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。     

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。     

裂缝性地层堵漏配方及规律性研究

尽管国内外针对渗漏性漏失有过一些研究,但到目前为止,仍没有系统的针对裂缝性地层漏失的堵漏配方及规律性的研究,同时目前仍没有有效地解决裂缝性地层的漏失问题。在广泛调研国内外堵漏技术的基础上,利用自行研制的DL-A高温高压堵漏仪,对裂缝性漏层堵漏配方进行了研究,找到了裂缝性地层堵漏的一般规律,同时确定了较为理想的堵漏配方,为裂缝性漏层的堵漏技术奠定了基础。     

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.     

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。     

塔河油田顺西2井二叠系火成岩裂缝性地层堵漏技术

顺西2井是位于塔里木盆地顺托果勒区块南部断背斜构造的一口重点超深探井。顺西2井三开钻遇的二叠系火成岩厚度达316 m,纵向裂缝发育,地层破碎,钻进时多次发生井漏,先后使用桥接、低密度水泥浆等堵漏11次,堵漏效果不佳,重复漏失严重。针对该井建立了井壁纵向裂缝力学模型,通过定量分析得出,该井段封堵成功的关键在于在裂缝内形成致密坚硬的封堵墙,分隔井筒和裂缝内的流体压力。因此采用了高强度桥接颗粒、可变形桥接颗粒、高强度纤维材料,优化了粒径搭配,提高了堵漏材料在裂缝内的架桥效果;同时通过加入化学交联固结材料HDL-1,将憋挤嵌入裂缝的架桥材料胶结成为高强度的致密封堵墙,并将火成岩裂缝带的破碎岩体紧密胶结,防止发生剥落掉块导致的裂缝通道重新裸露问题,从而提高了裂缝带的承压能力和抗反吐能力。该井采用高强度交联成膜堵漏技术进行堵漏和承压作业后,地层的承压能力得到了提高,裸眼承压能力当量密度由不足1.15 g/cm3提高到了固井要求的1.55g/cm3,达到了井筒强化的目的。     

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。      

刚性堵漏材料几何形态对其在裂缝中滞留行为的影响

为了更合理地选择堵漏材料、设计高性能堵漏浆配方,研究了不同几何形态堵漏材料在裂缝中的滞留行为。采用理论分析和室内试验相结合的方法,考虑堵漏材料粒级、几何形状和裂缝面粗糙度等因素,设计并进行了粗糙缝面裂缝内固相滞留试验,考察了堵漏材料的几何形态对其在裂缝中滞留行为的影响。试验发现:粒级对球状和片状堵漏材料在裂缝中的滞留行为均有影响,但对球状堵漏材料滞留行为的影响更显著;相同粒级条件下,片状堵漏材料在裂缝中的滞留概率高于球状堵漏材料。研究结果表明:球状堵漏材料的优点是封堵迅速、封堵效率高,但其封堵质量受粒级影响显著,对缝宽变化适应性较差;片状堵漏材料的优点是对缝宽变化适应性强、滞留概率高;将球状与片状堵漏材料复配,可有效提高其滞留概率,又好又快地封堵裂缝。      

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。     

高保真模拟漏失地层堵漏评价试验装置设计

为了对堵漏材料与漏失地层的配伍性做出科学的评价,研制出一套高保真模拟漏失地层堵漏评价试验装置。通过测井、物探等技术获取漏失地层的物理参数,制作与井下地层复杂地质条件高度相似的模拟漏失地层,利用高压泵将堵漏材料挤入模拟漏失地层进行评价。高保真对开岩心筒能够根据地层压力开启一定的裂缝,当压力释放时,模拟地层使堵漏液返排,根据井下温度可以在模拟装置上进行加热。室内评价结果为现场堵漏材料的配比提供了依据。该装置的研制为堵漏剂的优选、堵漏钻井液性能的评价及堵漏工艺的确定提供了一种科学、有效的试验评价方法,为相关科研和生产提供了科学依据。     

介观尺度下裂缝内堵漏颗粒封堵层形成与破坏机理CFD-DEM模拟

堵漏材料进入地层裂缝后,通常期望其能够在漏失通道内快速形成稳定的高强度封堵层,从而实现井筒与漏失层的有效隔离,这对控制漏失程度和强化井筒至关重要。当前,普遍从以封堵层为整体的宏观角度以及从单个堵漏颗粒性质的微观角度来分析研究封堵层的降低漏速能力和承压能力,而从介观尺度研究堵漏颗粒封堵层在裂缝内的演化过程较少。为进一步揭示裂缝内堵漏颗粒封堵层的形成与破坏机理,基于计算流体力学和离散元耦合模拟方法,研究了堵漏颗粒在楔形裂缝内滞留、架桥、封堵和失稳破坏过程,分析了介观尺度下堵漏材料性质及钻井液性能对裂缝封堵层形成影响机理。结果表明,堵漏颗粒进入裂缝后经过滞留、堆积、封堵过程形成封堵层,且封堵层前端是封堵层稳定的关键部位。堵漏颗粒尺寸越小,封堵层位置越接近裂缝出口。堵漏颗粒浓度增加会显著缩短封堵层形成时间,当浓度由2%增加至30%时,封堵层的初始形成时间由0.090 s降低至0.036 s,降低了60%,此外,堵漏颗粒几何和物理性质以及钻井液参数对封堵层形成及破坏均具有较为明显的影响。研究结果对进一步优化堵漏颗粒并快速形成高效封堵层具有一定的参考价值。     

吸水膨胀型聚合物暂堵剂储层保护效果研究

探讨了吸水膨胀型聚合物暂堵剂对油层及水层或高含水储层保护效果。结果表明:JBD吸水膨胀型聚合物暂堵剂对不同渗透率的岩心均具有良好的封堵效果;对油层具有良好的储层保护效果,JBD暂堵剂体系封堵岩心后,用煤油驱替测得岩心油相渗透率均大于85%;JBD吸水膨胀型聚合物暂堵剂对水层或高含水储层将造成较大的伤害,必须配合使用JPC破胶剂进行破胶解堵,此时岩心渗透率恢复值可大于90%,从而取得理想的储层保护效果,满足了注水井或高含水油井暂堵作业的需要。     

微裂缝封堵剂评价新方法及强封堵钻井液配方优选

硬脆性泥页岩井壁失稳问题是致密油气等非常规资源钻井过程中的常见难题,目前普遍认为增强对泥页岩微纳米裂缝的封堵,是减少井下复杂的关键。选用一种孔径与泥页岩的微裂缝比较匹配的新型混合纤维素滤膜,替代滤纸做滤失实验,通过对比瞬时滤失量大小,评价了单一处理剂溶液对滤膜的封堵效果。利用该方法进行评价,优选出微纳米粒径的石灰石和二氧化硅复配使用,辅以聚胺、铝合物等抑制封堵剂,构建了一种无黏土相微纳米强封堵钻井液。评价结果表明,该体系在较低表观黏度下,具有较高的动塑比和φ6、φ3读数,有利于水平井井眼净化;具有较低的滤失量,岩屑滚动回收率接近100%,封堵能力远高于常规聚合物体系,可用于致密油气、页岩气等非常规能源的钻进。     

微裂缝封堵剂评价新方法及强封堵钻井液配方优选

硬脆性泥页岩井壁失稳问题是致密油气等非常规资源钻井过程中的常见难题,目前普遍认为增强对泥页岩微纳米裂缝的封堵,是减少井下复杂的关键。选用一种孔径与泥页岩的微裂缝比较匹配的新型混合纤维素滤膜,替代滤纸做滤失实验,通过对比瞬时滤失量大小,评价了单一处理剂溶液对滤膜的封堵效果。利用该方法进行评价,优选出微纳米粒径的石灰石和二氧化硅复配使用,辅以聚胺、铝合物等抑制封堵剂,构建了一种无黏土相微纳米强封堵钻井液。评价结果表明,该体系在较低表观黏度下,具有较高的动塑比和φ6、φ3读数,有利于水平井井眼净化;具有较低的滤失量,岩屑滚动回收率接近100%,封堵能力远高于常规聚合物体系,可用于致密油气、页岩气等非常规能源的钻进。     

可动微凝胶封堵性能影响因素研究

采用填砂管试验对可动微凝胶分散体系的封堵性能及其影响因素进行了研究。结果表明,随着可动微凝胶浓度的增加,封堵强度变大,浓度大于500mg/kg即可形成有效的封堵;随着水化时间的增加,封堵能力逐渐增强,30d时封堵强度达到最大;随着填砂管渗透率的增加,封堵性能变差。体系的封堵能力与渗透率关联较强,粒径一定的体系在一定的渗透率范围内可产生有效封堵;在岩心中具有封堵、突破、深入、再封堵的逐级封堵调驱特性,具有较好的深部调驱效果。     

交联体系对高温封窜调堵剂成胶效果的影响

适合于高温油藏的封窜调堵剂在满足强度、经济性等性能要求的同时,还必须具有良好的稳定性。封窜调堵剂的封堵效果受到油层温度、地层水矿化度等因素的影响,油层温度越高,封窜调堵剂的稳定性越差。YT油田的油层温度为96℃,地层水矿化度为16150mg/L,为了防止CO2气窜,通过对封窜调堵剂交联剂加量的筛选,交联助剂及其加量的筛选,筛选出了适合YT油田的耐高温封窜调堵剂的交联剂和交联助剂。     

常规土酸解除聚丙烯酰胺类堵剂堵塞油层的研究与应用

在多层射孔井段化学堵水时采取笼统提注工艺,当原始油水界面抬高后,油层见水,堵剂不仅在水层成胶,在油层也成胶,因而对油层造成很大的损害。本文针对化学堵水举井（ＬＮ２－３－１６）的具体特点,着重介绍了解除堵释放油层的方法及现场实例。     

应用地层堵塞机理优选注聚参数

聚合物分子量和溶液浓度参数设计,是决定聚合物驱油能否成功的关键,尤其是分子量和溶液浓度。这两个参数不仅决定着聚合物的增粘效果,而且跟地层堵塞有着直接关系。基于这一事实,从聚合物分子回旋半径与油层喉道半径中值的配伍性出发,确定出聚合物相对分子质量的上限;从聚合物分子水动力学半径与油层平均喉道半径的配伍性出发,确定出溶液浓度的优选准则。经矿场实践证明,第一种方法切实可行,对油田聚合物驱有一定的指导意义;第二种方法涉及参数较多,可操作性不强,但有一定的借鉴意义。     

地层环境响应封堵材料研究与应用

针对现有井壁稳定材料难以精准匹配地层微裂缝,缺乏地层识别和选择性作用的能力,提出了地层环境响应井壁稳定材料研发技术思路。通过建立基于地层环境因素驱动的响应机制,优化地层环境下活性组分的反应形式和形态变化,活性组分与载体材料的组装方式,设计研发出地层环境响应封堵材料SMFG-1。该产品表现出优异的地层响应性能和极佳的配伍性能,显著改善泥饼质量且环保无毒,pH值敏感范围为6～8之间,可在地层中快速响应形成沉淀,封堵地层孔喉和微裂缝,具有响应释放灵敏性和可控性。6次pH响应循环后,释放析出率仍高达99.55%。SMFG-1在北XY-HF井复杂井段成功现场应用中,提高钻井液的封堵能力、稳定井壁,成功解决硬脆性泥岩发育、裂隙发育、易垮塌掉块等井壁失稳难题,保障复杂井段钻井安全。