裂缝-孔洞型碳酸盐岩储层暂堵性堵漏机理研究

针对裂缝-孔洞型储层从数十微米级至毫米级别漏失通道并存的储层漏失控制问题,提出漏失控制及储层保护的关键是又好又快地封堵裂缝。进行了塔河油田12区钻井液、完井液动态损害评价试验,结果表明,该钻井液、完井液难以满足裂缝-孔洞型储层的漏失控制及储层保护的需要。根据暂堵性堵漏思路改进了该钻井液、完井液,改进后约在3 min内形成暂堵率在99.999%以上的致密封堵层,且60 min累积滤失量不超过0.5 mL,较改进前裂缝封堵能力提高2.3倍,酸溶返排恢复率提高60%,证明暂堵性堵漏思路是可行的。暂堵性堵漏具有堵漏材料粒度范围大、架桥快速、封堵层致密、侵入适度、双向承压和酸溶解除等特点,暂堵性堵漏与屏蔽暂堵技术的差异主要体现在封堵对象、封堵层形成时间、封堵层承压能力、封堵层厚度、封堵层解除方法等方面。      

强应力敏感裂缝性致密砂岩屏蔽暂堵钻井完井液

传统的保护裂缝性储层的钻井完井液设计以裂缝的静态宽度为依据,极少关注由应力敏感性引发的裂缝动态宽度变化行为,导致暂堵材料粒径小于储层动态缝宽,无法有效控制漏失而严重损害储层。以泌阳凹陷深层典型致密砂岩储层为研究对象,基于岩心观察和测井资料获取静态缝宽,并开展应力敏感实验,研究应力变化对静态缝宽的影响;通过有限元法模拟确定应力扰动下动态缝宽变化,进而优选屏蔽暂堵钻井完井液配方。实验表明,根据动态缝宽优选的屏蔽暂堵完井液封堵时间不超过5 min,返排恢复率达80%,滤饼承压能力达15 MPa,高质量滤饼可以快速封堵裂缝,有效预防井漏发生。钻井作业过程中储层保护试验成功与失败的案例说明,强应力敏感裂缝性储层保护必须考虑动态缝宽参数,且暂堵粒子粒径上限应随着钻井完井液密度的增加而适度放大,才能覆盖最大动态缝宽范围。      

集成超低渗透与屏蔽暂堵优势的新型钻井完井液

超低渗透钻井完井液缺乏架桥的刚性粒子,形成的滤饼强度值低,在裂缝宽度大于50 μm时,滤饼强度不足5 MPa,且返排恢复率低,对裂缝性储层的保护具有一定局限性.选取四川盆地致密砂岩岩心,开展了集成超低渗透与屏蔽暂堵优势的钻井完井液保护裂缝性储层能力的实验评价.结果表明,在3.5 MPa正压差下,该钻井完井液对500 μm以内不同宽度级别的裂缝均有很好的封堵效果,且滤饼强度均可承受15 MPa的压差,返排恢复率也有所提高,特别是酸洗后返排恢复率在80%以上.该钻井完井液充分利用超低渗透钻井液动态降滤失剂的降滤失性和较宽的封堵范围,并具有屏蔽暂堵技术的高强度、高返排恢复率的优点,拓展了利用固相颗粒保护裂缝性储层的能力.     

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.     

裂缝性致密砂岩气层暂堵性堵漏钻井液技术

钻井液漏失是目前制约裂缝性致密砂岩气藏勘探开发的第一位因素，以往的工程实践对堵漏工艺及工程成功率关注较多，而对堵漏材料进入储层带来的储层损害以及如何高效解除则关注较少。堵漏材料一旦进入储层若不及时解除，就会造成严重的储层损害。为此，以“储层保护屏蔽暂堵技术思想”为指导，在评价常用堵漏材料酸溶性的基础上，提出集成惰性堵漏材料架桥与酸溶性堵漏材料填充优势的暂堵性堵漏钻井液技术新思路。通过室内探索性实验，优化了暂堵性堵漏钻井液配方，结果显示：基浆中酸溶性材料与惰性架桥材料加量的比值介于1∶1～3∶1之间为最佳。由此形成了暂堵性堵漏钻井液漏失控制技术，并通过工程实践证明了其合理性。     

不同岩性储层裂缝封堵规律实验

明确不同岩性储层裂缝封堵规律对提高暂堵压裂成功率至关重要。通过井下全直径取心、劈裂造缝、激光扫描和3D打印,制作了不同岩性储层水力裂缝模型,并基于自主研发的高承压裂缝封堵系统,开展了裂缝封堵实验,获取裂缝封堵体和泵注曲线。结果表明：1）缝宽为1 mm时,使用小粒径颗粒和粉末可实现砾岩、砂岩和火山岩裂缝缝内有效封堵,封堵速度快、稳定性高;2）缝宽不大于4 mm,砂岩和火山岩裂缝存在多点封堵现象,封堵体需反复突破与重构;3）缝宽大于4mm,砾岩裂缝内纤维与颗粒可高效架桥封堵,砂岩和火山岩裂缝内需纤维累计挂壁达到一定量之后,才能实现颗粒架桥;4）砾岩储层裂缝封堵最快,砂岩储层裂缝封堵用液量约为同缝宽砾岩储层裂缝的2倍。     

新型自降解堵漏剂封堵裂缝与保护储层特性评价

在裂缝性储层钻进过程中,既要封堵储层裂缝,还要兼顾完井后可解堵。针对常用暂堵类材料无法自降解,且封堵储层承压不足等问题,分析了一种新型环保自降解堵漏剂SDPF,并借助承压强度实验、傅里叶红外光谱仪、热重分析和扫描电镜（SEM）观测等方法,探讨了新型自降解堵漏剂SDPF的降解作用机理、承压堵漏和自解堵保护储层效果。实验结果表明,新型自降解堵漏剂SDPF在25 MPa下的承压破碎率小于5%;随温度升高其自降解率增大,酸性和碱性环境可促进其自降解作用,无机盐不影响其自降解作用。以SDPF为架桥颗粒,协同其它可酸溶堵漏材料,实验优化出适用于微米级和毫米级裂缝的自降解堵漏体系,该体系的封堵承压能力可达7.5 MPa ;泥饼清除和岩心返排恢复实验表明,自解堵后的岩心渗透率恢复值为85%以上,具有较好的承压堵漏与自解堵保护储层效果,可望解决裂缝堵漏与储层保护难以兼顾的技术难题。      

裂缝性储层渗透率返排恢复率的影响因素

在裂缝性低渗透储层钻井完井过程中,工作液滤液及固相侵入会对储层造成损害。采用屏蔽暂堵技术形成致密封堵层,可对储层进行有效保护,而渗透率返排恢复率是衡量屏蔽暂堵技术质量的重要指标。使用同一工作液并调整其粒度分布,分别对低渗砂岩裂缝岩样进行了封堵层形成与返排试验,探讨了工作液粒度分布及压力梯度对返排恢复率的影响。试验表明,随着压力梯度增大,返排恢复率呈先增大后减小的趋势。固相粒度与缝宽最优匹配原则不是固定不变的,而是受缝面微凸体高度与缝宽比值的影响。固相侵入浅,返排恢复率高;固相侵入深,返排恢复率低。对于水力学宽度为20~70 μm的细砂岩裂缝岩样,最优返排压力梯度为7.8~24.2 MPa/m,最优匹配原则为1/3~2/3架桥,且接近于2/3架桥。裂缝性储层返排过程中存在最优返排压力梯度,固相粒度与缝宽匹配程度直接影响固相侵入深度,进而影响渗透率的返排恢复程度。      

板南储气库井承压堵漏技术

为了满足储气库井提高地层承压能力的需要,研究出了新型刚性嵌入多级封堵承压堵漏技术,该技术主要是利用不同级别目数的刚性架桥颗粒,以及各粒级的桥塞堵漏剂和可变形微粒封堵材料,在地层中架桥,楔入、填充裂缝中,提高地层的周向诱导应力,从而提高地层承压能力。室内实验针对板南储气库井的地层特点优选出一套承压堵漏浆配方:基浆+5%刚性颗粒A(150～250μm)+3%刚性颗粒B(40～60μm)+3%刚性颗粒C(10～30μm)+10%桥塞堵漏剂BZ-SPA+2%低渗透封堵剂BZ-DFT。该承压堵漏技术在板南储气库现场应用3口井,均一次完成承压堵漏,显著提高了堵漏效率,满足了固井施工对地层承压能力的要求。     

一种多面锯齿金属颗粒作为骨架材料的高承压强度、高酸溶随钻堵漏钻井液

超深致密砂岩裂缝性气藏使用高密度全油基钻井液钻遇漏失复杂时,选用常规的防漏堵漏材料无法满足油相分散、酸溶和高承压等要求。为此,引入了油相分散、刚性高、酸溶率高的铝合金材料,该材料为密度1.60 g/cm~3的多面锯齿状铝合金颗粒(以下简称GYD),将泡沫态铝合金研磨成3~80目,较之于现用大理石架桥颗粒,GYD在油相中分散完全,莫氏硬度提高近2倍(介于5~6),酸溶率超过90%。按地层裂缝开度的1/2~2/3架桥规则,对以高密度全油基钻井液为基浆,GYD作为骨架颗粒,配合加入纤维类材料和可变性填充粒子的浆液进行高温高压动静态堵漏室内模拟评价。实验结果表明,GYD加量为8%时,堵漏钻井液封堵强度超过25 MPa,酸溶率达到65%,稳定性良好,48 h密度差小于0.03 g/cm~3。在塔里木盆地某井的现场试验效果表明,该井气藏埋深7 220 m,应用高密度油基钻井液日均漏失量约50 m~3,采用GYD防漏堵漏后钻进无漏失,顺利钻穿储层,较好地实现了钻进中地层缝内高流动阻力和高承压的"高刚性架桥+纤维成网+变形填充"封堵功能。     

“多级孔隙最优充填”暂堵方法与现场试验

为了提高对渗透率贡献较大孔隙孔径分布不集中储层的暂堵效率,提出了"多级孔隙最优充填"暂堵方法。该方法基于"隔层堆积"理论,将储层孔隙与暂堵微粒的连续分布进行离散处理及匹配,对储层多级孔隙进行"最优充填",即可得到架桥颗粒的标准粒度分布曲线。对岐口凹陷某区块储层岩心进行连续分布孔隙离散后,对其进行"多级孔隙最优充填",依据得到的标准粒度分布曲线对现有的暂堵剂颗粒分布进行了优选,1 000目碳酸钙的粒度分布最接近标准粒度分布曲线。储层保护试验结果表明,加入利用"多级孔隙最优充填"方法优选暂堵剂颗粒的钻井液具有良好的暂堵效果,其污染深度0.9 cm,污染端切去后其渗透率恢复率达97.29%。现场应用结果表明,加入优化暂堵剂颗粒的钻井液能形成封堵层,阻止钻井液滤液侵入地层。这表明"多级孔隙最优充填"方法可用于孔隙孔径分布不集中储层暂堵颗粒的优选,暂堵效果优良。      

架桥粒子粒径与裂缝有效流动宽度匹配关系的试验研究

使用基质渗透率为零的天然致密露头岩石制备裂缝性岩心,通过岩心流动试验,研究了架桥粒子的粒径与裂缝有效流动宽度之间的匹配关系。结果表明,架桥粒子粒径与裂缝有效流动宽度之间的匹配关系为(0．5—1),1,架桥粒子浓度不小于3％时可达到较好的暂堵效果;按照上述匹配关系选用粒子进行暂堵时,多级粒子的暂堵效果比单级粒子的暂堵效果好。     

承压堵漏技术研究及其应用

钻遇多套压力层系地层时,需要应用承压堵漏技术来提高较低压力地层的破裂及漏失压力,扩大安全密度窗口,以满足正常钻井施工的要求.承压堵漏需要确定合理的粒径级配进行架桥和先期充填以达到承压的目的,之后需要纤维材料和可变形材料在封堵层表面形成一层致密的隔层以达到稳压的目的.将根据SAN-2工程分布理论确定的粒径级配用于承压堵漏...     

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。     

热致形状记忆“智能”型堵漏剂的制备与特性实验

裂缝性漏失是钻井工程中的世界性难题,具有裂缝开度不明确、堵漏效率低等特点。传统的桥接堵漏材料对裂缝开度敏感性较强,难以实现有效的自适应架桥封堵。基于形状记忆智能材料学科新进展,利用"热-机械变形"基本原理,研制了不同粒径的热致形状记忆智能型堵漏剂（密度为1.16 g/cm³）,借助傅里叶红外光谱仪、差示扫描量热仪和"折叠-展开"形状记忆测试方法,实验评价了其分子结构、玻璃化转变温度和形状记忆性能;测试了高温高压条件下颗粒膨胀及力学性能;开展了长裂缝封堵模拟实验,探讨了裂缝封堵机理。结果表明,热致形状记忆堵漏剂的玻璃化转变温度可依据漏层温度进行调控（72.86~102.35℃）,形状固定率和回复率大于99%;高温高压条件下（120℃、20 MPa）颗粒D90增长率大于40%,激活后抗压强度高,有利于在裂缝中自适应架桥封堵。热致形状记忆堵漏剂激活前为片状,易进入裂缝,达到激活温度后膨胀至立方体块状的三维结构,在一定范围内可自适应匹配漏层裂缝宽度,封堵效率高,采用一套封堵工作液配方即可成功封堵3~5 mm不同开度共存裂缝,实现温敏、自适应、高效封堵作用。     

缝洞型碳酸盐岩油藏出水规律可视化物模实验

为了深入研究缝洞型碳酸盐岩油藏储集体出水规律,设计裂缝、溶洞和缝洞3种典型储集体可视化物理模型,研究了不同裂缝(缝宽)极差、注水速度、含油饱和度与缝洞倾角条件下的出水规律,分析了驱后剩余油类型和分布特点。实验结果表明,对于裂缝储集体,裂缝极差为1、4、16时,极差越大末端出水越早,一定条件下采收率越高。对于多向连通型缝洞储集体,注入速度为0.01、0.1、0.5 mL/min时,采收率呈现出随注水速度增加而先增后减的变化趋势,且波及区域内的含油饱和度越高时,最终采收率也越高。对于致密充填溶洞储集体,重力分异作用对油水流动起重要影响,且当缝洞倾角由0°逐渐增至45°、90°时,采收率也逐渐增加。研究成果对于缝洞型油藏的开发、油井堵水及剩余油的挖潜具有重要的理论和实践指导意义。     

热致形状记忆“智能”型堵漏剂的制备与特性实验

裂缝性漏失是钻井工程中的世界性难题，具有裂缝开度不明确、堵漏效率低等特点。传统的桥接堵漏材料对裂缝开度敏感性较强，难以实现有效的自适应架桥封堵。基于形状记忆智能材料学科新进展，利用"热-机械变形"基本原理，研制了不同粒径的热致形状记忆智能型堵漏剂（密度为1.16 g/cm³），借助傅里叶红外光谱仪、差示扫描量热仪和"折叠-展开"形状记忆测试方法，实验评价了其分子结构、玻璃化转变温度和形状记忆性能；测试了高温高压条件下颗粒膨胀及力学性能；开展了长裂缝封堵模拟实验，探讨了裂缝封堵机理。结果表明，热致形状记忆堵漏剂的玻璃化转变温度可依据漏层温度进行调控（72.86~102.35℃），形状固定率和回复率大于99%；高温高压条件下（120℃、20 MPa）颗粒D90增长率大于40%，激活后抗压强度高，有利于在裂缝中自适应架桥封堵。热致形状记忆堵漏剂激活前为片状，易进入裂缝，达到激活温度后膨胀至立方体块状的三维结构，在一定范围内可自适应匹配漏层裂缝宽度，封堵效率高，采用一套封堵工作液配方即可成功封堵3~5 mm不同开度共存裂缝，实现温敏、自适应、高效封堵作用。     

低渗透致密砂岩气藏保护技术研究与应用

分析了低渗致密气藏的损害机理与保护措施,认为低渗透致密砂岩气藏在钻井过程中的损害因素主要是水敏损害和水锁损害,其次为固相颗粒堵塞损害。为此,针对试验区块提出了“合理的屏蔽暂堵-强抑制-防水锁” 保护气层技术思路,进行了水锁损害机理与预防方法研究;以自行研制的气层专用保护剂为主剂,研制出了保护气层的钻井完井液配方,并进行了现场试验。实验表明,岩样被水侵之后,渗透率明显降低。因此,对于低渗透岩样,在钻井过程中,尽量避免滤液侵入储层;研制的保护气层钻井完井液配方抑制性强（页岩回收率为97.8%）,岩样气体渗透率恢复率高（大于80%）,能有效减小钻井液对气层的水敏和水锁损害。现场试验表明,该钻井完井液体系抑制能力强,气层保护效果较好。     

冰点以下多孔介质中CO2水合物生成特性的实验研究

多孔介质对CO2水合物的生成过程具有明显的影响。为了研究冰点以下多孔介质中CO2水合物的生成特性,利用1.8L的高压水合反应釜研究了粒径分别为380 μm、500 μm和700 μm的多孔介质中CO2水合物的生成过程。结果表明：多孔介质对冰点以下CO2水合物的生成过程产生重要的影响。与粒径分别为500 μm和700 μm的多孔介质体系相比,粒径为380 μm的多孔介质中CO2水合物的平均生成速率和储气量分别达到了0.01614 mol/h和65.094 L/L。研究结果还表明,当多孔介质粒径在380 μm到700 μm之间时,多孔介质粒径越小,多孔介质中水合物生成过程的平均生成速率和储气量就越大。