低渗地层动态泥饼形成的研究

用淡水泥浆、分散性泥浆和絮凝泥浆在动滤失装置上研究了不同流速下动态泥饼形成的条件。通过分析作用在粘土颗粒上的流体动力学作用力,建立了与泥浆性能和渗透率有关的数学模型,可预测动态泥饼形成的最低压力和岩心的最小渗透率。文中指出,低于临界渗透率时,动态泥饼就不能形成。而临界渗透率又与泥浆液柱压力有关,液柱压力越高,临界渗透率就越小。文中室内试验的结果可以直接用到现场中。     

动态滤饼微观结构研究

利用SW—Ⅱ型岩心动态污染仪测定了泥浆在不同条件下所形成动泥饼的渗透率,并对动泥饼进行了电镜和粒度分析。结果表明,随着压差的下降、剪切速率的升高或介质渗透率的提高,动泥饼中粗固相颗粒含量上升、平均粒径变大及孔隙增大等一系列变化,导致其渗透率升高。     

动泥饼渗透特性影响因素分析

用高温高压动态流动装置对泥浆动失水下形成的泥饼的渗透率、孔隙度及泥饼厚度的影响因素进行了研究。试验结果表明：动失水下形成的泥饼的渗透率、孔隙度在一定剪切速率下随压差的提高而下降，泥饼厚度增加；在一定压差下随剪切速率的提高，动泥饼渗透率，孔隙度增大，厚度减少；在一定剪切速率、压差下，渗流介质的渗透率增加，动泥饼的渗透率和厚度增大。动失水时间越长，形成的泥饼越厚，动泥饼渗透率在１．２５ｈ失水以后基本不变，随时间的延长变化甚小。     

塔里木致密裂缝性储层钻井液侵入实验研究

近年来致密砂岩储层伤害与保护问题引起学者们的关注。由于存在天然裂缝通道沟通，在裂缝性致密储层的开发过程中，工作液很容易沿裂缝进入储层，对储层造成严重的伤害。为了探究钻井液对裂缝性储层的伤害程度和机理，以塔里木库车山前区块裂缝性致密砂岩储层为研究对象，进行了钻井液侵入伤害实验。实验结果表明，钻井液侵入过程按照泥饼的形成过程可分为4个阶段，分别是无泥饼阶段、泥饼快速生成阶段、泥饼动态平衡阶段和形成封堵阶段；钻井液侵入速率受储层渗透率、泥饼渗透率、流体性质以及密度的影响，当储层渗透率高于临界渗透率时，侵入速率主要由滤饼渗透率决定；通过扫描电镜结果可得，钻井液固相颗粒在岩心孔喉中的堵塞状态分为堵塞状、黏附状和填充状3种，不同堵塞状态对储层渗透率伤害程度不同。得到的钻井液动态伤害分析与固相颗粒侵入研究有助于复杂油藏模拟器的改进，对现场施工作业以及钻井液优化具有一定的指导意义。     

泥饼网架结构的理论模式

国外学者在动失水条件下,将不同泥浆所形成的泥饼做了许多泥饼切片,通过x光衍射,得到泥饼结构照片。研究表明,泥饼是由粘上颗粒絮凝而成,它是一种空间网架结构,且在网架空格中充满了电解质溶液,所以泥饼属于粘土颗粒的絮凝系统。其压缩性、孔隙度及渗透率等特性对油层损害、失水控制有着十分密切的关系。由于泥饼絮凝系统结构的复杂性,给研究泥饼特性带来很大困难。为了解决这个研究难题,笔者提出了泥饼粘土絮凝系统的网架结构模式,包括系统的物理、几何模型建立及系统内各种力的计算公式,为以后模拟、研究这一复杂系统;并对其压缩性、孔隙度及渗透率与压差关系进行数值计算;最终应用到失水控制方面找到了一条途径。本文是整个研究的第一部分,供同行参考。     

泥饼粘附-粘滞强度（ACBS）和粘附-粘滞模数（ACM）的实验测定

为了测定不同泥浆体系所形成泥饼的粘附-粘滞强度(ACBS)和粘附-粘滞模数(ACM)，开发研制了一种独特的测试程序和一套新型的测试装置。测试装置是一台Wyke—ham Farrance无级压缩机，测试时它将柱形压块嵌入泥饼基质一定深度，然后施加一个提拉力将压块从泥饼中拔出。有一个数字式仪表能记录加载和提拉过程中压块的嵌入深度和位移，同时有一台电子天平记录嵌入和提出过程中作为位移函数的压力和提拉力。此外，还有一个千斤顶可将泥饼提升到预定高度，而一个计算机数据自动采集系统则能记录测试数据并监测测试过程。实验测试结果表明，嵌入深度相同而成分不同的泥饼，其ACBS和ACM会有明显不同。提拉力的大小及其与嵌入面积减少量的关系曲线形状，受控于泥饼材料的粘附和粘滞力及其性质。电解质的存在能明显影响金属与泥饼以及矿物与矿物的结合力。阳离子的水合离子直径对泥饼的粘附和粘滞性质也有一定影响。泥饼基质中存在重晶石能够明显增大泥饼的ACBS和ACM，其原因可能是重晶石颗粒的填充和质量粘附效应以及分子间作用力。研究了三种降失水剂对NaCl-膨润土泥饼ACBS的影响，它们是改性淀粉、CMC和PAC。在NaCl-膨润土泥浆中加入CMC和改性淀粉，其泥饼的ACBS和ACM几乎没有变化，而在NaCl-膨润土泥浆中加入PAC，其泥饼的ACBS有一定增加，但ACM明显减小。这此测试结果在不同泥饼对钻具、扩眼器、稳定器、钻头以及斜井和水平井眼的钻屑间的结合力方面提供了极有价值的资料。这些测试方法可用于筛选钻井泥浆添加剂，而本文的研究结果则可用于设计有理想泥饼质量的钻井液。     

改进钻井泥浆设计,控制井眼不稳定性与地层损害

井眼不稳定和地层损害是石油工业遇到的两个主要问题。人们普遍认为 ,地层损害主要是泥浆滤液的侵入与流体岩石相互作用改变了孔隙内流体的化学性质引起的。在井壁上形成一层致密的泥饼以阻止泥浆滤液的侵入。致密的泥饼也能对井壁起到支撑作用而防止井眼坍塌。因此 ,解决井眼不稳定和地层损害问题最有效的方法是设计一种与储层内流体岩石相适应、具有独特泥饼特性的钻井液。本文探讨了多种新型特性的泥浆体系 ,以及它们在澳大利亚中心地区致密气层钻井完井中的潜在用途 ,这些地区的储层非常容易受到损害。探讨的 4种泥浆中 ,酯基泥浆在井壁上形成一层致密泥饼 ,这是一种最有效的保护储层的泥浆体系。     

对特殊酶消除钻井液引起致密气藏水平井地层损害的评价

钻井液包括生物聚合物，如黄原胶、纤维素和／或淀粉及桥堵剂，如分级的硝酸钙颗粒。使用这些聚合物是为了提高泥浆的携带能力和在地层中形成泥饼以减少钻井液漏失进入地层。     

HCF-A油基泥浆泥饼解除液室内研究

针对渤海油田油基泥浆钻井、裸眼+筛管完井方式,经过大量实验研究,构建了能满足现场应用要求的HCF-A油基泥浆泥饼解除液。该泥饼解除液不仅具有较好的沉降稳定性和热稳定性,而且对油基泥浆的API泥饼和岩心泥饼均具有较好的解除效果。HCF-A油基泥饼解除液与油基泥浆、储层岩石和原油配伍性好,具有较好的储层保护性能,同时,该泥饼解除液还具有一定的回收利用价值。     

HCF-A油基泥浆泥饼解除液室内研究

针对渤海油田油基泥浆钻井、裸眼＋筛管完井方式，经过大量实验研究，构建了能满足现场应用要求的HCF-A油基泥浆泥饼解除液。该泥饼解除液不仅具有较好的沉降稳定性和热稳定性，而且对油基泥浆的API泥饼和岩心泥饼均具有较好的解除效果。HCF-A油基泥饼解除液与油基泥浆、储层岩石和原油配伍性好，具有较好的储层保护性能，同时，该泥饼解除液还具有一定的回收利用价值。     

动态滤饼的渗透率计算方法探讨

动态滤饼是安全、快速钻井的重要因素。本文介绍了用西南石油学院自制的SW—Ⅱ型高温高压动态污染仪,对动态滤饼的渗透性进行了两年多研究的结果。认为影响动态滤饼渗透率的众多因素中,起主要作用的是压差、剪切速率、钻井液中固相颗粒大小以及地层渗透率。在大量实验研究分析的基础上,用量纲分析与多元逐步线性回归相结合的方法,建立了动态滤饼渗透率与上述各因素及固相含量之间的回归关系式。实例计算结果表明,用此关系式对动态滤饼渗透率进行预测的方法是切实可行的。为动态滤饼的深入研究及滤失理论模型和滤饼粘附卡钻模型的建立提供了必要的前提。     

抗高温降滤失剂HUC研究与应用

针对大庆油田榆树林地区开发井所钻地层造浆严重,井壁易大段剥落、坍塌等问题,在易塌井段钻井液选用抗高温降滤失剂HUC进行处理。室内及现场试验证明,HUC具有良好的降滤失作用,能改善泥饼质量,减少井下复杂情况,而且与不同的钻井液体系配伍性好,解决了该地区的钻井难题。     

应用数值模拟软件探究动滤失影响因素

利用数值模拟软件,模拟地层条件下钻井过程中的钻井液动滤失情况,研究了滤失时间、滤液黏度、压差、内泥饼渗透率、外泥饼渗透率对滤失量的影响。模拟结果表明,当地层渗透率为100 mD,外泥饼渗透率小于0.01 mD时,90%以上的压力被外泥饼消耗,外泥饼是控制滤失量的主要因素;当外泥饼渗透率大于0.1 mD时,外泥饼消耗的压力低于总压差的55%,内泥饼及原始地层的渗透率对钻井液的动滤失也有较大的影响。在模拟条件下,压力很快会传递到地层边界,随着时间的变化,地层中相同位置的地层压力逐渐增加,但增加的幅度很小,滤失速率基本为一定值。从模拟结果可以看出,滤失量与滤失时间、压差成正比,与钻井液滤液黏度成反比,同时,滤失量随着外泥饼渗透率的增加而增加,但2者不呈线性关系。      

钻井液滤失规律及其回归方程

由于钻井液在不同滤失介质和不同条件下的滤失性能有较大差异,按照API标准进行的滤失量测定不能全面地反映钻井液滤失性能。因此,根据Ostwarld方程,对实验条件下测定的滤失数据进行处理并得出滤失回归方程。实验证明,钻井液滤失方程既是钻井液自身滤失特性的规律性概括,又反映了钻井液与所接触地层的匹配程度,可以此为依据设计和优选钻井液、判断钻井液滤液损害深度。实验研究了滤饼渗透率的变化规律及测定方法,认为用恒定滤失速率表示滤饼渗透性是较好的方法。     

暂堵剂图解优化新方法在钻井液设计中的应用

为使钻井完井液在井壁上形成超低渗透的泥饼,需要依据暂堵剂粒径与储层孔隙尺寸之间的匹配关系,寻找一种科学、合理的暂堵剂优选方法。国内外普遍采用的"1/3架桥规则"和屏蔽暂堵方法主要依据储层的平均孔喉直径优选暂堵剂的颗粒尺寸,这对均质储层较为有效,但难以有效封堵非均质储层中较大尺寸的孔喉。在研究连续颗粒堆积效率最大值原理、理想充填理论和d90规则的基础上,提出了一种暂堵剂颗粒图解优化的新方法,研发的配套软件能够快速、准确地根据储层孔喉尺寸的分布对具有不同粒径分布的暂堵剂产品按一定比例进行合理的复配组合,得到最优的粒径分布,指导钻井液的暂堵优化设计。现场应用表明,利用该方法优选出的复配暂堵剂钻井完井液能有效形成致密泥饼,封堵非均质储层中不同粒径的孔喉,有效阻止钻井液中固相颗粒和滤液侵入油气层。与传统方法相比,对储层岩样的侵入深度较浅(<2 cm),具有更高的岩心渗透率恢复率(>83%)与更低的突破压力梯度(1.05 MPa/m),储层保护效果显著。     

用动态试验方法研究井壁化学稳定性

结合大庆油田的实际情况,利用高温高压径向动态模拟装置进行了4个方面的研究:(1)高温高压下钻井液的径向动滤失;(2)高温高压下钻井液的防塌性能评价;(3)硬脆性泥页岩防塌剂的防塌机理;(4)防塌钻井液的体系。并对钻井液及降滤失剂、防塌剂在不同温度、压力下的滤失特性进行了试验,分析了径向动滤失形成的泥饼结构。认为在动态条件下钻井液的滤失速率随时间变化趋向一个常数;滤失速率随温度升高而增加,随固相增加而减少,随压差的增加而略有增加;降滤失剂对降低动滤失是有效的。经泥饼分析发现,降滤失剂在花饼形成过程中起重要作用。通过动态防塌装置可以模拟地下条件对泥页岩稳定性进行研究,也可以评价各种防塌剂的效果,认为降滤失剂和封堵剂的共同作用对非膨胀硬脆性泥页岩坍塌的预防有显著效果。     

用于新疆塔西南地区的保护油层钻井液

加重钻井液侵入储层会造成严重污染。对加重钻井液进行了改性处理,评价了改性钻井液的抗温性、抗污染性及泥饼酸溶率。结果表明,改性钻井液在高温高压下具有流变性好、滤失量低、润滑性好、泥饼薄而坚韧、表皮系数低等特性,防止了地层损害。     

降滤失剂作用机理研究——对不同类型降滤失剂的分析

在滤饼电性质、滤饼渗透率、滤液粘度、电镜分析和粒度分布等方面研究结果的基础上,论述了非离子、阴离子型降滤失剂的作用机制。分析了不同类型降滤失剂性能差异的根本原因,即分子结构的不同导致了降滤失剂效果的不同,包括含有极性基的数量和种类、分子量、分子结构以及空间位阻。非离子型降滤失剂主要通过全方位堵塞滤饼毛细孔发挥作用;阴离子型降滤失剂则是通过增加滤饼负电荷密度,缩小毛细孔孔径来达到降滤失目的;非离子型降滤失剂没有分散作用,而阴离子型降滤失剂则有一定的分散作用;但降滤失剂都有良好的护胶作用。     

辽河油田沙河街组硬脆性泥页岩防塌评价方法的研究

介绍了硬脆性泥页岩稳定性评价的几种新方法——改进的热滚分散法、泥饼强度测试法及动滤失试验法。并用来评价JHS化学稳定剂的性能。结果表明,改进的热滚分散法能有效地评价硬脆性泥页岩的稳定性,泥饼强度冲刷仪能定量测定不同钻井液体系的泥饼质量。