井壁边界条件和泥饼对声波全波波形的影响

针对测井中的泥饼问题,按修改的Biot孔隙地层的波动理论,计算了声波全波波形。通过分析讨论,指出井壁上的边界条件对声波影响很大,它引起的斯通利波幅度衰减变化,不代表地层渗透率的变化。当泥饼层薄时,仍可用斯通利波幅度衰减估算地层渗透率,但要作一些必要的校正;当泥饼层较厚时,用斯通利波幅度衰减估算的地层渗透率及提取的横波时差是错误的结果。高频伪瑞利波艾雷相(低速)也是地层渗透率很好的指示器,但要考虑环境条件的影响。利用低频伪瑞利波(高速),能很好地估算原状地层的横波衰减。     

泥饼对声波全波波形确定渗透率的影响

根据Biot提出的孔隙地层的波动理论,采用Johnson动渗透率模式,针对测井中泥饼问题,计算出声波全波列的合成波形。由合成波形可以看出,井壁上的边界条件对声波波形影响很大,由此产生的斯通利波的幅度变化并不完全代表地层渗透率的变化。当泥饼层薄时,可用斯通利波的幅度衰减量来估算地层的渗透率,但要作一些必要的校正;当泥饼层较厚时,用斯通利波幅度衰减量来估算地层渗透率及提取的横波时差是错误的。高频伪瑞利波爱瑞相(低速)也是地层渗透率很好的指示标志,但要考虑环境条件的影响;低频伪瑞利波(高速)能很好的估算原状地层的横波衰减量,进而估算地层的渗透率。     

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。     

泥饼形成预测模型及影响因素分析

在钻井完井过程中,工作液的滤失将会造成复杂的井下情况和油气层损害。泥饼的形成对井眼安全、快速钻进及储层保护起着重要作用。在分析泥饼形成机理的基础上,文中给出了预测泥饼厚度与工作液滤失量的数学模型,利用有限差分方法对模型进行了数值求解,实现了泥饼形成过程的数值模拟;同时,利用该模型分析了井眼与储层的压差、工作液固相质量分数、泥饼渗透率和环空流速对泥饼厚度及滤失速度的影响。研究认为:随着井眼与储层的压差、工作液中固相颗粒质量分数、泥饼渗透率的增加,泥饼厚度增大;随着环空流速的增加,泥饼厚度减小;在条件相同的情况下,随泥饼厚度的增加,工作液的滤失速度减小。     

压差卡钻新模型的建立与分析

压差卡钻的准确预测对于预防和减少钻井过程中卡钻事故的发生具有重要意义,目前的压差卡钻模型缺乏对钻井液泥饼与井壁压力关系的研究,模型不完善。在前人研究的基础上,根据钻井液泥饼的性质,结合压差、钻具与井壁的封闭接触面三因素建立压差卡钻预测新模型。通过压差卡钻机理分析和实例计算表明,钻井液在井壁上所形成的内泥饼与外泥饼的渗透率越接近,井壁处的压力越高,有利于预防压差卡钻的发生;如果外泥饼的质量越好,泥饼薄且耐压缩性好,发生压差卡钻后,所产生的黏附力就越小,也易解除,从而真正预防压差卡钻的发生。该研究为现场预防压差卡钻事故和钻井液设计提供了理论指导。      

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。     

一种用于清除大位移井甲酸盐钻井液泥饼的优化方法

在沙特阿拉伯应用智能井、水平井和多分支井是一种最大化暴露油气层的好方法。因为甲酸盐能在高温下维持常用聚合物的稳定性,同时还能降低许多增黏剂和降滤失剂高温下的水解和氧化降解作用,由此在沙特阿拉伯的气井中得到应用。碳酸钙颗粒常用作加重剂调节钻井液密度和减小钻井液滤失量,这些固相颗粒束缚在聚合物内,形成致密泥饼,而这种泥饼会降低套管和裸眼完井的渗流效率。清除泥饼通常采用大排量循环无固相甲酸盐液,但这种机械方法仅能清除外泥饼。因此一些化学流体如酸、氧化剂或者螯合剂常用作清除内外泥饼的替代方法,但地层非均质性使得大部分清洗液不能均匀分布在井眼中。一种新的酯液能在井下缓慢地产出酸,并在井眼中均匀分散。对流体相容性和热稳定性进行了详细的研究,同时使用高温高压动失水仪进行渗透率恢复实验。相比于甲酸盐完井液和其他有机酸类,酯溶液清除泥饼的效果更明显,而采用循环甲酸盐液以恢复井眼渗透率和清除内泥饼的方法效果并不明显。通过表面张力测试表明,酯溶液生成的醇和乳酸与甲酸盐液相比,降低表面张力更显著。     

实验室岩心试验中的地层伤害和泥饼结构：模拟及模型辅助分析

本文介绍了在实验室岩心试验中用于地层伤害分析的一种数学模型，该模型考虑了砂岩表面的泥饼结构、外部颗粒侵入、地层微粒释放、外部粒和地层向微粒的运移和保留、颗粒的相间转换和孔隙度及渗透率的蚀变，还包括两相流条件中微粒的孔隙表面湿润性和相对渗透率及毛细压力对地层伤害的作用。模型和出的模拟结果与从岩心试验中取得的试验结论完全一致。使用这个模型进行地层伤害分析应归因于实验室岩心试验中颗粒的处理。     

泥饼质量评价方法探讨

分析了API滤失试验的缺点和确定泥饼质量的关键因素,介绍了用泥饼强度、泥饼渗透率和泥饼厚度评价泥饼质量的试验方法。讨论了泥饼质量评价参数对钻井工艺和油气层保护的指导意义。通过对吐哈丘陵油田两口井泥饼质量的评价,结果表明该试验方法能对井下泥饼质量作出正确评价,而且钻井液颗粒粒径分布对泥饼质量有很大影响,可通过调整钻井液颗粒粒径分布形成薄而致密的泥饼。     

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。     

一种消除裂缝性储层钻井液滤饼的新方法

介绍了强氧化剂二氧化氮的基本性质、制备方法及其与有机聚合物的作用机理,利用组合裂缝储层保护评价实验新技术,对不同类型的解堵剂进行了解堵效果评价。试验结果表明,酸化和氧化相结合的二元复合滤饼消除法的解堵效果较好,具有广阔的应用前景。     

荧光显微镜在钻井液滤饼结构空间分布特征分析中的应用

滤饼的物理化学结构是影响其质量好坏的内在因素,现有研究仍主要侧重于对滤饼表面微观形貌的表征和元素组成分析方面,很少见到对滤饼物理化学结构空间分布特征方面的研究分析。提出了一种应用荧光显微镜并结合Adobe Photoshop CS6图像处理软件分析钻井液滤饼物理化学结构空间分布特征的新方法,该方法通过统计白色(即原蓝色荧光)区域的像素值并计算其占比,即可直观地反映出不同层位处被测处理剂的含量变化情况。以自制的聚合物基无机纳米复合材料LX-2为对象的研究结果表明,滤饼中被测聚合物荧光面积呈现出"表层 >中间层 >底层"的空间分布特征,常规烘干法测得的滤饼吸附水含量以及灼烧法测得的聚合物处理剂含量与之呈现了相似的空间分布特征。结果认为,在钻井液中适当加入能够在高温高压及高矿化度条件下依旧具有较强水化、成胶能力,且能够有效提高其滤饼吸附水能力的可变形类处理剂是增强钻井液滤失造壁性能的重要途径之一。该新方法将有助于进一步认识钻井液滤饼物理化学结构空间分布特征及其对钻井液滤失造壁性能的影响。      

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。      

基于地质聚合物原理实现泥饼固化的固井质量改善方法

钻井液在井壁上形成的一层不可固化的泥饼是固井二界面质量出现问题的主要因素,而泥饼固化技术是解决固井二界面问题的新思路。笔者结合矿渣固化泥饼技术和MTA固井技术的优势,提出了基于地质聚合物原理实现泥饼固化的新思。实验研究结果表明,在钻井液中加入偏高岭土和超细矿渣2种潜活性材料,当膨润土、偏高岭土和超细矿渣的比例为3︰3︰1时,钻井液形成的泥饼在激活剂的作用下能够具有较高强度;激活参数优化结果表明,激活剂硅酸钠的最佳加量为偏高岭土加量的72%,用于激活矿渣的氢氧化钠最佳加量为偏高岭土加量的2%,最优激活时间为15 min。此外,研究了偏高岭土和超细矿渣与钻井液的配伍性,发现2种材料对钻井液性能影响较小。通过泥饼固化实验结果显示,钻井液基浆的泥饼强度提高了63倍,2种钻井液体系的泥饼强度分别提高了16倍和20倍,表明该技术具有广阔的研究前景。      

固井二界面泥饼固化剂与水泥浆滤液的反应机理

固井二界面封隔失效已是制约油气高效开采的重要因素,而提高固井二界面胶结质量是解决这一工程难题的主要途径。基于提出的MCS (mud cake solidification)技术,采用现代分析测试技术,研究了固井二界面泥饼固化剂与水泥浆滤液的反应机理。研究结果表明,在压差的作用下泥饼固化剂的有效成分将发生向泥饼方向的迁移扩散,进而吸附在泥饼表面且渗透进入泥饼本体;泥饼固化剂与水泥浆滤液反应,生成水化硅酸钙(C-S-H)、水化铝酸钙(C₃AH₆)等胶凝物,且随着养护时间的延长,这些胶凝物可由低聚态的硅酸阴离子逐渐聚合为高聚态水化硅酸胶凝物,即在最初的3 h内,硅酸阴离子单聚体的量急剧下降,同时二聚体的量先增多后减少,最终生成高聚物,进而固化泥饼,提高固井二界面胶结质量。      

非渗透性低失水水泥浆保护储层的机理研究

固井水泥浆会对储层造成损害已是不争的事实。实验分析和理论研究表明：①高pH值条件下水泥浆中的大量过饱和无机物离子与地层水作用将产生大量结晶物和沉淀物（诸如Ca(OH)₂、CaCO₃、CaSO₄等），它们进入储层必然会缩小裂缝和孔喉，导致储层导流能力下降而损害储层；②钻井液动态污染后，若去掉外滤饼，再经水泥浆污染后岩心的整段渗透率恢复值只有35%～45%，此时仅靠内滤饼作用，油层保护效果不是太好，固相颗粒侵入深度将超过5.5 cm；钻井液动态污染后，若不去掉外滤饼，再经水泥浆污染后岩心的整段渗透率恢复值高达60%～70%，此时内外滤饼共同作用，油气层保护效果较好，固相颗粒侵入深度将只有2.5 cm。这说明外滤饼的存在对水泥浆的固相和液相确有很大的阻渗作用，而以降失水剂RC800为主配出的非渗透性低失水水泥浆会在近井壁地带形成一层高分子薄膜，阻止了水泥浆固相和滤液侵入储层，它相当于恢复了因要提高固井质量而人为破坏了的外滤饼的作用，从而保护了油气储层。     

利用泥饼厚度计算储层压力

本文应用渗流力学的径向流原理，根据钻井过程中井筒钻井液压力、储层压力与泥饼厚度之间的关系，提出了利用泥饼厚度计算储层压力的方法，讨论了该方法的应用范围。经实际应用验证，该方法是可行的。     

钻井液滤饼厚度测量新方法初探

钻井液滤饼厚度是一种十分重要的钻井液性能指标,但目前采用的钻井液滤饼厚度测量方法都是接触式的测量方法,测量时测量头会与滤饼接触,使滤饼变形影响测量精度。因此只有使用非接触法才能准确测量滤饼的厚度。介绍了其它行业成熟的几种非接触式测量技术,对这些方法能否用来测量滤饼的厚度进行了可行性研究,提出了用光、电、机相结合实现非接触测量滤饼厚度的可行性。     

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流变性和造壁性既是钻井液体系的两个重要工艺性能,也是其内部组成成分复杂作用的宏观表现。文章根据Einstein和Hiemenz公式推导出悬浮体系粘度表达式,以此说明钻井液的流变性与固相百分含量,粒子分散度,自由水含量和粒子相互作用强弱等因素的关系,提出了利用钾钙离子的协同抑制作用维护水基高密度钻井液体系流变性能的方法,同时,根据Darcy渗流理论,推导出内外滤儿童节相互关系模型。从而提出了通过形成良好的内滤饼来控制外滤饼质量的观点,文章最后介绍了针对新疆准噶尔油田安4井开展的室内实验研究,证明所提出的观点和方法具有较好的可行性。