒流变无固相储层钻井液的制备与性能评价

在深水油气田钻井过程中,由于海底泥线附近的温度较低,易导致钻井液出现增稠、糊塞和跑浆等问题。针对该问题,以丙烯酰胺、N-乙烯基己内酰胺、二乙烯苯、烯丙基磺酸钠等为原料制备温敏增稠共聚物（ASSN）,再与香豆胶复配制得具有低温恒流变特性的流型调节剂。将流型调节剂与其他处理剂混合制得深水恒流变无固相储层钻井液。评价了ASSN、流型调节剂和钻井液的性能。结果表明,ASSN溶液的临界缔合温度为27℃。以0.5%ASSN和0.3%香豆胶作为流型调节剂,其水溶液的黏度在4～60℃较为稳定。流型调节剂对钻井液在低温下的流变性起到了良好的调控作用。加重剂对钻井液低温调控能力的影响较小。流型调节剂与钻井液其他处理剂的配伍性良好。钻井液具有良好的抗侵污性能、抑制性能、润滑性能和储层保护性能,满足现场钻井需求。     

超深水裂缝储层钻井堵漏高效降解凝胶体系

针对南海永乐超深水区块花岗岩储层裂缝发育、钻井液漏失严重、裂缝性储层的堵漏与储层保护无法兼顾的难题,构建了高效降解凝胶堵漏体系。以甲基硼酸、甲基膦酸、氢氧化钠为原料制得动态共价硼酸酯键交联剂,其与聚乙烯醇、黄原胶等在可控时间内以动态共价键的交联方式发生物理化学交联反应,形成具有较高强度的凝胶堵漏体系。研究了该凝胶堵漏体系的成胶时间、堵漏性、流变性、抗污染性、降解性、储层保护性,并现场应用于裂缝性地层的堵漏。结果表明,动态共价硼酸酯键交联剂在低pH环境中易在过氧化物破胶剂的作用下发生键断裂,具有较好的降解性能。高效降解凝胶堵漏体系的成胶时间可调、封堵能力强。对于裂缝宽度为3.5mm的模拟岩心,在110℃下的承压可达5.8 MPa。凝胶固化前具有较好的流动性和触变性。该凝胶堵漏体系破胶时间短,在pH=4、6%过硫酸钾溶液中,6.1 h时即可完全破胶,破胶后残液黏度低,有助于裂缝性储层钻井防漏堵漏过程中的储层保护,实现超深水裂缝性油气储层钻进过程中的防漏堵漏与储层保护兼顾的目标。     

钻井液用MOF衍生物封堵-抑制剂的制备与性能

以六水合硝酸锌、2-甲基咪唑(GC)和乙二胺(EDA)为原料,通过原位功能化法制得MOF-乙二胺有机-无机杂化材料,继而与氮丙啶进行一锅法加聚反应,制得了结构外侧富含胺基官能团的纳米级MOF衍生物封堵-抑制剂。研究了该剂的封堵性能、抑制性能及与不同钻井液体系的配伍性。MOF衍生物封堵-抑制剂具有优异的封堵性能,可大幅降低基浆滤失量。6%的钠膨润土基浆在30 min时的总滤失量高达24 mL,而由3%钠土+3%封堵-抑制剂构成的土浆在30 min时的总滤失量仅4.4 mL,远低于基浆的。25%的膨润土在2%的封堵-抑制剂悬浊液中的动切力仅6.5 Pa,膨润土在2%封堵-抑制剂悬浊液中的最终膨胀高度较之在去离子水中降低了76%,泥页岩在2%封堵-抑制剂悬浊液中的滚动回收率达74.23%。以3%封堵-抑制剂取代3种钻井液体系原有的封堵剂与有机抑制剂后,钻井液老化前后的流变性能与API滤失量均维持了稳定,仅HTHP滤失量小幅上升,泥页岩在取代后钻井液中的滚动回收率略有上升。MOF衍生物封堵-抑制剂兼有良好的封堵性能、抑制性能与配伍性。图5表2参17