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。     

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。      

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。     

裂缝性地层漏失模拟试验研究

裂缝性地层在油气田中普遍发育,由此导致漏失现象也经常发生,如何有效模拟裂缝性地层漏失是个普遍性难题。采用粒径3～5cm具有一定高度的砾石层来模拟地下裂缝性地层;试验结果表明,砾石层可以有效模拟1～2cm的裂缝。同时,利用该方法评价并优选了裂缝性地层堵漏材料,认为单一的刚性材料、纤维材料或片状材料对于裂缝性地层堵漏效果均不理想,刚性材料和纤维状材料以及片状材料复合堵漏效果比较明显。3%粗粒石灰石+3%核桃壳+3%锯末+1%云母,对1～2cm裂缝可以有效堵漏。     

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...     

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.     

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。     

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。      

油基钻井液随钻堵漏技术与应用

针对在用油基钻井液钻进页岩气井水平段时井漏事故常有发生,造成严重的经济损失,研制了一种A型堵漏材料,对其进行了粒径分析,优选了最佳粒径范围,并在油基钻井液中评价了其堵漏性能。实验结果显示,A型堵漏剂的配伍性好,分散性好,吸油膨胀率高,抗150℃高温,砂床渗透侵入深度为1.0 cm,几乎是零滤失;与同类产品进行了对比,堵漏性能优于其他同类产品,具有好的防渗堵漏和裂缝堵漏效果;正向驱替压力为13 MPa,反向突破压力为1.2 MPa,承压强度高,反向驱替压力低,能够解决油基钻井液的渗透性漏失问题;A型堵漏剂与其他堵漏材料复配时能够有效解决1~3 mm裂缝漏失问题。形成了一套油基钻井液随钻堵漏技术,并在焦页195-1HF井进行现场应用,取得了良好的应用效果,不仅降低了焦页195-1HF井的钻井成本,同时缩短了钻井周期。      

钻井液降滤失剂研究述论

介绍了国内油田用钻井液降滤失剂的研究近况,包括改性天然产物降滤失剂、合成聚合物类降滤失剂、合成树脂类降滤失剂、有机-无机复合降滤失剂、成膜降滤失剂和其他新型降滤失剂。总结了近年来钻井液降滤失剂研究的思路和方法,探讨了钻井液降滤失剂的发展趋势。     

层理裂隙发育的硬脆性地层泥浆技术

分析了层理裂隙发育的硬脆性地层的特点和潜在问题，提出了相适应的泥浆体系及技术措施。     

超高温270℃水基钻井液体系研究

松辽盆地即将实施的大陆科探井松科2井井底温度可达260℃以上。采用室内合成的抗高温聚合物降滤失剂HR-1,改性腐植酸HS-1为主处理剂,与优选的沥青类高温封堵剂、高温稳定剂海泡石进行配伍性试验,形成了抗温270℃钻井液体系,并进行性能评价。结果表明,该钻井液具有较好的流变性和较低的滤失量,较强的抗钙土和抑制岩屑粉污染能力。钻井液高温稳定性好,270℃/96 h连续老化后滤失量小于5.0 m L。     

基于老化油研制钻井液用润滑剂

油田地面生产的副产品老化油具有复杂的界面特性,脱水处理困难。利用老化油的乳化稳定性能,将老化 油用于制备钻井液用润滑剂,可避免脱出老化油中的泥、砂、水。优选了该润滑剂的组分及加量,评价了润滑剂 的性能。结果表明,基于老化油研制钻井液用润滑剂的乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚（OP-4）、润湿剂为十二烷基 苯磺酸钠（ABS）、稳定剂为羧甲基纤维素钠（Na-CMC）。最佳配方为：100 mL钻井液+3 mL老化油+1.5 g OP-4+ 0.15 g ABS+0.015 g Na-CMC。在膨润土基浆中加入润滑剂,体系的密度、表观黏度和泥饼黏附系数均符合企业 标准的要求。以老化油作为基础油研制钻井液用润滑剂是一种可行的老化油资源化处理方案。     

交联型油基钻井液降滤失剂的合成及性能评价

通过测试不同矿源腐植酸样品的特征常数E4/E6值,筛选出了腐植化程度高的腐植酸,然后采用不同碳链长度的脂肪胺结合适量的交联剂对该腐植酸进行亲油改性和适度交联,研制出了新型油基钻井液降滤失剂SDFL.红外光谱分析表明,新研制的SDFL中的一部分羧基被脂肪胺封闭;SDFL适用于白油基和合成基钻井液,能抗200℃高温,抗岩屑(24％岩屑)、盐水(20％CaCl2水溶液)污染能力强;与钻井液的配伍性好;可使油基钻井液滤失量降低85％以上,对油基钻井液的流变性影响小,降滤失性能优于中国产品,与国外同类产品水平基本相当.     

油基钻井液的化学分析测试研究

为检测油基钻井液的常规性能,需要对油基钻井液的碱度、氯根含量和钙含量进行化学分析测试。为此分别提出了测试方法、试验仪器与材料、测试步骤与计算公式。测试碱度值主要是用于计算油基钻井液中未反应的过量石灰含量;测试氯根含量可用来校正蒸馏所得到的水含量,以便获得油基钻井液的固相含量;测试钙含量是用来计算油基钻井液中水相的CaCl2、NaCl矿化度。     

适用于钻水平井的可逆转油包水钻井液研究

针对目前油基钻井液钻水平井过程中出现的不足之处,研究了可逆转油包水乳化钻井液。该体系性能稳定,易于调控,具有较强的抗污染能力。通过引入新型流型调节剂,解决了油基钻井液钻水平井的携岩问题。研制出的可逆转乳化剂,通过添加水溶性酸可变成水包油乳状液。它具有很好的滤饼清洗作用,可改善裸眼完井生产,有效清除钻屑,有利于环境保护和储层保护。